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PHOTODEGRADABLE COUPLING AGENT commons

Patent code P120007240
Posted date Apr 6, 2012
Application number P2006-007691
Publication number P2007-186472A
Patent number P5196287
Date of filing Jan 16, 2006
Date of publication of application Jul 26, 2007
Date of registration Feb 15, 2013
Inventor
  • (In Japanese)山口 和夫
Applicant
  • (In Japanese)学校法人神奈川大学
Title PHOTODEGRADABLE COUPLING AGENT commons
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new photodegradable coupling agent which is a hetero-bivalent coupling agent having different reactive groups in the same molecule and readily degrading the spacer part between both the reactive groups.
SOLUTION: The photodegradable coupling agent has the two different reactive groups selected from the group consisting of a hydrolyzable silyl group, an amine-reactive group and a thiol-reactive group and contains a photodegradable group between both the reactive groups. The photodegradable coupling agent is specifically a photodegradable coupling agent having the hydrolyzable silyl group at one end and the amine-reactive group or the thiol-reactive group at the other end and contains a photodegradable group between both the end groups. Otherwise, the photodegradable coupling agent has the amine-reactive group at the one end and the thiol-reactive group at the other end and contains the photodegradable group between both the end groups.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

[背景1]
シランカップリング剤において有機材料と反応する官能基は種々開発されているが、有機化合物の分野で最も代表的な官能基であるヒドロキシ基やカルボキシ基を持つシランカップリング剤の合成は難しく、従来、Sagivらが報告したように、薬品による化学反応による変換によりこれら官能基を導入する手法が考えられている(非特許文献1)。

これに対し、本発明者は、図14に示されるように、ヒドロキシ基やカルボキシ基を光分解性2-ニトロベンジルで保護したシランカップリング剤を合成し、表面修飾、光照射によってシリコンウェハ、ガラスなどの無機材料表面へのヒドロキシ基やカルボキシ基の導入について検討してきている。このような手法により、Sagivらが報告した変換反応に様々な厳しい条件が必要となる化学反応による変換ではなく、光反応による定量的な官能基の導入が可能になり、また、光照射により中性条件下で被保護基の脱保護が可能になるので、マスキングにより特定の場所を選択して脱保護することが可能となる。

また、近年、生体のメカニズムを調べる研究は、DNAチップを使用することにより飛躍的に進んでいる。このDNAチップは、ガラスなどの基板上に多種類のDNA断片や合成オリゴヌクレオチドを固定したもので、多くの遺伝子の動き具合(発現)を一度に測定したり、特定の遺伝子がゲノムに存在するかどうか、異変を起こしていないかどうかなどを調べる目的にも使われている。また、昨今においては、たくさんの遺伝子を一度に細胞に導入してその効果を調べる目的にも使われている。
このようなバイオセンサーチップの開発において、ガラスなどの基板にタンパク質を固定化する際に、その架橋剤としてシランカップリング剤が使用される。

本発明者も生体分子の固定化を目的として図15に示されるように、末端に活性エステル(succinimidyl ester)を含むシランカップリング剤を合成し、DNAを固定化することに成功している。これにより、アミノ基の導入→活性エステル化→DNAの固定というような従来の長い過程を踏む必要がなくなり、またそれに伴う固定化率の減少などの問題を解決することが可能になる。

このように本発明者がこれまでに行なってきた特定部位への官能基の導入を目的とした光分解性基を含むシランカップリング剤、及び生体分子の固定化を目的とした活性エステルを含むシランカップリング剤は、それぞれに大きな利点を有しているので、
これら両方の特徴をあわせ持つようなカップリング剤が合成されれば、生体分子のパターニングが可能となり、
表面に固定化した生体分子を光照射により脱離、回収することが可能となる。

[背景2]
また、マレイミドを含むシランカップリング剤は、マレイミド化合物がチオール分子と塩基を必要とせずに中性条件で反応し、しかもその反応が速いことから、バイオセンサーチップとして有用である。

従来、図16に示されるように、アミノ基を含むシランカップリング剤を用いて無機基板表面上で単分子幕を形成させ、架橋剤を用いてアミノ基からマレイミドへ変換させ、チオールで修飾されたDNAを基板上へ共有結合で固定する手法がLinda らによって報告されている(非特許文献2)。

しかし、この方法は「アミノ基の導入→マレイミドへの変換」という段階を経てマレイミドの基板を調製しているので固定化率が悪い。このため、無機材料表面を修飾した直後に中間工程を経ることなくチオール分子の固定が可能となり、その後、光照射により切り離して回収が可能になるカップリング剤が存在すれば、固定化率を高めることが可能となり、また、容易な回収が可能となる。

[背景3]
さらに、親水性連鎖と疎水性連鎖からなる両親媒性ブロックコポリマーは、その親水性連鎖、疎水性連鎖の組み合わせや調整する溶液によって、低分子の両親媒性物質と同様に様々な会合状態を形成することが知られており、この両親媒性ブロックコポリマーでベシクル構造が形成されることが知られて以来、低分子ベシクルに比較した高分子ベシクル(ポリマーソーム、polymersome)についてさまざまな研究がなされている。このポリマーソームは内部に空孔を有するナノカプセルであり、高分子ミセルと同様に薬物送達用キャリヤーとしての利用が期待できる。

高分子ミセルは疎水性化合物を内包するには優れているといえるが、イオン性の水溶性薬剤を内包するにはポリマーと静電相互作用により会合させ、PIC(Poly-ion complex)ミセルを形成させる必要がある。これに対し、ポリマーソームは内部に空孔を有し、希釈水溶液を用いて調製できることから、水溶性化合物もイオン化合物もそのまま内包することができると考えられる。また、高分子ミセルと同様にEPR効果が得られ、刺激性応答性ポリマーに利用できると考えられる。

これらの利点から本発明者はブロックコポリマーからなるベシクルであるポリマーソームの研究を行ってきており、ポリエチレンオキシド(PEO)の末端に光分解性構造を介して活性エステルを導入した化合物や、ポリスチレン(PSt)の末端に光分解性構造を介して活性エステルを導入した化合物を合成するに至っている。

しかしながら、このような化合物は分子量が異なる化合物を合成する度に再び合成する必要があるので、分子量が異なる化合物を両末端に導入できるリンカーがあれば有用である。即ち、同一分子内にスペーサを介して2個の異なる有機反応性基を有する架橋剤があれば、蛋白質を含む生体高分子の集合体の解析や、共有結合を導入することによる蛋白質の集合体構造の安定化、固定化のために利用することが可能となる。

集合体の解析では架橋により、サブユニットから成るオリゴマー蛋白質や膜結合蛋白質、あるいは核酸結合蛋白質などの分子集合体の各成分の空間的な配置(四次元構造)に関する情報が得られる。また、分子間だけではなく分子内反応によって、蛋白質の官能基相互の配置や距離を調べるためにも利用できる。この際、架橋剤のスペーサー部位に光分解性基が含まれていれば、架橋剤生成物の解析が容易となる。

【非特許文献1】
L. Netzer, J. Sagiv, J. Am. Chem. Soc, 105, 674 (1983)
【非特許文献2】
Linda A. Chrisey et al, Nucleic Acid Res., 15, 3031-3039, (1996)

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、光分解性カップリング剤に係り、より詳しくは、2つの反応性基の間に光分解性基を備えた光分解性カップリング剤に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
下記一般式(1)で表されることを特徴とする光分解性カップリング剤。
【化1】
 
(省略)
(1)
(一般式(1)中、Xはアルコキシ基、Rは水素又はアルキル基であり、nは1~20である。)

【請求項2】
 
下記一般式(2)で表されることを特徴とする光分解性カップリング剤。
【化2】
 
(省略)

【請求項3】
 
下記一般式(3)で表されることを特徴とする光分解性カップリング剤。
【化3】
 
(省略)
(一般式(3)中、Xはアルコキシ基又はクロロ基、Rは水素又はアルキル基であり、nは1~20である。)

【請求項4】
 
下記一般式(4)で表されることを特徴とする光分解性カップリング剤。
【化4】
 
(省略)

【請求項5】
 
下記一般式(5)で表されることを特徴とする光分解性カップリング剤。
【化5】
 
(省略)

【請求項6】
 
下記一般式(6)で表されることを特徴とする光分解性カップリング剤。
【化6】
 
(省略)

【請求項7】
 
下記一般式(7)で表されることを特徴とする光分解性カップリング剤。
【化7】
 
(省略)
IPC(International Patent Classification)
F-term
State of application right Registered
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