DE10155031A1 - Fluorescence quenching for the detection of ligate-ligand association events in electric fields - Google Patents
Fluorescence quenching for the detection of ligate-ligand association events in electric fieldsInfo
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Abstract
Beschrieben wird ein Verfahren zur Detektion von Ligat-Ligand-Assoziationsereignissen durch Fluoreszenz-Quenchen, das als ersten Schritt das Bereitstellen einer modifizierten Oberfläche umfasst. Die Modifikation der Oberfläche besteht dabei in der Anbindung wenigstens einer Art von modifizierten Ligaten, wobei die Ligaten durch Anbindung wenigstens einer Art von Fluorophor modifiziert sind, die weiteren Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Bereitstellen einer Probe mit Liganden, Anlegen eines elektrischen Feldes und Einstellen einer definierten Stärke des elektrischen Feldes am Ort der modifizierten Ligaten, Inkontaktbringen der Probe mit der modifizierten Oberfläche, Detektion der Fluoreszenz des Fluorophors und Vergleich der detektierten Fluoreszenzintensitäten mit Referenzwerten.A method is described for the detection of ligate-ligand association events by fluorescence quenching, which comprises providing a modified surface as a first step. The modification of the surface consists in attaching at least one type of modified ligate, the ligates being modified by attaching at least one type of fluorophore, the further steps of the method according to the invention are providing a sample with ligands, applying an electric field and setting a defined one Strength of the electric field at the location of the modified ligates, contacting the sample with the modified surface, detection of the fluorescence of the fluorophore and comparison of the detected fluorescence intensities with reference values.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Ligat-Ligand- Assoziationsereignissen durch Fluoreszenz-Quenchen. The present invention relates to a method for the detection of ligate ligand Association events by fluorescence quenching.
In der Krankheitsdiagnose, bei toxikologischen Testverfahren, in der genetischen Forschung und Entwicklung, sowie auf dem Agrar- und pharmazeutischen Sektor werden Immunoassays und zunehmend auch die Sequenzanalyse von DNA und RNA eingesetzt. Neben den bekannten seriellen Verfahren mit autoradiographischer oder optischer Detektion finden zunehmend parallele Detektionsverfahren mittels Array- Technologie, sogenannten DNA- oder Protein-Chips, Verwendung. Auch bei diesen parallelen Verfahren beruht die Detektion auf optischen, radiographischen, massenspektrometrischen oder elektrochemischen Methoden. In disease diagnosis, in toxicological test procedures, in genetic Research and development, as well as in the agricultural and pharmaceutical sector become immunoassays and increasingly also the sequence analysis of DNA and RNA used. In addition to the known serial procedures with autoradiographic or optical detection increasingly find parallel detection methods using array Technology, so-called DNA or protein chips, use. Even with these parallel methods the detection is based on optical, radiographic, mass spectrometric or electrochemical methods.
Zur Genanalyse auf einem Chip wird auf einer Oberfläche eine Bibliothek bekannter DNA-Sequenzen ("Sonden-Oligonukleotide") in einem geordneten Raster fixiert, so dass die Position jeder individuellen DNA-Sequenz bekannt ist. In der Untersuchungslösung anwesende Fragmente aktiver Gene ("Target-Oligonukleotide"), deren Sequenzen zu bestimmten Sonden-Oligonukleotiden auf dem Chip komplementär sind, können durch Nachweis der entsprechenden Hybridisierungsereignisse auf dem Chip identifiziert werden. Im Allgemeinen erfolgt die Analyse über optische (oder autoradiographische) Detektionsverfahren unter Verwendung von Target-Oligonukleotiden, die mit einem Radiolabel (z. B. 32P) oder einem Fluoreszenzfarbstoff (z. B. Fluorescein, Cy3 oder Cy5) markiert sind. Die Verwendung von Fluoreszenzlabel und entsprechenden Fluoreszenz-Scannern überwiegt dabei zunehmend die Anwendung von Radiolabel. Die zur Zeit auf dem Markt erhältlichen Fluoreszenz-Scanner ermöglichen den Nachweis von Fluorophoren im Subattomol-Bereich. For gene analysis on a chip, a library of known DNA sequences ("probe oligonucleotides") is fixed in an ordered grid on a surface, so that the position of each individual DNA sequence is known. Fragments of active genes ("target oligonucleotides") present in the test solution, the sequences of which are complementary to certain probe oligonucleotides on the chip, can be identified by detecting the corresponding hybridization events on the chip. In general, the analysis is carried out via optical (or autoradiographic) detection methods using target oligonucleotides which are labeled with a radio label (e.g. 32 P) or a fluorescent dye (e.g. fluorescein, Cy3 or Cy5). The use of fluorescent labels and corresponding fluorescence scanners is increasingly prevalent over the use of radio labels. The fluorescence scanners currently available on the market enable the detection of fluorophores in the subattomole range.
Die Verwendung von markierten Targets zum Nachweis von Hybridisierungsereignissen beinhaltet jedoch einige Nachteile. Zum einen muss die Markierung vor der eigentlichen Messung erfolgen, was einen zusätzlichen Syntheseschritt und damit zusätzlichen Arbeitsaufwand bedeutet. Zudem ist es schwierig, eine homogene Markierung des Probenmaterials zu gewährleisten. Außerdem sind stringente Waschbedingungen notwendig, um im Anschluss an eine Hybridisierung nicht oder unspezifisch gebundenes Material zu entfernen. The use of labeled targets for the detection of hybridization events however has some drawbacks. On the one hand, the marking must be in front of the actual one Measurement take place, which is an additional synthesis step and thus additional Workload means. It is also difficult to make a homogeneous marking of the Ensure sample material. There are also stringent washing conditions necessary to be non-specific or non-specific following a hybridization remove bound material.
Sowohl für die Protein- als auch für die DNA-Analyse ist es daher wünschenswert und für den Anwender vorteilhaft, wenn die Targets (Antikörper bzw. Antigen oder DNA- Fragment) nicht mit einem Detektionslabel modifiziert werden müssen und nach der Hybridisierung keine komplizierten Waschschritte notwendig sind. It is therefore desirable for both protein and DNA analysis advantageous for the user if the targets (antibodies or antigen or DNA Fragment) do not have to be modified with a detection label and according to the Hybridization does not require complicated washing steps.
Die Nachteile der Markierung des Probenmaterials mit radioaktiven Elementen oder Fluoreszenzfarbstoffen können umgangen werden, wenn an Stelle der Targets die Sondenmoleküle mit entsprechenden Fluoreszenzfarbstoffen markiert werden. Nach diesem Prinzip funktionieren die sogenannten molekularen Leuchten (molecular beacons). Diese einsträngigen Oligonukleotide weisen eine Haarnadelstruktur (hairpin, stem-and-loop) auf und tragen am einen Ende der Sequenz einen Fluorophor (z. B. Fluorescein, TexasRed®) und am anderen Ende der Sequenz einen geeigneten Fluoreszenzlöscher (z. B. DABCYL). Durch die spezielle geometrische Anordnung befinden sich die fluoreszierende Gruppe und die Einheit, die zur Löschung der Fluoreszenz führt, in räumlicher Nähe zueinander. Daher zeigen die Sonden nur eine äußerst geringe Fluoreszenz. In Gegenwart der entsprechenden zur Sequenz der Schlinge (loop) komplementären Sequenz (Target) erfolgt eine Hybridisierung in diesem Bereich. Dies führt zu einer Änderung der Konformation und zur Trennung von Fluorophor und Quencher, was als starke Zunahme der Fluoreszenz beobachtet werden kann. The disadvantages of labeling the sample material with radioactive elements or Fluorescent dyes can be avoided if instead of the targets Probe molecules are labeled with appropriate fluorescent dyes. To The so-called molecular lights (molecular beacons). These single-stranded oligonucleotides have a hairpin structure (hairpin, stem-and-loop) and carry a fluorophore at one end of the sequence (e.g. Fluorescein, TexasRed®) and a suitable one at the other end of the sequence Fluorescence quencher (e.g. DABCYL). Due to the special geometric arrangement are the fluorescent group and the unit that is used to extinguish the Fluorescence results in close proximity to one another. Therefore, the probes only show one extremely low fluorescence. In the presence of the corresponding to the sequence of Loop complementary sequence (target) hybridization takes place in this Area. This leads to a change in the conformation and the separation of Fluorophore and Quencher, which is observed as a sharp increase in fluorescence can be.
Neben organischen Molekülen (wie DABCYL) werden auch Gold-Nanopartikel als effiziente Quencher eingesetzt (Nature Biotech. Vol. 19, 2001, Seite 365). Das Quenchen der Fluoreszenz durch Metalle beruht primär auf einem strahlungslosen Energietransfer vom Farbstoffmolekül zum Metall. Bei Verwendung von Gold- Nanopartikeln wird eine größere Sensitivität beobachtet als bei organischen Quenchern. Außerdem werden Farbstoffe bis in den nahen Infrarot-Bereich effizient gequencht. Ein Nachteil dieser Methode liegt allerdings darin, dass Gold-Nanopartikel bei Temperaturen über 50°C nicht mehr stabil sind. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass diese Methode auf die Untersuchung von Lösungen beschränkt ist und daher nur wenige Sequenzen zur gleichen Zeit untersucht werden können, der Parallelisierungsgrad dieses Ansatzes also gering ist. In addition to organic molecules (such as DABCYL), gold nanoparticles are also considered efficient quenchers are used (Nature Biotech. Vol. 19, 2001, page 365). The Quenching the fluorescence through metals is based primarily on a radiationless one Energy transfer from the dye molecule to the metal. When using gold A greater sensitivity is observed for nanoparticles than for organic quenchers. In addition, dyes are efficiently quenched into the near infrared range. On However, the disadvantage of this method is that gold nanoparticles are included Temperatures above 50 ° C are no longer stable. Another disadvantage is that this method is limited to examining solutions and therefore only few sequences can be examined at the same time that The degree of parallelization of this approach is therefore low.
Obwohl es also viele Detektionsmöglichkeiten für Ligat-Ligand-Assoziate gibt, ist der Bedarf an einfachen, kostengünstigen, problemlos durchzuführenden und verlässlichen Detektionsprinzipien vor allem im Bereich der weniger dichten Array-Technologien (DNA- und Protein-Chips mit wenigen einzelnen bzw. bis zu mehreren hunderttausend Test-sites pro cm2 z. B. für sogenannte POC (Point of Care)-Systeme bzw. für high throughput screening - HTS - Systeme) hoch. So although there are many detection options for ligate-ligand associates, the need for simple, inexpensive, easy-to-use and reliable detection principles is especially in the area of less dense array technologies (DNA and protein chips with a few individual or up to several hundred thousand test sites per cm 2, e.g. for so-called POC (Point of Care) systems or for high throughput screening (HTS systems).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur Detektion von Ligat-Ligand-Assoziationsereignissen durch Fluoreszenz-Quenchen zu schaffen, welches die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist. The object of the present invention is therefore to provide a method for the detection of Create ligate-ligand association events by fluorescence quenching, which does not have the disadvantages of the prior art.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren gemäß unabhängigem Patentanspruch 1, durch die Verwendung gemäß unabhängigem Patentanspruch 25 und den Kit gemäß unabhängigem Patentanspruch 26 gelöst. This object is achieved by the method according to independent Claim 1, by use according to independent claim 25 and solved the kit according to independent claim 26.
Weitere vorteilhafte Details, Aspekte und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung, den Figuren und den Beispielen. Further advantageous details, aspects and refinements of the present invention result from the dependent claims, the description, the figures and the Examples.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden die folgenden Abkürzungen und
Begriffe benutzt:
Genetik
DNA: Desoxyribonukleinsäure
RNA: Ribonukleinsäure
PNA: Peptidnukleinsäure (synthetische DNA oder RNA, bei der die
Zucker-Phosphat Einheit durch eine Aminosäure ersetzt ist.
Bei Ersatz der Zucker-Phosphat Einheit durch die -NH-(CH2)2-
N(COCH2-Base)-CH2CO- Einheit hybridisiert PNA mit DNA.)
A: Adenin
G: Guanin
C: Cytosin
T: Thymin
U: Uracil
Base: A, G, T, C oder U
Bp: Basenpaar
Nukleinsäure: wenigstens zwei kovalent verbundene Nukleotide oder
wenigstens zwei kovalent verbundene Pyrimidin- (z. B.
Cytosin, Thymin oder Uracil) oder Purin-Basen (z. B. Adenin
oder Guanin). Der Begriff Nukleinsäure bezieht sich auf ein
beliebiges "Rückgrat" der kovalent verbundenen Pyrimidin-
oder Purin-Basen, wie z. B. auf das Zucker-Phosphat
Rückgrat der DNA, cDNA oder RNA, auf ein Peptid-Rückgrat
der PNA oder auf analoge Strukturen (z. B. Phosphoramid-,
Thio-Phosphat- oder Dithio-Phosphat-Rückgrat).
Wesentliches Merkmal einer Nukleinsäure im Sinne der
vorliegenden Erfindung ist die Fähigkeit zur
sequenzspezifischen Bindung natürlich vorkommender cDNA
oder RNA.
nt: Nukleotid
Nukleinsäure-Oligomer: Nukleinsäure nicht näher spezifizierter Basenlänge (z. B.
Nukleinsäure-Oktamer: Eine Nukleinsäure mit beliebigem
Rückgrat, bei dem 8 Pyrimidin- oder Purin-Basen kovalent
aneinander gebunden sind).
ns-Oligomer: Nukleinsäure-Oligomer
Oligomer: Äquivalent zu Nukleinsäure-Oligomer.
Oligonukleotidt: Äquivalent zu Oligomer oder Nukleinsäure-Oligomer, also z. B.
ein DNA-, PNA- oder RNA-Fragment nicht näher
spezifizierter Basenlänge.
Oligo: Abkürzung für Oligonukleotid.
Mismatch: Zur Ausbildung der Watson Crick Struktur doppelsträngiger
Oligonukleotide hybridisieren die beiden Einzelstränge derart,
dass die Base A (bzw. C) des einen Strangs mit der Base T
(bzw. G) des anderen Strangs Wasserstoffbrücken ausbildet
(bei RNA ist T durch Uracil ersetzt). Jede andere
Basenpaarung bildet keine Wasserstoffbrücken aus, verzerrt
die Struktur und wird als "Mismatch" bezeichnet.
ss: single strand (Einzelstrang)
ds: double strand (Doppelstrang)
Substanzen
Fluorophor: chemische Verbindung (chemische Substanz), die in der Lage ist,
bei Anregung mit Licht ein längerwelliges (rotverschobenes)
Fluoreszenzlicht abzugeben. Fluorophore
(Fluoreszenzfarbstoffe) können Licht in einem Wellenlängenbereich vom
ultravioletten (UV) über den sichtbaren (VIS) bis hin zum
infraroten (IR) Bereich absorbieren. Die Absorptions- und
Emissionsmaxima sind um 15 bis 40 nm verschoben (Stokes-
Shift).
FP: Fluorophor
Cy3™:
5,5'-disulfo-1,1'di(-carbopentenyl)-3,3,3',3'-tetramethylindodicarbocyanin
(Fluoreszenzfarbstoff der Firma Amersham Life Science, Inc.)
Cy5™: 5,5',7,7'-tetrasulfo-1,1'di(-carbopentenyl)-3,3,3',3'-
tetramethyl-benzindodicarbocyanin
(Fluoreszenzfarbstoff der Firma Amersham Life Science, Inc.)
Fluorescein: Resorcinphtalein (Fluoreszenzfarbstoff)
Rhodamin 6G: Basic Red 1 (Fluoreszenzfarbstoff)
Texas Red®: Fluoreszenzfarbstoff der Firma Molecular Probes, Inc.
DABCYL: 4-((4'-(Dimethylamino)phenyl)azo)benzoesäure
Fluoreszenzlöschung: strahlungsloser Energietransfer
Fluoreszenz-Quenchen: Fluoreszenzlöschung
Quench-Oberfläche: leitende (Metall)-Oberfläche, die durch einen Energietransfer
Fluoreszenz löschen können (insbesondere Gold-, Silber-,
Kupfer-Oberflächen usw.)
EDTA: Ethylendiamin-Tetraacetat (Natriumsalz)
Ligand: Bezeichnung für Moleküle, die von Ligaten spezifisch
gebunden werden; Beispiele von Liganden im Sinne der
vorliegenden Erfindung sind Substrate, Cofaktoren oder
Coenzyme eines Proteins (Enzyms), Antikörper (als Ligand
eines Antigens), Antigene (als Ligand eines Antikörpers),
Rezeptoren (als Ligand eines Hormons), Hormone (als Ligand
eines Rezeptors) oder Nukleinsäure-Oligomere (als Ligand
des komplementären Nukleinsäure-Oligomers.
Ligat: Bezeichnung für (Makro-)Molekül, an dem sich spezifische
Erkennungs- und Bindungsstellen für die Ausbildung eines
Komplexes mit einem Liganden befinden (Template).
Linker: molekulare Verbindung zwischen zwei Molekülen bzw.
zwischen einem Oberflächenatom, Oberflächenmolekül oder
einer Oberflächenmolekülgruppe und einem anderen Molekül.
In der Regel sind Linker als Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl-, Hetero-
Alkyl-, Hetero-Alkenyl- oder Hetero-Alkinylkette käuflich zu
erwerben, wobei die Kette an zwei Stellen mit (gleichen oder
verschiedenen) reaktiven Gruppen derivatisiert ist. Diese
Gruppen bilden in einfachen/bekannten chemischen
Reaktionen mit dem entsprechenden Reaktionspartner eine
kovalente chemische Bindung aus. Die reaktiven Gruppen
können auch photoaktivierbar sein, d. h. die reaktiven
Gruppen werden erst durch Licht bestimmter oder beliebiger
Wellenlänge aktiviert. Bevorzugte Linker sind solche der
Kettenlänge 1-20, insbesondere der Kettenlänge 1-14,
wobei die Kettenlänge hier die kürzeste durchgehende
Verbindung zwischen den zu verbindenden Strukturen, also
zwischen den zwei Molekülen bzw. zwischen einem
Oberflächenatom, einem Oberflächenmolekül oder einer
Oberflächenmolekülgruppe und einem anderen Molekül,
darstellt.
Spacer: Linker, der über die reaktiven Gruppen an eine oder beide der
zu verbindenden Strukturen (siehe Linker) kovalent
angebunden ist. Bevorzugte Spacer sind solche der Kettenlänge
1-20, insbesondere der Kettenlänge 1-14, wobei die
Kettenlänge die kürzeste durchgehende Verbindung zwischen
den zu verbindenden Strukturen darstellt.
Modifizierte Oberflächen/Elektroden
Au-S-(CH2)2-ss-oligo-FP: Gold-Oberfläche mit kovalent aufgebrachter Monolayer aus
derivatisiertem Einzelstrang-Oligonukleotid. Hierbei ist die
endständige Phosphatgruppe des Oligonukleotids am 3' Ende mit
(HO-(CH2)2-S)2 zum P-O-(CH2)2-S-S-(CH2)2-OH verestert, wobei
die S-S Bindung homolytisch gespalten wird und je eine Au-S-R
Bindung bewirkt. Am freien Ende trägt das Sonden-Oligonukleotid
einen kovalent angebunden Fluorophor (FP) wie z. B. Cy3™,
Cy5™, Texas Red®, Rhodamin 6G, Fluorescein etc.
Au-S-(CH2)2-ds-oligo-FP: Au-S-(CH2)2-ss-ollgo-FP hybridisiert mit dem zu ss-oligo
komplementären Oligonukleotid.
Elektrochemie
E: Elektrodenpotential, das an der Arbeitselektrode anliegt.
gEss: geometrisches Änderungspotential der oberflächengebundenen
einsträngigen Sonde: Potential, bei dessen Durchlauf in positiver
Richtung die einsträngige Sonde eine Änderung von einer mehr
gestreckten, in die Lösung hineinragenden Konformation in eine
mehr komprimierte, an die Oberfläche gedrückte Form erfährt.
(Konformationsänderung von "stehend" zu "liegend")
gEds: geometrisches Änderungspotential der oberflächengebundenen
doppelsträngigen Sonde/Target: Potential, bei dessen Durchlauf
in positiver Richtung die doppelsträngige Sonde/Target eine
Änderung von einer mehr gestreckten, in die Lösung
hineinragenden Konformation in eine mehr komprimierte, an die
Oberfläche gedrückte Form erfährt. (Konformationsänderung von
"stehend" zu "liegend")
The following abbreviations and terms are used in the context of the present invention: Genetics DNA: deoxyribonucleic acid
RNA: ribonucleic acid
PNA: peptide nucleic acid (synthetic DNA or RNA in which the sugar-phosphate unit is replaced by an amino acid. When the sugar-phosphate unit is replaced by the -NH- (CH 2 ) 2 - N (COCH 2 base) -CH 2 CO unit hybridizes PNA with DNA.)
A: Adenine
G: Guanine
C: Cytosine
T: thymine
U: uracil
Base: A, G, T, C or U
Bp: base pair
Nucleic acid: at least two covalently linked nucleotides or at least two covalently linked pyrimidine (e.g. cytosine, thymine or uracil) or purine bases (e.g. adenine or guanine). The term nucleic acid refers to any "backbone" of the covalently linked pyrimidine or purine bases, such as. B. on the sugar-phosphate backbone of the DNA, cDNA or RNA, on a peptide backbone of the PNA or on analogous structures (e.g. phosphoramide, thio-phosphate or dithio-phosphate backbone). An essential feature of a nucleic acid in the sense of the present invention is the ability for sequence-specific binding of naturally occurring cDNA or RNA.
nt: nucleotide
Nucleic acid oligomer: Nucleic acid of unspecified base length (e.g. nucleic acid octamer: A nucleic acid with any backbone in which 8 pyrimidine or purine bases are covalently bound to one another).
ns oligomer: nucleic acid oligomer
Oligomer: Equivalent to nucleic acid oligomer.
Oligonucleotide: Equivalent to oligomer or nucleic acid oligomer. B. a DNA, PNA or RNA fragment unspecified base length.
Oligo: Abbreviation for oligonucleotide.
Mismatch: To form the Watson Crick structure of double-stranded oligonucleotides, the two single strands hybridize in such a way that base A (or C) of one strand forms hydrogen bonds with base T (or G) of the other strand (in RNA, T is replaced by uracil ). Any other base pairing does not form hydrogen bonds, distorts the structure and is referred to as a "mismatch".
ss: single strand
ds: double strand (double strand) substances fluorophore: chemical compound (chemical substance) that is able to emit a longer-wave (red-shifted) fluorescent light when excited with light. Fluorophores (fluorescent dyes) can absorb light in a wavelength range from ultraviolet (UV) to the visible (VIS) to the infrared (IR) range. The absorption and emission maxima are shifted by 15 to 40 nm (Stokes shift).
FP: fluorophore
Cy3 ™: 5,5'-disulfo-1,1'di (-carbopentenyl) -3,3,3 ', 3'-tetramethylindodicarbocyanine (fluorescent dye from Amersham Life Science, Inc.)
Cy5 ™: 5,5 ', 7,7'-tetrasulfo-1,1'di (-carbopentenyl) -3,3,3', 3'-tetramethyl-benzindodicarbocyanine (fluorescent dye from Amersham Life Science, Inc.)
Fluorescein: resorcin phthalein (fluorescent dye)
Rhodamine 6G: Basic Red 1 (fluorescent dye)
Texas Red®: fluorescent dye from Molecular Probes, Inc.
DABCYL: 4 - ((4 '- (Dimethylamino) phenyl) azo) benzoic acid
Fluorescence quenching: radiation-free energy transfer
Fluorescence quenching: quenching of fluorescence
Quench surface: conductive (metal) surface that can quench fluorescence through an energy transfer (especially gold, silver, copper surfaces etc.)
EDTA: ethylenediamine tetraacetate (sodium salt)
Ligand: term for molecules that are specifically bound by ligates; Examples of ligands in the context of the present invention are substrates, cofactors or coenzymes of a protein (enzyme), antibodies (as ligand of an antigen), antigens (as ligand of an antibody), receptors (as ligand of a hormone), hormones (as ligand of a receptor) ) or nucleic acid oligomers (as ligand of the complementary nucleic acid oligomer.
Ligate: Term for (macro) molecule with specific recognition and binding sites for the formation of a complex with a ligand (template).
Linker: molecular connection between two molecules or between a surface atom, surface molecule or a surface molecule group and another molecule. As a rule, linkers are commercially available as alkyl, alkenyl, alkynyl, heteroalkyl, heteroalkenyl or heteroalkynyl chains, the chain being derivatized at two points with (identical or different) reactive groups. These groups form a covalent chemical bond in simple / known chemical reactions with the corresponding reaction partner. The reactive groups can also be photoactivatable, ie the reactive groups are only activated by light of certain or any wavelength. Preferred linkers are those of chain length 1-20, in particular chain length 1-14, the chain length here being the shortest continuous connection between the structures to be connected, that is to say between the two molecules or between a surface atom, a surface molecule or a surface molecule group and another Molecule.
Spacer: Linker that is covalently attached to one or both of the structures to be connected (see linker) via the reactive groups. Preferred spacers are those of chain length 1-20, in particular chain length 1-14, the chain length being the shortest continuous connection between the structures to be connected. Modified surfaces / electrodes Au-S- (CH 2 ) 2 -ss-oligo-FP: Gold surface with covalently applied monolayer made of derivatized single-strand oligonucleotide. The terminal phosphate group of the oligonucleotide is esterified at the 3 'end with (HO- (CH 2 ) 2 -S) 2 to PO- (CH 2 ) 2 -SS- (CH 2 ) 2 -OH, the SS bond being cleaved homolytically and each causes an Au-SR bond. At the free end, the probe oligonucleotide carries a covalently linked fluorophore (FP) such as e.g. B. Cy3 ™, Cy5 ™, Texas Red®, Rhodamine 6G, Fluorescein etc.
Au-S- (CH 2 ) 2 -ds-oligo-FP: Au-S- (CH 2 ) 2 -ss-ollgo-FP hybridizes with the oligonucleotide complementary to ss-oligo. Electrochemistry E: electrode potential applied to the working electrode.
g E ss : Geometric change potential of the surface-bound single-stranded probe: Potential, when it passes through in the positive direction, the single-stranded probe undergoes a change from a more elongated conformation protruding into the solution to a more compressed form pressed against the surface. (Change of conformation from "standing" to "lying")
g E ds : Geometric change potential of the surface-bound double-stranded probe / target: Potential, when it passes through in the positive direction, the double-stranded probe / target undergoes a change from a more elongated conformation protruding into the solution to a more compressed form pressed against the surface. (Change of conformation from "standing" to "lying")
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Ligat-Ligand- Assoziationsereignissen durch Fluoreszenz-Quenchen, das als ersten Schritt das Bereitstellen einer modifizierten Oberfläche umfasst. Die Modifikation der Oberfläche besteht dabei in der Anbindung wenigstens einer Art von modifizierten Ligaten, wobei die Ligaten durch Anbindung wenigstens einer Art von Fluorophor modifiziert sind. Die weiteren Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Bereitstellen einer Probe mit Liganden, Anlegen eines elektrischen Feldes und Einstellen einer definierten Stärke des elektrischen Feldes am Ort der modifizierten Ligaten, Inkontaktbringen der Probe mit der modifizierten Oberfläche, Detektion der Fluoreszenz des Fluorophors und Vergleich der detektierten Fluoreszenzintensitäten mit Referenzwerten. The present invention relates to a method for the detection of ligate ligand Association events by fluorescence quenching, the first step being the Providing a modified surface includes. Modification of the surface consists in the connection of at least one type of modified ligate, where the ligates are modified by binding at least one type of fluorophore. The further steps of the method according to the invention include providing a sample with Ligands, application of an electric field and setting a defined strength of the electric field at the location of the modified ligates, contacting the sample with the modified surface, detection of the fluorescence of the fluorophore and comparison of the detected fluorescence intensities with reference values.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf die Verwendung von Substraten, Cofaktoren, Coenzymen, Proteinen, Enzymen, Antikörpern, Antigenen, Rezeptoren, Hormonen und Nukleinsäure-Oligomeren als Ligaten und/oder Liganden in einem Verfahren zur Detektion von Ligat-Ligand-Assoziationsereignissen durch Fluoreszenz- Quenchen. The present invention also relates to the use of substrates, Cofactors, coenzymes, proteins, enzymes, antibodies, antigens, receptors, Hormones and nucleic acid oligomers as ligates and / or ligands in one Method for the detection of ligate-ligand association events by fluorescence Quenching.
Daneben umfasst die vorliegende Erfindung auch einen Kit zur Durchführung eines Verfahrens zur Detektion von Ligat-Ligand-Assoziationsereignissen durch Fluoreszenz- Quenchen. Der Kit umfasst eine modifizierte Oberfläche, wobei die Modifikation in der Anbindung wenigstens einer Art von modifizierten Ligaten besteht und wobei die Ligaten durch Anbindung wenigstens einer Art von Fluorophor modifiziert sind. In addition, the present invention also includes a kit for carrying out a Method for the detection of ligate-ligand association events by fluorescence Quenching. The kit includes a modified surface, the modification in the There is binding of at least one type of modified ligate and the Ligates are modified by binding at least one type of fluorophore.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein Vergleich der detektierten Fluoreszenzintensitäten mit Referenzwerten erforderlich. Diese Referenzwerte können aus vorangegangenen Messungen bereits vorliegen und brauchen daher im allgemeinsten Fall nicht im Laufe des erfindungsgemäßen Verfahrens detektiert werden. Da die Referenzwerte aber im Idealfall unter exakt den gleichen äußeren Bedingungen bestimmt werden sollen wie die eigentlichen Messwerte der Fluoreszenzintensitäten, wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nach dem Anlegen eines elektrischen Feldes und Einstellen einer definierten Stärke des elektrischen Feldes am Ort der modifizierten Ligaten und vor dem Inkontaktbringen der Targets (Probe) mit der modifizierten Oberfläche eine erste Detektion der Fluoreszenz des Fluorophors durchgeführt. Die so erhaltenen Werte werden dann als Referenzwerte verwendet. In the method according to the invention there is a comparison of the detected Fluorescence intensities with reference values required. These reference values can from previous measurements are already available and therefore need in most general case not detected in the course of the method according to the invention become. Ideally, however, since the reference values are under exactly the same external ones Conditions should be determined like the actual measured values of the Fluorescence intensities, according to a preferred embodiment of the present invention after applying an electric field and adjusting a defined strength of the electric field at the location of the modified ligates and before contacting the target (sample) with the modified surface first detection of the fluorescence of the fluorophore was carried out. The values thus obtained are then used as reference values.
Alternativ können die Referenzwerte auch gleichzeitig mit den Messwerten der Fluoreszenzintensität bestimmt werden, also nach dem Inkontaktbringen der Targets (Probe) mit der modifizierten Oberfläche. Dies kann auf zwei verschiedene Arten erfolgen. Entweder ist ein Bereich der modifizierten Oberfläche bekannt, der im wesentlichen keine Liganden trägt, oder es ist ein Bereich der modifizierten Oberfläche bekannt, der im wesentlichen ausschließlich Ligand/Ligat-Assoziate trägt. Es muss also im ersten Fall sichergestellt sein, dass in der Probe keinerlei Liganden anwesend sind, die mit den in dem besagten Bereich der modifizierten Oberfläche anwesenden Ligaten Ligat/Ligand-Assoziate ausbilden können. Im zweiten Fall muss umgekehrt sichergestellt sein, dass in der Probe eine ausreichende Menge an Liganden vorhanden sind, die mit im wesentlichen der ganzen Menge an in dem definierten Bereich anwesenden Ligaten Ligand/Ligat-Assoziate ausbilden. Die auf diese beiden Arten bestimmten Referenzwerte spiegeln die Fluoreszenzintensität bei 0% Assoziatbildung bzw. bei 100% Assoziatbildung wieder und können zur quantitativen Bestimmung der Assoziatbildung in den anderen Bereichen der modifizierten Oberfläche dienen. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die beiden beschriebenen Referenzmessungen durchgeführt. Es wird also nach dem Inkontaktbringen der Probe mit der modifizierten Oberfläche sowohl die Fluoreszenzintensität in einem Bereich der modifizierten Oberfläche bestimmt, der im wesentlichen keine Liganden trägt, als auch in einem Bereich der modifizierten Oberfläche, der im wesentlichen ausschließlich Ligand/Ligat-Assoziate trägt. Durch die Bestimmung der beiden Extremwerte ist eine quantitative Detektion mit höherer Genauigkeit erforderlich. Es versteht sich, dass in diesem Fall sich die Ligaten des ersten Bereiches von den Ligaten des zweiten Bereiches unterscheiden müssen. Alternatively, the reference values can also be measured at the same time as the Fluorescence intensity can be determined, ie after the targets have been brought into contact (Sample) with the modified surface. This can be done in two different ways respectively. Either an area of the modified surface is known, which in the carries essentially no ligands or it is a region of the modified surface known, which carries essentially only ligand / ligate associates. So it has to in the first case, ensure that no ligands are present in the sample, those with the ligates present in said area of the modified surface Can form ligate / ligand associates. In the second case, the other way round ensure that there is a sufficient amount of ligand in the sample that are with essentially all of the amount in the defined range the ligates / ligate associations present. That in these two ways certain reference values reflect the fluorescence intensity with 0% association formation or with 100% association formation again and can be used for the quantitative determination of the Association formation in the other areas of the modified surface serve. According to a particularly preferred embodiment of the present invention the two reference measurements described are carried out. So it gets after contacting the sample with the modified surface, both the Fluorescence intensity determined in a region of the modified surface, which in the carries essentially no ligands, as well as in a range of modified Surface which essentially only carries ligand / ligate associates. Through the The determination of the two extreme values is a quantitative detection with a higher one Accuracy required. It is understood that in this case the ligates of the must distinguish the first region from the ligates of the second region.
Mit dem Begriff "Oberfläche" wird jedes Trägermaterial bezeichnet, das geeignet ist, direkt oder nach entsprechender chemischer Modifizierung Fluorophor-derivatisierte Ligaten zu tragen, die kovalent an der Oberfläche immobilisiert sind und deren Fluoreszenz nahe an der Oberfläche (in ca. 1 bis 50 Angstrom Abstand zur Oberfläche) durch Fluoreszenzlöschung (strahlungsloser Energietransfer zwischen dem Fluorophor als Emitter und der Oberfläche als Absorber) signifikant (> 10% der erwarteten Fluoreszenzintensität des Fluorophors in Abwesenheit der Oberfläche bei ansonsten gleichen Bedingungen) reduziert wird. Insbesondere sind Gold und Silber als Quench- Oberflächenmaterial geeignet. Die Bezeichnung Oberfläche ist unabhängig von den räumlichen Dimensionen der Oberfläche und beinhaltet auch Nanopartikel (Partikel oder Cluster aus wenigen einzelnen bis mehreren hunderttausend Oberflächen-Atomen oder -Molekülen). Die Oberfläche kann zusätzlich an einen festen Träger wie z. B. Glas, Metall oder Plastik gebunden vorliegen. The term “surface” denotes any carrier material that is suitable fluorophore-derivatized directly or after appropriate chemical modification To wear ligates that are covalently immobilized on the surface and their Fluorescence close to the surface (approx. 1 to 50 angstroms from the surface) by quenching fluorescence (radiation-free energy transfer between the fluorophore as emitter and the surface as absorber) significantly (> 10% of the expected Fluorescence intensity of the fluorophore in the absence of the surface otherwise same conditions) is reduced. In particular, gold and silver are quenched Suitable surface material. The designation is independent of the surface spatial dimensions of the surface and also includes nanoparticles (particles or clusters of a few single to several hundred thousand surface atoms or molecules). The surface can also be attached to a solid support such. B. glass, Metal or plastic bound.
Verfahren zur Immobilisierung von Ligat-Molekülen, insbesondere Biopolymeren wie Nukleinsäure-Oligomeren oder Antigenen bzw. Antikörpern an einer Oberfläche sind dem Fachmann bekannt. Die Immobilisierung kann z. B. kovalent über Hydroxyl-, Epoxid-, Amino-, oder Carboxygruppen des Trägermaterials mit natürlicherweise am Ligat vorhandenen oder durch Derivatisierung am Ligat angebrachten Thiol-, Hydroxy-, Amino- oder Carboxylgruppen erfolgen. Der Ligat kann direkt oder über einen Linker/Spacer mit den Oberflächenatomen oder -molekülen einer Oberfläche verbunden werden. Daneben kann der Ligat durch die bei Immunoassays üblichen Methoden verankert werden wie z. B. durch Verwendung von biotinylierten Ligaten zur nichtkovalenten Immobilisierung an Avidin oder Streptavidin-modifizierten Oberflächen. Bei Verwendung von Nukleinsäure-Oligomeren als Ligaten kann die chemische Modifikation der Sonden-Nukleinsäure-Oligomere mit einer Oberflächen-Ankergruppe bereits im Verlauf der automatisierten Festphasensynthese oder aber in gesonderten Reaktionsschritten eingeführt werden. Dabei wird auch das Nukleinsäure-Oligomer direkt oder über einen Linker/Spacer mit den Oberflächenatomen oder -molekülen einer Oberfläche der oben beschriebenen Art verknüpft. Diese Bindung kann auf verschiedene, aus dem Stand der Technik bekannten Arten durchgeführt werden (vgl. z. B. Hartwich, G.: ELEKTROCHEMISCHE DETEKTION VON SEQUENZSPEZIFISCHEN NUKLEINSÄUREOLIGOMERHYBRIDISIERUNGSEREIGNISSEN (1999), WO 00/42217). Process for immobilizing ligate molecules, especially biopolymers such as Nucleic acid oligomers or antigens or antibodies are on a surface known to the expert. The immobilization can e.g. B. covalently via hydroxyl, Epoxy, amino, or carboxy groups of the carrier material with naturally on Ligate present or attached to the ligate by derivatization of thiol, hydroxy, Amino or carboxyl groups take place. The ligate can be directly or via a Linker / spacer connected to the surface atoms or molecules of a surface become. In addition, the ligate can be made using the methods customary in immunoassays be anchored such as B. by using biotinylated ligates noncovalent immobilization on avidin or streptavidin-modified surfaces. at Use of nucleic acid oligomers as ligates can modify the chemical of the probe nucleic acid oligomers with a surface anchor group already in the Course of automated solid phase synthesis or in separate Reaction steps are introduced. It also becomes the nucleic acid oligomer directly or via a linker / spacer with the surface atoms or molecules of one Surface of the type described above linked. This bond can be on various types known from the prior art are carried out (cf. z. B. Hartwich, G .: ELECTROCHEMICAL DETECTION OF SEQUENCE-SPECIFIC NUCLEIC ACID OLIGOMER HYBRIDIZATION EVENTS (1999), WO 00/42217).
Als Liganden werden Moleküle bezeichnet, die spezifisch mit dem an einer Oberfläche immobilisierten Ligaten (Sonde) unter Ausbildung eines Komplexes wechselwirken. Beispiele von Liganden im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Substrate, Cofaktoren oder Coenzyme als Komplexbindungspartner eines Proteins (Enzyms), Antikörper (als Komplexbindungspartner eines Antigens), Antigene (als Komplexbindungspartner eines Antikörpers), Rezeptoren (als Komplexbindungspartner eines Hormons), Hormone (als Komplexbindungspartner eines Rezeptors) oder Nukleinsäure-Oligomere (als Komplexbindungspartner des komplementären Nukleinsäure-Oligomers). Molecules are referred to as ligands that are specific to those on a surface immobilized ligates (probe) interact to form a complex. Examples of ligands in the sense of the present invention are substrates, cofactors or coenzymes as complex binding partners of a protein (enzyme), antibodies (as Complex binding partner of an antigen), antigens (as complex binding partner of an Antibody), receptors (as a complex binding partner of a hormone), hormones (as Complex binding partner of a receptor) or nucleic acid oligomers (as Complex binding partner of the complementary nucleic acid oligomer).
Als Fluorophore werden kommerziell erhältliche Fluoreszenzfarbstoffe wie z. B. Texas Red®, Rhodamin-Farbstoffe, Cyaninfarbstoffe wie z. B. Cy3™, Cy5™, Fluorescein etc (vgl. Fluka, Amersham und Molecular Probes Katalog) verwendet. As fluorophores, commercially available fluorescent dyes such. B. Texas Red®, rhodamine dyes, cyanine dyes such as B. Cy3 ™, Cy5 ™, Fluorescein etc (see Fluka, Amersham and Molecular Probes catalog).
Mit Fluoreszenzlöschung wird die Deaktivierung einer elektronisch angeregten Spezies über einen strahlungslosen Prozess bezeichnet. Die Deaktivierung kann durch Stöße oder auch durch strahlungslose Energieübertragung auf Metalle erfolgen. Die freiwerdende Energie wird als thermische Energie dissipiert. Gold ist ein Beispiel für ein Metall, das die Fähigkeit zur Fluoreszenzlöschung besitzt. Die Löschung weist eine starke Abhängigkeit vom Abstand des Fluorophors von der als Fluoreszenzlöscher fungierenden Oberfläche auf (umgekehrt proportional zur sechsten Potenz des Abstands). Der Effekt der Fluoreszenzlöschung ist daher nur bei Abständen kleiner 100 bis 200 Å messbar. Im Bereich größer als ca. 200 Å führen weitere Abstandsänderungen nicht mehr zu einer messbaren Erhöhung der Fluoreszenzintensität. Fluorescence quenching is the deactivation of an electronically excited species referred to as a radiationless process. Deactivation can be caused by bumps or also by radiation-free energy transfer to metals. The released energy is dissipated as thermal energy. Gold is an example of one Metal that has the ability to quench fluorescence. The deletion has one strong dependence on the distance of the fluorophore from that as a fluorescence quencher acting surface (inversely proportional to the sixth power of the Distance). The effect of fluorescence quenching is therefore only at distances less than 100 measurable up to 200 Å. In the area larger than approx. 200 Å there are others Distance changes no longer lead to a measurable increase in Fluorescence intensity.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen In the following, the invention will be described in connection with exemplary embodiments are explained in more detail with the drawings. Show it
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Detektion von Nukleinsäure-Oligomer- Hybridisierungsereignissen durch Modulation der Fluoreszenzlöschung an Quench-Oberflächen; Fig. 1 is a schematic representation of the detection of nucleic acid oligomer hybridization events by modulation of the fluorescence quenching of the quench surfaces;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Detektion von Nukleinsäure-Oligomer- Hybridisierungsereignissen durch E-Feld unterstützte Modulation der Fluoreszenzlöschung an Quench-Oberflächen; Fig. 2 is a schematic representation of the detection of nucleic acid oligomer hybridization events by E-field assisted modulation of the fluorescence quenching of the quench surfaces;
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Detektion von Nukleinsäure-Oligomer-
Hybridisierungsereignissen durch "Immobilisierte-Ion"-unterstützte Modulation
der Fluoreszenzlöschung an Quench-Oberflächen.
Bezugszeichenliste
102 Fluorophor
201 einsträngige Oligomer-Sonde
202 Sonde hybridisiert mit Target
203 Oberfläche (z. B. Gold)
204 Abstand des Fluorophor zur Goldoberfläche vor der Hybridisierung
205 Abstand des Fluorophor zur Goldoberfläche nach der Hybridisierung
301 Vorrichtung zum Anlegen eines elektrischen Feldes
401 an der Oberfläche immobilisierte ionische Gruppen (Anionen)
402 an der Oberfläche immobilisierte ionische Gruppen (Kationen)
Fig. 3 is a schematic representation of the detection of nucleic acid oligomer hybridization events by "Immobilized ion" -assisted modulation of fluorescence quenching of the quench surfaces. LIST OF REFERENCE NUMBERS 102 fluorophore
201 single-stranded oligomer probe
202 probe hybridizes to target
203 surface (e.g. gold)
204 Distance of the fluorophore to the gold surface before hybridization
205 Distance of the fluorophore to the gold surface after hybridization
301 Device for applying an electric field
401 ionic groups (anions) immobilized on the surface
402 ionic groups (cations) immobilized on the surface
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der Detektion von Nukleinsäure-Oligomer- Hybridisierungsereignissen durch Modulation der Fluoreszenzlöschung an Quench- Oberflächen. Gemäß Fig. 1A liegt vor der Hybridisierung das einsträngige Sonden- Nukleinsäure-Oligomer 201 in einer Form vor, die durch einen großen Abstand 204 von Fluorophor 102 und quenchender Metalloberfläche charakterisiert ist. Durch die Hybridisierung mit dem dazu komplementären Nukleinsäure-Oligomer-Strang 202 (Target) verringert sich der Abstand 205 zwischen dem fluoreszierenden Farbstoffmolekül und der als Quencher fungierenden Metalloberfläche 203. Dadurch kommt es zu einer Abnahme der Fluoreszenzintensität (Balkendiagramm der Fig. 1A). Gemäß Fig. 1B liegt das einsträngige Sonden-Nukleinsäure-Oligomer 201 vor der Hybridisierung in einer Form vor, die durch einen geringen Abstand 204 von Fluorophor 102 und quenchender Metalloberfläche charakterisiert ist. Durch die Hybridisierung mit dem dazu komplementären Nukleinsäure-Oligomer-Strang 202 (Target) vergrößert sich der Abstand 205 zwischen dem fluoreszierenden Farbstoffmolekül und der als Quencher fungierenden Metalloberfläche. Dadurch kommt es zu einer Zunahme der Fluoreszenzintensität (Balkendiagramm der Fig. 1B). Fig. 1 is a schematic representation showing the detection of nucleic acid-oligomer hybridization events by modulation of the fluorescence quenching of the quench surfaces. According to Fig. 1A is prior to hybridization, the single-stranded probe nucleic acid oligomer 201 in a form which is characterized by a large distance 204 of fluorophore 102 and quenching metal surface. The hybridization with the complementary nucleic acid oligomer strand 202 (target) reduces the distance 205 between the fluorescent dye molecule and the metal surface 203 functioning as a quencher. This leads to a decrease in the fluorescence intensity (bar diagram in FIG. 1A). According to FIG. 1B, the single-stranded probe nucleic acid oligomer 201 exists prior to hybridization in a form which is characterized by a small distance 204 between fluorophore 102 and quenching metal surface. The hybridization with the complementary nucleic acid oligomer strand 202 (target) increases the distance 205 between the fluorescent dye molecule and the metal surface functioning as a quencher. This leads to an increase in the fluorescence intensity (bar chart of FIG. 1B).
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der Detektion von Nukleinsäure-Oligomer- Hybridisierungsereignissen durch E-Feld unterstützte Modulation der Fluoreszenzlöschung an Quench-Oberflächen. Durch ein an die modifizierte Oberfläche angelegtes elektrisches Potential wird am Ort des Sonden-Nukleinsäure-Oligomers 201 ein elektrisches Feld erzeugt. In Fig. 2A ist der Fall dargestellt, dass das einsträngige Sonden-Nukleinsäure-Oligomer 201 aufgrund des elektrischen Feldes in einer gestreckten Form vorliegt. Durch die Hybridisierung mit dem dazu komplementären Nukleinsäure-Oligomer-Strang 202 (Target) verringert sich der Abstand 205 zwischen dem fluoreszierenden Farbstoffmolekül und der als Quencher fungierenden Metalloberfläche. Dadurch kommt es zu einer Abnahme der Fluoreszenzintensität (Balkendiagramm der Fig. 2A). Fig. 2B zeigt den Fall, dass aufgrund des elektrischen Feldes das einsträngige Sonden-Nukleinsäure-Oligomer 201 in einer komprimierten Form vorliegt. Durch die Hybridisierung mit dem dazu komplementären Nukleinsäure- Oligomer-Strang 202 (Target) vergrößert sich der Abstand 205 zwischen dem fluoreszierenden Farbstoffmolekül und der als Quencher fungierenden Metalloberfläche. Dadurch kommt es zu einer Zunahme der Fluoreszenzintensität (Balkendiagramm der Fig. 2B). Fig. 2 is a schematic representation showing the detection of nucleic acid-oligomer hybridization events by E-field assisted modulation of the fluorescence quenching of the quench surfaces. An electrical field is generated at the location of the probe nucleic acid oligomer 201 by an electrical potential applied to the modified surface. FIG. 2A shows the case in which the single-stranded probe nucleic acid oligomer 201 is in an elongated form due to the electric field. The hybridization with the complementary nucleic acid oligomer strand 202 (target) reduces the distance 205 between the fluorescent dye molecule and the metal surface functioning as a quencher. This leads to a decrease in the fluorescence intensity (bar diagram in FIG. 2A). FIG. 2B shows the case in which the single-stranded probe nucleic acid oligomer 201 is in a compressed form due to the electric field. The hybridization with the complementary nucleic acid oligomer strand 202 (target) increases the distance 205 between the fluorescent dye molecule and the metal surface functioning as a quencher. This leads to an increase in the fluorescence intensity (bar chart of FIG. 2B).
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der Detektion von Nukleinsäure-Oligomer- Hybridisierungsereignissen durch "Immobilisierte-Ion"-unterstützte Modulation der Fluoreszenzlöschung an Quench-Oberflächen. Gemäß Fig. 3A liegt das einsträngige Sonden-Nukleinsäure-Oligomer 201 aufgrund der abstoßenden Wechselwirkung zwischen der negativ geladenen Sonde und den immobilisierten Anionen 401 in einer gestreckten Form vor. Durch die Hybridisierung mit dem dazu komplementären Nukleinsäure-Oligomer-Strang 202 (Target) verringert sich der Abstand 205 zwischen dem fluoreszierenden Farbstoffmolekül und der als Quencher fungierenden Metalloberfläche. Dadurch kommt es zu einer Abnahme der Fluoreszenzintensität (Balkendiagramm der Fig. 3A). Fig. 3B zeigt den Fall, dass aufgrund der anziehenden Wirkung zwischen der negativ geladenen Sonde und den immobilisierten Kationen 402 das einsträngige Sonden-Nukleinsäure-Oligomer 201 in einer komprimierten Form vorliegt. Durch die Hybridisierung mit dem dazu komplementären Nukleinsäure-Oligomer-Strang 202 (Target) vergrößert sich der Abstand 205 zwischen dem fluoreszierenden Farbstoffmolekül und der als Quencher fungierenden Metalloberfläche. Dadurch kommt es zu einer Zunahme der Fluoreszenzintensität (Balkendiagramm der Fig. 3B). Fig. 3 is a schematic representation showing the detection of nucleic acid-oligomer hybridization events by "Immobilized ion" -assisted modulation of fluorescence quenching of the quench surfaces. Referring to FIG. 3A, the single-stranded probe nucleic acid oligomer 201 is in a stretched shape due to the repulsive interaction between the negatively charged probe, and the immobilized anions four hundred and first The hybridization with the complementary nucleic acid oligomer strand 202 (target) reduces the distance 205 between the fluorescent dye molecule and the metal surface functioning as a quencher. This leads to a decrease in the fluorescence intensity (bar diagram in FIG. 3A). FIG. 3B shows the case where the single-stranded probe nucleic acid oligomer 201 is in a compressed form due to the attractive effect between the negatively charged probe and the immobilized cations 402 . The hybridization with the complementary nucleic acid oligomer strand 202 (target) increases the distance 205 between the fluorescent dye molecule and the metal surface functioning as a quencher. This leads to an increase in the fluorescence intensity (bar chart of FIG. 3B).
Im folgenden werden zwei besonders bevorzugte Alternativen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Detektion von Ligat-Ligand-Assoziationsereignissen durch Fluoreszenz- Quenchen am Beispiel der Nukleinsäure-Hybridisierung (Ligat: Sonden-Oligonukleotid; Ligand: zum Sonden-Oligonukleotid komplementäres DNA-Teilstück) beschrieben. Diese Verfahrensalternativen sind für den Fachmann ohne weiteres auf die Detektion anderer Ligat/Liganden-Assoziate, wie sie im Abschnitt "Liganden/Signal-Liganden" erwähnt wurden, zu übertragen. The following are two particularly preferred alternatives to the invention Method for the detection of ligate-ligand association events by fluorescence Quenching using the example of nucleic acid hybridization (ligate: probe oligonucleotide; Ligand: DNA section complementary to the probe oligonucleotide). For the person skilled in the art, these alternative methods are straightforward for detection other ligate / ligand associates as described in the section "Ligands / Signal Ligands" were mentioned to transfer.
Um die Vorteile der DNA-Chip-Technologie auf die Detektion von Nukleinsäure- Oligomer-Hybriden durch Modulation des Fluoreszenz-Quenchens anzuwenden, werden verschiedene modifizierte Nukleinsäure-Oligomer-Sonden unterschiedlicher Sequenz mit den oben beschriebenen Immobilisierungstechniken an einen Träger gebunden. Mit der Anordnung der Nukleinsäure-Oligomer-Sonden bekannter Sequenz an jeder Position der Oberfläche, einem DNA-Array, soll das Hybridisierungsereignis eines beliebigen Target-Nukleinsäure-Oligomers oder einer (fragmentierten) Target- DNA detektiert werden, um z. B. Mutationen im Target aufzuspüren und sequenzspezifisch nachzuweisen. Dazu werden auf einer Oberfläche die Oberflächenatome oder -moleküle eines definierten Bereichs (einer Test-Site) mit DNA- /RNA-/PNA-Nukleinsäure-Oligomeren bekannter, aber beliebiger Sequenz, wie oben beschrieben, verknüpft. In einer allgemeinsten Ausführungsform kann der DNA-Chip auch mit einem einzigen Sonden-Oligonukleotid derivatisiert werden. Als Sonden- Nukleinsäure-Oligomere werden Nukleinsäure-Oligomere (z. B. DNA-, RNA- oder PNA- Fragmente) der Basenlänge 3 bis 50, bevorzugt der Länge 5 bis 40, besonders bevorzugt der Länge 12 bis 30 verwendet. To reap the benefits of DNA chip technology on the detection of nucleic acid Use oligomer hybrids by modulating fluorescence quenching, different modified nucleic acid oligomer probes become different Sequence with the immobilization techniques described above to a carrier bound. With the arrangement of the nucleic acid oligomer probes of known sequence at every position on the surface, a DNA array, the hybridization event should any target nucleic acid oligomer or a (fragmented) target DNA can be detected, e.g. B. to detect mutations in the target and to be demonstrated in a sequence-specific manner. To do this, the Surface atoms or molecules of a defined area (a test site) with DNA / RNA / PNA nucleic acid oligomers of known but any sequence, as above described, linked. In a most general embodiment, the DNA chip can also be derivatized with a single probe oligonucleotide. As a probe Nucleic acid oligomers become nucleic acid oligomers (e.g. DNA, RNA or PNA Fragments) of base length 3 to 50, preferably length 5 to 40, particularly preferably the length 12 to 30 used.
An den so bereitgestellten Oberflächen mit immobilisierten und Fluorophor-markierten Sonden-Oligonukleotiden wird in einer Referenzmessung, z. B. mit einem Fluoreszenz- Scanner, die Fluoreszenzintensität der Fluorophor-markierten Sonden-Oligonukleotide im einsträngigen Zustand bestimmt. On the surfaces thus provided with immobilized and fluorophore-labeled Probe oligonucleotides are measured in a reference measurement, e.g. B. with a fluorescent Scanner, the fluorescence intensity of the fluorophore-labeled probe oligonucleotides determined in the single-stranded state.
Im nächsten Schritt wird die (möglichst konzentrierte) Untersuchungslösung mit Target- Oligonukleotid(en) zur Oberfläche mit immobilisierten Sonden-Oligonukleotiden gegeben. Dabei kommt es nur in dem Fall zur Hybridisierung, in dem die Lösung Target-Nukleinsäure-Oligomer-Stränge enthält, die zu den an die Oberfläche gebundenen Sonden-Nukleinsäure-Oligomeren komplementär, oder zumindest in weiten Bereichen komplementär sind. In the next step, the (as concentrated as possible) test solution with target Oligonucleotide (s) to the surface with immobilized probe oligonucleotides given. Hybridization only occurs in the case where the solution Contains target nucleic acid oligomer strands leading to the surface bound probe nucleic acid oligomers complementary, or at least in wide areas are complementary.
Nach der Hybridisierung zwischen Sonde und Target wird in einer zweiten Fluoreszenzmessung die Fluoreszenzintensität im hybridisierten, doppelsträngigen Zustand bestimmt. After the hybridization between probe and target is carried out in a second Fluorescence measurement the fluorescence intensity in the hybridized, double-stranded Condition determined.
Die Differenz aus Referenzmessung und zweiter Messung je Test-Site ist proportional zur Anzahl der ursprünglich in der Untersuchungslösung für das jeweilige Test-Site vorhandenen komplementären (bzw. in weiten bereichen komplementären) Target- Oligonukleotide. The difference between the reference measurement and the second measurement per test site is proportional the number of originally in the test solution for the respective test site existing complementary (or in many areas complementary) target Oligonucleotides.
In einer Alternative kann die Referenzmessung weggelassen werden, wenn die Größe des Referenzsignals vorher (z. B. durch vorausgegangene Messungen etc.) hinlänglich genau bekannt ist. In an alternative, the reference measurement can be omitted if the size of the reference signal beforehand (e.g. due to previous measurements etc.) is known exactly.
Aufgrund der Hybridisierung von Sonden-Nukleinsäure-Oligomer und dem dazu komplementären Nukleinsäure-Oligomer-Strang (Target) verändert sich der Abstand zwischen dem fluoreszierenden Farbstoffmolekül und der als Quencher fungierenden Metalloberfläche. Aufgrund des veränderten Abstandes erfährt auch das Ausmaß des Quench-Vorgangs und damit die Intensität der Fluoreszenz eine starke Änderung. Somit kann ein sequenzspezifisches Hybridisierungsereignis durch fluoreszenzbasierte Verfahren wie z. B. Fluoreszenzmikroskopie oder Messungen mit Fluoreszenz-Scanner detektiert werden. Because of the hybridization of probe nucleic acid oligomer and the related complementary nucleic acid oligomer strand (target) changes the distance between the fluorescent dye molecule and the one that acts as a quencher Metal surface. Due to the changed distance, the extent of the Quench process and thus the intensity of the fluorescence a major change. Thus, a sequence-specific hybridization event by fluorescence-based Methods such as B. fluorescence microscopy or measurements with fluorescence scanner can be detected.
Durch eine gezielte Beeinflussung der Stärke des elektrischen Feldes, in dessen
Bereich sich die Fluorophor-modifizierten Sonden-Oligonukleotide befinden, lassen sich
für das einsträngige Sonden-Nukleinsäure-Oligomer zwei verschiedene räumliche
Anordnungen realisieren:
- a) Vor der Hybridisierung liegt das einsträngige Sonden-Nukleinsäure-Oligomer 201 in einer Form vor, die durch einen großen Abstand 204 von Fluorophor 102 und quenchender Metalloberfläche 203 charakterisiert ist (hohe Fluoreszenzintensität). Durch die Hybridisierung mit dem dazu komplementären Nukleinsäure-Oligomer-Strang 202 (Target) verändert sich der Abstand 205 zwischen dem fluoreszierenden Farbstoffmolekül 102 und der als Quencher fungierenden Metalloberfläche 203 dahingehend, dass es durch die Verringerung des Abstands zu einer Vermehrung des Quenchen kommt und eine geringere Intensität der Fluoreszenz nach der Hybridisierung beobachtet werden kann (siehe Fig. 1A).
- b) Vor der Hybridisierung liegt das einsträngige Sonden-Nukleinsäure-Oligomer 201 in einer Form vor, die durch einen geringen Abstand 204 von Fluorophor 102 und quenchender Metalloberfläche 203 charakterisiert ist (geringe Fluoreszenzintensität). Durch die Hybridisierung mit dem dazu komplementären Nukleinsäure-Oligomer-Strang 202 (Target) verändert sich der Abstand zwischen dem fluoreszierenden Farbstoffmolekül 102 und der als Quencher fungierenden Metalloberfläche 203 dahingehend, dass es durch die Vergrößerung des Abstands 205 zu einer Verringerung des Quenchen kommt und eine höhere Intensität der Fluoreszenz nach der Hybridisierung beobachtet werden kann (siehe Fig. 1B).
- a) Before the hybridization, the single-stranded probe nucleic acid oligomer 201 is in a form which is characterized by a large distance 204 from the fluorophore 102 and the quenching metal surface 203 (high fluorescence intensity). As a result of the hybridization with the complementary nucleic acid oligomer strand 202 (target), the distance 205 between the fluorescent dye molecule 102 and the metal surface 203 functioning as a quencher changes in such a way that the distance increases and the quenching increases lower fluorescence intensity can be observed after hybridization (see FIG. 1A).
- b) Before the hybridization, the single-stranded probe nucleic acid oligomer 201 is in a form which is characterized by a small distance 204 from the fluorophore 102 and the quenching metal surface 203 (low fluorescence intensity). The hybridization with the complementary nucleic acid oligomer strand 202 (target) changes the distance between the fluorescent dye molecule 102 and the metal surface 203 functioning as a quencher in such a way that increasing the distance 205 leads to a reduction in the quenching and one higher fluorescence intensity can be observed after hybridization (see FIG. 1B).
Die beiden oben dargestellten geometrischen Anordnungen können durch die Wahl geeigneter Bedingungen erreicht werden, nämlich durch Anlegen eines äußeren elektrischen Feldes oder durch an der modifizierten Oberfläche immobilisierte Ionen: The two geometrical arrangements shown above can be chosen suitable conditions can be achieved, namely by creating an external electric field or by ions immobilized on the modified surface:
Durch das Anlegen eines äußeren elektrischen Feldes lassen sich verschiedene geometrische Anordnungen realisieren. Dabei können prinzipiell drei Potential-Bereiche unterschieden werden, deren genaue Lage von den gewählten Messbedingungen (z. B. Ionenstärke, Kettenlänge) abhängt. Bei negativen bis hin zu leicht positiven Potentialen (E < 0,2 V gegen Silberdraht) liegen sowohl einzel- als auch doppelsträngige Oligomere aufgrund der Abstoßung des negativ geladenen DNA-Rückgrats in einer eher gestreckten Konformation vor (siehe Fig. 2A). Durch die Hybridisierung wird eine Abnahme der Fluoreszenzintensität beobachtet. Different geometrical arrangements can be realized by applying an external electrical field. In principle, three potential ranges can be distinguished, the exact location of which depends on the selected measurement conditions (e.g. ionic strength, chain length). With negative to slightly positive potentials (E <0.2 V against silver wire), both single and double-stranded oligomers are in a rather elongated conformation due to the repulsion of the negatively charged DNA backbone (see FIG. 2A). A decrease in the fluorescence intensity is observed due to the hybridization.
In einem Zwischenbereich bei leicht positiven Potentialen (0,2 V < E < 0,4 V gegen Silberdraht) liegen einsträngige Oligomere wegen der größeren Beweglichkeit in einer eher komprimierten Form vor. Doppelsträngige Oligomere sind in diesem Bereich aufgrund der starren helikalen Struktur eher senkrecht zur Oberfläche ausgerichtet (siehe Fig. 2B). Durch die Hybridisierung wird eine Zunahme der Fluoreszenzintensität beobachtet. In an intermediate range with slightly positive potentials (0.2 V <E <0.4 V against silver wire), single-stranded oligomers are present in a more compressed form due to their greater mobility. In this area, double-stranded oligomers are oriented rather perpendicular to the surface due to the rigid helical structure (see FIG. 2B). An increase in the fluorescence intensity is observed due to the hybridization.
Bei stärker positiven Potentialen (E > 0,4 V gegen Silberdraht) werden auch die doppelsträngige Oligomere näher an die Oberfläche gezogen. Daher ergibt sich durch die Hybridisierung nur eine geringe Änderung der Fluoreszenzintensität. Das Potential, bei dem der Einzelstrang eine Änderung von "stehend" nach "liegend" erfährt (ca. 0,2 V) wird als geometrisches Änderungspotential des Einzelstrangs gEss definiert. Das Potential bei dem der Doppelstrang eine Änderung von "stehend" nach "liegend" erfährt (ca. 0,4 V) wird als geometrisches Änderungspotential des Doppelstrangs gEds definiert. With more positive potentials (E> 0.4 V against silver wire) the double-stranded oligomers are also pulled closer to the surface. Therefore, the hybridization results in only a slight change in the fluorescence intensity. The potential at which the single strand experiences a change from "standing" to "lying" (approx. 0.2 V) is defined as the geometric change potential of the single strand g E ss . The potential at which the double strand experiences a change from "standing" to "lying" (approx. 0.4 V) is defined as the geometric change potential of the double strand g E ds .
Das Anlegen eines äußeren elektrischen Feldes wird in der Regel durch das Anlegen eines Potentials an die modifizierte Oberfläche erfolgen. Von der vorliegenden Erfindung sind aber auch Ausführungsformen umfasst, gemäß denen z. B. durch Einbringen der modifizierten Oberfläche in einen Kondensator am Ort der modifizierten Ligaten ein elektrisches Feld erzeugt wird. The application of an external electrical field is usually done by the application potential on the modified surface. From the present Invention, however, are also embodiments according to which, for. B. by Placing the modified surface in a capacitor at the location of the modified Ligates an electric field is generated.
Durch Immobilisierung von Ionen an der modifizierten Oberfläche fassen sich verschiedene geometrische Anordnungen realisieren. Dabei können prinzipiell zwei Zustände unterschieden werden. An der Oberfläche immobilisierte Anionen 401 (z. B. über entsprechende bifunktionale Moleküle mit Carbonsäure oder Sulfonsäure- Funktionen, die in einem bestimmten pH-Bereich als oberflächengebundene Anionen vorliegen) führen wegen der Abstoßung des negativ geladenen Phosphatrückgrats zu einer gestreckten Konformation des Einzelstrangs 201. Aufgrund der größeren Beweglichkeit wird die einsträngige Sonde stärker gestreckt als die doppelsträngige Sonde/Target (siehe Fig. 3A). Durch die Hybridisierung wird eine Abnahme der Fluoreszenzintensität beobachtet. Various geometrical arrangements can be realized by immobilizing ions on the modified surface. In principle, two states can be distinguished. Anions 401 immobilized on the surface (e.g. via corresponding bifunctional molecules with carboxylic acid or sulfonic acid functions which are present as surface-bound anions in a certain pH range) lead to an elongated conformation of the single strand 201 because of the repulsion of the negatively charged phosphate backbone. Because of the greater mobility, the single-stranded probe is stretched more than the double-stranded probe / target (see FIG. 3A). A decrease in the fluorescence intensity is observed due to the hybridization.
An der Oberfläche immobilisierte Kationen 402 (z. B. über entsprechende bifunktionale Moleküle mit Amin- oder Ammonium-Funktionen, die in einem bestimmten pH-Bereich als oberflächengebundene Kationen vorliegen) führen wegen der Anziehung des negativ geladenen Phosphatrückgrats zu einer eher komprimierten Konformation des Einzelstrangs 201. Aufgrund der geringeren Beweglichkeit wird die doppelsträngige Sonde/Target weniger komprimiert als die einsträngige Sonde (siehe Fig. 3B). Durch die Hybridisierung wird eine Zunahme der Fluoreszenzintensität beobachtet. Cations 402 immobilized on the surface (e.g. via corresponding bifunctional molecules with amine or ammonium functions, which are present as surface-bound cations in a certain pH range) lead to a rather compressed conformation of the single strand because of the attraction of the negatively charged phosphate backbone 201 . Because of the lower mobility, the double-stranded probe / target is compressed less than the single-stranded probe (see FIG. 3B). An increase in the fluorescence intensity is observed due to the hybridization.
Die n Nukleotide (nt) lange Nukleinsäure-Sonde (DNA, RNA oder PNA, z. B. ein 20
Nukleotide langes Oligo) ist in der Nähe eines ihrer Enden (3'- oder 5'-Ende) direkt oder
über einen (beliebigen) Spacer mit einer reaktiven Gruppe zur kovalenten Verankerung
an der Oberfläche versehen, z. B. als 3'-Thiol-modifiziertes Sonden-Oligonukleotid, bei
dem die endständige Thiolmodifikation als reaktive Gruppe zur Anbindung an Gold
dient. Weitere kovalente Verankerungsmöglichkeiten ergeben sich z. B. aus
aminmodifiziertem Ligat-Oligonukleotid, das zur Verankerung an oberflächlich
gebundene Carbonsäurefunktionen (z. B. über säurefunktionalisierte Thiole wie
Mercaptopropionsäure und eine Aktivierung z. B. als Aktivester) verwendet wird. In der
Nähe des anderen Terminus des Sondenoligonukleotids ist ein Fluorophor kovalent
angebunden (vgl. Beispiel 1). Die so modifizierte Nukleinsäure-Sonde wird
- a) in Puffer (z. B. 10-500 mM Phosphat-Puffer, pH = 7,1 mM EDTA) gelöst mit der Oberfläche in Kontakt gebracht und dort über die reaktive Gruppe des Sonden-Nukleinsäureoligomers an die - gegebenenfalls entsprechend derivatisierte - Oberfläche angebunden oder
- b) in Gegenwart eines monofunktionalen Linkers in Puffer (z. B. 100 mM Phosphat-Puffer, pH = 7,1 mM EDTA, 0,1-1 M NaCl) gelöst mit der Oberfläche in Kontakt gebracht und dort über die reaktive Gruppe des Sonden-Nukleinsäureoligomers gemeinsam mit dem monofunktionalen Linker an die - gegebenenfalls entsprechend derivatisierte - Oberfläche angebunden, wobei darauf geachtet wird, dass genügend monofunktionaler Linker geeigneter Kettenlänge zugesetzt wird (etwa 0.1 bis 10 facher Überschuss), um zwischen den einzelnen Sonden-Oligonukleotiden genügend Freiraum für eine Hybridisierung mit den Signal-Liganden bzw. dem Target-Oligonukleotid zur Verfügung zu stellen oder
- c) in Puffer (z. B. 10-350 mM Phosphat-Puffer, pH = 7,1 mM EDTA) gelöst mit der Oberfläche in Kontakt gebracht und dort über die reaktive Gruppe des Sonden-Nukleinsäureoligomers an die - gegebenenfalls entsprechend derivatisierte - Oberfläche angebunden und anschließend wird die so modifizierte Oberfläche mit dem entsprechenden monofunktionalen Linker in Lösung (z. B. Alkanthiole oder ω-Hydroxy-Alkanthiole in Phosphat- Puffer/EtOH-Mischungen bei Thiol-modifizierten Sondenoligonukleotiden) in Kontakt gebracht, wobei der monofunktionale Linker über seine reaktive Gruppe an die - gegebenenfalls entsprechend derivatisierte - Oberfläche anbindet (vgl. Abschnitt "Bindung des Ligaten an die Oberfläche").
- a) dissolved in buffer (for example 10-500 mM phosphate buffer, pH = 7.1 mM EDTA) brought into contact with the surface and there via the reactive group of the probe nucleic acid oligomer to the - if appropriate derivatized - surface tied up or
- b) in the presence of a monofunctional linker in buffer (z. B. 100 mM phosphate buffer, pH = 7.1 mM EDTA, 0.1-1 M NaCl) brought into contact with the surface and there via the reactive group of Probe nucleic acid oligomers are bound together with the monofunctional linker to the surface, which may be correspondingly derivatized, taking care that enough monofunctional linker of suitable chain length is added (about 0.1 to 10-fold excess) in order to allow sufficient space between the individual probe oligonucleotides to provide a hybridization with the signal ligand or the target oligonucleotide or
- c) dissolved in buffer (for example 10-350 mM phosphate buffer, pH = 7.1 mM EDTA) brought into contact with the surface and there via the reactive group of the probe nucleic acid oligomer to the - if appropriate derivatized - surface attached and then the surface modified in this way is brought into contact with the corresponding monofunctional linker in solution (for example alkanethiols or ω-hydroxyalkanethiols in phosphate buffer / EtOH mixtures in the case of thiol-modified probe oligonucleotides), the monofunctional linker being brought into contact attaches its reactive group to the surface, which may be correspondingly derivatized (see section "Binding of the Ligate to the Surface").
Die (Rest-)Fluoreszenz des Fluorophors am Sonden-Oligonukleotid wird durch ein geeignetes Verfahren detektiert, z. B. durch Fluoreszenzmessung mit einem Fluoreszenz-Scanner in Gegenwart eines angelegten elektrischen Feldes. Bei Potentialen E kleiner als das geometrische Änderungspotential des Einzelstrangs gEss (E < gEss) wird durch die Hybridisierung eine Abnahme der Fluoreszenzintensität beobachtet. Bei Potentialen E im Bereich zwischen dem geometrischen Änderungspotential des Einzelstrangs gEss und dem geometrischen Änderungspotential des Doppelstrangs gEds (gEss < E < gEds) wird durch die Hybridisierung eine Zunahme der Fluoreszenzintensität beobachtet. Die Lage der Potentiale gEss und gEds ist abhängig von den gewählten Bedingungen. Bei 100 mM Chlorid liegt das Potential gEss bei ca. 0,2 V (gegen Silberdraht als Referenzelektrode) und das Potential gEds bei ca. 0,4 V (gegen Silberdraht als Referenzelektrode). The (residual) fluorescence of the fluorophore on the probe oligonucleotide is detected by a suitable method, e.g. B. by fluorescence measurement with a fluorescence scanner in the presence of an applied electric field. At potentials E smaller than the geometric change potential of the single strand g E ss (E < g E ss ), a decrease in the fluorescence intensity is observed due to the hybridization. At potentials E in the range between the geometric change potential of the single strand g E ss and the geometric change potential of the double strand g E ds ( g E ss <E < g E ds ), an increase in the fluorescence intensity is observed due to the hybridization. The location of the potentials g E ss and g E ds depends on the selected conditions. With 100 mM chloride, the potential g E ss is approx. 0.2 V (against silver wire as a reference electrode) and the potential g E ds is approx. 0.4 V (against silver wire as a reference electrode).
Anschließend wird das gelöste Target zugegeben, potentielle Hybridisierungsereignisse werden unter geeigneten, dem Fachmann bekannten Bedingungen ermöglicht (beliebige, frei wählbare Stringenzbedingungen der Parameter Potential/Temperatur/Salz/chaotrope Salze etc. für die Hybridisierung) und die Messung zur Detektion des Fluorophors in Gegenwart des angelegten elektrischen Feldes wiederholt. The dissolved target is then added, potential hybridization events are made possible under suitable conditions known to those skilled in the art (any freely selectable stringency conditions for the parameters Potential / temperature / salt / chaotropic salts etc. for hybridization) and the measurement for detection of the fluorophore in the presence of the applied electric field repeated.
Der Unterschied im Messsignal (Ab- bzw. Zunahme, ja nach Messverfahren, vgl. Fig. 2) ist proportional zur Anzahl der Hybridisierungsereignisse zwischen Sonden- Nukleinsäureoligomer auf der Oberfläche und passendem Target-Nukleinsäure- Oligomer in der Untersuchungslösung. The difference in the measurement signal (decrease or increase, depending on the measurement method, cf. FIG. 2) is proportional to the number of hybridization events between probe nucleic acid oligomer on the surface and suitable target nucleic acid oligomer in the test solution.
Die n Nukleotide (nt) lange Nukleinsäure-Sonde (DNA, RNA oder PNA, z. B. ein 20
Nukleotide langes Oligo) ist in der Nähe eines ihrer Enden (3'- oder 5'-Ende) direkt oder
über einen (beliebigen) Spacer mit einer reaktiven Gruppe zur kovalenten Verankerung
an der Oberfläche versehen, z. B. als 3'-Thiol-modifiziertes Sonden-Oligonukleotid, bei
dem die endständige Thiolmodifikation als reaktive Gruppe zur Anbindung an Gold
dient. Weitere kovalente Verankerungsmöglichkeiten ergeben sich z. B. aus
aminmodifiziertem Ligat-Oligonukleotid, das zur Verankerung an oberflächlich
gebundene Carbonsäurefunktionen (z. B. über säurefunktionalisierte Thiole wie
Mercaptopropionsäure und eine Aktivierung z. B. als Aktivester) verwendet wird. In der
Nähe des anderen Terminus des Sondenoligonukleotids ist ein Fluorophor kovalent
angebunden (vgl. Beispiel 1). Die so modifizierte Nukleinsäure-Sonde wird
- a) in Gegenwart eines bifunktionalen Linkers zur Erzeugung von immobilisierten Ionen (z. B. ω-Carboxy-, Amin- oder Sulfonsäure-Alkanthiole) in Puffer (z. B. 100 mM Phosphat-Puffer, pH = 7,1 mM EDTA, 0,1-1 M NaCl) gelöst mit der Oberfläche in Kontakt gebracht und dort über die reaktive Gruppe des Sonden-Nukleinsäureoligomers gemeinsam mit dem bifunktionalen Linker an die - gegebenenfalls entsprechend derivatisierte - Oberfläche angebunden, wobei darauf geachtet wird, dass genügend bifunktionaler Linker geeigneter Kettenlänge zugesetzt wird (etwa 0.1 bis 10 facher Überschuss), um zwischen den einzelnen Sonden-Oligonukleotiden genügend Freiraum für eine Hybridisierung mit den Signal-Liganden bzw. dem Target-Oligonukleotid zur Verfügung zu stellen oder
- b) in Puffer (z. B. 10-350 mM Phosphat-Puffer, pH = 7,1 mM EDTA) gelöst mit der Oberfläche in Kontakt gebracht und dort über die reaktive Gruppe des Sonden-Nukleinsäureoligomers an die - gegebenenfalls entsprechend derivatisierte - Oberfläche angebunden und anschließend wird die so modifizierte Oberfläche zur Erzeugung von immobilisierten Ionen mit dem entsprechenden bifunktionalem Linker in Lösung (z. B. ω-Carboxy-, Amin- oder Sulfonsäure-Alkanthiole in Phosphat-Puffer/EtOH-Mischungen bei Thiolmodifizierten Sondenoligonukleotiden) in Kontakt gebracht, wobei der monofunktionale Linker über seine reaktive Gruppe an die - gegebenenfalls entsprechend derivatisierte - Oberfläche anbindet (vgl. Abschnitt "Bindung des Ligaten an die Oberfläche").
- a) in the presence of a bifunctional linker to generate immobilized ions (e.g. ω-carboxy-, amine- or sulfonic acid alkanethiols) in buffer (e.g. 100 mM phosphate buffer, pH = 7.1 mM EDTA, 0.1-1 M NaCl) dissolved in contact with the surface and bonded there via the reactive group of the probe nucleic acid oligomer together with the bifunctional linker to the - if appropriate derivatized - surface, taking care that sufficient bifunctional linkers are more suitable Chain length is added (about 0.1 to 10-fold excess) in order to provide sufficient space between the individual probe oligonucleotides for hybridization with the signal ligands or the target oligonucleotide or
- b) dissolved in buffer (for example 10-350 mM phosphate buffer, pH = 7.1 mM EDTA) brought into contact with the surface and there via the reactive group of the probe nucleic acid oligomer to the - if appropriate derivatized - surface attached and then the surface modified in this way to generate immobilized ions is contacted with the corresponding bifunctional linker in solution (e.g. ω-carboxy, amine or sulfonic acid alkanethiols in phosphate buffer / EtOH mixtures in the case of thiol-modified probe oligonucleotides) brought, wherein the monofunctional linker binds via its reactive group to the - if appropriate derivatized - surface (see section "binding of the ligate to the surface").
Die (Rest-)Fluoreszenz des Fluorophors am Sonden-Oligonukleotid wird durch ein geeignetes Verfahren detektiert, z. B. durch Fluoreszenzmessung mit einem Fluoreszenz-Scanner. Anschließend wird das gelöste Target zugegeben, potentielle Hybridisierungsereignisse werden unter geeigneten, dem Fachmann bekannten Bedingungen ermöglicht (beliebige, frei wählbare Stringenzbedingungen der Parameter Potential/Temperatur/Salz/chaotrope Salze etc. für die Hybridisierung) und die Messung zur Detektion des Fluorophors wiederholt. The (residual) fluorescence of the fluorophore on the probe oligonucleotide is indicated by a suitable method is detected, e.g. B. by fluorescence measurement with a Fluorescence scanner. Then the dissolved target is added, potential Hybridization events are carried out under suitable, known to those skilled in the art Conditions enabled (any freely selectable stringency conditions for the parameters Potential / temperature / salt / chaotropic salts etc. for hybridization) and the measurement repeated for detection of the fluorophore.
Der Unterschied im Messsignal (Ab- bzw. Zunahme, ja nach Messverfahren, vgl. Fig. 3) ist proportional zur Anzahl der Hybridisierungsereignisse zwischen Sonden- Nukleinsäureoligomer auf der Oberfläche und passendem Target-Nukleinsäure- Oligomer in der Untersuchungslösung. The difference in the measurement signal (decrease or increase, depending on the measurement method, cf. FIG. 3) is proportional to the number of hybridization events between probe nucleic acid oligomer on the surface and suitable target nucleic acid oligomer in the test solution.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen können für eine Targetart (z. B. eine bestimmte Targetoligonukleotid-Art mit bekannter Sequenz) an einer Oberfläche oder - bei Verwendung verschiedener Sonden-Arten je Test-Site - für mehrere Target-Arten (gleiche Ligandengruppen wie z. B. mehrere verschiedene Target-Oligonukleotid-Arten oder verschiedene Antikörper-Arten, Antigen-Arten etc., aber auch Mischungen davon) angewendet werden. The embodiments described above can be used for a target type (e.g. a certain target oligonucleotide type with known sequence) on a surface or - when using different probe types per test site - for several target types (same ligand groups as e.g. several different target oligonucleotide types or different antibody types, antigen types etc., but also mixtures thereof) be applied.
Die Synthese der Oligonukleotide erfolgt in einem automatischen Oligonukleotid- Synthesizer (Expedite 8909; ABI 384 DNA/RNA-Synthesizer) gemäß der vom Hersteller empfohlenen Syntheseprotokolle für eine 1.0 µmol Synthese. Bei den Synthesen mit dem 1-O-Dimethoxytrityl-propyl-disulfid-CPG-Träger (Glen Research 20-2933) werden die Oxidationsschritte mit einer 0.02 M Iodlösung durchgeführt, um eine oxidative Spaltung der Disulfidbrücke zu vermeiden. Modifikationen an der 5'-Position der Oligonukleotide erfolgen mit einem auf 5 min verlängerten Kopplungsschritt. Der Amino- Modifier C2 dT (Glen Research 10-1037) wird in die Sequenzen mit den jeweiligen Standardprotokoll eingebaut. Die Kopplungseffizienzen werden während der Synthese online über die DMT-Kationen-Konzentration photometrisch bzw. konduktometrisch bestimmt. The oligonucleotides are synthesized in an automatic oligonucleotide Synthesizer (Expedite 8909; ABI 384 DNA / RNA synthesizer) according to the manufacturer recommended synthesis protocols for a 1.0 µmol synthesis. With the syntheses with the 1-O-dimethoxytrityl-propyl-disulfide-CPG carrier (Glen Research 20-2933) The oxidation steps are performed with a 0.02 M iodine solution to make an oxidative Avoid cleavage of the disulfide bridge. Modifications to the 5 'position of the Oligonucleotides are carried out with a coupling step that is extended to 5 min. The amino Modifier C2 dT (Glen Research 10-1037) is included in the sequences with the respective Standard protocol built in. The coupling efficiencies are during the synthesis online via the DMT cation concentration photometrically or conductometrically certainly.
Die Oligonukleotide werden mit konzentriertem Ammoniak (30%) bei 37°C 16 h entschützt. Die Reinigung der Oligonukleotide erfolgt mittels RP-HPL Chromatographie nach Standardprotokollen (Laufmittel: 0,1 M Triethylammoniumacetat-Puffer, Acetonitril), die Charakterisierung mittels MALDI-TOF MS. Die aminmodifizierten Oligonukleotide werden an die entsprechend aktivierten Fluorophore (z. B. Fluoresceinisothiocyanat) gemäß dem Fachmann bekannten Bedingungen gekoppelt. Die Kopplung kann sowohl vor als auch nach der Anbindung der Oligonukleotide an die Oberfläche erfolgen. The oligonucleotides are concentrated ammonia (30%) at 37 ° C for 16 h deprotected. The oligonucleotides are purified using RP-HPL chromatography according to standard protocols (eluent: 0.1 M triethylammonium acetate buffer, Acetonitrile), characterization using MALDI-TOF MS. The amine modified Oligonucleotides are attached to the correspondingly activated fluorophores (e.g. Fluoresceinisothiocyanat) coupled according to conditions known to those skilled in the art. The coupling can take place both before and after the oligonucleotides have been attached to the Surface.
Die Synthese der Oligonukleotide erfolgt in einem automatischen Oligonukleotid- Synthesizer (Expedite 8909; ABI 384 DNA/RNA-Synthesizer) gemäß der vom Hersteller empfohlenen Syntheseprotokolle für eine 1.0 µmol Synthese. Bei den Synthesen mit dem 1-O-Dimethoxytrityl-propyl-disulfid-CPG-Träger (Glen Research 20-2933) werden die Oxidationsschritte mit einer 0.02 M Iodlösung durchgeführt, um eine oxidative Spaltung der Disulfidbrücke zu vermeiden. Modifikationen an der 5'-Position der Oligonukleotide erfolgen mit einem auf 5 min verlängerten Kopplungsschritt. Die Fluorophore werden am Synthesizer beim letzten Kopplungsschritt als Phosphoramidite (Glen Research 10-1037) in die Sequenzen mit dem jeweiligen Standardprotokoll eingebaut. Die Kopplungseffizienzen werden während der Synthese online über die DMT-Kationen-Konzentration photometrisch bzw. konduktometrisch bestimmt. The oligonucleotides are synthesized in an automatic oligonucleotide Synthesizer (Expedite 8909; ABI 384 DNA / RNA synthesizer) according to the manufacturer recommended synthesis protocols for a 1.0 µmol synthesis. With the syntheses with the 1-O-dimethoxytrityl-propyl-disulfide-CPG carrier (Glen Research 20-2933) The oxidation steps are performed with a 0.02 M iodine solution to make an oxidative Avoid cleavage of the disulfide bridge. Modifications to the 5 'position of the Oligonucleotides are carried out with a coupling step that is extended to 5 min. The In the last coupling step, fluorophores are used as phosphoramidites on the synthesizer (Glen Research 10-1037) into the sequences with the respective standard protocol built-in. The coupling efficiencies are checked online during the synthesis via the DMT cation concentration determined photometrically or conductometrically.
Die Quench-Oberfläche (hier: Gold-Plättchen) wird mit doppelt modifiziertem 20 bp Einzelstrang-Oligonukleotid der Sequenz 5'-AGC GGA TAA CAC AGT CAC CT-3' (Modifikation 1: die Phosphatgruppe des 3' Endes ist mit (HO-(CH2)2-S)2 zum P-O-(CH2)2-S- S-(CH2)2-OH verestert; Modifikation 2: an das 5' Ende ist der Fluorescein-Modifier Fluorescein-Phosphoramidite (Proligo Biochemie GmbH) nach dem jeweiligen Standardprotokoll eingebaut) in 5 × 10-5 molarer Pufferlösung (Phosphatpuffer, 0,5 molar in Wasser, pH 7) mit Zusatz von ca. 10-5 bis 10-1 molarem Propanthiol (oder anderen Thiolen oder Disulfiden geeigneter Kettenlänge) 2-24 h inkubiert. Während dieser Reaktionszeit wird der Disulfidspacer P-O-(CH2)2-S-S-(CH2)2-OH des Oligonukleotids homolytisch gespalten. Dabei bildet der Spacer mit Au-Atomen der Oberfläche eine kovalente Au-S Bindung aus, wodurch es zu einer 1 : 1 Koadsorption des ss- Oligonukleotids und des abgespaltenen 2-Hydroxy-mercaptoethanols kommt. Das in der Inkubationslösung gleichzeitig anwesende, freie Propanthiol wird ebenfalls durch Ausbildung einer Au-S Bindung koadsorbiert (Inkubationsschritt). Statt des Einzelstrang-Oligonukleotids kann dieser Einzelstrang auch mit seinem Komplementärstrang hybridisiert sein. The quench surface (here: gold plate) is treated with a double-modified 20 bp single-strand oligonucleotide of the sequence 5'-AGC GGA TAA CAC AGT CAC CT-3 '(modification 1: the phosphate group of the 3' end is marked with (HO- (CH 2 ) 2 -S) 2 esterified to PO- (CH 2 ) 2 -S- S- (CH 2 ) 2 -OH; modification 2: at the 5 'end is the fluorescein modifier fluorescein phosphoramidite (proligo biochemistry GmbH) installed according to the respective standard protocol) in 5 × 10 -5 molar buffer solution (phosphate buffer, 0.5 molar in water, pH 7) with the addition of approx. 10 -5 to 10 -1 molar propanethiol (or other thiols or disulfides) Chain length) incubated for 2-24 h. During this reaction time, the disulfide spacer PO- (CH 2 ) 2 -SS- (CH 2 ) 2 -OH of the oligonucleotide is cleaved homolytically. The spacer forms a covalent Au-S bond with Au atoms on the surface, which leads to a 1: 1 coadsorption of the SS oligonucleotide and the split off 2-hydroxy-mercaptoethanol. The free propanethiol present in the incubation solution is also co-adsorbed by forming an Au-S bond (incubation step). Instead of the single strand oligonucleotide, this single strand can also be hybridized with its complementary strand.
Die alternative Herstellung von Au-S(CH2)2-ss-oligo-FP gliedert sich in 2 Teilabschnitte, nämlich der Derivatisierung der Gold-Oberfläche mit dem Sonden-Oligonukleotid (Inkubationsschritt) und der Nachbelegung der so modifizierten Elektrode mit einem geeigneten monofunktionalen Linker (Nachbelegungsschritt). The alternative production of Au-S (CH 2 ) 2 -ss-oligo-FP is divided into two sections, namely the derivatization of the gold surface with the probe oligonucleotide (incubation step) and the subsequent coating of the electrode modified in this way with a suitable monofunctional Left (re-assignment step).
Die Quench-Oberfläche (hier: Gold-Plättchen) wird mit doppelt modifiziertem 20 bp Einzelstrang-Oligonukleotid der Sequenz 5'-AGC GGA TAA CAC AGT CAC CT-3' (Modifikation 1: die Phosphatgruppe des 3' Endes ist mit (HO-(CH2)2-S)2 zum P-O-(CH2)2-S- S-(CH2)2-OH verestert; Modifikation 2: an das 5' Ende ist der Fluorescein-Modifier Fluorescein-Phosphoramidite (Proligo Biochemie GmbH) nach dem jeweiligen Standardprotokoll eingebaut) in 5 × 10-5 molarer Pufferlösung (Phosphatpuffer, 0,5 molar in Wasser, pH 7) 2-24 h inkubiert. Während dieser Reaktionszeit wird der Disulfidspacer P-O-(CH2)2-S-S-(CH2)2-OH des Oligonukleotids homolytisch gespalten. Dabei bildet der Spacer mit Au-Atomen der Oberfläche eine kovalente Au-S Bindung aus, wodurch es zu einer 1 : 1 Koadsorption des ss-Oligonukleotids und des abgespaltenen 2-Hydroxy-mercaptoethanols kommt. Statt des Einzelstrang- Oligonukleotids kann dieser Einzelstrang auch mit seinem Komplementärstrang hybridisiert sein. The quench surface (here: gold plate) is treated with a double-modified 20 bp single-strand oligonucleotide of the sequence 5'-AGC GGA TAA CAC AGT CAC CT-3 '(modification 1: the phosphate group of the 3' end is marked with (HO- (CH 2 ) 2 -S) 2 esterified to PO- (CH 2 ) 2 -S- S- (CH 2 ) 2 -OH; modification 2: at the 5 'end is the fluorescein modifier fluorescein phosphoramidite (proligo biochemistry GmbH) according to the respective standard protocol) in 5 × 10 -5 molar buffer solution (phosphate buffer, 0.5 molar in water, pH 7) incubated for 2-24 h. During this reaction time, the disulfide spacer PO- (CH 2 ) 2 -SS- (CH 2 ) 2 -OH of the oligonucleotide is cleaved homolytically. The spacer forms a covalent Au-S bond with the Au atoms on the surface, which leads to a 1: 1 coadsorption of the ss-oligonucleotide and the split off 2-hydroxy-mercaptoethanol. Instead of the single-strand oligonucleotide, this single strand can also be hybridized with its complementary strand.
Anschließend wird die so modifizierte Gold-Oberfläche mit einer ca. 10-5 bis 10-1 molaren Propanthiol-Lösung (in Wasser oder Puffer, pH 7-7.5) komplett benetzt und 2-24 h inkubiert. Das freie Propanthiol belegt die nach dem Inkubationsschritt verbleibende freie Gold-Oberfläche durch Ausbildung einer Au-S Bindung. Alternativ zu Propanthiol kann auch ein anderes Thiol oder Disulfid geeigneter Kettenlänge verwendet werden. The gold surface modified in this way is then completely wetted with an approximately 10 -5 to 10 -1 molar propanethiol solution (in water or buffer, pH 7-7.5) and incubated for 2-24 h. The free propanethiol covers the free gold surface remaining after the incubation step by forming an Au-S bond. As an alternative to propanethiol, another thiol or disulfide of suitable chain length can also be used.
Die alternative Herstellung von Au-S(CH2)2-ss-oligo-FP gliedert sich in 2 Teilabschnitte, nämlich der Derivatisierung der Gold-Oberfläche mit dem Sonden-Oligonukleotid (Inkubationsschritt) und der Nachbelegung der so modifizierten Elektrode mit einem geeigneten bifunktionalen Linker (Nachbelegungsschritt). The alternative production of Au-S (CH 2 ) 2 -ss-oligo-FP is divided into two sections, namely the derivatization of the gold surface with the probe oligonucleotide (incubation step) and the subsequent coating of the electrode modified in this way with a suitable bifunctional Left (re-assignment step).
Die Quench-Oberfläche (hier: Gold-Plättchen) wird mit doppelt modifiziertem 20 bp Einzelstrang-Oligonukleotid der Sequenz 5'-AGC GGA TAA CAC AGT CAC CT-3' (Modifikation 1: die Phosphatgruppe des 3' Endes ist mit (HO-(CH2)2-S)2 zum P-O-(CH2)2-S- S-(CH2)2-OH verestert; Modifikation 2: an das 5' Ende ist Fluorescein-Modifier Fluorescein- Phosphoramidite (Proligo Biochemie GmbH) nach dem jeweiligen Standardprotokoll eingebaut) in 5 × 10-5 molarer Pufferlösung (Phosphatpuffer, 0,5 molar in Wasser, pH 7) 2-24 h inkubiert. Während dieser Reaktionszeit wird der Disulfidspacer P-O-(CH2)2-S-S- (CH2)2-OH des Oligonukleotids homolytisch gespalten. Dabei bildet der Spacer mit Au- Atomen der Oberfläche eine kovalente Au-S Bindung aus, wodurch es zu einer 1 : 1 Koadsorption des ss-Oligonukleotids und des abgespaltenen 2-Hydroxymercaptoethanols kommt. Statt des Einzelstrang-Oligonukleotids kann dieser Einzelstrang auch mit seinem Komplementärstrang hybridisiert sein. The quench surface (here: gold plate) is treated with a double-modified 20 bp single-strand oligonucleotide of the sequence 5'-AGC GGA TAA CAC AGT CAC CT-3 '(modification 1: the phosphate group of the 3' end is marked with (HO- (CH 2 ) 2 -S) 2 esterified to PO- (CH 2 ) 2 -S- S- (CH 2 ) 2 -OH; modification 2: at the 5 'end is fluorescein modifier fluorescein phosphoramidite (Proligo Biochemie GmbH ) built in according to the respective standard protocol) in 5 × 10 -5 molar buffer solution (phosphate buffer, 0.5 molar in water, pH 7) for 2-24 h. During this reaction time, the disulfide spacer PO- (CH 2 ) 2 -SS- (CH 2 ) 2 -OH of the oligonucleotide is cleaved homolytically. The spacer forms a covalent Au-S bond with Au atoms on the surface, which leads to a 1: 1 coadsorption of the ss-oligonucleotide and the cleaved 2-hydroxymercaptoethanol. Instead of the single strand oligonucleotide, this single strand can also be hybridized with its complementary strand.
Anschließend wird die so modifizierte Gold-Oberfläche mit einer ca. 10-5 bis 10-1 molaren Lösung von z. B. Mercaptopropionsäure, Mercaptoethansulfonsäure oder Cysteamin (in Wasser oder Puffer, pH 7-7.5 oder in Ethanol) komplett benetzt und 2-24 h inkubiert. Das freie Thiol (Mercaptopropionsäure, Mercaptoethansulfonsäure, Cysteamin) belegt die nach dem Inkubationsschritt verbleibende freie Gold-Oberfläche durch Ausbildung einer Au-S Bindung. Alternativ können auch andere funktionale Thiole oder Disulfide geeigneter Kettenlänge mit den gleichen oder anderen funktionellen Gruppen verwendet werden. Then the modified gold surface with an approximately 10 -5 to 10 -1 molar solution of z. B. mercaptopropionic acid, mercaptoethanesulfonic acid or cysteamine (in water or buffer, pH 7-7.5 or in ethanol) completely wetted and incubated for 2-24 h. The free thiol (mercaptopropionic acid, mercaptoethanesulfonic acid, cysteamine) covers the free gold surface remaining after the incubation step by forming an Au-S bond. Alternatively, other functional thiols or disulfides of suitable chain length with the same or different functional groups can also be used.
Die Sonden-Oberfläche wird analog zu Bsp. 4 hergestellt. Dazu wird ein modifiziertes Oligonukleotid der Sequenz 5'-Fluorescein-AGC GGA TAA CAC AGT CAC CT-3' [C3- S-S-C3-OH] auf Gold immobilisiert (50 µmol Oligonukleotid in Phosphat-Puffer (K2HPO4/KH2PO4 500 mM, pH 7, Nachbelegung mit Propanthiol 1 mM in Wasser) und in der Form Au-S(CH2)2-ss-oligo-Fluorescein die Fluoreszenzintensität der Oberfläche mit einem Fluoreszenz-Scanner der Firma Lavision Biotech bestimmt. Zur Messung der Fluoreszenz wird ein Potential von 0,3 V gegen Silberdraht angelegt. In Gegenwart von flüssigen Medien (100 mmol Chlorid) werden 150 µl des Mediums auf die Goldoberfläche gegeben und anschließend mit einem Deckglas abgedeckt. Alternativ können auch Hybriwells oder Imaging Chambers verwendet werden. The probe surface is produced analogously to Example 4. For this purpose, a modified oligonucleotide of the sequence 5'-fluorescein-AGC GGA TAA CAC AGT CAC CT-3 '[C 3 - SSC 3 -OH] is immobilized on gold (50 μmol oligonucleotide in phosphate buffer (K 2 HPO 4 / KH 2 PO 4 500 mM, pH 7, subsequent coating with propanethiol 1 mM in water) and in the form Au-S (CH 2 ) 2 -ss-oligo-fluorescein the fluorescence intensity of the surface was determined with a fluorescence scanner from Lavision Biotech To measure the fluorescence, a potential of 0.3 V is applied against silver wire. In the presence of liquid media (100 mmol chloride), 150 µl of the medium is placed on the gold surface and then covered with a cover glass. Alternatively, Hybriwells or imaging chambers can also be used ,
Die Sonden-Oberfläche wird analog zu Bsp. 5 hergestellt. Dazu wird ein modifiziertes Oligonukleotid der Sequenz 5'-Fluorescein-AGC GGA TAA CAC AGT CAC CT-3' [C3- S-S-C3-OH] auf Gold immobilisiert (50 µmol Oligonukleotid in Phosphat-Puffer (K2HPO4/KH2PO4 500 mM, pH 7 und anschließender Nachbelegung mit einer ca. 10-5 bis 10-1 molaren Lösung von z. B. Mercaptopropionsäure, die die verbleibende freie Gold-Oberfläche belegt) und in der Form Au-S(CH2)2-ss-oligo-Fluorescein die Fluoreszenzintensität der Oberfläche mit einem Fluoreszenz-Scanner der Firma Lavision Biotech bestimmt. Zur Messung der Fluoreszenz in Gegenwart von flüssigen Medien werden 150 µl des Mediums auf die Goldoberfläche gegeben und anschließend mit einem Deckglas abgedeckt. Alternativ können auch Hybriwells oder Imaging Chambers verwendet werden. The probe surface is produced analogously to Example 5. For this purpose, a modified oligonucleotide of the sequence 5'-fluorescein-AGC GGA TAA CAC AGT CAC CT-3 '[C 3 - SSC 3 -OH] is immobilized on gold (50 μmol oligonucleotide in phosphate buffer (K 2 HPO 4 / KH 2 PO 4 500 mM, pH 7 and subsequent subsequent coating with an approx. 10 -5 to 10 -1 molar solution of e.g. mercaptopropionic acid, which covers the remaining free gold surface) and in the form Au-S (CH 2 ) 2 -ss-oligo-fluorescein determines the fluorescence intensity of the surface with a fluorescence scanner from Lavision Biotech To measure the fluorescence in the presence of liquid media, 150 µl of the medium is placed on the gold surface and then covered with a cover glass Hybriwells or imaging chambers can be used.
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