JP5751580B2 - Methoxyoligoethylene glycol-silane compound surface modification material - Google Patents
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Description
本発明は、各種材質表面を薄膜修飾可能なメトキシオリゴエチレングリコールを導入したシラン化合物、及びその製造方法、並びに当該メトキシオリゴエチレングリコール−シラン化合物を用いた薄膜表面修飾材料に関する。 The present invention relates to a silane compound into which methoxy oligoethylene glycol capable of thin film modification on the surface of various materials is introduced, a method for producing the same, and a thin film surface modifying material using the methoxy oligo ethylene glycol-silane compound.
バイオセンサー開発では、測定試料に含まれるタンパク質がセンシング素子表面に非特異に吸着してセンシング機能を低下させるため、タンパク質の非特異吸着を抑制する表面修飾材料が必要である。そのような表面修飾材料に導入される官能基として、ポリエチレングリコールなどのポリエーテル化合物やホスホリルコリンなどのツビッターイオン化合物等が知られている。特にポリエチレングリコールは、その扱い易さからタンパク質の非特異吸着を抑制する生体適合性表面修飾材料として広く研究されている(特許文献1、2)。
表面プラスモン共鳴(SPR)センサーや導波モードセンサーなどの高感度バイオセンサー開発では、センシング素子表面での分子認識をより感度よく検出するため、単分子膜を始めとするできるだけ薄い膜による表面修飾が求められる。表面修飾材料には、修飾表面と反応する種々の官能基が導入されている。官能基としてチオールを導入することによって金表面への単分子膜修飾が容易にできることから、チオールを導入した種々の表面修飾材料が開発され、多方面で利用されている。その一方でシランを導入した化合物は、ガラス、布、プラスチック、カーボンなどの多様な材料表面を修飾でき、さらに単分子膜修飾も可能であることから、より汎用性のある表面修飾材料として知られている。
タンパク質の非特異吸着を抑制する表面修飾材料として、チオールやシランを導入したポリエチレングリコール表面修飾材料が開発・市販されているが、高分子である故に修飾表面の膜厚が厚くなり、高感度センシング素子の開発にあたって問題となりうることが知られている。この問題を解決できる薄膜構築表面修飾材料として、チオールを導入したオリゴエチレングリコールやメトキシオリゴエチレングリコール表面修飾材料が開発され、自己集合膜のような高密度な単分子膜を形成することによってタンパク質の非特異吸着抑制機能を発揮していることが報告されている(非特許文献1、2)。しかし修飾できるセンシング素子表面は金に限られ、血清のような医療現場で用いる試料に対するタンパク質などの非特異吸着抑制能力も十分とは言い難い。したがって、金属以外の材質表面にも適用可能な、より広汎な材質の基材表面を薄膜修飾できるような表面修飾材料の開発が望まれていた。
In biosensor development, since a protein contained in a measurement sample is non-specifically adsorbed on the surface of a sensing element to reduce the sensing function, a surface-modifying material that suppresses non-specific protein adsorption is required. Known functional groups introduced into such a surface modifying material include polyether compounds such as polyethylene glycol and zwitter ion compounds such as phosphorylcholine. In particular, polyethylene glycol has been widely studied as a biocompatible surface modifying material that suppresses nonspecific adsorption of proteins because of its ease of handling (Patent Documents 1 and 2).
In the development of high-sensitivity biosensors such as surface plasmon resonance (SPR) sensors and waveguide mode sensors, surface modification with the thinnest possible film, including monomolecular films, to detect molecules on the sensing element surface with higher sensitivity Is required. Various functional groups that react with the modified surface are introduced into the surface modifying material. By introducing a thiol as a functional group, it is possible to easily modify the monomolecular film on the gold surface. Therefore, various surface modifying materials into which a thiol is introduced have been developed and used in various fields. On the other hand, silane-introduced compounds are known as more versatile surface-modifying materials because they can modify the surface of various materials such as glass, cloth, plastic, and carbon, and can also be modified with monomolecular films. ing.
Polyethylene glycol surface-modified materials with thiol or silane introduced have been developed and marketed as surface-modifying materials that suppress nonspecific adsorption of proteins, but because of the high molecular weight, the surface of the modified surface becomes thicker and high-sensitivity sensing It is known that it can be a problem in the development of devices. Thiol-introduced oligoethylene glycol and methoxy oligoethylene glycol surface modification materials have been developed as surface modification materials for thin film construction that can solve this problem, and by forming high-density monomolecular films such as self-assembled films, It has been reported that it exhibits a non-specific adsorption inhibiting function (Non-Patent Documents 1 and 2). However, the surface of the sensing element that can be modified is limited to gold, and it is difficult to say that the ability to suppress nonspecific adsorption of proteins and the like to samples used in the medical field such as serum is not sufficient. Accordingly, it has been desired to develop a surface modifying material that can be applied to the surface of a material other than metal and that can modify the surface of a base material of a wider range of materials.
本発明は、単分子膜を初めとする薄膜表面修飾が可能で、血清のような試料を用いた場合でも十分なタンパク質等の非特異吸着抑制効果を示し、ガラスやプラスチックなど、多様な基材表面を修飾できる表面修飾材料を提供しようとするものである。 The present invention can modify the surface of a thin film such as a monomolecular film, exhibits a sufficient effect of suppressing nonspecific adsorption of proteins and the like even when a sample such as serum is used, and can be used for various substrates such as glass and plastic. An object of the present invention is to provide a surface modifying material capable of modifying the surface.
本発明者らは、タンパク質などの非特異吸着を効果的に抑制するために、自己集合膜のように高密度単分子膜修飾が有効であること、そのような修飾のためには水素結合を形成するアミド基の導入が有効であることに鑑み、メトキシオリゴエチレングリコールを有するカルボン酸誘導体とアミノ基を有するシラン化合物とを反応させることで水素結合を形成するアミド基を有する各種のメトキシオリゴエチレングリコール−シラン誘導体を合成した。これら誘導体及びその薄膜形成能について鋭意研究した結果、下記(化学式1)の一般式で示される、メトキシオリゴエチレングリコール−シラン化合物が自己集合膜に匹敵する高密度単分子膜修飾可能であることを見出した。当該メトキシオリゴエチレングリコール−シラン化合物を用いることで、いろいろな材質のセンシング基板を薄膜表面修飾し、タンパク質の非特異吸着を効果的に抑制することが可能になった。即ち、本発明は、高感度バイオセンサー開発に資する、タンパク質の非特異吸着を抑制する表面修飾材料として有望なメトキシオリゴエチレングリコール−シラン化合物を提供するものである。
本願発明の新規化合物は、下記(化学式1)の一般式で記載することができ、下記(化学式2)及び(化学式3)を反応させて合成することができる(反応式1)。
Rは、−(CH2)m−(OCH2CH2)n−を表す。mは2〜10の整数であり、nは0〜5の整数である。)
The novel compound of the present invention can be described by the following general formula (Chemical Formula 1), and can be synthesized by reacting the following (Chemical Formula 2) and (Chemical Formula 3) (Reaction Formula 1).
R is, - (CH 2) m - (OCH 2 CH 2) n - represents a. m is an integer of 2 to 10, and n is an integer of 0 to 5. )
即ち、本発明は以下の通りのものである。
〔1〕 下記の(化学式1)で表される、メトキシオリゴエチレングリコール−シラン化合物;
Rは、−(CH2)m−(OCH2CH2)n−を表す。mは2〜10の整数であり、nは0〜5の整数である。)
〔2〕 前記〔1〕に記載のメトキシオリゴエチレングリコール−シラン化合物(化学式1)の製造方法であって、
下記(化学式2)で表される
と、下記(化学式3)で表される
とを反応させることを特徴とする、方法。
〔3〕 前記〔1〕に記載のメトキシオリゴエチレングリコール−シラン化合物からなる薄膜であって、装置又はその基材表面の少なくとも1部を修飾している薄膜。
〔4〕 前記〔1〕に記載のメトキシオリゴエチレングリコール−シラン化合物により、少なくとも1つの表面が修飾されている装置又はその基材。
〔5〕 前記装置が導波モードセンサーであり、その基材が当該装置に用いるバイオセンシング素子である、前記〔4〕に記載の装置又はその基材。
That is, the present invention is as follows.
[1] A methoxy oligoethylene glycol-silane compound represented by the following (Chemical Formula 1);
R is, - (CH 2) m - (OCH 2 CH 2) n - represents a. m is an integer of 2 to 10, and n is an integer of 0 to 5. )
[2] A method for producing a methoxy oligoethylene glycol-silane compound (chemical formula 1) according to [1],
Represented by the following (Chemical Formula 2)
And represented by the following (Chemical Formula 3)
And reacting.
[3] A thin film comprising the methoxy oligoethylene glycol-silane compound according to [1], wherein at least a part of the surface of the device or its substrate is modified.
[4] A device having at least one surface modified with the methoxy oligoethylene glycol-silane compound according to [1] or a substrate thereof.
[5] The device according to [4] or the base material thereof, wherein the device is a waveguide mode sensor and the base material is a biosensing element used in the device.
本発明のメトキシオリゴエチレングリコール−シラン化合物を用いて、いろいろな材質のセンシング基板を薄膜表面修飾することが可能である。修飾した表面は優れたタンパク質等の非特異吸着抑制効果を示し、高感度バイオセンシング素子の構築材料として有望である。 Using the methoxy oligoethylene glycol-silane compound of the present invention, it is possible to modify the surface of a sensing substrate made of various materials. The modified surface shows an excellent non-specific adsorption suppressing effect for proteins and the like, and is promising as a material for constructing a highly sensitive biosensing element.
1.本発明のメトキシオリゴエチレングリコール−シラン化合物について
本発明のメトキシオリゴエチレングリコール−シラン化合物は文献未記載の新規化合物であり、いろいろな材質のセンシング素子表面を薄膜表面修飾することが可能である。修飾した表面は優れたタンパク質等の非特異吸着抑制効果を示し、高感度バイオセンシング素子の構築材料として有望である。本発明では、合成したメトキシオリゴエチレングリコール−シラン化合物のタンパク質非特異吸着抑制効果を評価するために、導波モードセンサーチップのシリカ表面を修飾し、導波モードセンサーにてタンパク質非特異吸着抑制効果を評価した。
本発明のメトキシオリゴエチレングリコール−シラン化合物は下記の一般式(化学式1)で表される。
Rは、−(CH2)m−(OCH2CH2)n−を表す。mは2〜10の整数であり、好ましくは、m=2〜6である。nは0〜5の整数であり、好ましくはn=0〜2である。
なお、本明細書中の化学式、反応式内で用いている記号、符号は、同一記号、符号であればそれぞれ全て同じ意味を表す。
1. About the methoxy oligoethylene glycol-silane compound of the present invention The methoxy oligoethylene glycol-silane compound of the present invention is a novel compound not described in any literature, and it is possible to modify the surface of a sensing element of various materials with a thin film surface. The modified surface shows an excellent non-specific adsorption suppressing effect for proteins and the like, and is promising as a material for constructing a highly sensitive biosensing element. In this invention, in order to evaluate the protein non-specific adsorption inhibitory effect of the synthesized methoxy oligoethylene glycol-silane compound, the silica surface of the waveguide mode sensor chip is modified, and the protein non-specific adsorption inhibitory effect by the waveguide mode sensor. Evaluated.
The methoxy oligoethylene glycol-silane compound of the present invention is represented by the following general formula (Chemical Formula 1).
R is, - (CH 2) m - (OCH 2 CH 2) n - represents a. m is an integer of 2 to 10, and preferably m = 2 to 6. n is an integer of 0-5, preferably n = 0-2.
Note that the symbols and symbols used in the chemical formulas and reaction formulas in this specification all have the same meaning as long as they are the same symbols and symbols.
2.本発明のメトキシオリゴエチレングリコール−シラン化合物の製造法
以下、本発明のメトキシオリゴエチレングリコール−シラン化合物の製造法を説明する。
(2−1)オリゴエチレングリコールカルボン酸エチルエステル誘導体の合成
まず、下記の反応式に従って、グリシンエチルエステル塩酸塩からジアゾ酢酸エチルエステルを合成する。
次いで、下記反応式に従って、上記ジアゾ酢酸エチルエステルを、「H−(OCH2CH2)b−OR1」具体的には、「H−(OCH2CH2)b−OCH3」で表されるオリゴエチレングリコールモノメチルエーテル、又は「H−(OCH2CH2)b−OH」で表されるオリゴエチレングリコールと反応させる。なお、これらの式中、R1はメチル基、あるいは水素である。bは1〜10で、かつa以下の整数であり、好ましくはb=2〜5である。
具体的には、ジアゾ酢酸エチルエステルのジクロロメタン溶液に、上記オリゴエチレングリコールモノメチルエーテル又はオリゴエチレングリコールを加え、三フッ化ホウ素エチルエーテル錯体のジクロロメタン溶液を滴下して反応させる方法が採用できる。
その後、ジクロロメタンを留去した後、減圧蒸留などの周知手段で精製することで60%以上の収率で、目的の下記「メトキシオリゴエチレングリコールカルボン酸エチルエステル又はオリゴエチレングリコールカルボン酸エチルエステル」を得ることができる。
(2-1) Synthesis of oligoethylene glycol carboxylic acid ethyl ester derivative First, diazoacetic acid ethyl ester is synthesized from glycine ethyl ester hydrochloride according to the following reaction formula.
Then, according to the following reaction formula, the diazoacetic acid ethyl ester is represented by “H— (OCH 2 CH 2 ) b —OR 1 ”, specifically “H— (OCH 2 CH 2 ) b —OCH 3 ”. It reacts with oligoethylene glycol monomethyl ether or oligoethylene glycol represented by “H— (OCH 2 CH 2 ) b —OH”. In these formulas, R 1 is a methyl group or hydrogen. b is 1 to 10 and is an integer of a or less, preferably b = 2 to 5.
Specifically, a method may be employed in which the oligoethylene glycol monomethyl ether or oligoethylene glycol is added to a dichloromethane solution of diazoacetic acid ethyl ester, and a dichloromethane solution of boron trifluoride ethyl ether complex is dropped and reacted.
Then, after distilling off dichloromethane, purification with known means such as vacuum distillation, the desired “methoxy oligoethylene glycol carboxylic acid ethyl ester” or “oligoethylene glycol carboxylic acid ethyl ester” is obtained in a yield of 60% or more. Can be obtained.
(2−2)メトキシオリゴエチレングリコールカルボン酸の合成
下記反応式に従って、カルボン酸エステル含有オリゴエチレングリコール誘導体を、アルカリ加水分解させることによって、目的とするメトキシオリゴエチレングリコールカルボン酸、又はオリゴエチレングリコールカルボン酸を得ることができる。
具体的には、オリゴエチレングリコールカルボン酸と水素化ナトリウムのTHF溶液に、上記オリゴエチレングリコールモノメチルエーテル誘導体のTHF溶液を滴下して反応させる方法が採用できる。
その後、THFを留去した後、シリカゲルカラムなどの周知手段で精製することで目的のメトキシオリゴエチレングリコールカルボン酸を得ることができる。
Specifically, a method in which a THF solution of the oligoethylene glycol monomethyl ether derivative is dropped and reacted with a THF solution of oligoethylene glycol carboxylic acid and sodium hydride can be employed.
Then, after distilling off THF, the target methoxy oligoethylene glycol carboxylic acid can be obtained by purification by a known means such as a silica gel column.
(2−3)メトキシオリゴエチレングリコール−シラン化合物の合成
本発明の最終目的物であるメトキシオリゴエチレングリコール−シラン化合物を得るためには、上記(2−2)の合成法によりメトキシオリゴエチレングリコールを導入したカルボン酸誘導体と共に、下記(化学式3)で表されるアミノ基を有するシラン誘導体が必要であるが、当該シラン誘導体は、ほとんど市販化合物として入手可能である。例えば、3−アミノプロピルトリハロゲン化シラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシランなどが東京化成社などにより市販されている。本実施例では、3−アミノプロピルトリエトキシシラン(東京化成社製)を用いている。
そして、当該(化学式3)のシラン誘導体を、上記(2−2)に従って合成した下記(化学式2)とを下記(反応式1)に従って反応させることによって、目的とするメトキシオリゴエチレングリコール−シラン化合物を得ることができる。
使用される溶媒としては、ジクロロメタン、テトラヒドロフラン、ベンゼン、アセトニトリル等の有機溶媒であるが、好ましくはテトラヒドロフランを用いて行われる。メトキシオリゴエチレングリコールを導入したカルボン酸誘導体とシラン誘導体の反応割合は、前者1モルに対して後者を0.5〜2モル程度、好ましくは等モル程度とすればよい。触媒の使用量は、メトキシオリゴエチレングリコールを導入したカルボン酸誘導体1モルに対して1〜5モル、好ましくは2モル程度とすればよい。反応温度は0〜50℃程度、好ましくは室温(25℃)とし、反応時間は12時間程度とすればよい。
このようにして得られるメトキシオリゴエチレングリコール−シラン化合物は、慣用されている精製法、例えばHPLC法、カラムクロマトグラフィー法、薄層クロマトグラフィー法などにより、又はこれら手法を組み合わせることによって容易に単離精製できる。
また、本発明の目的物が合成できたことは、NMRや質量分析等により確認できる。
(2-3) Synthesis of methoxy oligoethylene glycol-silane compound To obtain the methoxy oligoethylene glycol-silane compound which is the final object of the present invention, methoxy oligoethylene glycol was synthesized by the synthesis method of (2-2) above. Along with the introduced carboxylic acid derivative, a silane derivative having an amino group represented by the following (Chemical Formula 3) is required, but the silane derivative is almost commercially available. For example, 3-aminopropyltrihalogenated silane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, and the like are commercially available from Tokyo Chemical Industry Co., Ltd. In this example, 3-aminopropyltriethoxysilane (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) is used.
Then, the following (chemical formula 2) synthesized from the silane derivative of (chemical formula 3) according to the above (2-2) is reacted according to the following (reaction formula 1) to thereby obtain the desired methoxy oligoethylene glycol-silane compound. Can be obtained.
The solvent used is an organic solvent such as dichloromethane, tetrahydrofuran, benzene, acetonitrile, etc., preferably tetrahydrofuran is used. The reaction ratio between the carboxylic acid derivative into which methoxy oligoethylene glycol is introduced and the silane derivative may be about 0.5 to 2 mol, preferably about equimolar with respect to 1 mol of the former. The amount of the catalyst used may be 1 to 5 mol, preferably about 2 mol, per mol of the carboxylic acid derivative into which methoxy oligoethylene glycol is introduced. The reaction temperature is about 0 to 50 ° C., preferably room temperature (25 ° C.), and the reaction time is about 12 hours.
The methoxy oligoethylene glycol-silane compound thus obtained is easily isolated by a conventional purification method such as HPLC method, column chromatography method, thin layer chromatography method, or a combination of these methods. It can be purified.
Moreover, it can confirm by NMR, mass spectrometry, etc. that the target object of this invention was synthesize | combined.
3.本発明のメトキシオリゴエチレングリコール−シラン化合物を用いた基材表面の薄膜形成方法
本発明のメトキシオリゴエチレングリコール−シラン化合物は、ペプチドアレイ、抗体アレイ、DNAチップなどのようなタンパク質の非特異吸着の厳密な排除が求められる高感度の各種バイオセンシング素子、チップに用いられる種々の材料表面、例えばシリカ、窒化ケイ素、酸化処理プラスチック、酸化処理カーボンのチップ表面に薄膜を形成することができる。そして、きわめて高いタンパク質の非特異吸着抑制機能を示すことから、広範なバイオセンシング素子表面修飾材料として有効に利用できる。これらのセンシング素子の他、繊維やステンレスの表面にも用いることもでき、広く医療機器類や食品用器具などの外表面や内表面のコート材料としても用いることができる。
本発明において、基材表面が本発明のメトキシオリゴエチレングリコール−シラン化合物のシリル基と共有結合を形成した薄膜により被覆されることを「表面修飾」という。表面修飾の手法として浸積法の他、塗布、噴霧方法を用いることができるため、対象となる基材の形状、大きさはどのようなものでもよく、タンパク非特異性吸着抑制機能が求められる一部表面のみを修飾することが可能である。本発明における各種の修飾対象を「装置又はその基材」と表現することがある。
3. Method for forming thin film on substrate surface using methoxy oligoethylene glycol-silane compound of the present invention The methoxy oligoethylene glycol-silane compound of the present invention is used for non-specific adsorption of proteins such as peptide arrays, antibody arrays, DNA chips, etc. Thin films can be formed on the surfaces of various materials used for various sensitive biosensing elements and chips that require strict exclusion, such as silica, silicon nitride, oxidized plastic, and oxidized carbon chips. And since it shows a very high non-specific adsorption suppressing function of protein, it can be effectively used as a surface modification material for a wide range of biosensing elements. In addition to these sensing elements, it can also be used on the surface of fibers and stainless steel, and can also be widely used as a coating material for the outer surface and inner surface of medical devices and food utensils.
In the present invention, covering the surface of the base material with a thin film that forms a covalent bond with the silyl group of the methoxy oligoethylene glycol-silane compound of the present invention is referred to as “surface modification”. In addition to the immersion method, coating and spraying methods can be used as surface modification methods, so the target substrate can be of any shape and size, and a non-protein-specific adsorption suppression function is required. It is possible to modify only part of the surface. Various modifications in the present invention may be expressed as “apparatus or its substrate”.
本発明のメトキシオリゴエチレングリコール−シラン化合物を用いてチップ表面を薄膜修飾するための手法は、対象となるセンシング素子、チップ毎に最適な手法を選択すればよいが、典型的な手法としては、修飾したい基材、チップなどを完全に洗浄し乾燥した後、本発明のメトキシオリゴエチレングリコール−シラン化合物の溶液中に当該基材、チップなどを浸積し、洗浄、乾燥する方法を適用できる。浸積工程に変えて塗布、噴霧法を用いても良い。メトキシオリゴエチレングリコール−シラン化合物の溶剤としてはシラン化合物を分解しない有機溶媒であれば何でも使用することができるが、典型的なものとしては、トルエン、エタノール、THFがある。ただし、基材の材質がプラスチックの場合は、プラスチック溶解性のあるトルエン、THFなどは用いることができないので、エタノールなどのアルコール系溶媒が好ましい。
通常の医療機器類や食品用器具などの表面コートに際しては以上示した薄膜修飾手順により簡便に表面修飾することが可能であるが、導波モードセンサーのように高感度バイオセンサーに用いる場合など、厳格性が要求される場合には自己組織化された単分子膜のような制御された薄膜形成が求められる。そのような、より困難な単分子膜修飾の手順としては、例えば、以下の様に行うことができる。
(1)アセトン中で10分間超音波洗浄
(2)エタノール中で5分間超音波洗浄
(3)1時間減圧乾燥
(4)合成した表面修飾材料の1mMトルエン溶液に浸積
(5)アセトン中で1分間超音波洗浄後、エタノール洗浄
ここで、上記(4)のチップの浸積時間と温度は、用いるメトキシオリゴエチレングリコール−シラン化合物により左右され、M3EGの場合、0℃〜室温で24〜72時間、好ましくは48時間、M4EG及びM5EGの場合、加熱条件下(50℃)で8〜36時間、好ましくは15〜24時間である。
単分子膜が形成されたことは、XPS(X線光電子分光法)やエリプソメトリー(偏光解析法)などの膜厚測定法により確認することができる。
The technique for thin-film modification of the chip surface using the methoxy oligoethylene glycol-silane compound of the present invention may be selected as an optimum technique for each target sensing element and chip, but as a typical technique, After completely cleaning and drying the base material and chip to be modified, the base material, chip and the like are immersed in the solution of the methoxy oligoethylene glycol-silane compound of the present invention, followed by washing and drying. Instead of the immersion process, a coating or spraying method may be used. As the solvent for the methoxy oligoethylene glycol-silane compound, any organic solvent that does not decompose the silane compound can be used. Typical examples include toluene, ethanol, and THF. However, when the material of the base material is plastic, toluene or THF having plastic solubility cannot be used, and therefore, an alcohol solvent such as ethanol is preferable.
For surface coating of normal medical devices and food appliances, it is possible to easily modify the surface by the thin film modification procedure described above, but when used for highly sensitive biosensors such as waveguide mode sensors, When stringency is required, controlled thin film formation such as a self-assembled monomolecular film is required. As such a more difficult procedure for monomolecular film modification, for example, it can be carried out as follows.
(1) Ultrasonic cleaning in acetone for 10 minutes
(2) Ultrasonic cleaning in ethanol for 5 minutes
(3) Vacuum drying for 1 hour
(4) Immerse the synthesized surface modification material in 1 mM toluene solution
(5) Ultrasonic cleaning in acetone for 1 minute, followed by ethanol cleaning Here, the immersion time and temperature of the chip in (4) above depend on the methoxy oligoethylene glycol-silane compound used, and in the case of M3EG, 0 ° C. ˜24 to 72 hours at room temperature, preferably 48 hours, and in the case of M4EG and M5EG, it is 8 to 36 hours, preferably 15 to 24 hours under heating conditions (50 ° C.).
The formation of the monomolecular film can be confirmed by a film thickness measurement method such as XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) or ellipsometry (polarization analysis).
以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はそれに限られるものではない。
(実施例1)メトキシトリエチレングリコール−トリエトキシシラン(M3EG)の合成
(1−1)ジアゾ酢酸エチルの合成
黄色液体
粗収率80%
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated, this invention is not limited to it.
(Example 1) Synthesis of methoxytriethylene glycol-triethoxysilane (M3EG) (1-1) Synthesis of ethyl diazoacetate
Yellow liquid crude yield 80%
(1−2)メトキシトリエチレングリコールカルボン酸エチルエステルの合成
無色液体、b.p.115〜120℃/0.2mmHg
収率65%
(1-2) Synthesis of methoxytriethylene glycol carboxylic acid ethyl ester
A colorless liquid, b. p. 115-120 ° C / 0.2mmHg
Yield 65%
(1−3)メトキシトリエチレングリコールカルボン酸の合成
無色液体
粗収率97%
(1-3) Synthesis of methoxytriethylene glycol carboxylic acid
Colorless liquid crude yield 97%
(1−4)メトキシトリエチレングリコールカルボン酸クロライドの合成
淡褐色液体
粗収率100%
(1-4) Synthesis of methoxytriethylene glycol carboxylic acid chloride
Light brown liquid crude yield 100%
(1−5)メトキシトリエチレングリコール−トリエトキシシランの合成
無色液体
収率79%
1H−NMR;(CDCl3、500MHz)δ:0.60(2H、t、J=8.48Hz)、1.18(9H、t、J=7.10Hz)、1.55〜1.65(2H、m)、3.24(2H、q、J=6.88Hz)、3.34(3H、s)、3.48〜3.54(2H、m)、3.58〜3.68(10H、m)、3.78(6H、q、J=7.02Hz)、3.95(2H、s)、3.99(1H、t、J=5.70Hz)
(1-5) Synthesis of methoxytriethylene glycol-triethoxysilane
Colorless liquid yield 79%
1 H-NMR; (CDCl 3 , 500 MHz) δ: 0.60 (2H, t, J = 8.48 Hz), 1.18 (9H, t, J = 7.10 Hz), 1.55-1.65 (2H, m), 3.24 (2H, q, J = 6.88 Hz), 3.34 (3H, s), 3.48 to 3.54 (2H, m), 3.58 to 3.68 (10H, m), 3.78 (6H, q, J = 7.02 Hz), 3.95 (2H, s), 3.99 (1H, t, J = 5.70 Hz)
(実施例2)メトキシテトラエチレングリコール−トリエトキシシラン(M4EG)の合成
(2−1)トリエチレングリコール酸エチルエステルの合成
無色液体、b.p.98〜102℃/0.25mmHg
収率90%
(Example 2) Synthesis of methoxytetraethylene glycol-triethoxysilane (M4EG) (2-1) Synthesis of triethylene glycolic acid ethyl ester
A colorless liquid, b. p. 98-102 ° C / 0.25mmHg
Yield 90%
(2−2)トリエチレングリコール酸カリウムの合成
無色固体
粗収率100%
(2-2) Synthesis of potassium triethylene glycolate
Colorless solid crude yield 100%
(2−3)ジエチレングリコールモノメチルエーテルトシラートの合成
褐色液体
粗収率100%
(2-3) Synthesis of diethylene glycol monomethyl ether tosylate
Brown liquid crude yield 100%
(2−4)メトキシテトラエチレングリコールカルボン酸の合成
淡褐色液体
収率53%
(2-4) Synthesis of methoxytetraethylene glycol carboxylic acid
Light brown liquid yield 53%
(2−5)メトキシテトラエチレングリコールカルボン酸クロライドの合成
淡褐色液体
粗収率100%
(2-5) Synthesis of methoxytetraethylene glycol carboxylic acid chloride
Light brown liquid crude yield 100%
(2−6)メトキシテトラエチレングリコール−トリエトキシシランの合成
無色液体
収率36%
1H−NMR;(CDCl3、500MHz)δ:0.62(2H、t、J=8.48Hz)、1.21(9H、t、J=7.10Hz)、1.58〜1.67(2H、m)、3.27(2H、q、J=6.88Hz)、3.37(3H、s)、3.52〜3.56(2H、m)、3.61〜3.68(14H、m)、3.81(6H、q、J=7.03Hz)、3.97(2H、s)、6.97(1H、t、J=6.65Hz)
(2-6) Synthesis of methoxytetraethylene glycol-triethoxysilane
Colorless liquid yield 36%
1 H-NMR; (CDCl 3 , 500 MHz) δ: 0.62 (2H, t, J = 8.48 Hz), 1.21 (9H, t, J = 7.10 Hz), 1.58 to 1.67 (2H, m), 3.27 (2H, q, J = 6.88 Hz), 3.37 (3H, s), 3.52 to 3.56 (2H, m), 3.61 to 3.68 (14H, m), 3.81 (6H, q, J = 7.03 Hz), 3.97 (2H, s), 6.97 (1H, t, J = 6.65 Hz)
(実施例3)メトキシペンタエチレングリコール−トリエトキシシラン(M5EG)の合成
(3−1)トリエチレングリコールモノメチルエーテルトシラートの合成
褐色液体
粗収率96%
(Example 3) Synthesis of methoxypentaethylene glycol-triethoxysilane (M5EG) (3-1) Synthesis of triethylene glycol monomethyl ether tosylate
Brown liquid crude yield 96%
(3−2)メトキシペンタエチレングリコールカルボン酸の合成
淡褐色液体
収率33%
(3-2) Synthesis of methoxypentaethylene glycol carboxylic acid
Light brown liquid yield 33%
(3−3)メトキシペンタエチレングリコールカルボン酸クロライドの合成
淡褐色液体
粗収率100%
(3-3) Synthesis of methoxypentaethylene glycol carboxylic acid chloride
Light brown liquid crude yield 100%
(3−4)メトキシペンタエチレングリコール−トリエトキシシランの合成
無色液体
収率38%
1H−NMR;(CDCl3、500MHz)δ:0.63(2H、t、J=8.48Hz)、1.22(9H、t、J=7.08Hz)、1.58〜1.67(2H、m)、3.28(2H、q、J=7.08Hz)、3.37(3H、s)、3.52〜3.57(2H、m)、3.61〜3.69(18H、m)、3.81(6H、q、J=7.02Hz)、3.97(2H、s)、6.97(1H、t、J=6.18Hz)
(3-4) Synthesis of methoxypentaethylene glycol-triethoxysilane
Colorless liquid yield 38%
1 H-NMR; (CDCl 3 , 500 MHz) δ: 0.63 (2H, t, J = 8.48 Hz), 1.22 (9H, t, J = 7.08 Hz), 1.58 to 1.67 (2H, m), 3.28 (2H, q, J = 7.08 Hz), 3.37 (3H, s), 3.52 to 3.57 (2H, m), 3.61 to 3.69 (18H, m), 3.81 (6H, q, J = 7.02 Hz), 3.97 (2H, s), 6.97 (1H, t, J = 6.18 Hz)
(実施例4)メトキシオリゴエチレングリコール−シラン化合物のタンパク質非特異吸着抑制機能評価
合成したM3EG、M4EG、M5EGを用いて導波モードセンサーチップのシリカ表面を修飾し、修飾表面のタンパク質非特異吸着抑制効果を、コントロール血清を用いて評価した。チップの表面修飾は、
(1)アセトン中で10分間超音波洗浄
(2)エタノール中で5分間超音波洗浄
(3)1時間減圧乾燥
(4)合成した表面修飾材料の1mMトルエン溶液に浸積
(5)アセトン中で1分間超音波洗浄後、エタノール洗浄
という手順で行った。チップ表面修飾の浸積条件は、M3EGでは室温で浸積48時間、M4EGでは50℃で浸積15時間、M5EGでは50℃で24時間である。
導波モードセンサーにおける反射率ピークの波長シフト測定は、まずPBS中でピーク波長を測定し、コントロール血清にチップを5分間浸積した後等量のPBS溶液で三回洗浄し、再びピーク波長の測定を行い、その波長シフト値を求めた。
図1に、それぞれの化合物で表面修飾した場合の反射率ピーク波長シフト値を示した。比較対象として、表面修飾していない場合の波長シフト値も図に示した。表面修飾していない場合は、コントロール血清に含まれるタンパク質等の非特異吸着によって大きなピーク波長シフト値が観測された。その一方で、表面修飾した場合はいずれも非特異吸着が効果的に抑制され、特にM3EG、M4EGにおいてはほぼ完全に非特異吸着が抑制されるという結果が得られた(図1)。
以上の結果より、本発明で合成された化合物、M3EG、M4EG、M5EGは、いずれもタンパク質の非特異吸着を抑制するシリカ表面修飾材料として有用であることが明らかになった。
(Example 4) Evaluation of protein non-specific adsorption inhibition function of methoxy oligoethylene glycol-silane compound Using the synthesized M3EG, M4EG, and M5EG, the silica surface of the waveguide mode sensor chip was modified to inhibit protein non-specific adsorption on the modified surface. The effect was evaluated using control serum. The surface modification of the chip is
(1) Ultrasonic cleaning in acetone for 10 minutes
(2) Ultrasonic cleaning in ethanol for 5 minutes
(3) Vacuum drying for 1 hour
(4) Immerse the synthesized surface modification material in 1 mM toluene solution
(5) Ultrasonic cleaning in acetone for 1 minute followed by ethanol cleaning was performed. The immersion conditions for chip surface modification are 48 hours of immersion at room temperature for M3EG, 15 hours of immersion at 50 ° C. for M4EG, and 24 hours at 50 ° C. for M5EG.
The wavelength shift measurement of the reflectance peak in the waveguide mode sensor is performed by first measuring the peak wavelength in PBS, immersing the chip in control serum for 5 minutes, then washing it with an equal volume of PBS solution three times, and again measuring the peak wavelength. Measurement was performed to determine the wavelength shift value.
FIG. 1 shows the reflectance peak wavelength shift value when the surface is modified with each compound. As a comparison object, the wavelength shift value when the surface is not modified is also shown in the figure. When the surface was not modified, a large peak wavelength shift value was observed due to nonspecific adsorption of proteins contained in the control serum. On the other hand, in the case of surface modification, non-specific adsorption was effectively suppressed, and in particular, the results showed that non-specific adsorption was almost completely suppressed in M3EG and M4EG (FIG. 1).
From the above results, it was revealed that the compounds synthesized in the present invention, M3EG, M4EG, and M5EG are all useful as silica surface modifying materials that suppress nonspecific adsorption of proteins.
Claims (5)
Rは、−(CH2)m−(OCH2CH2)n−を表す。mは2〜10の整数であり、nは0〜5の整数である。) A methoxy oligoethylene glycol-silane compound represented by the following chemical formula (1);
R is, - (CH 2) m - (OCH 2 CH 2) n - represents a. m is an integer of 2 to 10, and n is an integer of 0 to 5. )
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