DE19935204A1 - Labelling and masking of incomplete products in the production of polymeric compounds, especially oligonucleotides, comprises the addition of reactive functional compounds during the synthesis - Google Patents
Labelling and masking of incomplete products in the production of polymeric compounds, especially oligonucleotides, comprises the addition of reactive functional compounds during the synthesisInfo
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Abstract
Description
Die chemische Synthese von vollständigen OLIGO-Nukleotiden (n-Produkte) ist in jedem der Synthesezyklen (m) bei der Additionsreaktion der Amiditverbindungen nicht ganz vollständig. Es reichern sich Produkte unvollständiger Sequenz (n-1 bis n-d Produkte, d = Einbasendeletionen, d = 1 bis n-1) an. Die Vollständigkeit der Additionsreaktion variiert mit der Einstellung optimaler Reaktionsbedingungen und entspricht dem technischen Stand den moderne Synthesemaschinen erreichen. Sie liegt bei ca. 98-99.9%. Dies bedeutet, daß zu einem geringen Prozentsatz bei jedem Syntheseschritt (m) m-1-Produkte entstehen können, die eine Einbasendeletion (d) tragen, sofern im nächsten Syntheseschritt an dieselbe Position des OLIGO- Nukleotids wieder eine Additionsreaktion erfolgt.The chemical synthesis of complete OLIGO nucleotides (n products) is in each of the synthesis cycles (m) Addition reaction of the amidite compounds not quite Completely. Products of incomplete sequence accumulate (n-1 to n-d products, d = single-base deletions, d = 1 to n-1). The completeness of the addition reaction varies with the Setting optimal reaction conditions and corresponds to that state of the art that modern synthesis machines achieve. she is around 98-99.9%. This means that at a low level Percentage for each synthesis step (m) m-1 products can arise, which carry a one-base deletion (d), provided in the next synthesis step to the same position of the OLIGO Nucleotide an addition reaction takes place.
Bei der Synthese eines 100 mers sind bei 99% Einbauwahrscheinlichkeit schließlich nur noch 37% der OLIGOs n-Produkte mit der vollständigen Sequenz. Der Rest sind n-d- Produkte deren Deletion an verschiedenen Positionen der OLIGO- Sequenz liegen. Diese können in nachfolgenden Reaktionen Fehler verursachen, der sich je nach der verwendeten Methodik mehr oder weniger stark auswirken.When synthesizing a 100 mer, 99% Finally, only 37% of OLIGOs are likely to be installed n products with the complete sequence. The rest are n-d Products whose deletion in various positions of the OLIGO Sequence. These can cause errors in subsequent reactions cause the more depending on the methodology used or less impact.
Besonders bei der Gensynthese (Geneassembly, dsDNA-Synthese) aus OLIGO-Nukleotiden sind meist Einzelnukleotiddeletionen die Ursache für fehlerhafte Sequenzen.Especially in gene synthesis (gene assembly, dsDNA synthesis) OLIGO nucleotides are mostly single nucleotide deletions the cause of incorrect sequences.
Um vollständige n-Produkte von unvollständigen n-d-Produkten zu trennen und fehlerhafte Sequenzen auszuschließen wurde das hier beschriebene Verfahren entwickelt.To complete n-products from incomplete n-d products too separate and exclude faulty sequences this was here described method developed.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren das nach der gerichteten Synthese sequenzvordeterminierter Polymere und Mischpolymere die Trennung von vollständigen und unvollständigen Syntheseprodukten erlaubt. Hierzu werden in jedem Synthesezyklus (m, m = 1 bis n-1) die von Schutzgruppen befreiten chemischen Zielfunktionen, welche nicht mit den in jedem neuen Synthesezyklus (m = m+1) zugeführten Monomeren reagiert haben mit einer weiteren reaktiven Molekülspezies modifiziert. Handelt es sich bei der weiteren Molekülspezies um ein mindestens bifunktionales Molekül, das zum einen die freien Gruppen effizient maskiert, zum anderen aber eine geeignete Funktion besitzt zur anschließenden Durchführung eines Trennungsverfahrens, der so modifizierten Moleküle, so wurden diese für ein geeignetes Trennungsverfahren markiert.The invention relates to a method according to the directed Synthesis of sequence-predetermined polymers and mixed polymers the separation of complete and incomplete Synthetic products allowed. This will be done in every Synthesis cycle (m, m = 1 to n-1) which are deprotected chemical target functions, which do not match those in each new one Synthesis cycle (m = m + 1) supplied monomers have reacted with modified another reactive molecular species. Act it the other molecular species by at least one bifunctional molecule, on the one hand the free groups efficiently masked, but also a suitable function owns for the subsequent implementation of a Separation process, the molecules so modified, so marked them for a suitable separation process.
In der weiteren Darstellung wurde beispielhaft die Synthese von OLIGO-Nukleotiden gewählt.The synthesis of OLIGO nucleotides selected.
Nach dem heutigen Stand der Technik werden OLIGO-Nukleotide von einem an CPG (=controlled pore size glas) Kügelchen oder einer anderen geeigneten Synthesematrix am 3'-Ende gebundenen Startermolekül aus synthetisiert und die Addition der Phosphitamiditmonomere erfolgt in 3'-5'-Richtung. Die Synthese in der umgekehrten Richtung ist ebenfalls möglich, wird aber in der Praxis selten durchgeführt. Das beschriebene Verfahren zur Vermeidung von n-d-Produkten bei der Synthese von Oligonukleotiden kann in beiden Syntheserichtungen durchgeführt werden, wobei die Additionsreaktion einer bifunktionalen Molekülspezies dann jeweils auf das freie 5'-Hydroxende oder das freie 3'-Hydroxyende erfolgt.According to the current state of the art, OLIGO nucleotides from a bead of CPG (= controlled pore size glass) or another suitable synthesis matrix bound at the 3 'end Starter molecule synthesized from and the addition of Phosphitamidite monomers take place in the 3'-5 'direction. The Reverse synthesis is also possible is rarely carried out in practice. The described Process to avoid n-d products in the synthesis of Oligonucleotides can be carried out in both directions of synthesis be, the addition reaction of a bifunctional Molecular species then each on the free 5'-hydroxyl end or the free 3'-hydroxy end takes place.
Um n-2 bis n-d-Produkte (n < d) zu unterdrücken werden in der Regel nach dem heutigen Stand der Technik in einer nachgeschalteten Additionsreaktion die n-1-Produkte durch das sehr reaktive Acetoanhydrid am 5'-Ende (bei der 3'-5'- Synthese) maskiert (für die 5'-3'-Synthese das 3'-Ende), so daß diese bei nachfolgenden Additionsreaktionen mit Amiditverbindungen nicht mehr als Reaktanten zur Verfügung stehen. Es entstehen in verschiedenen Synthesezyklen nur m-1- Produkte.In order to suppress n-2 to n-d products (n <d) in the Usually according to the current state of the art in one downstream addition reaction the n-1 products by the very reactive acetoanhydride at the 5'-end (at the 3'-5'- Synthesis) masked (for the 5'-3 'synthesis the 3' end), see above that this with subsequent addition reactions Amidite compounds are no longer available as reactants stand. Only m-1- arise in different synthesis cycles Products.
In dem hier beschriebenen Verfahren wird die
Maskierungsreaktion wie sie oben für Acetoanhydrid beschrieben
wurde durch mindestens eine mindestens bifunktionale
hochreaktive Molekülspezies ersetzt, die mindestens eine
chemisch hochreaktive Gruppe für die 5'-OH-Funktion des nicht
gekoppelten Nukleotids und am anderen Ende mindestens eine
chemische Gruppe (chemische Funktion oder Struktur) trägt, die
In the method described here, the masking reaction as described above for acetoanhydride is replaced by at least one at least bifunctional highly reactive molecular species, the at least one chemically highly reactive group for the 5'-OH function of the uncoupled nucleotide and at the other end at least one chemical group (chemical function or structure) that
- 1. eine hohe Affinität zu einer anderen (Makro-)molekülspezies aufweist, wie z. B. Biotin, oder1. a high affinity for another (macro) molecular species has, such as. B. biotin, or
- 2. eine bis mehrere zur 5'- bzw. 3'-hydroxyspezifischen Maskierungsreaktion unterschiedliche (hoch-) reaktive funktionale chemische Gruppe(-n) trägt, die eine Addition an eine auf die Reaktion mit dieser(n) Gruppe(n) optimierte, u. U. modifizierte Oberfläche ermöglicht (z. B. eine Cycloaddition nach dem Diels Aldertyp).2. one to several to 5'- or 3'-hydroxy-specific Masking reaction different (highly) reactive functional chemical group (s) which carries out an addition one optimized for the reaction with this group (s), u. U. modified surface allows (e.g. a Cycloaddition according to the Diels Alder type).
Durch die Reaktion(en) mit dieser(n) Molekülspezies wird nach jedem Additionszyklus (m) ein entstehendes m-1 Produkt am 5'- Ende der matrixgebundenen OLIGO-Sequenz durch eine zusätzliche Reaktion mit einer mindestens bifunktionalen Molekülspezies chemisch markiert und gleichzeitig markiert (z. B. nach Fig. 1, mit einer. Biotinfunktion).Through the reaction (s) with this (n) molecular species, an m-1 product formed at the 5 'end of the matrix-bound OLIGO sequence is chemically marked by an additional reaction with an at least bifunctional molecular species and marked at the same time after each addition cycle (m) ( z. B. FIG. 1, with a. biotin function).
Über eine Affinitätsmatrix (z. B. Streptavidinmatrix) oder eine mit der/den chemischen Strukturen oder Funktion(en) der Markierung reagierenden Matrix können dann nach der Trennung der OLIGO-Nukleotide von der Synthesematrix unvollständige Syntheseprodukte aus der Lösung entfernt werden.Via an affinity matrix (e.g. streptavidin matrix) or a with the chemical structure or function (s) of Label-responding matrix can then be used after separation of the OLIGO nucleotides incomplete from the synthesis matrix Synthesis products are removed from the solution.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des hier beschriebenen Verfahrens werden die, durch die Maskierungsreaktion biotinmarkierten, unvollständigen Syntheseprodukte über eine Affinitätssäule (z. B. Streptavitinsäulen) gegeben. Im Eluat finden sich dann die vollständigen n-Produkte.In an advantageous embodiment of that described here The procedure will be through the masking reaction biotin-labeled, incomplete synthesis products via a Affinity column (e.g. streptavitin columns) given. In the eluate then the complete n products can be found.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform werden, wie oben beschrieben, markierte OLIGO-Nukleotide direkt in eine mit Streptavidin beschichtete Mikrotiterplatte (z. B. von Roche) pipettiert. Unvollständige Produkte werden dann an der Wand der Kavitäten gebunden. In Lösung befinden sich dann alle n- Produkte mit der vollen Länge der Sequenz.In another advantageous embodiment, as above described, labeled OLIGO nucleotides directly in a Streptavidin coated microtiter plate (e.g. from Roche) pipetted. Incomplete products will then appear on the wall of the Cavities bound. All n- Products with the full length of the sequence.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung beispielsweise ist die Affinitätsmatrix, an welche die markierten unvollständigen Produkte binden können, auf Metall oder Magnetkügelchen aufgebracht, an die die markierten unvollständigen Produkte binden können. Die Trennung erfolgt dann mittels Magneten (System der Firma Dynal).In a further advantageous embodiment, for example the affinity matrix to which the marked incomplete ones Can bind products on metal or magnetic beads applied to which the marked incomplete products can bind. The separation is then carried out using magnets (System from Dynal).
In weiteren vorteilhaften Ausführungen finden sich chemische Gruppen im markierenden bi- bis oligofunktionalen Molekül, die keine Additionsreaktion an das freie 5'- bzw. 3'-Ende der OLIGO-Kette eingehen, die aber einen anderen Typus einer hochreaktiven Addition an eine reaktionsunterstützende u. U. modifizierte Matrix darstellen. Dieser Reaktionstypus muß kompatibel mit allen Reaktionen sein, welche zyklisch in allen Syntheseschritten bei der OLIGO-Synthese ablaufen.Chemicals are found in further advantageous embodiments Groups in the labeling bi- to oligofunctional molecule that no addition reaction to the free 5 'or 3' end of the OLIGO chain, but a different type of one highly reactive addition to a reaction-supporting u. U. represent modified matrix. This type of reaction must be compatible with all reactions, which are cyclical in all Synthesis steps in OLIGO synthesis take place.
Claims (20)
- a) Bereitstellung einer geeigneten Trägermatrix für die Initiation einer gerichteten Synthese oder einem geeigneten Initiatormoleküls bei einer Synthese in Lösung
- b) Addition eines geeigneten Monomers (m = 1) gegebenenfalls mit einer oder mehreren selektiv unter spezifischen (chemischen und/oder enzymatischen Bedingungen) und/oder physikalisch abspaltbaren Schutzgruppen, wobei unter physikalisch Strahlung, Temperaturänderung etc. zu verstehen ist.
- c) mindestens ein weiterer, für die Synthese erforderlicher Reaktionsschritt
- d) gegebenenfalls selektive Abspaltung der für die weitere Synthese mindestens einen notwendigen Schutzgruppe
- e) Addition eines geeigneten Monomers (m = m+1) mit einer oder mehreren selektiv unter spezifischen (chemischen, und/oder enzymatischen Bedingungen), und/oder physikalisch abspaltbaren Schutzgruppen, wobei unter physikalisch Strahlung, Temperaturänderung etc. zu verstehen ist.
- f) Addition mindestens einer bi- bis oligofunktionalen chemischen Verbindung, die einerseits effektiv, selektiv und irreversibel die freien, unreagierten, von Schutzgruppen befreiten chemischen Funktionen der m-1- Moleküle (m = m-1) aus (e) und gegebenenfalls aus (a) maskiert und markiert, andererseits mit einer beliebigen aber definierten Matrix in eine stabile Wechselwirkung treten oder zu einer kovalenten Bindung reagieren kann
- g) mindestens ein weiterer, für die Synthese erforderlicher Reaktionsschritt
- h) gegebenenfalls Austausch der Reihenfolge der Syntheseschritte (g) nach (f) und (f) nach (g)
- i) mindestens ein- gegebenenfalls mehrmalige Wiederholung der Schritte (d) bis (h) n-1 mal bis zum Erreichen des gewünschten n-Produkts (m = 2 bis n)
- j) gegebenenfalls Abspaltung der Syntheseprodukte von der Synthesematrix durch geeignete Bedingungen oder Abspaltung des Initiatormoleküls, und gegebenenfalls Abspaltung geeigneter Schutzgruppen unter den gleichen Bedingungen
- k) Trennung der vollständigen n-Syntheseprodukte von den unvollständigen, maskierten und markierten Syntheseprodukten (m-1) an einer geeigneten Matrix mittels der chemischen Strukturen oder Funktionen, welche durch die, in die unvollständigen Syntheseprodukte mittels des beschriebenen Verfahrens eingebauten, mindestens einen bi- bis oligofunktionalen Molekülspezies zur Verfügung gestellt wird
- l) gegebenenfalls selektive Abspaltung weiterer, nicht syntheserelevanter Schutzgruppen nach den Schritten (j) bis (k).
- a) Provision of a suitable carrier matrix for the initiation of a directed synthesis or a suitable initiator molecule in the case of synthesis in solution
- b) addition of a suitable monomer (m = 1), if appropriate with one or more selectively under specific (chemical and / or enzymatic conditions) and / or physically removable protective groups, physical radiation, temperature change, etc. to be understood.
- c) at least one further reaction step required for the synthesis
- d) optionally selective cleavage of the at least one protective group necessary for the further synthesis
- e) addition of a suitable monomer (m = m + 1) with one or more selectively under specific (chemical, and / or enzymatic conditions), and / or physically removable protective groups, physical radiation, temperature change, etc. to be understood.
- f) addition of at least one bi- to oligofunctional chemical compound which, on the one hand, effectively, selectively and irreversibly removes the free, unreacted, deprotected chemical functions of the m-1 molecules (m = m-1) from (e) and optionally from (e) a) masked and marked, on the other hand can enter into a stable interaction with any but defined matrix or react to form a covalent bond
- g) at least one further reaction step required for the synthesis
- h) if necessary, exchange of the sequence of the synthesis steps (g) after (f) and (f) after (g)
- i) repeating steps (d) to (h) at least once or several times n-1 times until the desired n product is reached (m = 2 to n)
- j) optionally splitting off the synthesis products from the synthesis matrix by suitable conditions or splitting off the initiator molecule, and optionally splitting off suitable protective groups under the same conditions
- k) Separation of the complete n-synthesis products from the incomplete, masked and labeled synthesis products (m-1) on a suitable matrix by means of the chemical structures or functions which, due to the at least one bi- until oligofunctional molecular species are made available
- l) if necessary, selective cleavage of further, non-synthesis-relevant protective groups after steps (j) to (k).
- a) Bereitstellung einer geeigneten Trägermatrix für die Initiation einer gerichteten (z. B. OLIGO- Nukleotidsynthese) oder eines entsprechenden Initiatormoleküls bei der Synthese in Lösung
- b) Addition mindestens einer Phosphitamiditverbindung mit selektiv unter spezifischen chemischen Bedingungen und/ oder physikalisch abspaltbaren Schutzgruppen, wobei unter physikalisch Strahlung, Temperaturänderung etc. zu verstehen ist.
- c) gegebenenfalls Oxidation des Phosphitaddukts von der Oxidationsstufe III→V zum Phosphat
- d) Abspaltung der (z. B. am 5'- bzw. 3'-Hydroxyende befindlichen) Schutzgruppe(n) (z. B. zur freien Hydroxygruppe)
- e) Addition einer Phosphitamiditverbindung mit selektiv unter spezifischen chemischen Bedingungen und/oder physikalisch abspaltbaren Schutzgruppen, wobei unter physikalisch Strahlung, Temperaturänderung etc. zu verstehen ist
- f) Addition mindestens einer bi- bis oligofunktionalen chemischen Verbindung, die einerseits effektiv, selektiv und irreversibel die freien unreagierten Hydroxygruppen aus (e) und gegebenenfalls aus (a) maskiert und markiert, andererseits mit einer oder mehreren unterschiedlichen, aber definierten Matrix(ces) in stabile Wechselwirkung treten kann oder mit dieser zu einer kovalenten Verbindung reagiert
- g) gegebenenfalls Oxidation des Phosphitaddukts von der Oxidationsstufe III→V zum Phosphat
- h) gegebenenfalls Austausch der Reihenfolge der Reaktionsschritte (f) nach (g) und. (g) nach (f)
- i) mindestens ein- gegebenenfalls mehrmalige Wiederholung der Schritte (d) bis (g) m-1-mal bis zum letzten Syntheseschritt d. h. zum Erreichen des gewünschten n- Produkts
- j) gegebenenfalls Abspaltung der Syntheseprodukte der (z. B. OLIGO-Nukleotidsynthese) von der Synthesematrix durch geeignete Bedingungen, und gegebenenfalls die Abspaltung geeigneter Schutzgruppen unter den gleichen Bedingungen
- k) Trennung der vollständigen n-Syntheseprodukte von den unvollständigen, maskierten und markierten Syntheseprodukten an einer geeigneten Matrix mittels der chemischen Struktur oder Funktion, welche durch die in die unvollständigen Syntheseprodukte durch das beschriebene Verfahren mindestens eine eingebaute bi- bis oligofunktionale Molekülspezies zur Verfügung gestellt wird
- l) gegebenenfalls selektive Abspaltung weiterer, nicht syntheserelevanter Schutzgruppen nach den Schritten (j) bis (k).
- a) Provision of a suitable carrier matrix for the initiation of a directed (eg OLIGO nucleotide synthesis) or a corresponding initiator molecule during synthesis in solution
- b) addition of at least one phosphitamidite compound with selectively removable protective groups under specific chemical conditions and / or physically removable protective groups, physical radiation, temperature change, etc. to be understood.
- c) optionally oxidation of the phosphite adduct from the oxidation state III → V to the phosphate
- d) cleavage of the protective group (s) (for example at the 5'- or 3'-hydroxy end) (for example to the free hydroxyl group)
- e) addition of a phosphitamidite compound with selectively removable protective groups under specific chemical conditions and / or physically removable protective groups, physical radiation, temperature change, etc. to be understood
- f) addition of at least one bi- to oligofunctional chemical compound which, on the one hand, effectively and selectively and irreversibly masks and labels the free unreacted hydroxy groups from (e) and optionally from (a), and on the other hand with one or more different but defined matrix (ces) can interact in a stable manner or react with it to form a covalent bond
- g) optionally oxidation of the phosphite adduct from the oxidation state III → V to the phosphate
- h) if necessary, exchange of the sequence of the reaction steps (f) according to (g) and. (g) according to (f)
- i) repeating steps (d) to (g) m-1 times up to the last synthesis step, that is to say to achieve the desired n product, at least once or several times
- j) if appropriate, cleavage of the synthesis products of (eg OLIGO nucleotide synthesis) from the synthesis matrix by suitable conditions, and, if appropriate, cleavage of suitable protective groups under the same conditions
- k) Separation of the complete n-synthesis products from the incomplete, masked and labeled synthesis products on a suitable matrix by means of the chemical structure or function which is made available by the process described in the incomplete synthesis products by at least one built-in bi- to oligofunctional molecular species
- l) if necessary, selective cleavage of further, non-synthesis-relevant protective groups after steps (j) to (k).
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DE19935204A DE19935204A1 (en) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | Labelling and masking of incomplete products in the production of polymeric compounds, especially oligonucleotides, comprises the addition of reactive functional compounds during the synthesis |
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DE19935204A Withdrawn DE19935204A1 (en) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | Labelling and masking of incomplete products in the production of polymeric compounds, especially oligonucleotides, comprises the addition of reactive functional compounds during the synthesis |
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---|---|
DE (1) | DE19935204A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7098326B2 (en) | 2002-01-23 | 2006-08-29 | Sigma-Aldrich Co. | Methods for the integrated synthesis and purification of oligonucleotides |
US7427678B2 (en) | 1998-01-08 | 2008-09-23 | Sigma-Aldrich Co. | Method for immobilizing oligonucleotides employing the cycloaddition bioconjugation method |
-
1999
- 1999-07-27 DE DE19935204A patent/DE19935204A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7427678B2 (en) | 1998-01-08 | 2008-09-23 | Sigma-Aldrich Co. | Method for immobilizing oligonucleotides employing the cycloaddition bioconjugation method |
US7098326B2 (en) | 2002-01-23 | 2006-08-29 | Sigma-Aldrich Co. | Methods for the integrated synthesis and purification of oligonucleotides |
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