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JP5046210B2 - Method for forming fine particles and method for inspecting biological material using the fine particles - Google Patents
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JP5046210B2 - Method for forming fine particles and method for inspecting biological material using the fine particles - Google Patents

Method for forming fine particles and method for inspecting biological material using the fine particles Download PDF

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JP5046210B2 JP2007305841A JP2007305841A JP5046210B2 JP 5046210 B2 JP5046210 B2 JP 5046210B2 JP 2007305841 A JP2007305841 A JP 2007305841A JP 2007305841 A JP2007305841 A JP 2007305841A JP 5046210 B2 JP5046210 B2 JP 5046210B2
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Description

本発明は金属,半導体などの微粒子を形成する方法およびこの微粒子を利用した生体物質の検査法に関する。   The present invention relates to a method for forming fine particles of metal, semiconductor, etc. and a method for inspecting a biological material using the fine particles.

生命現象の理解や遺伝子の働きを調べるには遺伝子の発現状況を調べることが有効である。このため、微粒子を生体標識として利用することが行われる。本願の発明者らは、例えば、特開平11−001703「超微粒子の調製方法」において、生体標識として利用することができる微粒子の作成方法を提案した。また、特開2006−153826「生体試料標識物および生体物質標識法および生体物質の検査法」において、微粒子を生体標識として利用した生体物質の検査法を提案した。
特開平11−001703 特開2006−153826
It is effective to investigate the expression status of genes in order to understand life phenomena and investigate the functions of genes. For this reason, the use of fine particles as a biomarker is performed. The inventors of the present application have proposed a method for producing fine particles that can be used as a biomarker, for example, in JP-A-11-001703 “Preparation method of ultrafine particles”. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-153826 “Biological sample labeling and biological material labeling method and biological material inspection method” proposed a biological material inspection method using microparticles as a biological label.
JP-A-11-001703 JP 2006-153826 A

特開平11−001703には、平坦な基板上にポリスチレン球を一層に分散し、金属または半導体を蒸着することにより、蒸発源から直進した金属または半導体原子をポリスチレン球の蒸着源側のみに吸着させた微粒子の形成方法が開示されている。   In JP-A-11-001703, polystyrene spheres are dispersed in a single layer on a flat substrate, and a metal or semiconductor is deposited to adsorb metal or semiconductor atoms that have traveled straight from the evaporation source only on the polystyrene sphere deposition source side. A method of forming fine particles is disclosed.

しかしながら、平坦な基板上にポリスチレン球等の微粒子を一層に高密度に分散させる方法、また、金属または半導体原子をポリスチレン球等の微粒子の蒸着源側のみに吸着させた修飾微粒子を基板から剥離させて、個々の独立した修飾微粒子とする方法等の具体的な開示がない。   However, a method of dispersing fine particles such as polystyrene spheres on a flat substrate at a higher density, and a modified fine particle in which metal or semiconductor atoms are adsorbed only on the deposition source side of fine particles such as polystyrene spheres are peeled off from the substrate. Thus, there is no specific disclosure of a method for making individual modified fine particles.

したがって、これらの方法を含めて、より具体的で、効果的な修飾微粒子の形成方法の開示が望まれる。   Therefore, disclosure of a more specific and effective method for forming modified fine particles is desired, including these methods.

さらには、修飾微粒子を生体標識として利用した生体物質の検査法の改良が望まれる。   Furthermore, it is desired to improve an inspection method for biological substances using modified microparticles as a biomarker.

本発明は、上記状況を鑑み、以下の遷移金属、金属または半導体で修飾された微粒子の製作方法および生体物質の検査法を提供する。   In view of the above circumstances, the present invention provides a method for producing fine particles modified with transition metals, metals, or semiconductors, and a method for inspecting biological materials.

(1)一面に金の薄膜を形成された基板、シリコン基板、または、ガラス基板を準備する工程、
所定の直径のポリスチレン製微粒子、SiO2製微粒子、または、TiO2製微粒子、適量の純水、および、前記微粒子間の静電反発力を抑制するための材料を混合して、前記基板上で前記微粒子が高密度に分布できる濃度となるように懸濁した微粒子懸濁液を準備する工程、
前記微粒子懸濁液を前記基板の上に滴下して前記基板上に前記微粒子を高密度に分布させる工程、
基板上に吸着していない過剰量の微粒子を洗浄除去し、基板上に分布された微粒子を乾燥させる工程、
前記基板上に分布された前記微粒子に遷移金属、金属または半導体を少なくとも1層蒸着させる工程、
前記遷移金属、金属または半導体を少なくとも1層蒸着された前記微粒子に、蒸着または昇華によりSiO2を1層形成させる工程、
前記基板上に固定され、前記蒸着を済ませた前記微粒子上に、微量の純水、または、該純水にタンパク質として牛血清アルブミン(bovine serum albumin (BSA))、緩衝液としてクエン酸バッファー(standard sodium citrate (SSC))もしくはリン酸塩バッファー(phosphate buffer)、および界面活性剤として硫酸ドデシルナトリウム(sodium dodecyl sulfate (SDS))もしくはタンニン酸(tannic acid)を加えた微量の液体を滴下する工程、ならびに
前記基板の他面に超音波を作用させながら、前記微粒子が固定された前記一面側に平坦な底面を有する素材を該底面に若干加重が加わる様に載置して、該素材を任意の方向に移動させることにより前記微粒子を前記基板から剥離させる工程、
を含む、遷移金属、金属または半導体で修飾された微粒子の製作方法。
(2)前記微粒子間の静電反発力を抑制するための材料が1-ethyl-3(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride、NaCl、または、KClである上記(1)記載の微粒子の製作方法。
(3)前記遷移金属、金属または半導体が、周期律表で原子番号43番を除く79番までの遷移金属、原子番号13,31,32,33,49,50,51,81,82,もしくは83番の金属、または原子番号14,34,もしくは52番の半導体のいずれかである上記(1)記載の微粒子の製作方法。
(4)前記微粒子を基板から剥離させる工程によって得られた微粒子懸濁液に0.01%から10%以下の3-aminopropyl trimethoxy silane、3-aminopropyl triethoxy silane、または、3-aminopropyl diethoxy methyl silaneのシランカップリング剤を加えることにより、前記微粒子表面にアミノ基を導入する上記(1)記載の微粒子の製作方法。
(5)前記微粒子を基板から剥離させる工程によって得られた微粒子懸濁液に0.01%から10%以下の3-mercaptopropyl trimethoxy silaneのシランカップリング剤を加えることにより、前記微粒子表面にチオール基を導入する上記(1)記載の微粒子の製作方法。
(6)一面に金の薄膜を形成された基板、シリコン基板、または、ガラス基板を準備する工程、
所定の直径のポリスチレン製微粒子、SiO2製微粒子、または、TiO2製微粒子、適量の純水、および、前記微粒子間の静電反発力を抑制するための材料を混合して、前記基板上で前記微粒子が高密度に分布できる濃度となるように懸濁した微粒子懸濁液を準備する工程、
前記微粒子懸濁液を前記基板の上に滴下して前記基板上に前記微粒子を高密度に分布させる工程、
前記基板上に分布された前記微粒子に遷移金属、金属または半導体を少なくとも1層蒸着させる工程、
前記遷移金属、金属または半導体を少なくとも1層蒸着された前記微粒子を有する前記基板の周辺に3-aminoprophyl trimethoxy silane、3-aminoprophyl triethoxy silane、または、3-aminoprophyl diethoxy methyl silaneのシランカップリング剤の液滴を滴下し、窒素またはアルゴン雰囲気容器内に密封し、気相中でシランカップリング剤分子を前記微粒子表面に吸着させることにより前記微粒子の表面にアミノ基を導入する工程、
前記基板上に単層固定され、蒸着を済ませた前記微粒子上に微量の純水を滴下した後、前記基板の他面に超音波を作用させながら、前記単層固定された前記微粒子の上の面に平坦な底面を有する素材を該底面に加重がかかる様に載置して任意の方向に移動させることにより前記微粒子を基板から剥離させる工程、
を含む、遷移金属、金属または半導体で修飾された微粒子の製作方法。
(7)前記3-aminoprophyl trimethoxy silane、3-aminoprophyl triethoxy silane、または、3-aminoprophyl diethoxy methyl silaneのシランカップリング剤に代えて3-mercaptopropyl trimethoxy silaneのシランカップリング剤の液滴を滴下し、窒素またはアルゴン雰囲気容器内に密封し、気相中でシランカップリング剤分子を微粒子表面に吸着させることにより前記微粒子表面にチオール基を導入する上記(6)記載の微粒子の製作方法。
(8)前記微粒子の表面にアミノ基を導入した後、0.1mg〜1g/mLのSulfosuccinimidyl 6-(3'-[2-pyridyldithio]-propionamido) hexanoate (Sulfo-LC-SPDP)、あるいは、Sulfosuccinimidyl 4-[N-maleimidomethyl] cyclohexane-1-carboxylate (Sulfo-SMCC)等のアミノ基とチオール基を架橋させる2架性架橋剤を用いて活性化した後、3’もしくは5’いずれかの末端にチオール基を導入したDNAもしくはRNA、チオール基を有する抗体等のタンパク質を反応させて前記微粒子表面に生体機能分子を固定化する上記(1)記載の微粒子の製作方法。
(9)前記微粒子の表面にチオール基を導入した後、0.1mg〜1g/mLのSulfosuccinimidyl 6-(3'-[2-pyridyldithio]-propionamido) hexanoate (Sulfo-LC-SPDP)、あるいは、Sulfosuccinimidyl 4-[N-maleimidomethyl] cyclohexane-1-carboxylate (Sulfo-SMCC)等のチオール基とアミノ基を架橋させる2架性架橋剤を用いて活性化した後、3’もしくは5’いずれかの末端にアミノ基を導入したDNAもしくはRNA、アミノ基を有する抗体等のタンパク質を反応させて微粒子表面に生体機能分子を固定化する上記(1)記載の微粒子の製作方法。
(10)前記2架性架橋剤が先に生体機能分子と反応させた後に前記微粒子と反応させられる上記(8)または(9)記載の微粒子の製作方法。
(11)前記微粒子の表面にアミノ基を導入した後、0.1mg〜1g/mLのSulfosuccinimidyl 6-(3'-[2-pyridyldithio]-propionamido) hexanoate (Sulfo-LC-SPDP)、あるいは、Sulfosuccinimidyl 4-[N-maleimidomethyl] cyclohexane-1-carboxylate (Sulfo-SMCC)等のアミノ基とチオール基を架橋させる2架性架橋剤を用いて活性化した後、3’もしくは5’いずれかの末端にチオール基を導入したDNAもしくはRNA、チオール基を有する抗体等のタンパク質を反応させて前記微粒子表面に生体機能分子を固定化する上記(6)記載の微粒子の製作方法。
(12)前記微粒子の表面にチオール基を導入した後、0.1mg〜1g/mLのSulfosuccinimidyl 6-(3'-[2-pyridyldithio]-propionamido) hexanoate (Sulfo-LC-SPDP)、あるいは、Sulfosuccinimidyl 4-[N-maleimidomethyl] cyclohexane-1-carboxylate (Sulfo-SMCC)等のチオール基とアミノ基を架橋させる2架性架橋剤を用いて活性化した後、3’もしくは5’いずれかの末端にアミノ基を導入したDNAもしくはRNA、アミノ基を有する抗体等のタンパク質を反応させて微粒子表面に生体機能分子を固定化する上記(7)記載の微粒子の製作方法。
(13)前記2架性架橋剤が先に生体機能分子と反応させた後に前記微粒子と反応させられる上記(11)または(12)記載の微粒子の製作方法。
(14)所定の直径のポリスチレン製微粒子、SiO2製微粒子、または、TiO2製微粒子の表面が遷移金属、金属または半導体で修飾される微粒子を利用するとともに、観察対象のチップ表面のプローブ固定領域に固着されている多数のプローブにDNA、mRNA、またはタンパク質を含む標的分子が結合し、該標的分子を前記微粒子表面の生体機能分子を介して標識している前記微粒子、および、前記観察対象のチップのプローブ固定領域の表面とは分離された位置に設けられた比較用の前記微粒子とを、同時に電子線で走査して得られる前記微粒子の電子線走査による反射電子線画像を得ること、
前記標識している前記微粒子の反射電子線画像の明るさから、前記微粒子表面を修飾している素材を決定して前記DNA、mRNA、またはタンパク質を含む標的分子を特定することを特徴とする生体物質の検査法。
(15)前記比較用の前記微粒子の反射電子線画像と前記標識している前記微粒子の反射電子線画像との対比によって前記微粒子表面を修飾している素材を決定して前記DNA、mRNA、またはタンパク質を含む標的分子を特定する上記(14)記載の生体物質の検査法。
(16)前記電子線で走査して得られる前記微粒子の電子線走査による反射電子線画像に加えて、電子線で走査して得られる2次電子から2次電子線画像を得て、反射電子線画像の前記微粒子の位置を特定する上記(14)記載の生体物質の検査法。
(17)前記電子線で走査して得られる前記微粒子の電子線走査による反射電子線画像、電子線で走査して得られる2次電子から2次電子線画像に加えて、電子線で走査して得られる前記微粒子の表面を修飾している素材の元素スペクトル像を得て、前記微粒子の組成元素を特定する上記(14)記載の生体物質の検査法。
(18)前記電子線で走査して得られる前記微粒子の表面を修飾している素材の元素スペクトル像に代えて、前記微粒子の表面を修飾している素材の元素マッピング像を得て、前記微粒子の組成元素を特定する上記(14)記載の生体物質の検査法。
(1) preparing a substrate, a silicon substrate, or a glass substrate having a gold thin film formed on one surface;
Mixing polystyrene fine particles having a predetermined diameter, SiO 2 fine particles, or TiO 2 fine particles, an appropriate amount of pure water, and a material for suppressing electrostatic repulsion between the fine particles, on the substrate A step of preparing a fine particle suspension suspended so that the fine particles can be distributed at a high density;
Dropping the fine particle suspension onto the substrate to distribute the fine particles at a high density on the substrate;
Cleaning and removing excessive amounts of fine particles not adsorbed on the substrate, and drying the fine particles distributed on the substrate;
Depositing at least one layer of transition metal, metal or semiconductor on the fine particles distributed on the substrate;
A step of forming one layer of SiO 2 by vapor deposition or sublimation on the fine particles on which at least one layer of the transition metal, metal or semiconductor is vapor-deposited;
A small amount of pure water or bovine serum albumin (BSA) as a protein in the pure water and a citrate buffer (standard as a buffer) on the fine particles fixed on the substrate and vapor-deposited. sodium citrate (SSC)) or phosphate buffer, and a step of adding a small amount of liquid to which sodium dodecyl sulfate (SDS) or tannic acid is added as a surfactant, And placing a material having a flat bottom surface on the one surface side to which the fine particles are fixed while applying ultrasonic waves to the other surface of the substrate so that a slight load is applied to the bottom surface. Separating the fine particles from the substrate by moving in a direction,
Of fine particles modified with transition metals, metals or semiconductors.
(2) The method for producing fine particles according to (1) above, wherein the material for suppressing electrostatic repulsion between the fine particles is 1-ethyl-3 (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride, NaCl, or KCl.
(3) The transition metal, metal or semiconductor is a transition metal up to 79 in the periodic table except atomic number 43, atomic number 13, 31, 32, 33, 49, 50, 51, 81, 82, or The method for producing fine particles according to the above (1), which is any one of the 83rd metal or the atomic number 14, 34, or 52th semiconductor.
(4) 0.01% to 10% of 3-aminopropyl trimethoxy silane, 3-aminopropyl triethoxy silane, or 3-aminopropyl diethoxy methyl silane is added to the fine particle suspension obtained by the step of separating the fine particles from the substrate. The method for producing fine particles according to the above (1), wherein an amino group is introduced into the fine particle surface by adding a silane coupling agent.
(5) A thiol group is added to the surface of the fine particles by adding 0.01% to 10% or less of a 3-mercaptopropyl trimethoxy silane silane coupling agent to the fine particle suspension obtained by separating the fine particles from the substrate. The method for producing fine particles according to (1), wherein
(6) A step of preparing a substrate, a silicon substrate, or a glass substrate on which a gold thin film is formed on one side,
Mixing polystyrene fine particles having a predetermined diameter, SiO 2 fine particles, or TiO 2 fine particles, an appropriate amount of pure water, and a material for suppressing electrostatic repulsion between the fine particles, on the substrate A step of preparing a fine particle suspension suspended so that the fine particles can be distributed at a high density;
Dropping the fine particle suspension onto the substrate to distribute the fine particles at a high density on the substrate;
Depositing at least one layer of transition metal, metal or semiconductor on the fine particles distributed on the substrate;
A solution of a silane coupling agent of 3-aminoprophyl trimethoxy silane, 3-aminoprophyl triethoxy silane, or 3-aminoprophyl diethoxy methyl silane around the substrate having the fine particles on which at least one layer of the transition metal, metal or semiconductor is deposited. A step of introducing an amino group on the surface of the fine particle by dripping a drop, sealing in a nitrogen or argon atmosphere container, and adsorbing a silane coupling agent molecule on the fine particle surface in a gas phase;
After dropping a small amount of pure water onto the fine particles fixed and deposited on the substrate, ultrasonic waves are applied to the other surface of the substrate, and the fine particles on the single layer are fixed. A step of separating the fine particles from the substrate by placing a material having a flat bottom surface on the surface so as to apply a load to the bottom surface and moving the material in an arbitrary direction;
Of fine particles modified with transition metals, metals or semiconductors.
(7) Instead of the 3-aminoprophyl trimethoxy silane, 3-aminoprophyl triethoxy silane, or 3-aminoprophyl diethoxy methyl silane silane coupling agent, a droplet of 3-mercaptopropyl trimethoxy silane silane coupling agent is dropped, and nitrogen is added. Or the manufacturing method of the microparticles | fine-particles of the said (6) description which introduce | transduces a thiol group into the said fine particle surface by sealing in an argon atmosphere container and making a silane coupling agent molecule | numerator adsorb | suck to the fine particle surface in a gaseous phase.
(8) After introducing amino groups on the surface of the fine particles, 0.1 mg to 1 g / mL of Sulfosuccinimidyl 6- (3 ′-[2-pyridyldithio] -propionamido) hexanoate (Sulfo-LC-SPDP), or Sulfosuccinimidyl 4- [N-maleimidomethyl] cyclohexane-1-carboxylate (Sulfo-SMCC), etc. After activation with a cross-linking agent that crosslinks an amino group and a thiol group, at either 3 ′ or 5 ′ end The method for producing microparticles according to (1) above, wherein a biofunctional molecule is immobilized on the surface of the microparticle by reacting DNA or RNA into which a thiol group has been introduced, or a protein such as an antibody having a thiol group.
(9) After introducing a thiol group on the surface of the fine particles, 0.1 mg to 1 g / mL of Sulfosuccinimidyl 6- (3 ′-[2-pyridyldithio] -propionamido) hexanoate (Sulfo-LC-SPDP), or Sulfosuccinimidyl After activation with a cross-linking agent that crosslinks the thiol group and amino group, such as 4- [N-maleimidomethyl] cyclohexane-1-carboxylate (Sulfo-SMCC), at either 3 ′ or 5 ′ end The method for producing microparticles according to (1) above, wherein a biofunctional molecule is immobilized on the surface of the microparticles by reacting amino group-introduced DNA or RNA, or an amino group-containing protein or the like.
(10) The method for producing fine particles according to the above (8) or (9), wherein the two-crosslinking agent is reacted with the fine particles after first reacting with a biofunctional molecule.
(11) After introducing amino groups on the surface of the fine particles, 0.1 mg to 1 g / mL of Sulfosuccinimidyl 6- (3 ′-[2-pyridyldithio] -propionamido) hexanoate (Sulfo-LC-SPDP), or Sulfosuccinimidyl 4- [N-maleimidomethyl] cyclohexane-1-carboxylate (Sulfo-SMCC), etc. After activation with a cross-linking agent that crosslinks an amino group and a thiol group, at either 3 ′ or 5 ′ end The method for producing microparticles according to (6) above, wherein a biofunctional molecule is immobilized on the surface of the microparticle by reacting DNA or RNA into which a thiol group has been introduced, or a protein such as an antibody having a thiol group.
(12) After introducing a thiol group on the surface of the fine particles, 0.1 mg to 1 g / mL of Sulfosuccinimidyl 6- (3 ′-[2-pyridyldithio] -propionamido) hexanoate (Sulfo-LC-SPDP), or Sulfosuccinimidyl After activation with a cross-linking agent that crosslinks the thiol group and amino group, such as 4- [N-maleimidomethyl] cyclohexane-1-carboxylate (Sulfo-SMCC), at either 3 ′ or 5 ′ end The method for producing microparticles according to (7) above, wherein a biofunctional molecule is immobilized on the surface of the microparticles by reacting amino group-introduced DNA or RNA and amino group-containing proteins.
(13) The method for producing fine particles according to the above (11) or (12), wherein the two-crosslinking cross-linking agent is reacted with the fine particles after first reacting with a biofunctional molecule.
(14) Using a fine particle made of polystyrene, a fine particle made of SiO 2 , or a fine particle made of TiO 2 having a predetermined diameter, the surface of which is modified with a transition metal, metal, or semiconductor, and a probe fixing region on the surface of a chip to be observed A target molecule containing DNA, mRNA, or protein is bound to a number of probes fixed to the microparticle, and the target molecule is labeled via a biofunctional molecule on the surface of the microparticle, and the observation target Obtaining a reflected electron beam image by electron beam scanning of the fine particles obtained by simultaneously scanning the fine particles for comparison provided at a position separated from the surface of the probe fixing region of the chip with an electron beam,
A living body characterized in that a target molecule containing the DNA, mRNA, or protein is specified by determining a material that modifies the surface of the fine particle from the brightness of the reflected electron beam image of the labeled fine particle. Inspection method for substances.
(15) The material that modifies the surface of the fine particle is determined by comparing the reflected electron beam image of the comparative fine particle with the reflected electron beam image of the labeled fine particle, and the DNA, mRNA, or The biological material test method according to (14), wherein a target molecule containing a protein is specified.
(16) In addition to the reflected electron beam image obtained by electron beam scanning of the fine particles obtained by scanning with the electron beam, a secondary electron beam image is obtained from the secondary electrons obtained by scanning with the electron beam. The biological material inspection method according to (14), wherein the position of the fine particles in the line image is specified.
(17) In addition to the reflected electron beam image obtained by electron beam scanning of the fine particles obtained by scanning with the electron beam and the secondary electron beam image obtained by scanning with the electron beam, the electron beam is scanned. The method for inspecting a biological material according to (14) above, wherein an element spectrum image of a material that modifies the surface of the fine particles obtained is obtained, and a composition element of the fine particles is specified.
(18) An element mapping image of the material modifying the surface of the fine particles is obtained instead of the elemental spectrum image of the material modifying the surface of the fine particles obtained by scanning with the electron beam, and the fine particles The biological material test method according to (14), wherein the composition element is specified.

本発明では、微粒子を単層固定させる基板表面に金を所定の厚さで蒸着する。あるいは、微粒子を単層固定させる基板として、シリコン基板、または、ガラス基板を使用する。一方、1-ethyl-3(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride(通称EDC)、NaCl、あるいは、KCl等の微粒子間の静電反発力を抑制するための材料を利用した粒子固定液を作製し、これに微粒子を混合した粒子懸濁液として前記基板上に塗布することにより、前記基板表面に微粒子を単層固定させる。   In the present invention, gold is vapor-deposited with a predetermined thickness on the surface of a substrate on which fine particles are fixed in a single layer. Alternatively, a silicon substrate or a glass substrate is used as a substrate on which fine particles are fixed to a single layer. On the other hand, a particle fixing solution using a material for suppressing electrostatic repulsion between fine particles such as 1-ethyl-3 (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride (commonly known as EDC), NaCl, or KCl is prepared. A fine particle is fixed to the substrate surface as a single layer by applying a fine particle suspension onto the substrate as a particle suspension.

また、修飾微粒子を前記基板から剥離させるには、超音波洗浄装置等を利用して、前記基板の背面に超音波を作用させて、剥離を促進する。   In order to peel the modified fine particles from the substrate, the ultrasonic wave is applied to the back surface of the substrate using an ultrasonic cleaning device or the like to promote the peeling.

さらには、修飾微粒子を生体機能分子によって修飾して生体物質の検査のための標識として利用する場合、生体物質の検査法の改良として、修飾微粒子からの反射電子を利用する。   Furthermore, when the modified fine particle is modified with a biological functional molecule and used as a label for the inspection of the biological material, reflected electrons from the modified fine particle are used as an improvement of the inspection method of the biological material.

本発明によれば、各種の金属修飾微粒子、あるいは、半導体修飾微粒子を容易に形成することが出来る。また、これらの修飾微粒子を生体機能分子により修飾して生体物質をより効果的に識別して検出することができる。   According to the present invention, various metal-modified fine particles or semiconductor-modified fine particles can be easily formed. In addition, these modified fine particles can be modified with biological functional molecules to more effectively identify and detect biological substances.

図1(a)−(e)は本発明の修飾微粒子作成過程の最初の過程の基板上に微粒子を単層固定させる過程を説明する概念図である。本発明では基板としては、プラスチック基板、シリコン基板、または、スライドガラス等のガラス基板を使用することが出来るが、ここでは、安価で、簡便に入手できる35mmプラスチック製ペトリディッシュを利用するものとして説明する。また、基礎となる微粒子はポリスチレン製微粒子、もしくは磁性体を内包したポリスチレン製微粒子とする。これらの微粒子の大きさは、使用目的に応じて任意に選択すればよいが、例えば、直径10nm〜150μmのものから適当な直径のものを選択して使用すればよい。   FIGS. 1A to 1E are conceptual diagrams illustrating a process of fixing a single layer of fine particles on a substrate in the first step of the modified fine particle production process of the present invention. In the present invention, a plastic substrate, a silicon substrate, or a glass substrate such as a slide glass can be used as the substrate. Here, it is assumed that a 35 mm plastic Petri dish that is inexpensive and easily available is used. To do. The basic particles are polystyrene particles or polystyrene particles containing a magnetic material. The size of these fine particles may be arbitrarily selected according to the purpose of use. For example, those having an appropriate diameter may be selected from those having a diameter of 10 nm to 150 μm.

図1(a)は35mmプラスチック製ペトリディッシュ1の底面に金2を、例えば、10nmから30nmの厚さで蒸着した状態を示す平面図である。金2の薄膜を設けることによりペトリディッシュ1の底面へのポリスチレン製微粒子の固定を安定なものとすることが出来る。ガラス基板を使用する場合は、そのまま利用することも出来るが、まず、クロム層を20nmの厚さで蒸着した後に金2の薄膜を80nmの厚さで蒸着して使用するのが良い。これらの場合、金2の薄膜、クロム層の厚さはこの値に限定されるものではない。   FIG. 1A is a plan view showing a state in which gold 2 is deposited on the bottom surface of a 35 mm plastic petri dish 1 with a thickness of, for example, 10 nm to 30 nm. By providing the gold 2 thin film, the polystyrene fine particles can be stably fixed to the bottom surface of the Petri dish 1. When a glass substrate is used, it can be used as it is. However, it is preferable to first deposit a chromium layer with a thickness of 20 nm and then deposit a gold 2 thin film with a thickness of 80 nm. In these cases, the thickness of the gold 2 thin film and the chromium layer is not limited to this value.

図1(b)は、蓋付容器5に、所定の直径のポリスチレン製微粒子3、適量の純水、さらに1-ethyl-3(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride(通称EDC)、NaCl、あるいは、KCl等の微粒子間の静電反発力を抑制するための材料を、基板上で微粒子が高密度に分布できる濃度となるように、ポリスチレン製微粒子3が凝集する寸前の濃度まで加えてピペッティング操作によりよく混合して、固定用微粒子を懸濁した微粒子懸濁液4を作製した状態を模式的に示す図である。微粒子懸濁液4の混合比率の典型的な例は、市販の1%濃度の未希釈微粒子懸濁液を使用した場合、容積比で、1%微粒子懸濁液:純水:10mM EDC=5:4:6である。微粒子懸濁液の混合比率は、室温等の諸条件に敏感であるため、その作成の都度、試行錯誤的に適当な混合比率を探すのがよい。基板上で微粒子が高密度で分布できる濃度とするには、微粒子の濃度は0.01%以上とすることが好ましい。   FIG. 1 (b) shows a case in which a container 5 with a lid has polystyrene fine particles 3 having a predetermined diameter, an appropriate amount of pure water, 1-ethyl-3 (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride (commonly known as EDC), NaCl, or KCl. By adding a material for suppressing electrostatic repulsion between fine particles to a concentration just before the polystyrene fine particles 3 aggregate so that the fine particles can be densely distributed on the substrate. It is a figure which shows typically the state which produced the fine particle suspension 4 which mixed well and suspended fine particles for fixation. A typical example of the mixing ratio of the fine particle suspension 4 is that when a commercially available 1% concentrated undiluted fine particle suspension is used, the volume ratio is 1% fine particle suspension: pure water: 10 mM EDC = 5. : 4: 6. Since the mixing ratio of the fine particle suspension is sensitive to various conditions such as room temperature, it is preferable to search for an appropriate mixing ratio by trial and error every time it is created. In order to obtain a concentration at which fine particles can be distributed at high density on the substrate, the concentration of the fine particles is preferably 0.01% or more.

図1(c)、(d)は、底面に金2を10nmから30nmの厚さで蒸着した35mmプラスチック製ペトリディッシュ1の金2の層の上に微粒子懸濁液4を滴下して微粒子3を分布させた状態を示す平面図、斜視図である。ここでは、微粒子3が均一に分布した状態で示したが、実際は、適当にばらついた状態となるのは言うまでもない。   FIGS. 1C and 1D show a fine particle suspension 4 in which a fine particle suspension 4 is dropped on a gold 2 layer of a 35 mm plastic Petri dish 1 having gold 2 deposited at a thickness of 10 nm to 30 nm on the bottom surface. It is the top view and perspective view which show the state which distributed. Here, the fine particles 3 are shown in a uniformly distributed state, but it goes without saying that the fine particles 3 actually vary appropriately.

図1(e)は、図1(c)のA−A位置で矢印方向に見た断面図である。   FIG.1 (e) is sectional drawing seen in the arrow direction in the AA position of FIG.1 (c).

図1(c)−(e)に示す底面に金2を10nmから30nmの厚さで蒸着した35mmプラスチック製ペトリディッシュ1の金2の層の上に微粒子懸濁液4を滴下して微粒子3を分布させる具体的な手順の例は以下の様である。   A fine particle suspension 4 is dropped on a gold 2 layer of a 35 mm plastic Petri dish 1 in which gold 2 is deposited to a thickness of 10 nm to 30 nm on the bottom surface shown in FIGS. An example of a specific procedure for distributing the is as follows.

35mmプラスチック製ペトリディッシュ1の金2の層の上に微粒子懸濁液4を滴下し、室温下で適当な時間、例えば、3分間反応させる。この時間は3分間もあれば十分であり、これ以上長くする必要はない。その後、純水にて微粒子懸濁液4を洗い流すとともに35mmプラスチック製ペトリディッシュ1を洗浄し、よく乾燥させる。これにより、金2の層の上に微粒子3が単層固定された微粒子固定化35mmプラスチック製ペトリディッシュ1を得る。ひとつの35mmプラスチック製ペトリディッシュ上にはひとつのサイズの微粒子を固定化するものとし、異なった複数の微粒子径を固定する場合は複数の35mmプラスチック製ペトリディッシュを予め作製しておき、微粒子径が異なる微粒子をそれぞれの35mmプラスチック製ペトリディッシュに固定するのが良い。   The fine particle suspension 4 is dropped on the gold 2 layer of the 35 mm plastic Petri dish 1 and reacted at room temperature for an appropriate time, for example, 3 minutes. As long as this time is as long as 3 minutes, it is not necessary to make it longer. Thereafter, the fine particle suspension 4 is washed away with pure water, and the 35 mm plastic petri dish 1 is washed and dried well. As a result, a fine particle-fixed 35 mm plastic petri dish 1 in which the fine particles 3 are fixed on the gold 2 layer is obtained. It is assumed that one size of fine particle is fixed on one 35 mm plastic petri dish. When fixing a plurality of different fine particle diameters, a plurality of 35 mm plastic petri dishes are prepared in advance. Different fine particles should be fixed to each 35 mm plastic petri dish.

本発明では、作成する微粒子のサイズには制約はない。例えば、直径10nmから150nmの微粒子を直径が5nm刻みで準備するものとすれば、28段階の直径を異にする微粒子を作成でき、後述する金属あるいは半導体による修飾について、同じ素材に対して異なる粒径の標識として使用できる。   In the present invention, there is no restriction on the size of the fine particles to be produced. For example, if fine particles having a diameter of 10 nm to 150 nm are prepared in increments of 5 nm, fine particles having different diameters in 28 steps can be prepared. Can be used as a diameter marker.

図2(a)は抵抗加熱式蒸着装置によって、微粒子固定化35mmプラスチック製ペトリディッシュ1の底面の金2の層の上に単層固定された微粒子3の表面を任意の金属あるいは半導体により修飾する方法を説明する概念図、図2(b)は蒸着源容器61の特異な構造の例を模式的に示す断面図である。 In FIG. 2A, the surface of the fine particles 3 fixed on the gold 2 layer on the bottom of the 35 mm plastic Petri dish 1 is modified with an arbitrary metal or semiconductor by a resistance heating vapor deposition apparatus. conceptual diagram illustrating a method, FIG. 2 (b) is a sectional view schematically showing an example of a specific structure of the vapor deposition source container 61.

図2(a)に示すように、まず、微粒子固定化35mmプラスチック製ペトリディッシュ1の底面の金2の層の上に単層固定された微粒子3が蒸着源6を向くように抵抗加熱式蒸着装置のチャンバー内にセットする。チャンバーの真空度は、たとえば、5×10-6パスカル、チャンバー内の温度は室温である。微粒子固定化35mmプラスチック製ペトリディッシュ1と蒸着源6との間にはシャッター7が設けられる。蒸着源6は蒸着源容器61と加熱用抵抗器62とから構成される。シャッター7は図の左脇に表示された矢印のように移動させることが出来、シャッター7が微粒子固定化35mmプラスチック製ペトリディッシュ1の全面を覆うときは微粒子3への蒸着が阻止され、シャッター7の移動により微粒子固定化35mmプラスチック製ペトリディッシュ1が蒸着源6に曝されるときは微粒子3への蒸着が行われる。蒸着源容器61には微粒子3の表面に蒸着すべき金属、あるいは、半導体の元素が入れられる。加熱用抵抗器62は蒸着源容器61に入れられた元素を加熱し、蒸発させるための抵抗器である。 As shown in FIG. 2A, first, resistance heating type vapor deposition is performed so that the fine particles 3 fixed on the gold 2 layer on the bottom of the 35 mm plastic Petri dish 1 fixed to the fine particles face the vapor deposition source 6. Set in the chamber of the device. The degree of vacuum in the chamber is, for example, 5 × 10 −6 Pascal, and the temperature in the chamber is room temperature. A shutter 7 is provided between the fine particle fixed 35 mm plastic petri dish 1 and the vapor deposition source 6. The vapor deposition source 6 includes a vapor deposition source container 6 1 and a heating resistor 6 2 . The shutter 7 can be moved as indicated by the arrow displayed on the left side of the figure. When the shutter 7 covers the entire surface of the 35 mm plastic petri dish 1 on which fine particles are fixed, vapor deposition on the fine particles 3 is prevented. When the 35 mm plastic Petri dish 1 having a fine particle fixed thereon is exposed to the vapor deposition source 6 by the movement of, vapor deposition onto the fine particle 3 is performed. Metal evaporation source container 61 to be deposited on the surface of the microparticles 3 or the semiconductor element is placed. Heating resistor 6 2 heats the element placed in the vapor deposition source container 61, a resistor to vaporize.

図2(b)に、蒸着源容器61の特異な構造の例を模式的に示す。この例では、蒸着源容器61は2段構造とされ、中段部に仕切り板63が設けられている。仕切り板63の下段部にSiOを入れて加熱用抵抗器62で加熱すると、SiOが蒸発し、SiO蒸気となって仕切り板63の上段部を通って中央部からSiO蒸気がチャンバー内に流出する。SiO蒸気を微粒子3の表面に蒸着する場合は、他の金属元素の蒸気が蒸着源容器61から微粒子3に直進するのと異なり、蒸着源容器61から不規則に微粒子3の方向に進むので、蒸着の際にSiO蒸気が微粒子3の周辺全体に回り込む。このため、SiO2膜が微粒子3のほぼ全体を覆った修飾微粒子3が作製できる。 In FIG. 2 (b), showing an example of a specific structure of the vapor deposition source container 61 schematically. In this example, the vapor deposition source container 61 is a two-stage structure, the partition plate 6 3 is provided in the middle portion. When SiO is put into the lower part of the partition plate 6 3 and heated by the heating resistor 6 2 , the SiO evaporates and becomes SiO vapor, passing through the upper step part of the partition plate 6 3 , and the SiO vapor from the center into the chamber To leak. When depositing the SiO vapor to the surface of the microparticles 3 is different from the vapor of other metallic elements that travels straight particles 3 from the deposition source container 61, the process proceeds to irregularly direction of the fine particles 3 from the deposition source container 6 1 Therefore, during vapor deposition, SiO vapor wraps around the entire periphery of the fine particles 3. Therefore, modified fine particles 3 in which the SiO 2 film covers almost the entire fine particles 3 can be produced.

本発明において蒸着源(修飾元素)として利用できる元素の例を列挙すると周期律表において以下のようである。
(1)原子番号43番を除く79番までの遷移金属、
(2)原子番号13,31,32,33,49,50,51,81,82,83番の金属、および
(3)原子番号14,34,52番の半導体
である。
Examples of elements that can be used as a deposition source (modifying element) in the present invention are listed in the periodic table as follows.
(1) transition metals up to 79 excluding atomic number 43,
(2) Metals with atomic numbers 13, 31, 32, 33, 49, 50, 51, 81, 82, and 83, and (3) Semiconductors with atomic numbers 14, 34, and 52.

なお、微粒子を、磁性体を内包したポリスチレン製微粒子とするときは、内包される磁性体が、後述するエネルギー分散型特性X線検出器40−10から検出される元素スペクトル像にノイズを与えることとなる。よって、微粒子を、磁性体を内包したポリスチレン製微粒子とするときは、Fe、Co、Niは蒸着源(修飾元素)として利用しないのがよい。   When the microparticles are polystyrene microparticles encapsulating a magnetic material, the encapsulated magnetic material gives noise to the elemental spectrum image detected from the energy dispersive characteristic X-ray detector 40-10 described later. It becomes. Therefore, when the fine particles are made of polystyrene particles containing a magnetic material, it is preferable not to use Fe, Co, or Ni as a vapor deposition source (modifying element).

簡便に使いやすい元素としては、原子番号29番(Cu)、47番(Ag)、79番(Au)があげられる。   Examples of simple and easy-to-use elements include atomic number 29 (Cu), 47 (Ag), and 79 (Au).

図3(a)−(e)は微粒子固定化35mmプラスチック製ペトリディッシュ1の底面の金2の層の上に単層固定された微粒子3の表面を任意の金属あるいは半導体により異なった厚さで修飾する方法と修飾結果を説明する概念図である。ここでは、図を見やすくするため、図2に示す微粒子固定化35mmプラスチック製ペトリディッシュ1と蒸着源容器61の構成を上下逆転させて示す。 FIGS. 3A to 3E show the surface of the fine particles 3 fixed on a single layer on the gold 2 layer on the bottom surface of the 35 mm plastic Petri dish 1 having a fine particle fixed, depending on an arbitrary metal or semiconductor. It is a conceptual diagram explaining the modification method and the modification result. Here, for clarity of illustration, showing the configuration was upside down microparticles immobilized 35mm plastic petri dish 1 and the evaporation source container 61 shown in FIG.

図3(a)において、微粒子固定化35mmプラスチック製ペトリディッシュ1の底面の金2の層の上に単層固定された微粒子31−38の上に配置されたシャッター7は間歇的に図の左側方向に移動される。ここでは、二つの微粒子の列の幅に対応する距離だけ移動するものとした。シャッター7の上面からは、矢印8に示すように微粒子3の表面を修飾するための元素の蒸気が供給される。 In FIG. 3 (a), the shutter 7 disposed on the fine particles 3 1 to 3 8 fixed on a single layer on the gold 2 layer on the bottom surface of the 35mm plastic Petri dish 1 fixed with fine particles is shown intermittently. Is moved to the left. Here, it is assumed that the distance of movement corresponds to the width of the row of two fine particles. From the upper surface of the shutter 7, as shown by an arrow 8, elemental vapor for modifying the surface of the fine particles 3 is supplied.

図3(b)は微粒子31,32の列に対応する位置でシャッター7が除かれて微粒子31−32が修飾元素によって修飾された結果を概念的に示す図である。この段階では、シャッター7が除かれて修飾元素の蒸気に曝されるのは微粒子31,32の列のみであるから、微粒子31,32の列の微粒子のみに修飾元素の層91が形成される。図3(c)はシャッター7がさらに左に移動され、微粒子31,32の列に加えて、微粒子33,34の列に対応する位置でもシャッター7が除かれて微粒子31−34が修飾元素によって修飾された結果を概念的に示す図である。この結果、微粒子31,32の列の微粒子は修飾元素の層91に加えて、修飾元素の層92が形成される。微粒子33,34の列の微粒子は修飾元素の層92が形成される。図3(d)はシャッター7がさらに左に移動され、微粒子31−34の列に加えて、微粒子35,36の列に対応する位置でもシャッター7が除かれて微粒子31−36が修飾元素によって修飾された結果を概念的に示す図である。この結果、微粒子31,32の列の微粒子は修飾元素の層91、92に加えて、修飾元素の層93が形成される。微粒子33,34の列の微粒子は修飾元素の層92に加えて、修飾元素の層93が形成される。微粒子35,36の列の微粒子は修飾元素の層93が形成される。図3(e)はシャッター7がさらに左に移動され、微粒子31−36の列に加えて、微粒子37,38の列に対応する位置でもシャッター7が除かれて微粒子31−38が修飾元素によって修飾された結果を概念的に示す図である。この結果、微粒子31,32の列の微粒子は修飾元素の層91、92、93に加えて、修飾元素の層94が形成される。微粒子33,34の列の微粒子は修飾元素の層92、93に加えて、修飾元素の層94が形成される。微粒子35,36の列の微粒子は修飾元素の層93に加えて、修飾元素の層94が形成される。微粒子37,38の列の微粒子は修飾元素の層94が形成される。この例では、一つの修飾元素により段階的に膜厚を異にする修飾微粒子を作成することが出来る。 FIG. 3B is a diagram conceptually showing the result of the modification of the fine particles 3 1-3 2 with the modifying element by removing the shutter 7 at the position corresponding to the row of fine particles 3 1 , 3 2 . At this stage, since the shutter 7 is removed and only the row of fine particles 3 1 and 3 2 is exposed to the vapor of the modifying element, only the fine particles in the row of fine particles 3 1 and 3 2 are covered with the layer 9 of the modifying element. 1 is formed. FIG. 3 (c) the shutter 7 is further moved to the left, microparticles 3 1, 3 2 in addition to the column, particulate 3 3, 3 shutter 7 at a position corresponding to a column of 4 excluded by microparticle 3 1 - 3 4 is a diagram conceptually illustrating the results modified by the modification element. As a result, the fine particle in the row of fine particles 3 1 , 3 2 forms a modifier element layer 9 2 in addition to the modifier element layer 9 1 . The fine particle in the row of fine particles 3 3 and 3 4 is formed with a layer 9 2 of the modifying element. FIG. 3 (d) is moved to the left shutter 7 In addition to the column of the particle 3 1 -3 4, fine particles 35, 3 shutter 7 at a position corresponding to a column of 6 excluded by microparticle 3 1 - 3 6 is a diagram conceptually illustrating the results modified by the modification element. As a result, fine particles in the row of fine particles 3 1 , 3 2 form a modifier element layer 9 3 in addition to the modifier element layers 9 1 , 9 2 . In addition to the modifying element layer 9 2 , the modifying element layer 9 3 is formed in the rows of the particulates 3 3 and 3 4 . The fine particle in the row of fine particles 3 5 , 3 6 is formed with a modifier element layer 9 3 . Figure 3 (e) is moved to the left shutter 7 further comprises fine particles 3 1 -3 6 in addition to the column of particulate 3 7, 3 shutter 7 at a position corresponding to a column of 8 excluded by microparticle 3 1 - 3 8 is a diagram conceptually illustrating the results modified by the modification element. As a result, particles 3 1, 3 2 rows of fine particles in addition to the layer 9 1, 9 2, 9 3 modifications element layer 9 4 modifications element is formed. In the fine particles in the row of fine particles 3 3 and 3 4 , a modifier element layer 9 4 is formed in addition to the modifier element layers 9 2 and 9 3 . Microparticles 3 5, 3 6 rows of fine particles in addition to the layer 9 3 modifications element layer 9 4 modifications element is formed. Particles 3 7, 3 8 columns of the fine particles of the layer 9 4 modifications element is formed. In this example, modified fine particles having different thicknesses can be created step by step with one modifying element.

ここで、シャッター7を所定の速度で連続的に左側に移動させるものとすれば、微粒子3の大きさが共通で修飾元素の蒸着膜厚のみが連続的に異なる修飾微粒子3を得ることが出来る。このような、修飾元素の蒸着膜厚のみが連続的に異なる修飾微粒子3は、修飾微粒子3表面に生体機能分子を吸着させて生体物質の検査のための標識として利用する場合などの、その利用目的における最適な修飾元素の蒸着膜厚を決定するために有用である。すなわち、修飾元素の蒸着膜厚のみが連続的に異なる修飾微粒子3によって、あらかじめ、標識としての効果を評価して、効果の大きい修飾元素の蒸着膜厚を実際の計測用の微粒子の蒸着膜厚とすることが出来る。   Here, if the shutter 7 is continuously moved to the left side at a predetermined speed, it is possible to obtain the modified fine particles 3 having the same size of the fine particles 3 but different in only the vapor deposition film thickness of the modifying element. . Such modified fine particles 3 that are continuously different only in the vapor deposition film thickness of the modifying element are used when, for example, biofunctional molecules are adsorbed on the surface of the modified fine particles 3 and used as a label for the inspection of biological materials. It is useful for determining the optimum deposition thickness of the modifying element for the purpose. That is, the effect as a label is evaluated in advance by using the modified fine particles 3 in which only the vapor deposition film thickness of the modifying element is continuously different, and the vapor deposition film thickness of the modifying element having a large effect is actually deposited. It can be.

図4(a)−(d)は微粒子固定化35mmプラスチック製ペトリディッシュ1の底面の金2の層の上に単層固定された微粒子3の表面を任意の金属あるいは半導体により修飾する方法と修飾結果を説明する概念図である。ここでも、図3(a)に示すように、微粒子固定化35mmプラスチック製ペトリディッシュ1の底面の金2の層の上に単層固定された微粒子31−38の上に配置されたシャッター7は間歇的に図の左側方向に移動される。ここでは、二つの微粒子の幅に対応する距離だけ移動するものとした。シャッター7の上面からは、矢印8に示すように微粒子3の表面を修飾するための元素の蒸気が供給されるが、ここでは、シャッター7を移動させるたびに蒸着源容器61の元素を交換して、微粒子3の表面を修飾するために供給される元素の蒸気が変更される。 FIGS. 4A to 4D show a method and modification in which the surface of the fine particles 3 fixed on the gold 2 layer on the bottom of the 35 mm plastic Petri dish 1 fixed with fine particles is modified with an arbitrary metal or semiconductor. It is a conceptual diagram explaining a result. Again, as shown in FIG. 3 (a), a shutter disposed on the fine particles 3 1 -3 8 fixed on a single layer on the gold 2 layer on the bottom surface of the 35 mm plastic Petri dish 1 fixed with fine particles. 7 is moved intermittently to the left in the figure. Here, it is assumed that the substrate moves by a distance corresponding to the width of the two fine particles. From the upper surface of the shutter 7 is steam element for modifying the surface of fine particles 3 are supplied as indicated by arrow 8, wherein the exchange element of the vapor deposition source container 61 each time moving the shutter 7 Thus, the vapor of the element supplied to modify the surface of the fine particles 3 is changed.

図4(a)は微粒子31,32の列に対応する位置でシャッター7が除かれて微粒子31−32が修飾元素によって修飾された結果を概念的に示す図である。この段階では、シャッター7が除かれて修飾元素の上記に曝されるのは微粒子31,32の列のみであるから、微粒子31,32の列の微粒子のみに修飾元素の層10が形成される。図4(b)はシャッター7がさらに左に移動され、微粒子31,32の列に加えて、微粒子33,34の列に対応する位置でもシャッター7が除かれて微粒子31−34が修飾元素によって修飾された結果を概念的に示す図である。この結果、微粒子31,32の列の微粒子は修飾元素の層10に加えて、修飾元素の11が形成される。微粒子33,34の列の微粒子は修飾元素の層11が形成される。図4(c)はシャッター7がさらに左に移動され、微粒子31−34の列に加えて、微粒子35,36の列に対応する位置でもシャッター7が除かれて微粒子31−36が修飾元素によって修飾された結果を概念的に示す図である。この結果、微粒子31,32の列の微粒子は修飾元素の層10,11に加えて、修飾元素の層12が形成される。微粒子33,34の列の微粒子は修飾元素の層11に加えて、修飾元素の層12が形成される。微粒子35,36の列の微粒子は修飾元素の層12が形成される。図4(d)はシャッター7がさらに左に移動され、微粒子31−36の列に加えて、微粒子37,38の列に対応する位置でもシャッター7が除かれて微粒子31−38が修飾元素によって修飾された結果を概念的に示す図である。この結果、微粒子31,32の列の微粒子は修飾元素の層10,11,12に加えて、修飾元素の層13が形成される。微粒子33,34の列の微粒子は修飾元素の層11,12に加えて、修飾元素の層13が形成される。微粒子35,36の列の微粒子は修飾元素の層12に加えて、修飾元素の層13が形成される。微粒子37,38の列の微粒子は修飾元素の層13が形成される。 FIG. 4A is a diagram conceptually showing a result of modifying the fine particles 3 1-3 2 with a modifying element by removing the shutter 7 at a position corresponding to the row of fine particles 3 1 , 3 2 . At this stage, since the shutter 7 is removed and only the row of the fine particles 3 1 and 3 2 is exposed to the above-described modifier elements, only the fine particles in the row of fine particles 3 1 and 3 2 are covered with the layer 10 of the modifier element. Is formed. 4 (b) is a shutter 7 is further moved to the left, microparticles 3 1, 3 2 in addition to the column, particulate 3 3, 3 shutter 7 at a position corresponding to a column of 4 excluded by microparticle 3 1 - 3 4 is a diagram conceptually illustrating the results modified by the modification element. As a result, in the row of fine particles 3 1 , 3 2 , the modifying element 11 is formed in addition to the modifying element layer 10. A layer 11 of modifying elements is formed in the fine particles in the row of fine particles 3 3 and 3 4 . FIG. 4 (c) are moved to the left shutter 7 further comprises fine particles 3 1 -3 in addition to the fourth column, particle 3 5, 3 shutter 7 at a position corresponding to a column of 6 is removed by particles 3 1 - 3 6 is a diagram conceptually illustrating the results modified by the modification element. As a result, in the row of fine particles 3 1 , 3 2 , a modifier element layer 12 is formed in addition to the modifier element layers 10, 11. In addition to the modifying element layer 11, the modifying element layer 12 is formed in the rows of the fine particles 3 3 and 3 4 . A layer 12 of the modifying element is formed in the fine particles in the row of the fine particles 3 5 and 3 6 . FIG. 4 (d) is moved to the left shutter 7 further comprises fine particles 3 1 -3 6 in addition to the column of particulate 3 7, 3 shutter 7 at a position corresponding to a column of 8 excluded by microparticle 3 1 - 3 8 is a diagram conceptually illustrating the results modified by the modification element. As a result, the fine particle in the row of fine particles 3 1 , 3 2 forms a modifier element layer 13 in addition to the modifier element layers 10, 11, 12. In the fine particles in the row of fine particles 3 3 and 3 4 , in addition to the modifier element layers 11 and 12, a modifier element layer 13 is formed. In addition to the modifying element layer 12, the modifying element layer 13 is formed in the rows of the fine particles 3 5 and 3 6 . A layer 13 of modifier elements is formed in the fine particles in the row of fine particles 3 7 and 3 8 .

図5は、図4(d)に示した微粒子固定化35mmプラスチック製ペトリディッシュ1の底面の金2の層の上に単層固定された微粒子3の表面を任意の金属あるいは半導体により修飾した修飾微粒子の最外層を、SiO2の層14で修飾した結果を説明する概念図である。SiOを、図2(b)で示したような特異な構造の蒸着源容器61によってSiO蒸気として修飾微粒子3の表面に供給すると、任意の金属あるいは半導体により修飾された修飾微粒子3の表面の全体が、前述したように、SiO2の層14で覆われる。 FIG. 5 shows a modification in which the surface of the fine particle 3 fixed on the gold 2 layer on the bottom of the 35 mm plastic Petri dish 1 shown in FIG. 4 (d) is modified with an arbitrary metal or semiconductor. the outermost layer of the microparticles is a conceptual diagram illustrating a result of modified with SiO 2 layer 14. The SiO, the vapor deposition source container 61 of a specific structure as shown in FIG. 2 (b) is supplied to the surface of the modified fine particles 3 of SiO vapor, of any metal or a modified modified fine particles 3 on the surface of a semiconductor The whole is covered with a layer of SiO 2 as described above.

図6は、微粒子固定化35mmプラスチック製ペトリディッシュ1の底面の金2の層の上に単層固定され、蒸着を済ませた修飾微粒子3を、ペトリディッシュ1の底面の金2の層から剥離させる具体策について説明する概念図である。ペトリディッシュ1の底面の金2の層の上に修飾微粒子3が固定されている上から純水を、例えば、200μL滴下する。この滴下する純水の量は適当でよく50〜1000μL程度の範囲で任意に選んでよい。さらに、固定されている修飾微粒子3の上に、例えば、直径1cm、厚さ5mm程度の底面が平坦なガラス製セル15を乗せる。このガラス製セル15の大きさは適当でよく3mm〜2cm程度の範囲で任意に選んでよい。次いで、純水が滴下された修飾微粒子3の上に、ガラス製セル15が置かれた微粒子固定化35mmプラスチック製ペトリディッシュ1の底面部分のみを、水18の張られた超音波洗浄槽16の表面部に保持する。   FIG. 6 shows that the modified fine particles 3 fixed on a single layer on the gold 2 layer on the bottom surface of the 35 mm plastic Petri dish 1 fixed with fine particles and vapor-deposited are peeled off from the gold 2 layer on the bottom surface of the Petri dish 1. It is a conceptual diagram explaining a specific measure. For example, 200 μL of pure water is dropped from the modified fine particles 3 fixed on the gold 2 layer on the bottom surface of the Petri dish 1. The amount of pure water to be dropped may be appropriate and may be arbitrarily selected within a range of about 50 to 1000 μL. Further, a glass cell 15 having a flat bottom surface with a diameter of about 1 cm and a thickness of about 5 mm is placed on the fixed modified fine particles 3. The size of the glass cell 15 may be appropriate and may be arbitrarily selected within a range of about 3 mm to 2 cm. Next, only the bottom surface portion of the fine particle-fixed 35 mm plastic Petri dish 1 in which the glass cell 15 is placed on the modified fine particle 3 on which pure water is dropped is placed in the ultrasonic cleaning tank 16 in which water 18 is stretched. Hold on the surface.

超音波洗浄槽16の底部に配置された超音波振動子17から超音波を発生させるとともに、固定されている修飾微粒子3の上に乗せられた底面の平坦なガラス製セル15を、矢印に示すように、固定されている修飾微粒子3の上で適宜移動させる。この結果、修飾微粒子3をペトリディッシュ1の底面の金2の層から剥離させて滴下した純水に懸濁させることができ、修飾微粒子懸濁液を得る。ここで、ガラス製セル15は、必ずしもガラスである必要はなく、適当に硬い、底面の平坦な素材であれば良い。   An ultrasonic wave is generated from the ultrasonic vibrator 17 disposed at the bottom of the ultrasonic cleaning tank 16, and a flat glass cell 15 having a flat bottom surface placed on the fixed modified fine particle 3 is indicated by an arrow. As described above, it is appropriately moved on the fixed modified fine particles 3. As a result, the modified fine particles 3 can be separated from the gold 2 layer on the bottom surface of the Petri dish 1 and suspended in pure water dropped to obtain a modified fine particle suspension. Here, the glass cell 15 does not necessarily need to be glass, and may be any material that is appropriately hard and has a flat bottom surface.

ここで、修飾微粒子3を生体物質の検査のための標識として利用する場合には、タンパク質やDNA等の生体機能分子を修飾微粒子表面に吸着させる等の後処理が必要である。これをし易くするために、それぞれの過程で、以下のように種々の処理を施すのが良い。   Here, when the modified fine particle 3 is used as a label for the inspection of a biological substance, post-treatment such as adsorbing a biological functional molecule such as protein or DNA on the surface of the modified fine particle is necessary. In order to facilitate this, various processes are preferably performed as follows in each process.

(1)固定されている修飾微粒子3を基板から剥離させるために滴下する純水に、例えば、タンパク質として、牛血清アルブミン(bovine serum albumin (BSA))、緩衝液として、クエン酸バッファー(standard sodium citrate (SSC))もしくはリン酸塩バッファー(phosphate buffer)、および界面活性剤として硫酸ドデシルナトリウム(sodium dodecyl sulfate (SDS))もしくはタンニン酸(tannic acid)等を加えることにより、修飾微粒子3の後処理をし易くする。   (1) The purified fine particles 3 that are fixed to the substrate are dropped into pure water, for example, as protein, bovine serum albumin (BSA), and as buffer, citrate buffer (standard sodium). citrate (SSC)) or phosphate buffer, and post-treatment of modified microparticles 3 by adding sodium dodecyl sulfate (SDS) or tannic acid as a surfactant To make it easier.

(2)タンパク質やDNA等の生体機能分子を修飾微粒子3の表面に吸着させる目的の場合には、微粒子3に修飾元素を蒸着する際、蒸着された修飾元素最外面がSiO2、Au、Ag、Ni、Co等の生体機能分子と親和性が高い元素になるようにする。あるいは、図3、図4から分かるように、修飾微粒子3が修飾元素で覆われるのは、蒸着する際に修飾元素が照射される側の半球部分のみである。したがって、修飾微粒子3の基礎となるポリスチレン製微粒子、もしくは磁性体を内包したポリスチレン製微粒子の修飾元素で覆われていない面をタンパク質やDNA等の生体機能分子を修飾微粒子表面に吸着させる目的の表面とするのが良い。この場合、修飾元素を蒸着する前に、ポリスチレン製微粒子を生体分子で修飾しておいても良い。 (2) For the purpose of adsorbing biological functional molecules such as protein and DNA on the surface of the modified fine particle 3, when the modifying element is deposited on the fine particle 3, the outermost surface of the deposited modifying element is SiO 2 , Au, Ag. An element having a high affinity with biofunctional molecules such as Ni, Co, etc. Alternatively, as can be seen from FIG. 3 and FIG. 4, the modified fine particles 3 are covered with the modifying element only in the hemispherical portion on the side irradiated with the modifying element during vapor deposition. Therefore, the target surface for adsorbing biofunctional molecules such as protein and DNA on the surface of the modified fine particle on the surface of the fine particle made of polystyrene, which is the basis of the modified fine particle 3, or the fine particle made of polystyrene containing the magnetic substance. It is good to do. In this case, the polystyrene fine particles may be modified with biomolecules before the modifying element is deposited.

(3)SiO2を蒸着した場合は、図5から分かるように、蒸着の際に修飾元素が微粒子3全体に回り込むため、SiO2膜が修飾微粒子のほぼ全体を覆うので均一に修飾された修飾微粒子の作製に適している。この場合、以下(4)、(5)に示す、いずれかの手順で修飾微粒子3の表面にアミノ基もしくはチオール基を導入して分子を修飾する。 (3) When SiO 2 is deposited, as can be seen from FIG. 5, the modifying element wraps around the entire fine particles 3 during the vapor deposition, so the SiO 2 film covers almost the entire modified fine particles, so that the modification is uniformly modified. Suitable for the production of fine particles. In this case, the molecule is modified by introducing an amino group or a thiol group on the surface of the modified fine particle 3 by any of the procedures shown in (4) and (5) below.

(4)上述したように、超音波とガラス製セルの利用により修飾微粒子3をペトリディッシュ1の底面の金2の層から剥離させて、滴下した純水に懸濁させた修飾微粒子懸濁液に0.01%から10%以下の3-aminopropyl trimethoxy silane、3-aminopropyl triethoxy silane、3-aminopropyl diethoxy methyl silane等のシランカップリング剤を加えることにより、修飾微粒子表面にアミノ基を導入する。もしくは、0.01%から10%以下の3-mercaptopropyl trimethoxy silane等のシランカップリング剤を加えることにより、修飾微粒子表面にチオール基を導入する。   (4) As described above, the modified fine particle suspension in which the modified fine particles 3 are peeled off from the gold 2 layer on the bottom surface of the Petri dish 1 by using ultrasonic waves and a glass cell and suspended in the dropped pure water. An amino group is introduced to the surface of the modified fine particles by adding 0.01% to 10% or less of a silane coupling agent such as 3-aminopropyl trimethoxy silane, 3-aminopropyl triethoxy silane, and 3-aminopropyl diethoxy methyl silane. Alternatively, a thiol group is introduced on the surface of the modified fine particles by adding 0.01% to 10% or less of a silane coupling agent such as 3-mercaptopropyl trimethoxy silane.

(5)図3、図4で説明したように、微粒子固定化35mmプラスチック製ペトリディッシュ1の底面の金2の層の上に単層固定された微粒子3の表面を任意の金属あるいは半導体により修飾して修飾微粒子3が固定化された35mmプラスチック製ペトリディッシュ1の修飾微粒子3の傍らに3-aminoprophyl trimethoxy silane、3-aminoprophyl triethoxy silane、3-aminoprophyl diethoxy methyl silane等のシランカップリング剤の液滴を滴下し、窒素またはアルゴン雰囲気容器内に密封し、気相中でシランカップリング剤分子を修飾微粒子表面に吸着させることにより修飾微粒子3の表面にアミノ基を導入する。もしくは、3-mercaptopropyl trimethoxy silane等のシランカップリング剤の液滴を修飾微粒子3の傍らに滴下し、窒素またはアルゴン雰囲気容器内に密封し、気相中でシランカップリング剤分子を微粒子表面に吸着させることにより微粒子表面にチオール基を導入する。この場合、修飾微粒子3の表面にアミノ基あるいはチオール基を導入した後に、図6を参照して説明したようにして、修飾微粒子3を金2の層から剥離させることは言うまでもない。   (5) As described in FIGS. 3 and 4, the surface of the fine particles 3 fixed on the gold 2 layer on the bottom of the 35 mm plastic Petri dish 1 fixed with fine particles is modified with any metal or semiconductor. Liquid droplets of silane coupling agents such as 3-aminoprophyl trimethoxy silane, 3-aminoprophyl triethoxy silane, and 3-aminoprophyl diethoxy methyl silane beside the modified fine particles 3 of the 35 mm plastic Petri dish 1 to which the modified fine particles 3 are immobilized Is sealed in a nitrogen or argon atmosphere container, and amino groups are introduced onto the surface of the modified fine particles 3 by adsorbing silane coupling agent molecules on the surface of the modified fine particles in the gas phase. Alternatively, a droplet of a silane coupling agent such as 3-mercaptopropyl trimethoxy silane is dropped beside the modified fine particle 3 and sealed in a nitrogen or argon atmosphere container to adsorb the silane coupling agent molecule on the surface of the fine particle in the gas phase. To introduce a thiol group onto the surface of the fine particles. In this case, it goes without saying that after introducing an amino group or a thiol group on the surface of the modified fine particle 3, the modified fine particle 3 is peeled off from the gold 2 layer as described with reference to FIG.

このように、修飾微粒子3の表面にアミノ基あるいはチオール基を導入する処理をした後、以下に列挙するような方法により、修飾微粒子3の表面にタンパク質やDNA等の生体機能分子を吸着させて標識としての生体機能分子修飾微粒子を作成する。   In this way, after the treatment of introducing an amino group or thiol group on the surface of the modified fine particle 3, biofunctional molecules such as protein and DNA are adsorbed on the surface of the modified fine particle 3 by the methods listed below. Biofunctional molecule-modified fine particles as a label are prepared.

(6)上記(3)−(5)に示した処理により表面にアミノ基を導入した微粒子に対して、0.1mg〜1g/mLのSulfosuccinimidyl 6-(3'-[2-pyridyldithio]-propionamido) hexanoate (Sulfo-LC-SPDP)、あるいは、Sulfosuccinimidyl 4-[N-maleimidomethyl] cyclohexane-1-carboxylate (Sulfo-SMCC)等のアミノ基とチオール基を架橋させる2架性架橋剤を用いて活性化した後、3’もしくは5’いずれかの末端にチオール基を導入したDNAもしくはRNA、チオール基を有する抗体等のタンパク質を反応させて微粒子表面に生体機能分子を固定化する。   (6) 0.1 to 1 g / mL of Sulfosuccinimidyl 6- (3 ′-[2-pyridyldithio] -propionamido with respect to fine particles having amino groups introduced into the surface by the treatment shown in the above (3) to (5) ) Activated using a cross-linking agent that crosslinks amino and thiol groups such as hexanoate (Sulfo-LC-SPDP) or Sulfosuccinimidyl 4- [N-maleimidomethyl] cyclohexane-1-carboxylate (Sulfo-SMCC) Thereafter, DNA or RNA having a thiol group introduced at either 3 ′ or 5 ′ end, or a protein such as an antibody having a thiol group is reacted to immobilize the biofunctional molecule on the surface of the fine particles.

(7)上記(3)−(5)に示した処理により表面にチオール基を導入した微粒子に対して、0.1mg〜1g/mLのSulfosuccinimidyl 6-(3'-[2-pyridyldithio]-propionamido) hexanoate (Sulfo-LC-SPDP)、あるいは、Sulfosuccinimidyl 4-[N-maleimidomethyl] cyclohexane-1-carboxylate (Sulfo-SMCC)等のチオール基とアミノ基を架橋させる2架性架橋剤を用いて活性化した後、3’もしくは5’いずれかの末端にアミノ基を導入したDNAもしくはRNA、アミノ基を有する抗体等のタンパク質を反応させて微粒子表面に生体機能分子を固定化する。2架性架橋剤は必要に応じて、先に生体機能分子と反応させた後に微粒子と反応させる順番とする。   (7) 0.1 to 1 g / mL of Sulfosuccinimidyl 6- (3 ′-[2-pyridyldithio] -propionamido is applied to the fine particles having a thiol group introduced on the surface by the treatment described in (3) to (5) above. ) Activated using a cross-linking agent that crosslinks amino groups with thiol groups such as hexanoate (Sulfo-LC-SPDP) or Sulfosuccinimidyl 4- [N-maleimidomethyl] cyclohexane-1-carboxylate (Sulfo-SMCC) Thereafter, DNA or RNA introduced with an amino group at either 3 ′ or 5 ′ end, or a protein such as an antibody having an amino group is reacted to immobilize the biofunctional molecule on the surface of the fine particles. If necessary, the two-strand crosslinker is made to react with the fine particles after first reacting with the biofunctional molecule.

(8)修飾微粒子3の蒸着金属の最外層にAu、あるいは、Agを蒸着した場合は、3’もしくは5’いずれかの末端に、チオール基を導入したDNAもしくはRNA、あるいは、チオール基を有する抗体等のタンパク質を、修飾微粒子3の最外層の蒸着金属と直接反応させて、微粒子表面に蒸着された最外層の金属上に生体機能分子を固定化する。   (8) When Au or Ag is vapor-deposited on the outermost metal layer of the modified fine particle 3, DNA or RNA having a thiol group introduced at either 3 'or 5' end or a thiol group Proteins such as antibodies are directly reacted with the deposited metal on the outermost layer of the modified microparticles 3 to immobilize biofunctional molecules on the outermost layer metal deposited on the surface of the microparticles.

(9)修飾微粒子3の蒸着金属の最外層にNi、あるいは、Coを蒸着した場合は、ヒスチジンを導入したタンパク質を修飾微粒子3の最外層の蒸着金属と直接反応させて、微粒子表面に蒸着された最外層の金属上に生体機能分子を固定化する。   (9) When Ni or Co is vapor-deposited on the outermost metal layer of the modified fine particle 3, histidine-introduced protein is directly reacted with the outermost vapor-deposited metal of the modified fine particle 3 to be deposited on the surface of the fine particle. Immobilize biofunctional molecules on the outermost metal layer.

上述したように、微粒子3を任意の遷移金属、半導体、あるいは金属により修飾し、さらには、この最外層をさらにSiO2で覆って、修飾微粒子3とし、必要に応じて、修飾微粒子3の最外層に、アミノ基、あるいは、チオール基を導入し、修飾微粒子3の最外層に生体機能分子を固定化して生体機能分子修飾微粒子を作製する。このようにして、作成した生体機能分子修飾微粒子は細胞内外の標的分子、もしくは、基板上に固定化された、細胞より抽出した標的分子を検出するための標識として利用される。 As described above, the fine particles 3 are modified with an arbitrary transition metal, semiconductor, or metal, and the outermost layer is further covered with SiO 2 to form modified fine particles 3. If necessary, the outermost layer of the modified fine particles 3 is modified. An amino group or a thiol group is introduced into the outer layer, and biofunctional molecules are immobilized on the outermost layer of the modified microparticles 3 to produce biofunctional molecule-modified microparticles. Thus, the produced biofunctional molecule-modified microparticles are used as a label for detecting target molecules inside and outside the cell, or target molecules extracted from cells immobilized on a substrate.

図7は、本発明の生体機能分子修飾微粒子3を生体物質の検査のための標識として利用する一例の観察対象のチップ19の構成例を模式的に示す図である。観察対象のチップ19のプローブ固定領域20の表面には、多数のプローブ(例えば、DNA分子)が固着されているが、ここでは、単純化して、固着されたプローブ21−24のそれぞれに、標的分子(例えば、標的DNA、mRNA、タンパク質)26−29が結合し、これらの分子が、生体機能分子31-34を介して実施例の修飾微粒子36−39で標識されているものとする。この例では、観察対象のチップ19のプローブ固定領域20に対して1mMリン酸バッファー、500mM NaCl、0.5%SDS溶液に懸濁した生体機能分子修飾微粒子3を滴下し、40℃で16時間反応させる。その後、同溶媒で洗浄する。その結果、例えば、標的DNAと特異的にハイブリダイズする生体機能分子で修飾された生体機能分子修飾微粒子3が標的DNAに対して固定化されて標識として機能することになる。反応を行った試料を十分に乾燥させた後、観察する。なお、ここでは簡略化のためにDNA等の核酸分子を標的分子として捕捉する一例を採り上げたが、プローブ固定領域20の表面に固定されるプローブ分子はDNAに限らず、標的分子との親和性を考慮してRNAやタンパク質分子を適切に選択して固定する。また、プローブ固定領域20に固定化された標的捕捉用分子21−24に捕捉される標的分子としての想定はDNA、RNA、タンパク質等の細胞機能を制御する分子全般である。反応時の溶媒組成、温度、反応時間はこれらの標的分子が基板上の捕捉用分子21−24および粒子状の生体機能分子31−34と最も効率よく反応するよう、その都度決定する必要がある。特にタンパク質を標的分子として想定し検出する場合は、立体構造や活性が保存されるよう、溶媒組成と温度に特別な配慮をする必要がある。   FIG. 7 is a diagram schematically showing a configuration example of an observation target chip 19 that uses the biofunctional molecule-modified fine particle 3 of the present invention as a label for the inspection of a biological substance. A large number of probes (for example, DNA molecules) are fixed to the surface of the probe fixing region 20 of the chip 19 to be observed. Here, for simplification, each of the fixed probes 21 to 24 has a target. It is assumed that molecules (for example, target DNA, mRNA, protein) 26-29 are bound and these molecules are labeled with the modified microparticles 36-39 of the examples via the biofunctional molecules 31-34. In this example, biofunctional molecule-modified microparticles 3 suspended in a 1 mM phosphate buffer, 500 mM NaCl, and 0.5% SDS solution are dropped onto the probe fixing region 20 of the chip 19 to be observed, and are dropped at 40 ° C. for 16 hours. React. Then, it is washed with the same solvent. As a result, for example, the biofunctional molecule-modified microparticles 3 modified with a biofunctional molecule that specifically hybridizes with the target DNA are immobilized on the target DNA and function as a label. The sample subjected to the reaction is sufficiently dried and observed. Here, for simplification, an example of capturing a nucleic acid molecule such as DNA as a target molecule has been taken. However, the probe molecule immobilized on the surface of the probe immobilization region 20 is not limited to DNA, and has an affinity for the target molecule. In consideration of the above, RNA and protein molecules are appropriately selected and fixed. Moreover, the assumption as a target molecule captured by the target capturing molecules 21-24 immobilized on the probe fixing region 20 is all molecules that control cell functions such as DNA, RNA, and protein. The solvent composition, temperature, and reaction time during the reaction must be determined each time so that these target molecules react most efficiently with the capture molecules 21-24 and the particulate biofunctional molecules 31-34 on the substrate. . In particular, when a protein is assumed and detected as a target molecule, special consideration must be given to the solvent composition and temperature so that the three-dimensional structure and activity are preserved.

観察対象のチップ19のプローブ固定領域20の表面とは分離された位置、例えば、チップ19の周辺部には比較用の修飾微粒子301,302,303,304,305,---が設けられる。これらの修飾微粒子301,302,303,304,305,---は修飾元素が何であるかは観察者に既知のものであることはいうまでもない。 For example, the modified fine particles 30 1 , 30 2 , 30 3 , 30 4 , 30 5 ,... For comparison are arranged at positions separated from the surface of the probe fixing region 20 of the tip 19 to be observed, for example, at the periphery of the tip 19. -Is provided. It goes without saying that these modified fine particles 30 1 , 30 2 , 30 3 , 30 4 , 30 5 , ---- are known to the observer what the modifying elements are.

観察対象のチップ19に対して電子顕微鏡観察を行うためには、通常の電子顕微鏡試料作製手順に従って処理をしたうえで、電子顕微鏡の試料領域に挿入して観察する。試料に導電性がない場合は、試料全体がカーボンやタングステン、金、白金等で覆われるように、カーボンやタングステン、金、白金等を表面に1〜5nm程度蒸着する前処理をした上で電子顕微鏡の試料として利用する。   In order to perform the electron microscope observation on the observation target chip 19, it is processed according to a normal electron microscope sample preparation procedure, and then inserted into the sample region of the electron microscope for observation. If the sample is not electrically conductive, pre-treatment is performed by pre-depositing carbon, tungsten, gold, platinum, etc. on the surface about 1-5 nm so that the entire sample is covered with carbon, tungsten, gold, platinum, etc. Use as a microscope sample.

図8は、実施例の生体機能分子修飾微粒子3を標識として生体物質の検査に利用する具体例として、図7で説明した態様の観察対象のチップ19を走査型電子顕微鏡で観察する例を説明する概念図である。   FIG. 8 illustrates an example of observing the observation target chip 19 of the embodiment described in FIG. 7 with a scanning electron microscope as a specific example of using the biofunctional molecule-modified fine particle 3 of the embodiment as a label for inspection of a biological substance. FIG.

観察対象のチップ19のプローブ固定領域20の表面には、多数のプローブ(例えば、DNA分子)が固着されているが、図7では、単純化して、固着されたプローブ21−24のそれぞれに、標的分子26−29が結合し、これらの分子が、生体機能分子31-34を介して実施例の修飾微粒子36−39で標識されているものとする。この例では、修飾微粒子36−39は同一径でそれぞれ修飾金属が1層であり、最外層がSiO2で覆われているものとする。修飾微粒子36は原子番号29番(Cu)、修飾微粒子37は原子番号47番(Ag)、修飾微粒子38は原子番号79番(Au)および修飾微粒子39は原子番号28番(Ni)で修飾されているものとする。チップ19の周辺部で、被観察試料と同時に走査される領域に比較用の修飾微粒子301,302,303,304が設けられる。この場合、比較用の修飾微粒子301,302,303,304も、標識として検出対象となる修飾微粒子36−39とそれぞれ同じ金属で修飾されたものを使用する。 A large number of probes (for example, DNA molecules) are fixed to the surface of the probe fixing region 20 of the chip 19 to be observed, but in FIG. 7, each of the fixed probes 21 to 24 is simplified. It is assumed that the target molecules 26-29 are bound and these molecules are labeled with the modified fine particles 36-39 of the examples via the biofunctional molecules 31-34. In this example, modified fine particles 36-39 is one layer, each modified metal with the same diameter, it is assumed that the outermost layer is covered with SiO 2. The modified fine particle 36 is modified with atomic number 29 (Cu), the modified fine particle 37 is modified with atomic number 47 (Ag), the modified fine particle 38 is modified with atomic number 79 (Au), and the modified fine particle 39 is modified with atomic number 28 (Ni). It shall be. Comparative modified fine particles 30 1 , 30 2 , 30 3 , and 30 4 are provided on the periphery of the chip 19 in a region that is scanned simultaneously with the sample to be observed. In this case, the modified fine particles 30 1 , 30 2 , 30 3 , and 30 4 for comparison are also used as labels, each modified with the same metal as the modified fine particles 36 to 39 to be detected.

チップ19のプローブ固定領域20表面上に、修飾微粒子を検出する走査型電子顕微鏡40の電子銃40−1、集束レンズ40−2、走査コイル40−3が設けられる。電子銃40−1から発せられた電子線40−4の電子は修飾微粒子36,37,38および39に衝突し、修飾微粒子は2次電子40−5および反射電子40−6を放出する。この2次電子を検出器40−7、反射電子を検出器40−8が捕える。検出器40−7で検出された2次電子を基に、2次電子線画像が得られ、修飾微粒子の位置と大きさが特定される。検出器40−8で検出された反射電子を基に得られる反射電子線画像により修飾微粒子の位置と大きさおよび表面を修飾している元素が特定される。   On the surface of the probe fixing region 20 of the chip 19, an electron gun 40-1, a focusing lens 40-2, and a scanning coil 40-3 of a scanning electron microscope 40 for detecting modified fine particles are provided. Electrons of the electron beam 40-4 emitted from the electron gun 40-1 collide with the modified fine particles 36, 37, 38 and 39, and the modified fine particles emit secondary electrons 40-5 and reflected electrons 40-6. The detector 40-7 captures the secondary electrons and the detector 40-8 captures the reflected electrons. Based on the secondary electrons detected by the detector 40-7, a secondary electron beam image is obtained, and the position and size of the modified fine particles are specified. The element that modifies the position and size of the modified fine particles and the surface is specified by the reflected electron beam image obtained based on the reflected electrons detected by the detector 40-8.

一方、電子線40−4の電子が修飾微粒子36,37,38および39に衝突したとき、修飾微粒子36,37,38および39が発する、修飾微粒子の構成元素に特異的な波長のX線40−9を検出するエネルギー分散型特性X線検出器40−10を備える。すなわち、エネルギー分散型特性X線検出器40−10が検出する修飾用の構成元素に対応した波長信号から元素スペクトル像を得る。   On the other hand, when the electrons of the electron beam 40-4 collide with the modified fine particles 36, 37, 38 and 39, the modified fine particles 36, 37, 38 and 39 emit X-rays 40 having a wavelength specific to the constituent elements of the modified fine particles. An energy dispersive X-ray detector 40-10 for detecting -9 is provided. That is, an element spectrum image is obtained from the wavelength signal corresponding to the constituent element for modification detected by the energy dispersive characteristic X-ray detector 40-10.

したがって、本発明では、チップ19のプローブ固定領域20表面のプローブ(例えば、DNA分子)に結合した生体機能分子修飾微粒子を反射電子検出を基に得られる反射電子線画像により修飾微粒子の位置と大きさおよび表面を修飾している元素を特定することを基礎とし、必要に応じて、2次電子線画像による修飾微粒子の位置と大きさ情報を利用する。さらに、必要に応じて、元素スペクトルを利用して修飾微粒子の表面に蒸着した元素の種類を識別する。微粒子の種類、すなわち微粒子表面に修飾した生体機能分子と結合する細胞内外もしくは基板上の標的分子の種類を特定する。   Therefore, in the present invention, the position and size of the modified fine particles are measured by the reflected electron beam image obtained by detecting the biological functional molecule modified fine particles bonded to the probe (for example, DNA molecule) on the surface of the probe fixing region 20 of the chip 19 based on the reflected electron detection. Based on the identification of the element that modifies the surface and the surface, the position and size information of the modified fine particles based on the secondary electron beam image is used as necessary. Furthermore, if necessary, the element type is used to identify the type of element deposited on the surface of the modified fine particle. The type of microparticle, that is, the type of target molecule on the inside or outside of the cell or on the substrate, which binds to the biofunctional molecule modified on the surface of the microparticle is specified.

図9(a)−(d)は、観察対象のチップ19のプローブ固定領域20の表面の反射電子線画像、2次電子線画像、元素スペクトル像、および、元素マッピング像から修飾微粒子の表面に蒸着されている元素の種類を識別する具体例を模式的に示す図である。   9A to 9D show the surface of the modified fine particle from the reflected electron beam image, the secondary electron beam image, the element spectrum image, and the element mapping image on the surface of the probe fixing region 20 of the tip 19 to be observed. It is a figure which shows typically the specific example which identifies the kind of element currently vapor-deposited.

図9(a)は観察対象のチップ19のプローブ固定領域20の表面の標識として検出対象となる修飾微粒子の反射電子線画像を模式的に示す図であり、ここでは、図8に示す修飾微粒子36−39の修飾元素に応じた反射電子の像と、比較用の修飾微粒子301−304の修飾元素に応じた反射電子の像とが得られていることを示す。反射電子の像は、修飾微粒子の修飾元素が重くなるほど反射電子数が増加し、軽くなるほど減少する。すなわち、修飾元素が重くなるほど明るく見えることになる。したがって、あらかじめ、走査型電子顕微鏡40の設定に応じた修飾微粒子の修飾元素に対応した反射電子の明るさを評価しておけば、反射電子線画像により性質により修飾微粒子を特定することが出来る。 FIG. 9A is a diagram schematically showing a reflected electron beam image of the modified fine particles to be detected as a label on the surface of the probe fixing region 20 of the tip 19 to be observed. Here, the modified fine particles shown in FIG. It shows that an image of reflected electrons corresponding to the modifying element 36-39 and an image of reflected electrons corresponding to the modifying element of the modified fine particles 30 1 to 30 4 for comparison are obtained. The number of reflected electrons increases as the modifying element of the modified fine particles becomes heavier, and the reflected electron image decreases as it becomes lighter. That is, the heavier the modifier, the brighter it looks. Therefore, if the brightness of the reflected electrons corresponding to the modifying element of the modified fine particles according to the setting of the scanning electron microscope 40 is evaluated in advance, the modified fine particles can be identified by the properties by the reflected electron beam image.

一方、走査型電子顕微鏡40の使用態様によっては、同じ修飾元素であっても、観察者に見える明るさが変動する可能性があり、また、使用する修飾微粒子の数が多くなると、修飾元素間の明るさのコントラストが小さくなり、単に明るさだけを見ても、修飾微粒子を特定することが困難になることが考えられる。このため、被観察試料と同時に電子線走査をされる領域に比較用の修飾微粒子301,302,303,304が設けられる。この場合、比較用の修飾微粒子301,302,303,304も、標識として検出対象となる修飾微粒子36−39とそれぞれ同じ金属で修飾されたものを使用する。この結果、被観察試料の反射電子線画像の明るさを、比較用の修飾微粒子の明るさを基準に評価することが出来る。すなわち、標識として検出対象となる修飾微粒子の明るさを比較用の修飾微粒子の明るさを基準に修飾微粒子の修飾元素を識別することができる。この比較用の修飾微粒子の反射電子線画像は、標識として使用する修飾微粒子の種類が増加して、修飾微粒子の反射電子線画像のコントラストが小さいものがあるときにはきわめて有用である。 On the other hand, depending on the mode of use of the scanning electron microscope 40, the brightness seen by the observer may vary even with the same modifying element, and when the number of modifying fine particles used increases, It is considered that it is difficult to identify the modified fine particles simply by looking at the brightness. For this reason, modified fine particles 30 1 , 30 2 , 30 3 , 30 4 for comparison are provided in a region where electron beam scanning is performed simultaneously with the sample to be observed. In this case, the modified fine particles 30 1 , 30 2 , 30 3 , and 30 4 for comparison are also used as labels, each modified with the same metal as the modified fine particles 36 to 39 to be detected. As a result, the brightness of the reflected electron beam image of the sample to be observed can be evaluated based on the brightness of the modified fine particles for comparison. That is, the modification element of the modified fine particle can be identified based on the brightness of the modified fine particle to be detected as a label and the brightness of the modified modified fine particle as a reference. The reflected electron beam image of the modified fine particles for comparison is extremely useful when the number of modified fine particles used as a label increases and there is a small contrast of the reflected electron beam image of the modified fine particles.

当然のことながら、比較用の修飾微粒子301,302,303,304,---は、どの位置にどの修飾元素を有する修飾微粒子が配置されているかを、チップ19の製作過程で明らかにしておくものである。 As a matter of course, the modified fine particles 30 1 , 30 2 , 30 3 , 30 4 , --- for comparison indicate in which position the modified fine particles having which modifying element are arranged in the manufacturing process of the chip 19. It is something that will be made clear.

図9(b)は、観察対象のチップ19のプローブ固定領域20の表面の標識として検出対象となる修飾微粒子の2次電子線画像を模式的に示す図である。2次電子線画像は、修飾微粒子の修飾元素に関わらず大きさと位置を鮮明な画像として得ることが出来る。一方、反射電子線画像はコントラストが小さく、画像としては暗い画像として表示されるため、軽い元素で修飾された微粒子は、そこに修飾微粒子が有るかないかよく判断できない、あるいは、サイズが判断しにくいということが起こる。このような場合に、その位置の2次電子線画像を参照することにより、その位置に修飾微粒子があること、あるいは、その修飾微粒子のサイズを明確に判断できる。   FIG. 9B is a diagram schematically showing a secondary electron beam image of the modified fine particles to be detected as a label on the surface of the probe fixing region 20 of the tip 19 to be observed. The secondary electron beam image can be obtained as a clear image regardless of the modifying element of the modified fine particles. On the other hand, since the reflected electron beam image has a small contrast and is displayed as a dark image, it is difficult to determine whether the fine particles modified with a light element have modified fine particles or the size is difficult to determine. That happens. In such a case, by referring to the secondary electron beam image at that position, it is possible to clearly determine that there is a modified fine particle at that position or the size of the modified fine particle.

図9(c)は観察対象のチップ19のプローブ固定領域20の表面の標識として検出対象となる修飾微粒子の元素スペクトル像を模式的に示す図である。横軸に波長を、縦軸に信号強度をとっている。この例では、標識として使用された修飾微粒子の元素が4種類であることが分かる。   FIG. 9C is a diagram schematically showing an element spectrum image of the modified fine particles to be detected as a label on the surface of the probe fixing region 20 of the tip 19 to be observed. The horizontal axis represents wavelength, and the vertical axis represents signal intensity. In this example, it can be seen that there are four types of modified fine particle elements used as labels.

図9(d)は観察対象のチップ19のプローブ固定領域20の表面の標識として検出対象となる修飾微粒子の元素のマッピング像を模式的に示す図である。この元素のマッピング像はエネルギー分散型特性X線検出器40−10に得られる修飾元素に関する信号を図9(b)に示す2次電子線画像と同様にマッピングしたものであり、2次電子線画像と同様に修飾微粒子大きさと位置を示すのみならず、修飾元素に関する情報を持った画像として利用できる。ただし、2次電子線画像と比較すれば、相対的に空間分解能が低いこととともに、データの収集に要する時間がかかる。   FIG. 9D is a diagram schematically showing a mapping image of elements of the modified fine particles to be detected as a label on the surface of the probe fixing region 20 of the tip 19 to be observed. The mapping image of this element is obtained by mapping the signal regarding the modifying element obtained in the energy dispersive X-ray detector 40-10 in the same manner as the secondary electron beam image shown in FIG. 9B. Similar to the image, not only the size and position of the modified fine particles can be shown, but the image can be used as an image having information on the modifying element. However, compared with a secondary electron beam image, it takes a relatively long time to collect data as well as a relatively low spatial resolution.

図9(a)−(d)では、4つの修飾微粒子でしか説明しなかったが、本発明では、例えば、直径10nmから150nmの微粒子を直径が5nm刻みで準備されるものとすれば、28段階の直径を異にする微粒子を作成できる。しかも、これらの微粒子について、それぞれ、前述した金属あるいは半導体による修飾について、同じ素材に対して異なる粒径の標識として使用できるので非常に多くの種類の標識を作成することが出来る。   9A to 9D, only four modified fine particles have been described. However, in the present invention, for example, if fine particles having a diameter of 10 nm to 150 nm are prepared in increments of 5 nm, 28 Fine particles with different step diameters can be created. In addition, these fine particles can be used as labels having different particle sizes with respect to the same material for the above-described modification with the metal or semiconductor, so that very many kinds of labels can be produced.

図10(a)−(d)は、修飾微粒子の表面に蒸着されている元素をAuおよびAgとし、これの最外層がSiO2によりカバーされている場合について、これらの層に入射した電子線の反射の態様の例を模式的に示す図である。ここでは、各層の構成元素の原子を小さい丸で表示した。図10(a)、(b)では、微粒子の表面からAg,Auの順に修飾金属層が構成され、最外層がSiO2によりカバーされている。図10(c)、(d)では、微粒子の表面からAu,Agの順に修飾金属層が構成されている。最外層がSiO2によりカバーされている。 FIGS. 10A to 10D show the case where the elements deposited on the surface of the modified fine particles are Au and Ag, and the outermost layer thereof is covered with SiO 2. It is a figure which shows typically the example of the aspect of reflection of this. Here, the atoms of the constituent elements of each layer are indicated by small circles. 10A and 10B, a modified metal layer is formed in the order of Ag and Au from the surface of the fine particles, and the outermost layer is covered with SiO 2 . In FIGS. 10C and 10D, the modified metal layers are formed in the order of Au and Ag from the surface of the fine particles. The outermost layer is covered by the SiO 2.

図10(a)と図10(b)とを対比すると、電子銃40−1から発せられた電子線40−4の電子がAu層で反射されるか、Ag層で反射されるかの違いがある。したがって、同じ標識用の微粒子であっても、電子線40−4のエネルギーの差異により、Au層での反射、あるいは、Ag層で反射と異なったものとなり、観察者に見える明るさが異なることになる。同様に、図10(c)と図10(d)とを対比すると、電子銃40−1から発せられた電子線40−4の電子がAg層で反射されるか、Au層で反射されるかの違いがある。したがって、同じ標識用の修飾微粒子であっても、電子線40−4のエネルギーの差異により、Ag層での反射、あるいは、Au層で反射と異なったものとなり、観察者に見える明るさが異なることになる。   Comparing FIG. 10A and FIG. 10B, the difference between whether the electrons of the electron beam 40-4 emitted from the electron gun 40-1 are reflected by the Au layer or the Ag layer is different. There is. Therefore, even if the same labeling fine particles are used, they differ from the reflection on the Au layer or the reflection on the Ag layer due to the difference in energy of the electron beam 40-4, and the brightness seen by the observer is different. become. Similarly, when FIG. 10C and FIG. 10D are compared, electrons of the electron beam 40-4 emitted from the electron gun 40-1 are reflected by the Ag layer or reflected by the Au layer. There is a difference. Therefore, even with the same modified fine particles for labeling, the reflection on the Ag layer or the reflection on the Au layer differs from the reflection on the Au layer due to the energy difference of the electron beam 40-4, and the brightness seen by the observer is different. It will be.

このように、標識用の修飾微粒子に照射される電子線40−4のエネルギーの差異により、観察結果が異なることを防ぐためには、観察の前に、例えば、比較用の既知の修飾微粒子の明るさを評価して、電子銃40−1から発せられた電子線40−4の電子のエネルギーを調整しておくのが良い。あるいは、事前のキャリブレーションを省略して、観察を、比較用の既知の修飾微粒子の明るさとの比較において行うものとしても良い。   As described above, in order to prevent the observation result from being different due to the difference in energy of the electron beam 40-4 irradiated to the labeling modified fine particles, before observation, for example, the brightness of the known modified fine particles for comparison is increased. It is preferable to adjust the energy of the electrons of the electron beam 40-4 emitted from the electron gun 40-1. Alternatively, prior calibration may be omitted, and observation may be performed in comparison with the brightness of known modified fine particles for comparison.

なお、図10(a)−(d)に示す例では、図10(a)、(b)と図10(c)、(d)とでは、修飾元素の積層の順番は異なっても、修飾元素はいずれもAuおよびAgでしかないから、図9を参照して説明した修飾微粒子の元素スペクトル像は同じとなるが、元素のマッピング像では、AuおよびAgの差異を反映したものとなる。   In the example shown in FIGS. 10A to 10D, the modification order is different between FIGS. 10A and 10B and FIG. 10C and FIG. Since the elements are only Au and Ag, the element spectral images of the modified fine particles described with reference to FIG. 9 are the same, but the element mapping image reflects the difference between Au and Ag.

本発明は、上述したように、任意の粒径の微粒子を、任意の遷移金属、金属、あるいは、半導体の薄膜で修飾し、最外層をSiO2で包み込んだ標識用の微粒子を提供できる。したがって、多種類の標識を容易に作成できるのみならず、微粒子最外層をSiO2で包み込むことで、任意の遷移金属、半導体、あるいは金属により修飾された微粒子の最外層に、アミノ基、あるいは、チオール基を統一された方法で導入可能とできる。その結果、修飾微粒子の最外層に生体機能分子を安定して固定化して生体機能分子修飾微粒子を作製することができる。 As described above, the present invention can provide fine particles for labeling in which fine particles having an arbitrary particle diameter are modified with a thin film of any transition metal, metal, or semiconductor and the outermost layer is wrapped with SiO 2 . Therefore, not only can various types of labels be easily created, but the outermost layer of fine particles is wrapped with SiO 2 , so that the outermost layer of fine particles modified with any transition metal, semiconductor, or metal can have amino groups, or The thiol group can be introduced by a unified method. As a result, biofunctional molecule-modified fine particles can be produced by stably immobilizing biofunctional molecules on the outermost layer of the modified fine particles.

(a)−(e)は本発明の修飾微粒子作成過程の最初の過程の基板上に微粒子を単層固定させる過程を説明する概念図である。(A)-(e) is a conceptual diagram explaining the process which fixes fine particle on the board | substrate of the first process of the modified fine particle preparation process of this invention. (a)は抵抗加熱式蒸着装置によって、微粒子固定化35mmプラスチック製ペトリディッシュ1の底面の金2の層の上に単層固定された微粒子3の表面を任意の金属あるいは半導体により修飾する方法を説明する概念図、(b)は蒸着源容器61の特異な構造の例を模式的に示す断面図である。(A) is a method in which the surface of the fine particles 3 fixed on the gold 2 layer on the bottom of the 35 mm plastic petri dish 1 is modified with an arbitrary metal or semiconductor by a resistance heating type vapor deposition apparatus. description conceptual diagram, (b) is a sectional view schematically showing an example of a specific structure of the vapor deposition source container 61. (a)−(e)は微粒子固定化35mmプラスチック製ペトリディッシュ1の底面の金2の層の上に単層固定された微粒子3の表面を任意の金属あるいは半導体により異なった厚さで修飾する方法と修飾結果を説明する概念図である。(A)-(e) modify the surface of the fine particles 3 fixed on the gold 2 layer on the bottom of the 35 mm plastic Petri dish 1 with a different thickness by an arbitrary metal or semiconductor. It is a conceptual diagram explaining a method and a modification result. (a)−(d)は微粒子固定化35mmプラスチック製ペトリディッシュ1の底面の金2の層の上に単層固定された微粒子3の表面を任意の金属あるいは半導体により修飾する方法と修飾結果を説明する概念図である。(A)-(d) shows a method of modifying the surface of the fine particle 3 fixed on the gold 2 layer on the bottom of the 35 mm plastic Petri dish 1 with a fine particle fixed with an arbitrary metal or semiconductor and the modification result. It is a conceptual diagram to explain. 図4(d)に示した微粒子固定化35mmプラスチック製ペトリディッシュ1の底面の金2の層の上に単層固定された微粒子3の表面を任意の金属あるいは半導体により修飾した修飾微粒子の最外層を、SiO2の層14で修飾した結果を説明する概念図である。The outermost layer of modified fine particles obtained by modifying the surface of the fine particles 3 fixed on the gold 2 layer on the bottom surface of the 35 mm plastic Petri dish 1 shown in FIG. 4D with an arbitrary metal or semiconductor. the is a conceptual diagram illustrating a result of modified with SiO 2 layer 14. 微粒子固定化35mmプラスチック製ペトリディッシュ1の底面の金2の層の上に単層固定され、蒸着を済ませた修飾微粒子3を、ペトリディッシュ1の底面の金2の層から剥離させる具体策について説明する概念図である。Describes a specific measure for peeling the modified fine particles 3 fixed on the bottom of the gold 2 layer on the bottom of the Petri dish 1 from the gold 2 layer on the bottom of the Petri dish 1. FIG. 本発明の生体機能分子修飾微粒子3を生体物質の検査のための標識として利用する一例の観察対象のチップ19の構成例を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structural example of the chip | tip 19 of an example of an observation object which utilizes the biofunctional molecule modification fine particle 3 of this invention as a label | marker for the test | inspection of a biological substance. 実施例の生体機能分子修飾微粒子3を標識として生体物質の検査に利用する具体例として、図7で説明した態様の観察対象のチップ19を走査型電子顕微鏡で観察する例を説明する概念図である。7 is a conceptual diagram illustrating an example of observing the observation target chip 19 of the mode described in FIG. 7 with a scanning electron microscope as a specific example in which the biofunctional molecule-modified fine particle 3 of the embodiment is used as a label for inspection of a biological substance. is there. (a)−(c)は、観察対象のチップ19のプローブ固定領域20の表面の反射電子線画像、2次電子線画像および元素スペクトル像から修飾微粒子の表面に蒸着されている元素の種類を識別する具体例を模式的に示す図である。(A)-(c) shows the types of elements deposited on the surface of the modified fine particles from the reflected electron beam image, secondary electron beam image, and element spectrum image of the surface of the probe fixing region 20 of the tip 19 to be observed. It is a figure which shows typically the specific example to identify. (a)−(d)は、修飾微粒子の表面に蒸着されている元素をAuおよびAgとし、これの最外層がSiO2によりカバーされている場合について、これらの層に入射した電子線の反射の態様の例を模式的に示す図である。(A)-(d) shows the case where the elements deposited on the surface of the modified fine particles are Au and Ag, and the outermost layer thereof is covered with SiO 2. It is a figure which shows the example of this aspect typically.

符号の説明Explanation of symbols

1…35mmプラスチック製ペトリディッシュ、2…金の薄膜、3…ポリスチレン製微粒子、4…微粒子懸濁液、5…蓋付容器、6…蒸着源、61…蒸着源容器、62…加熱用抵抗器、63…仕切り板、7…シャッター、91,92,93,94…修飾元素の層、10,11,11,12,13,14…修飾元素の層、15…ガラス製セル、16…超音波洗浄槽、17…超音波振動子、18…水、19…観察対象のチップ、20…プローブ固定領域、21−24…固着されたプローブ、26−29…標的分子、301,302,303,304,305…修飾微粒子、31-34…生体機能分子、36−39…修飾微粒子、40−1…電子銃、40−2…集束レンズ、40−3…走査コイル、40−4…電子線、40−5…2次電子、40−6…反射電子、40−7…2次電子検出器、40−8…反射電子を検出器、40−9…修飾微粒子の構成元素に特異的な波長のX線元素に特異的な波長のX線、40−10…エネルギー分散型特性X線検出器。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 35mm plastic petri dish, 2 ... Gold thin film, 3 ... Polystyrene fine particle, 4 ... Fine particle suspension, 5 ... Container with lid, 6 ... Deposition source, 6 1 ... Deposition source container, 6 2 ... For heating Resistor, 6 3 ... partition plate, 7 ... shutter, 9 1 , 9 2 , 9 3 , 9 4 ... layer of modifying element, 10, 11, 11, 12, 13, 14 ... layer of modifying element, 15 ... glass Cell: 16 ... ultrasonic cleaning tank, 17 ... ultrasonic transducer, 18 ... water, 19 ... chip to be observed, 20 ... probe fixing region, 21-24 ... fixed probe, 26-29 ... target molecule, 30 1 , 30 2 , 30 3 , 30 4 , 30 5 ... modified fine particles, 31-34 ... biofunctional molecules, 36-39 ... modified fine particles, 40-1 ... electron gun, 40-2 ... focusing lens, 40-3 ... Scanning coil, 40-4 ... Electron beam, 40-5 ... Secondary electron, 40-6 ... Backscattered electrons, 40-7 ... Secondary electron detector, 40-8 ... Backscattered electron detector, 40-9 ... X-rays with specific wavelength for X-ray elements with specific wavelength for constituent elements of modified fine particles 40-10 Energy dispersive characteristic X-ray detector.

Claims (18)

一面に金の薄膜を形成された基板、シリコン基板、またはガラス基板を準備する工程、
所定の直径のポリスチレン製微粒子、SiO製微粒子、またはTiO製微粒子のいずれか、適量の純水、および前記微粒子間の静電反発力を抑制するための材料を混合して、微粒子懸濁液を準備する工程、
前記微粒子懸濁液を前記基板の上に滴下して前記基板上に前記微粒子を分布させる工程、
基板上に吸着していない過剰量の微粒子を洗浄除去し、基板上に分布された微粒子を乾燥させる工程、
前記基板上に分布された前記微粒子に遷移金属、金属または半導体を少なくとも1層蒸着させる工程、
前記遷移金属、金属または半導体を少なくとも1層蒸着された前記微粒子に、蒸着または昇華によりSiOを1層形成させる工程、
前記基板上に固定され、前記蒸着を済ませた前記微粒子上に、
(i)微量の純水、または
(ii)微量の純水にタンパク質として牛血清アルブミン(bovine serum albumin (BSA))、緩衝液としてクエン酸バッファー(standard sodium citrate (SSC))もしくはリン酸塩バッファー(phosphate buffer)、および界面活性剤として硫酸ドデシルナトリウム(sodium dodecyl sulfate (SDS))もしくはタンニン酸(tannic acid)を加えた微量の液体
を滴下する工程、ならびに
前記基板の他面に超音波を作用させながら、前記微粒子が固定された前記一面側に平坦な底面を有する素材を該底面に若干加重が加わる様に載置して、該素材を任意の方向に移動させることにより前記微粒子を前記基板から剥離させる工程、
を含む、遷移金属、金属または半導体で修飾された微粒子の製作方法。
Preparing a substrate, a silicon substrate, or a glass substrate having a gold thin film formed on one surface;
Suspension of fine particles by mixing any one of polystyrene fine particles having a predetermined diameter, SiO 2 fine particles, or TiO 2 fine particles, an appropriate amount of pure water, and a material for suppressing electrostatic repulsion between the fine particles. Preparing the liquid,
Dropping the fine particle suspension onto the substrate to distribute the fine particles on the substrate;
Cleaning and removing excessive amounts of fine particles not adsorbed on the substrate, and drying the fine particles distributed on the substrate;
Depositing at least one layer of transition metal, metal or semiconductor on the fine particles distributed on the substrate;
A step of forming one layer of SiO 2 by vapor deposition or sublimation on the fine particles on which at least one layer of the transition metal, metal or semiconductor is vapor-deposited;
On the fine particles fixed on the substrate and the vapor-deposited,
(I) Trace amount of pure water, or (ii) Trace amount of pure water, bovine serum albumin (BSA) as protein, and citrate buffer (standard sodium citrate (SSC)) or phosphate buffer as buffer (Phosphate buffer), a step of dripping a small amount of liquid containing sodium dodecyl sulfate (SDS) or tannic acid as a surfactant, and ultrasonic action on the other surface of the substrate Then, a material having a flat bottom surface on the one surface side to which the fine particles are fixed is placed so that a slight load is applied to the bottom surface, and the fine particles are moved to the substrate by moving the material in an arbitrary direction. Peeling from
Of fine particles modified with transition metals, metals or semiconductors.
前記微粒子間の静電反発力を抑制するための材料が1-ethyl-3(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride、NaCl、または、KClである請求項1記載の微粒子の製作方法。   2. The method for producing fine particles according to claim 1, wherein the material for suppressing electrostatic repulsion between the fine particles is 1-ethyl-3 (3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride, NaCl, or KCl. 前記遷移金属、金属または半導体が、周期律表で原子番号43番を除く79番までの遷移金属、原子番号13,31,32,33,49,50,51,81,82,もしくは83番の金属、または原子番号14,34,もしくは52番の半導体のいずれかである請求項1記載の微粒子の製作方法。   The transition metal, metal, or semiconductor is a transition metal up to 79, excluding atomic number 43 in the periodic table, atomic number 13, 31, 32, 33, 49, 50, 51, 81, 82, or 83. 2. The method for producing fine particles according to claim 1, wherein the fine particles are any one of a metal and a semiconductor having an atomic number of 14, 34, or 52. 前記微粒子を基板から剥離させる工程によって得られた微粒子懸濁液に0.01%から10%以下の3-aminopropyl trimethoxy silane、3-aminopropyl triethoxy silane、または、3-aminopropyl diethoxy methyl silaneのシランカップリング剤を加えることにより、前記微粒子表面にアミノ基を導入する請求項1記載の微粒子の製作方法。   Silane coupling of 0.01% to 10% of 3-aminopropyl trimethoxy silane, 3-aminopropyl triethoxy silane, or 3-aminopropyl diethoxy methyl silane to the fine particle suspension obtained by the step of peeling the fine particles from the substrate. The method for producing fine particles according to claim 1, wherein an amino group is introduced into the surface of the fine particles by adding an agent. 前記微粒子を基板から剥離させる工程によって得られた微粒子懸濁液に0.01%から10%以下の3-mercaptopropyl trimethoxy silaneのシランカップリング剤を加えることにより、前記微粒子表面にチオール基を導入する請求項1記載の微粒子の製作方法。   A thiol group is introduced to the surface of the fine particles by adding 0.01% to 10% or less of a silane coupling agent of 3-mercaptopropyl trimethoxy silane to the fine particle suspension obtained by the step of peeling the fine particles from the substrate. The method for producing fine particles according to claim 1. 一面に金の薄膜を形成された基板、シリコン基板、または ガラス基板を準備する工程、
所定の直径のポリスチレン製微粒子、SiO製微粒子、またはTiO製微粒子のいずれか、適量の純水、および前記微粒子間の静電反発力を抑制するための材料を混合して、微粒子懸濁液を準備する工程、
前記微粒子懸濁液を前記基板の上に滴下して前記基板上に前記微粒子を分布させる工程、
前記基板上に分布された前記微粒子に遷移金属、金属または半導体を少なくとも1層蒸着させる工程、
前記遷移金属、金属または半導体を少なくとも1層蒸着された前記微粒子を有する前記基板の周辺に(i)3-aminoprophyl trimethoxy silane、3-aminoprophyl triethoxy silane、または、3-aminoprophyl diethoxy methyl silaneのシランカップリング剤の液滴を滴下し、窒素またはアルゴン雰囲気容器内に密封し、気相中でシランカップリング剤分子を前記微粒子表面に吸着させることにより前記微粒子の表面にアミノ基を導入するか、または(ii)3-mercaptopropyl trimethoxy silaneのシランカップリング剤の液滴を滴下し、窒素またはアルゴン雰囲気容器内に密封し、気相中でシランカップリング剤分子を微粒子表面に吸着させることにより前記微粒子の表面にチオール基を導入する工程、
前記基板上に単層固定され、蒸着を済ませた前記微粒子上に微量の純水を滴下した後、前記基板の他面に超音波を作用させながら、前記単層固定された前記微粒子の上の面に平坦な底面を有する素材を該底面に加重がかかる様に載置して任意の方向に移動させることにより前記微粒子を基板から剥離させる工程、
を含む、遷移金属、金属または半導体で修飾された微粒子の製作方法。
Preparing a substrate with a gold thin film formed on one side, a silicon substrate, or a glass substrate;
Suspension of fine particles by mixing any one of polystyrene fine particles having a predetermined diameter, SiO 2 fine particles, or TiO 2 fine particles, an appropriate amount of pure water, and a material for suppressing electrostatic repulsion between the fine particles. Preparing the liquid,
Dropping the fine particle suspension onto the substrate to distribute the fine particles on the substrate;
Depositing at least one layer of transition metal, metal or semiconductor on the fine particles distributed on the substrate;
(I) 3-aminoprophyl trimethoxy silane, 3-aminoprophyl triethoxy silane, or 3-aminoprophyl diethoxy methyl silane silane coupling around the substrate having the fine particles deposited with at least one layer of the transition metal, metal or semiconductor A droplet of the agent is dropped and sealed in a nitrogen or argon atmosphere container, and an amino group is introduced to the surface of the fine particle by adsorbing the silane coupling agent molecule on the fine particle surface in the gas phase, or ( ii) Dropping 3-mercaptopropyl trimethoxy silane silane coupling agent droplets, sealing in a nitrogen or argon atmosphere container, and adsorbing the silane coupling agent molecules on the fine particle surface in the gas phase A step of introducing a thiol group into
After dropping a small amount of pure water onto the fine particles fixed and deposited on the substrate, ultrasonic waves are applied to the other surface of the substrate, and the fine particles on the single layer are fixed. A step of separating the fine particles from the substrate by placing a material having a flat bottom surface on the surface so as to apply a load to the bottom surface and moving the material in an arbitrary direction;
Of fine particles modified with transition metals, metals or semiconductors.
前記基板上で前記微粒子が高密度に分布できる濃度となるように、前記微粒子懸濁液が、前記微粒子が凝集する寸前の濃度となるように懸濁されている、請求項1または6記載の微粒子の製作方法。   The fine particle suspension is suspended so as to have a concentration immediately before the fine particles aggregate so that the fine particles can be distributed at a high density on the substrate. How to make fine particles. 前記微粒子の表面にアミノ基を導入した後、0.1mg〜1g/mLのSulfosuccinimidyl 6-(3'-[2-pyridyldithio]-propionamido) hexanoate (Sulfo-LC-SPDP)、あるいは、Sulfosuccinimidyl 4-[N-maleimidomethyl] cyclohexane-1-carboxylate (Sulfo-SMCC)のアミノ基とチオール基を架橋させる2架性架橋剤を用いて活性化した後、3’もしくは5’いずれかの末端にチオール基を導入したDNAもしくはRNA、チオール基を有する抗体のタンパク質を反応させて前記微粒子表面に生体機能分子を固定化する請求項4記載の微粒子の製作方法。 After introducing amino groups on the surface of the fine particles , 0 . 1 mg to 1 g / mL Sulfosuccinimidyl 6- (3 '-[2-pyridyldithio] -propionamido) hexanoate (Sulfo-LC-SPDP) or Sulfosuccinimidyl 4- [N-maleimidomethyl] cyclohexane-1-carboxylate (Sulfo-SMCC) After activation with a cross-linking agent that crosslinks the amino group and thiol group, DNA or RNA introduced with a thiol group at either the 3 'or 5' end, or an antibody protein having a thiol group reacts The method for producing fine particles according to claim 4, wherein a biofunctional molecule is immobilized on the surface of the fine particles. 前記微粒子の表面にチオール基を導入した後、0.1mg〜1g/mLのSulfosuccinimidyl 6-(3'-[2-pyridyldithio]-propionamido) hexanoate (Sulfo-LC-SPDP)、あるいは、Sulfosuccinimidyl 4-[N-maleimidomethyl] cyclohexane-1-carboxylate (Sulfo-SMCC)のチオール基とアミノ基を架橋させる2架性架橋剤を用いて活性化した後、3’もしくは5’いずれかの末端にアミノ基を導入したDNAもしくはRNA、アミノ基を有する抗体のタンパク質を反応させて微粒子表面に生体機能分子を固定化する請求項5記載の微粒子の製作方法。 After introducing the thiol group to the surface of the fine particles , 0 . 1 mg to 1 g / mL Sulfosuccinimidyl 6- (3 '-[2-pyridyldithio] -propionamido) hexanoate (Sulfo-LC-SPDP) or Sulfosuccinimidyl 4- [N-maleimidomethyl] cyclohexane-1-carboxylate (Sulfo-SMCC) After activation using a cross-linking agent that crosslinks the thiol group and amino group of DNA, DNA or RNA with amino group introduced at either 3 'or 5' end, or antibody protein having amino group reacts 6. The method for producing fine particles according to claim 5, wherein the biofunctional molecule is immobilized on the surface of the fine particles. 前記2架性架橋剤が先に生体機能分子と反応させた後に前記微粒子と反応させられる請求項8または9記載の微粒子の製作方法。   The method for producing fine particles according to claim 8 or 9, wherein the two-crosslinking agent is reacted with the fine particles after first reacting with a biofunctional molecule. 前記微粒子の表面にアミノ基を導入した後、該微粒子を基板から剥離する前に、0.1mg〜1g/mLのSulfosuccinimidyl 6-(3'-[2-pyridyldithio]-propionamido) hexanoate (Sulfo-LC-SPDP)、あるいは、Sulfosuccinimidyl 4-[N-maleimidomethyl] cyclohexane-1-carboxylate (Sulfo-SMCC)のアミノ基とチオール基を架橋させる2架性架橋剤を用いて活性化した後、3’もしくは5’いずれかの末端にチオール基を導入したDNAもしくはRNA、チオール基を有する抗体のタンパク質を反応させて前記微粒子表面に生体機能分子を固定化する請求項6記載の微粒子の製作方法。   After introducing amino groups on the surface of the fine particles, before removing the fine particles from the substrate, 0.1 mg to 1 g / mL of Sulfosuccinimidyl 6- (3 ′-[2-pyridyldithio] -propionamido) hexanoate (Sulfo-LC -SPDP), or after activation with a cross-linking agent that crosslinks the amino group and thiol group of Sulfosuccinimidyl 4- [N-maleimidomethyl] cyclohexane-1-carboxylate (Sulfo-SMCC), 3 'or 5 7. The method for producing microparticles according to claim 6, wherein a biofunctional molecule is immobilized on the surface of the microparticle by reacting DNA or RNA having a thiol group introduced at either end thereof or a protein of an antibody having a thiol group. 前記微粒子の表面にチオール基を導入した後、該微粒子を基板から剥離する前に、0.1mg〜1g/mLのSulfosuccinimidyl 6-(3'-[2-pyridyldithio]-propionamido) hexanoate (Sulfo-LC-SPDP)、あるいは、Sulfosuccinimidyl 4-[N-maleimidomethyl] cyclohexane-1-carboxylate (Sulfo-SMCC)のチオール基とアミノ基を架橋させる2架性架橋剤を用いて活性化した後、3’もしくは5’いずれかの末端にアミノ基を導入したDNAもしくはRNA、アミノ基を有する抗体のタンパク質を反応させて微粒子表面に生体機能分子を固定化する請求項6記載の微粒子の製作方法。   After introducing a thiol group on the surface of the fine particles and before peeling the fine particles from the substrate, 0.1 mg to 1 g / mL of Sulfosuccinimidyl 6- (3 ′-[2-pyridyldithio] -propionamido) hexanoate (Sulfo-LC -SPDP), or activated with a two-crosslinker that crosslinks the thiol group and amino group of Sulfosuccinimidyl 4- [N-maleimidomethyl] cyclohexane-1-carboxylate (Sulfo-SMCC), then 3 'or 5 7. The method for producing microparticles according to claim 6, wherein the biofunctional molecule is immobilized on the surface of the microparticle by reacting DNA or RNA having an amino group introduced at either end thereof or an antibody protein having an amino group. 前記2架性架橋剤が先に生体機能分子と反応させた後に前記微粒子と反応させられる請求項11または12記載の微粒子の製作方法。   The method for producing fine particles according to claim 11 or 12, wherein the two-crosslinking agent is reacted with the fine particles after first reacting with a biofunctional molecule. 請求項1または請求項6に記載の微粒子の製作方法で製作された微粒子を利用するとともに、観察対象のチップ表面のプローブ固定領域に固着されている多数のプローブにDNA、mRNA、またはタンパク質を含む標的分子が結合し、該標的分子を前記微粒子表面の生体機能分子を介して標識している前記微粒子と、前記観察対象のチップのプローブ固定領域の表面とは分離された位置に設けられた比較用の前記微粒子とを、同時に電子線で走査して得られる前記微粒子の電子線走査による反射電子線画像を得て、
前記標識している前記微粒子の反射電子線画像の明るさから、前記微粒子表面を修飾している素材を決定して前記DNA、mRNA、またはタンパク質を含む標的分子を特定することを特徴とする生体物質の検査法。
The microparticles manufactured by the microparticle manufacturing method according to claim 1 or 6 are used, and many probes fixed to the probe fixing region on the surface of the chip to be observed contain DNA, mRNA, or protein. A comparison in which the target molecule binds and the target molecule is labeled via a biofunctional molecule on the surface of the microparticle and the surface of the probe fixing region of the observation target chip is separated. Obtaining a reflected electron beam image by electron beam scanning of the fine particles obtained by simultaneously scanning the fine particles with an electron beam,
A living body characterized in that a target molecule containing the DNA, mRNA, or protein is specified by determining a material that modifies the surface of the fine particle from the brightness of the reflected electron beam image of the labeled fine particle. Inspection method for substances.
請求項1または請求項6に記載の微粒子の製作方法で製作された微粒子を利用するとともに、観察対象のチップ表面のプローブ固定領域に固着されている多数のプローブにDNA、mRNA、またはタンパク質を含む標的分子が結合し、該標的分子を前記微粒子表面の生体機能分子を介して標識している前記微粒子と、前記観察対象のチップのプローブ固定領域の表面とは分離された位置に設けられた比較用の前記微粒子とを、同時に電子線で走査して得られる前記微粒子の電子線走査による反射電子線画像を得て、
前記比較用の前記微粒子の反射電子線画像と前記標識している前記微粒子の反射電子線画像との対比によって前記微粒子表面を修飾している素材を決定して前記DNA、mRNA、またはタンパク質を含む標的分子を特定することを特徴とする生体物質の検査法。
The microparticles manufactured by the microparticle manufacturing method according to claim 1 or 6 are used, and many probes fixed to the probe fixing region on the surface of the chip to be observed contain DNA, mRNA, or protein. A comparison in which the target molecule binds and the target molecule is labeled via a biofunctional molecule on the surface of the microparticle and the surface of the probe fixing region of the observation target chip is separated. Obtaining a reflected electron beam image by electron beam scanning of the fine particles obtained by simultaneously scanning the fine particles with an electron beam,
A material that modifies the surface of the fine particle is determined by comparing the reflected electron beam image of the comparative fine particle with the reflected electron beam image of the labeled fine particle, and includes the DNA, mRNA, or protein. A method for inspecting biological material, characterized by identifying a target molecule.
前記電子線で走査して得られる前記微粒子の電子線走査による反射電子線画像に加えて、電子線で走査して得られる2次電子から2次電子線画像を得て、反射電子線画像の前記微粒子の位置を特定する請求項14または15記載の生体物質の検査法。   In addition to the reflected electron beam image obtained by scanning the electron beam with the electron beam, a secondary electron beam image is obtained from the secondary electron obtained by scanning with the electron beam. The biological material inspection method according to claim 14 or 15, wherein a position of the fine particle is specified. 前記電子線で走査して得られる前記微粒子の電子線走査による反射電子線画像、電子線で走査して得られる2次電子から得た2次電子線画像に加えて、電子線で走査して得られる前記微粒子の表面を修飾している素材の元素スペクトル像を得て、前記微粒子の組成元素を特定する請求項16記載の生体物質の検査法。   In addition to the reflected electron beam image of the fine particles obtained by scanning with the electron beam, the secondary electron beam image obtained from the secondary electrons obtained by scanning with the electron beam, The biological material inspection method according to claim 16, wherein an element spectrum image of a material that modifies the surface of the obtained fine particles is obtained, and a composition element of the fine particles is specified. 前記電子線で走査して得られる前記微粒子の電子線走査による反射電子線画像、電子線で走査して得られる2次電子から得た2次電子線画像に加えて、前記微粒子の表面を修飾している素材の元素マッピング像を得て、前記微粒子の組成元素を特定する請求項16記載の生体物質の検査法。   In addition to the reflected electron beam image obtained by scanning the electron beam with the electron beam and the secondary electron beam image obtained from the secondary electron obtained by scanning with the electron beam, the surface of the fine particle is modified. The biological material inspection method according to claim 16, wherein an element mapping image of a material being obtained is obtained to identify a composition element of the fine particles.
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