JP2002533694A - Tissue collection device with biosensor - Google Patents

Tissue collection device with biosensor

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JP2002533694A JP2000590780A JP2000590780A JP2002533694A JP 2002533694 A JP2002533694 A JP 2002533694A JP 2000590780 A JP2000590780 A JP 2000590780A JP 2000590780 A JP2000590780 A JP 2000590780A JP 2002533694 A JP2002533694 A JP 2002533694A
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etm
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ジョン・フェイズ・ケイイェム
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Clinical Micro Sensors Inc
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、電極を有する組織収集装置、殊に血液収集装置、を提供する。この電極は、さらに自己集合単層および捕獲結合リガンド、殊に核酸捕捉プローブを有していてもよい。単層は、インスレーターおよび/または電子伝達路形成分子種(EFS)を有していてもよい。これらの装置はさらに、抗凝固剤、プローブ核酸および溶解試薬を含む、少なくとも一種の試薬を有していてもよい。さらに別の側面では、本発明は電極を有する組織収集装置に開始シグナルを送ることを含む、検体内の標的被検体を検出する方法を提供する。この電極は自己集合単層および捕獲結合リガンド、標的被検体および電子伝達部を含むアッセイ複合体を有していてもよい。これらの方法はさらに、電極と電子伝達部との間の電子伝達を検出することを含む。これらの方法はさらに、例えば血液収集装置を使用する、検体の収集法を含んでいてもよい。   (57) [Summary] The present invention provides a tissue collection device having electrodes, particularly a blood collection device. The electrode may further comprise a self-assembled monolayer and a capture binding ligand, especially a nucleic acid capture probe. The monolayer may have insulators and / or electron transport path forming species (EFS). These devices may also have at least one reagent, including an anticoagulant, a probe nucleic acid and a lysis reagent. In yet another aspect, the invention provides a method for detecting a target analyte in a sample, comprising sending an initiation signal to a tissue collection device having an electrode. The electrode may have a self-assembled monolayer and an assay complex that includes a capture binding ligand, a target analyte and an electron transport. These methods further include detecting electron transfer between the electrode and the electron transfer unit. These methods may further include methods of collecting the specimen, for example, using a blood collection device.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 (発明の分野) 本発明は、核酸および抗体や酵素を含む蛋白質のような標的被検体を検出する
ための、バイオセンサーを有する組織収集装置、たとえば血液収集装置に関する
The present invention relates to a tissue collection device having a biosensor, such as a blood collection device, for detecting a target analyte such as a nucleic acid and a protein including an antibody and an enzyme.

【0002】 (発明の背景) 分子病理学、分子腫瘍学および分子診断学の領域は、臨床的設定に最高な重要
性のある新規分子技術の発展および検証に伴って、急速に発展しつつある。新し
い病因遺伝子発見の速度が急速に加速され、多数の病状に対する遺伝子的成分の
役割に気付く機会が増加すると共に、迅速、廉価、かつ正確な試験法に対する需
要は指数関数的に増加しつつある。
BACKGROUND OF THE INVENTION The fields of molecular pathology, molecular oncology and molecular diagnostics are developing rapidly with the development and validation of novel molecular technologies of paramount importance in clinical settings. . The speed of discovery of new etiological genes is rapidly accelerating, and the opportunity to become aware of the role of genetic components in many disease states is increasing, and the demand for fast, inexpensive, and accurate test methods is increasing exponentially.

【0003】 一般的に、これらの試験法は、数種の類型に分類されるが、それらには核酸試
験法(病原菌、癌遺伝子、遺伝子疾患、などについて)および免疫試験法(種々
の抗原および抗体について)が含まれる。これに加えて、ヒト遺伝子における病
因的突然変異および単一なヌクレオチドの多型性(SNP)に関する知識の蓄積
によって、これら遺伝子疾患に対する危険を診断し、確認するために多人数を試
験する必要性と要望が招来されている。
[0003] In general, these assays fall into several categories, including nucleic acid assays (for pathogens, oncogenes, genetic disorders, etc.) and immunoassays (for various antigens and For antibodies). In addition, the need to test large numbers of people to diagnose and confirm the risk for these genetic diseases by accumulating knowledge about pathogenic mutations and single nucleotide polymorphisms (SNPs) in human genes And a request has been invited.

【0004】 臨床的にはこれらの試験は患者からの検体、多くは血液であるが、を米国特許
第 4,991,104; 3,974,930; 4,301,936; 4,187,952; 4,186,840; 4,136,794; 4,4
65,200; 4,111,326; 6,001,087; 6,001,429; 5,975,343 および 5,968,620 号に
記載されているような組織収集装置に採取することを必要とする。次にこの検体
を様々な工程を経て一般的に処理して、アッセイを行う。
[0004] Clinically, these tests are specimens from patients, often blood, but are described in US Patents 4,991,104; 3,974,930; 4,301,936; 4,187,952; 4,186,840;
65,200; 4,111,326; 6,001,087; 6,001,429; 5,975,343 and 5,968,620. The sample is then generally processed through various steps to perform the assay.

【0005】 同時にバイオセンサーの領域も迅速に拡大しつつある。これらの多くは、検出
のメカニズムが特異的なリガンド/アンチリガンド反応に基づいている。すなわ
ち、ある物質の組合せ(すなわち、結合のペアまたはリガンド/アンチリガンド
)では互いに結合することが知られているが、他の物質とは全くまたは殆ど結合
しないものである。このことは、複合体を検出するためにこれらの結合のペアを
利用する多数な研究の対象とされてきた。これらは一般にその複合体の一成分を
、複合体の全体を検出可能にするような何らかの方法、例えば放射性同位元素、
蛍光その他の光学的に活性な分子、酵素、などを使用して標識することによって
行われている。
At the same time, the area of biosensors is rapidly expanding. In many of these, the mechanism of detection is based on a specific ligand / antiligand reaction. That is, certain combinations of substances (ie, binding pairs or ligands / antiligands) are known to bind to each other, but bind little or no other substances. This has been the subject of numerous studies that utilize these binding pairs to detect complexes. These generally allow one component of the complex to be detected in any way that makes the entire complex detectable, such as a radioisotope,
This is done by labeling using fluorescent or other optically active molecules, enzymes, and the like.

【0006】 その他のアッセイでは、検出に電子的シグナルを用いる。次のような多数の系
が報告されている。米国特許第5,591,578; 5,824,473; 5,770,369; 5,705,348;
5,780,234 および 5,952,172; WO98/20162; WO99/37819; PCT/US98/12430; PCT/
US99/01703; PCT/US98/12082; PCT/US99/14191; PCT/US99/21683; PCT/US99/254
64 および PCT/US99/10104 および米国特許出願09/135,183; 09/295,691 および
09/306,653 を参照。
[0006] Other assays use electronic signals for detection. Numerous systems have been reported, including: U.S. Patent Nos.5,591,578; 5,824,473; 5,770,369; 5,705,348;
5,780,234 and 5,952,172; WO98 / 20162; WO99 / 37819; PCT / US98 / 12430; PCT /
US99 / 01703; PCT / US98 / 12082; PCT / US99 / 14191; PCT / US99 / 21683; PCT / US99 / 254
64 and PCT / US99 / 10104 and U.S. Patent Application 09 / 135,183; 09 / 295,691 and
See 09 / 306,653.

【0007】 一般的には、最少数の操作段階で組織検体を試験できる性能を提供することが
望ましいであろう。本発明の目的の一つは、診断およびスクリーニングに使用す
るためのバイオセンサー、特に電極、が組込まれている組織収集装置を提供する
ことにある。
[0007] In general, it would be desirable to provide the ability to test tissue samples with a minimum number of operational steps. One object of the present invention is to provide a tissue collection device incorporating a biosensor, particularly an electrode, for use in diagnosis and screening.

【0008】 (発明の要約) 前記の目的に従って、本発明は、電極を有する組織収集装置、特に血液収集装置
、を提供する。この電極は、さらに自己集合単層および捕獲結合リガンド、特に
核酸捕獲プローブ、を有していてもよい。この単層には、絶縁体(insulator)
および/または電路形成分子種(electroconduit-forming species:EFS)を
含んでいてもよい。この装置は、さらに抗凝固剤、プローブ核酸および溶解剤を
含む、少なくとも1種の試薬を含んでいてもよい。
SUMMARY OF THE INVENTION In accordance with the foregoing objects, the present invention provides a tissue collection device, particularly a blood collection device, having electrodes. The electrode may further comprise a self-assembled monolayer and a capture binding ligand, especially a nucleic acid capture probe. This single layer contains an insulator
And / or may include electroconduit-forming species (EFS). The device may further include at least one reagent, including an anticoagulant, a probe nucleic acid and a lysing agent.

【0009】 別の側面では、本発明は、電極を有する組織収集装置に開始シグナルを送るこ
とを含む、検体内に存在する標的被検体を検出する方法を提供する。この電極は
、自己集合単層および捕獲結合リガンド、標的被検体および電子伝達部を含むア
ッセイ複合体を含んでいてもよい。本方法は、さらに電極と電子伝達部(ETM)
との間における電子伝達を検出することを含む。本方法は、さらに、例えば血液
収集装置などを使用して検体を収集することを含んでいてもよい。
In another aspect, the invention provides a method for detecting a target analyte present in a sample, comprising sending an initiation signal to a tissue collection device having an electrode. The electrode may include a self-assembled monolayer and an assay complex that includes a capture binding ligand, a target analyte and an electron transport. The method further comprises an electrode and an electron transfer unit (ETM).
Detecting the transfer of electrons between them. The method may further include collecting the specimen using, for example, a blood collection device or the like.

【0010】 (図面の簡単な説明) 図1A、1B、1Cおよび1Dは、容器を配置した組織収集装置を描出する。
図1Aは、キャップ20を有するチューブ10を図示する。このキャップ20は
、試薬40を入れた容器30を有する。図1Bは、2種の試薬40および41を
入れた2個の容器30および31を有する以外は同様なものである。図1Cは、
容器30がキャップ20でなくて、チューブ10の一部分である以外は同様な構
成を描出する。図1Dは、チューブ末端にある膜50を利用する構成を描出する
。バイオセンサーは、図1に描出した系のどれにも示されていないことに注目す
べきである。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIGS. 1A, 1B, 1C and 1D depict a tissue collection device with a container disposed.
FIG. 1A illustrates a tube 10 having a cap 20. The cap 20 has a container 30 containing a reagent 40. FIG. 1B is similar except that it has two containers 30 and 31 containing two reagents 40 and 41. FIG. 1C
A similar configuration is depicted, except that the container 30 is not the cap 20 but a part of the tube 10. FIG. 1D depicts an arrangement utilizing a membrane 50 at the end of the tube. It should be noted that the biosensor is not shown in any of the systems depicted in FIG.

【0011】 図2Aおよび2Bは、検体の一部分を試験するための容器を有する組織収集装
置を描出する。図2Aは、キャップ20を利用する装置を描出するが、当業者が
認識するであろうように、導入口ポート、膜、その他の構成を有する装置を同様
に用いてもよい。容器30(試薬40を入れてあってもよい)は検体部分70か
ら弁またはシール60によって分離されている。図2Bは、脱着できる接合具6
5を使用して容器30が検体室70から分離できる以外は同様な系を描出する。
バイオセンサーは、図2に描出した系のどれにも示されていないことに注目すべ
きである。
FIGS. 2A and 2B depict a tissue collection device having a container for testing a portion of a specimen. FIG. 2A depicts a device utilizing the cap 20, but as those skilled in the art will recognize, devices having inlet ports, membranes, and other configurations may be used as well. The container 30 (which may contain the reagent 40) is separated from the sample portion 70 by a valve or seal 60. FIG. 2B shows a detachable connector 6.
5, a similar system is depicted, except that the container 30 can be separated from the sample chamber 70.
It should be noted that the biosensor is not shown in any of the systems depicted in FIG.

【0012】 図3A、3Bおよび3Cは、本発明の構成体のためのバイオセンサーおよび外
部リードの可能な構成をいくつか描出する。図3Aは、相互接続装置90を持つ
キャップ20中にあるバイオセンサー80の電極を描出する。図3Bおよび図3
Cは、チューブ10の構成要素としてのバイオセンサー80の電極を描出する。
図3Bは、単一なバイオセンサーを描出し;図3Cは、複数のバイオセンサー8
0を描出する。図3Cは、全ての電極についての外部リード線を一組描出するが
、当業者に認識されるであろうように、多重なリード線を同様に使用してもよい
。加えて、チューブの各区画の間に物理的隔壁を設け、各区画が各々1個のバイ
オセンサーを持つようにしてもよい。図3Dは装置10の容器30中にあるバイ
オセンサー80を描出する。
FIGS. 3A, 3B and 3C depict some possible configurations of biosensors and external leads for the composition of the present invention. FIG. 3A depicts the electrodes of the biosensor 80 in the cap 20 with the interconnect device 90. 3B and 3
C depicts the electrodes of biosensor 80 as a component of tube 10.
FIG. 3B depicts a single biosensor; FIG. 3C illustrates multiple biosensors 8.
Draw 0. Although FIG. 3C depicts a set of external leads for all electrodes, multiple leads may be used as well, as will be appreciated by those skilled in the art. In addition, a physical septum may be provided between each section of the tube, with each section having one biosensor. FIG. 3D depicts the biosensor 80 in the container 30 of the device 10.

【0013】 図4A、4Bおよび4Cは、標的配列を電極に付着させるための好適な態様3
種を描出する。一般的に核酸として描出してあるが、核酸以外の態様も有用であ
る。図4Aは、付着リンカー106を介して連結している捕獲プローブ100に
ハイブリダイズした標的配列120を描出する。付着リンカー106は、本明細
書に略述するように、導電性オリゴマーまたは絶縁体のいずれであってもよい。
本明細書に略述する図面および構成の全てについて、捕獲プローブは同一であっ
てもよく、またはいずれの特定のパッドにある捕獲プローブも異なり、その標的
の異なる部分にハイブリダイズする配列を含むようになっていてもよい。電極1
05は、保護膜剤107の単層を含むが、この保護膜剤107は導電性オリゴマ
ー(ここに108と記載する)および/または絶縁体(ここに109と記載する
)を含むことができる。図面に描出した態様の全てについて、nは最低1の整数
を示すけれども、当業者が認識するであろうように、この系は捕獲プローブを全
く利用しない(nはゼロである)でもよいが、一般的にはこの態様は好適なもの
ではない。nの上限は標的配列の長さおよび必要とする感度に依存する。図4B
は単一な捕獲伸長プローブ110の使用を描出する。このプローブは標的配列1
20の第一の部分にハイブリダイズすることになる第一の部分111および捕獲
プローブ100にハイブリダイズすることになる第二の部分を有する。図4Cは
2個の捕獲伸長プローブ110および130の使用を描出する。一方の捕獲伸長
プローブ110は標的配列120の第一の部分にハイブリダイズすることになる
第一の部分111および捕獲プローブ100の第一の部分102にハイブリダイ
ズすることになる第二の部分112を有する。第二の捕獲伸長プローブ130は
標的配列120の第二の部分にハイブリダイズすることになる第一の部分132
および捕獲プローブ100の第二の部分101にハイブリダイズすることになる
第二の部分131を有する。
FIGS. 4A, 4B and 4C show a preferred embodiment 3 for attaching a target sequence to an electrode.
Draw the seed. Although generally depicted as nucleic acids, embodiments other than nucleic acids are also useful. FIG. 4A depicts the target sequence 120 hybridized to the capture probe 100 linked via the attachment linker 106. Attachment linker 106 may be either a conductive oligomer or an insulator, as outlined herein.
For all of the drawings and configurations outlined herein, the capture probe may be the same, or the capture probe at any particular pad may be different and include sequences that hybridize to different parts of the target. It may be. Electrode 1
05 includes a single layer of protective film agent 107, which may include a conductive oligomer (herein described as 108) and / or an insulator (herein described as 109). For all of the embodiments depicted in the figures, n represents an integer of at least 1, but as one skilled in the art will recognize, this system may not utilize any capture probes (n is zero), Generally, this aspect is not preferred. The upper limit for n depends on the length of the target sequence and the sensitivity required. FIG. 4B
Depicts the use of a single capture extension probe 110. This probe has target sequence 1
20 has a first portion 111 that will hybridize to the first portion and a second portion that will hybridize to the capture probe 100. FIG. 4C depicts the use of two capture extension probes 110 and 130. One capture extension probe 110 has a first portion 111 that will hybridize to a first portion of the target sequence 120 and a second portion 112 that will hybridize to the first portion 102 of the capture probe 100. Have. The second capture extension probe 130 will hybridize to a second portion of the target sequence 120 first portion 132
And a second portion 131 that will hybridize to the second portion 101 of the capture probe 100.

【0014】 図5A、5B、5C、5Dおよび5Eは、標識プローブの異なる可能な構成と
ETM(電子伝達部)の結合を描出する。これらの図面はハイブリダイズ可能な核
酸である第二の結合リガンドを描出するが、当業者が認識するであろうように、
この第二結合リガンドは非核酸であることも同様にできる。図5A〜Cでは、リ
クルートリンカーは核酸であるが、図5Dおよび図5Eでは核酸ではない。A=
ヌクレオシド置換;B=塩基への結合;C=リボースへの結合;D=リン酸エス
テルへの結合;E=塩基、リボースまたはリン酸エステル(または他のバックボ
ーン類似体)に結合したメタロセン・ポリマー(本明細書に記載しているように
、これは、他のETMのポリマーであっても同様によい);F=塩基、リボース
またはリン酸エステル(または他のバックボーン類似体)を介して結合した樹枝
状構造;G=塩基、リボースまたはリン酸エステル(または他のバックボーン類
似体)を介する「分枝」構造の結合;H=メタロセン(または他のETM)ポリ
マーの結合;I=樹枝状構造を介する結合;J=標準的なリンカーを使用する結
合。
FIGS. 5A, 5B, 5C, 5D and 5E depict the binding of an ETM (Electron Transfer Section) with different possible configurations of labeled probes. These figures depict a second binding ligand that is a hybridizable nucleic acid, as will be appreciated by those of skill in the art.
The second binding ligand can be non-nucleic acid as well. In FIGS. 5A-C, the recruitment linker is a nucleic acid, but not in FIGS. 5D and 5E. A =
B = linkage to base; C = linkage to ribose; D = linkage to phosphate; E = metallocene polymer linked to base, ribose or phosphate (or other backbone analog). This can be another ETM polymer, as described herein); F = attached via a base, ribose or phosphate (or other backbone analog) G = attachment of a “branched” structure via a base, ribose or phosphate ester (or other backbone analog); H = attachment of a metallocene (or other ETM) polymer; I = dendritic structure J = bond using a standard linker.

【0015】 図6A、6B、6C、6D、6E、6Fおよび6Gは、本発明の態様をいくつ
か描出する。これらの図に描出する単層は全て電導性オリゴマー108および絶
縁体107の双方のほぼ1:1の比率での存在を示す。しかし、本明細書に記載
するように様々な比率を使用しても、または双方が全く不存在であってもよく、
また他の単層形成物質を使用してもよい。これに加え、当業者が認識するであろ
うように、これらの構造の任意の一つが特定の標的配列について反復していても
よい。すなわち、長い標的配列について多数のアッセイ複合体を形成していても
よい。さらに、これに加えて図4のいずれの電極−結合態様もこれらの系におけ
るいずれに使用してもよい。 図6A、図6Bおよび図6Dは、各ETM135を含む標的配列120を有し
;本明細書に記載するようにこれらは酵素的に添加してもよい。例えばETMで
修飾したヌクレオチドを使用してPCR反応を行っている間に、標的配列全体に
本質的に無作為な挿入を起させるか、または標的配列の末端に付加させる。図6
Dは、標的配列120の異なる部分にハイブリダイズする2種の異なる捕獲プロ
ーブ100および100’を使用する方法を描出する。当業者には理解されるで
あろうように、この態様では2種の捕獲プローブが向いている5’−3’の方向
は異なっている。 図6Cは、標識配列120に直接的にハイブリダイズする標識プローブ145
の使用を描出する。図6Cは、標的配列120の一部分にハイブリダイズする第
一の部分141、ETM135を含む第二の部分142を含む標識プローブ14
5の使用を示す。描出はしていないが、組織収集装置における使用のための殊に
好適な態様は、標的の異なる部分にハイブリダイズする標識プローブを少なくと
も1種用いる、捕獲プローブへの標的配列の直接的な捕獲の使用である。 図6E、6Fおよび6Gは、標的とは直接的にはハイブリダイズせず、むしろ
直接的(図6E)または間接的(図6Fおよび図6G)に標的配列にハイブリダ
イズした増幅プローブにハイブリダイズする標識ブローブ145を利用するシス
テムを描出する。図6Eは、標的配列120にハイブリダイズする第一の部分1
51を有し、さらに標識プローブの第一の部分141にハイブリダイズする第二
の部分152、すなわち増幅配列、少なくとも1個を有する増幅プローブ150
を利用する。図6Fも同様であるが、標的配列120にハイブリダイズする第一
の部分161、および増幅プローブ150の第一の部分151にハイブリダイズ
する第二の部分162を有する第一の標識伸長プローブ160を使用する点で異
なる。増幅プローブ150の第二の部分152は、標識プローブ140の第一の
部分141にハイブリダイズする。この標識プローブ140は、ETM135を
有するリクルートリンカー142も含む。図6Gは、標的配列120の一部分に
ハイブリダイズする第一の部分171、および増幅プローブの一部分にハイブリ
ダイズする第二の部分を持つ第二の標識伸長プローブ170を付加する。 図6Hは多重標識プローブを利用するシステムを描出する。標識プローブ14
0の第一の部分141は、リクルートリンカー142の全部または一部にハイブ
リダイズすることができる。 図7A、7B、7C、7D、7Eおよび7Fはいくつかの「メカニズム−1」
検出系を描出する。図7Aは導電性オリゴマー108を介して電極105に付着
している検出プローブ300にハイブリダイズした標的配列120の各部分を示
す。ハイブリダイゼーション複合体は、標的配列または検出プローブ300のい
ずれかに共有結合的に結合しているか、または非共有結合的に結合していること
ができるETM135を含む(すなわち、ハイブリダイゼーションインジケータ
ー)。この単層は、絶縁体107で示しているが、本明細書中で記述しているよ
うに、いかなる型の非反応性成分(passivation agent)を使用してもよい。図7
Bは電極105に結合リンカー106を介して連結している捕獲プローブ100
の使用を描出するが、理解されるであろうように、標識プローブ145は、検出
プローブ300にハイブリダイズするので、これは捕獲プローブの一つの型とし
て役立つことができる。標識プローブ145は標的配列120の一部分にハイブ
リダイズする第一の部分141、および検出プローブ300にハイブリダイズす
る第二の部分142を有する。図7Cは、標的配列120にハイブリダイズする
第一の部分151(標識伸長プローブも同様に使用できるが)、および検出配列
300に直接的にハイブリダイズする増幅配列152を有する分枝状増幅プロー
ブ150の使用を描出する。この標的配列はさらに図4に略述したように捕獲プ
ローブを用いて電極に付着させていてもよい。図7Dは直線状の増幅プローブ1
50を利用する同一物を描出する。図7Eは同様な系を描出するが、これは増幅
配列152にハイブリダイズする第一の部分141、および検出プローブ300
にハイブリダイズする第二の部分142を含む標識プローブ145を使用する。
図7Fは直線状の増幅プローブ150を利用する同一物を描出する。
FIGS. 6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F and 6G depict some aspects of the present invention. The monolayers depicted in these figures all show the presence of both conductive oligomer 108 and insulator 107 in an approximately 1: 1 ratio. However, various ratios may be used as described herein, or both may be completely absent,
Further, another single layer forming material may be used. In addition, as one of ordinary skill in the art would recognize, any one of these structures may be repeated for a particular target sequence. That is, multiple assay complexes may be formed for a long target sequence. In addition, any of the electrode-coupling aspects of FIG. 4 may be used in any of these systems. FIGS. 6A, 6B and 6D have a target sequence 120 containing each ETM135; these may be added enzymatically as described herein. For example, during a PCR reaction using nucleotides modified with ETMs, an essentially random insertion into the entire target sequence occurs or is added to the end of the target sequence. FIG.
D depicts a method using two different capture probes 100 and 100 'that hybridize to different portions of the target sequence 120. As will be appreciated by those skilled in the art, in this embodiment the orientation of the 5'-3 'to which the two capture probes point is different. FIG. 6C shows a labeled probe 145 that hybridizes directly to the labeled sequence 120.
Depict the use of. FIG. 6C shows a labeled probe 14 including a first portion 141 that hybridizes to a portion of the target sequence 120, a second portion 142 including an ETM 135.
5 is shown. Although not depicted, a particularly preferred embodiment for use in a tissue collection device involves direct capture of a target sequence to a capture probe using at least one labeled probe that hybridizes to a different portion of the target. Use. 6E, 6F and 6G do not hybridize directly to the target, but rather to an amplification probe that has hybridized directly (FIG. 6E) or indirectly (FIGS. 6F and 6G) to the target sequence. 7 depicts a system utilizing a marker probe 145. FIG. 6E shows the first portion 1 hybridizing to the target sequence 120.
Amplification probe 150 having at least one second portion 152, that is, an amplification sequence, that hybridizes to the first portion 141 of the labeled probe.
Use 6F is similar, except that a first labeled extension probe 160 having a first portion 161 that hybridizes to the target sequence 120 and a second portion 162 that hybridizes to the first portion 151 of the amplification probe 150 is shown in FIG. It differs in using it. The second portion 152 of the amplification probe 150 hybridizes to the first portion 141 of the labeled probe 140. The label probe 140 also includes a recruitment linker 142 having an ETM 135. FIG. 6G adds a second labeled extension probe 170 having a first portion 171 that hybridizes to a portion of the target sequence 120 and a second portion that hybridizes to a portion of the amplification probe. FIG. 6H depicts a system utilizing a multi-labeled probe. Labeled probe 14
The first portion 141 of the zero can hybridize to all or a portion of the recruitment linker 142. Figures 7A, 7B, 7C, 7D, 7E and 7F show some "Mechanism-1".
Draw the detection system. FIG. 7A shows a portion of the target sequence 120 that has hybridized to the detection probe 300 attached to the electrode 105 via the conductive oligomer 108. The hybridization complex comprises an ETM 135 that can be covalently or non-covalently bound to either the target sequence or the detection probe 300 (ie, a hybridization indicator). This monolayer is indicated by insulator 107, but any type of non-reactive component (passivation agent) may be used, as described herein. FIG.
B is a capture probe 100 connected to an electrode 105 via a binding linker 106.
, Which will serve as one type of capture probe, as the labeled probe 145 hybridizes to the detection probe 300, as will be appreciated. Labeled probe 145 has a first portion 141 that hybridizes to a portion of target sequence 120 and a second portion 142 that hybridizes to detection probe 300. FIG. 7C shows a branched amplification probe 150 having a first portion 151 that hybridizes to the target sequence 120 (although labeled extension probes can be used as well) and an amplification sequence 152 that hybridizes directly to the detection sequence 300. Depict the use of. This target sequence may be further attached to an electrode using a capture probe as outlined in FIG. FIG. 7D shows a linear amplification probe 1
Draw the same using 50. FIG. 7E depicts a similar system, which includes a first portion 141 that hybridizes to the amplification sequence 152, and a detection probe 300.
A labeled probe 145 that includes a second portion 142 that hybridizes to
FIG. 7F depicts the same utilizing a linear amplification probe 150.

【0016】 (発明の詳細な説明) 本発明は、組織収集装置にバイオセンサーを使用しようとするものである。一般
に、たとえば血液検体など組織検体を、バイオセンサー(および場合によりアッ
セイ試薬)を入れた容器中に収集する能力は、一段階での分子診断アッセイを可
能にする。これは各種の方法で使用しうる。例えば、ある態様では、血液をバイ
オセンサーを有する容器に入れることによって、最少の血液取扱によって、たと
えばウイルス(ヘルペス株、HIV、その他)または細菌のような病原体を含む
汚染物に関して、迅速で廉価な血液の試験が可能になる。あるいは、特にたとえ
ば性的行為によって伝染する疾患について、試験する目的で収集した血液検体ま
たは膣検体のような組織も、最少の血液取扱によって迅速に試験できる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention seeks to use a biosensor in a tissue collection device. In general, the ability to collect a tissue sample, eg, a blood sample, into a container containing a biosensor (and optionally assay reagents) allows for a one-step molecular diagnostic assay. It can be used in various ways. For example, in some embodiments, by placing blood in a container with a biosensor, with minimal blood handling, for example, with respect to contaminants including pathogens such as viruses (herpes strains, HIV, etc.) or bacteria, fast and inexpensive. Blood testing becomes possible. Alternatively, tissues such as blood or vaginal samples collected for testing, particularly for diseases transmitted by sexual activity, for example, can also be rapidly tested with minimal blood handling.

【0017】 このように、本発明は組織収集装置を提供するものである。ここに、「組織」
またはその文法的な等価語句は本明細書ではバイオアッセイを行うことのできる
組織の何れかを意味する。これには血液、リンパ液、唾液、膣および肛門の排泄
物、尿、大便、汗、涙、その他の体液が含まれるが、これらに限定するものでは
ない。本明細書では「組織収集装置」は一般的に密封可能であって、体液を含む
組織を収集し、含有させ、貯蔵するために使用できる容器を意味する。組織収集
装置は一般には滅菌する。本明細書に特に記載するものは血液収集装置であって
、たとえば当業界でよく知られているように血液収集管およびバッグがあって、
これには VACTAINER(商標)真空チューブが含まれる。これらは種々の構造に構
成されていてもよい。例えば米国特許第 4,991,104; 3,974,930; 4,301,936; 4,
187,952; 4,186,840; 4,136,794; 4,465,200; 4,111,326; 6,001,087; 6,001,42
9; 5,975,343;および 5,966,620 を参照。これらは全て記載の全体を参考とし
て本明細書に引用するものである。
Thus, the present invention provides a tissue collection device. Where "organization"
Or grammatical equivalents herein mean any tissue capable of performing a bioassay. This includes, but is not limited to, blood, lymph, saliva, vaginal and anal excrement, urine, stool, sweat, tears, and other bodily fluids. As used herein, "tissue collection device" generally refers to a container that is sealable and can be used to collect, contain, and store tissue, including body fluids. Tissue collection devices are generally sterilized. Particularly described herein are blood collection devices, such as blood collection tubes and bags, as is well known in the art,
This includes the VACTAINER ™ vacuum tube. These may be configured in various structures. For example, US Patents 4,991,104; 3,974,930; 4,301,936; 4,
187,952; 4,186,840; 4,136,794; 4,465,200; 4,111,326; 6,001,087; 6,001,42
9; 5,975,343; and 5,966,620. These are all incorporated herein by reference in their entirety.

【0018】 当業者が理解されるであろうように、また本明細書中に概説しているように、
本発明の組織収集装置は、様々な様式の構成のものであることができる。ある態
様では、本装置は検体を入れるために単一の区画を有する。ここには収集の前に
要すれば試薬を入れておいてもよい。あるいは、この組織収集装置は、1個より
多い区画を有するような構成にする。これはその装置の使用目的に応じて様々な
方式で行われる。例えば、検体全量をアッセイに使用する場合には、各区画をア
ッセイ試薬を貯蔵するために使用してもよい。あるいは、収集した検体の一部の
みをアッセイすることになる場合は、各区画を後続するアッセイのための部分ま
たは両方を区分するために使用してもよい。
As will be appreciated by those skilled in the art and as outlined herein,
The tissue collection device of the present invention can be of various configurations. In one aspect, the device has a single compartment for containing a specimen. Here, reagents may be added if necessary before collection. Alternatively, the tissue collection device is configured to have more than one compartment. This is done in various ways depending on the intended use of the device. For example, if the entire sample is used in the assay, each compartment may be used to store assay reagents. Alternatively, if only a portion of the collected analyte is to be assayed, each compartment may be used to partition portions or both for subsequent assays.

【0019】 好適な態様の一つでは、検体の全部をアッセイに使用する。この態様では、試
薬のための貯蔵区画1個またはそれ以上を有することが望ましいであろう。例え
ば米国特許第6,001,087号は装置のキャップが下記に定義する試薬を入れた容器
を有する収集用組立て品を開示している。採血の間に行われるような針の挿入で
、容器が破れ検体への試薬の添加が起きる。これは、この方法で破る1つのおよ
び多数の区画が示されている図1Aおよび図1Bに一般的に図示してある。例え
ば、第一の速度での遠心分離により第一の膜が裂けてアッセイの第一段階を行い
;より高速な第二の遠心分離により第二の膜が裂けてアッセイの第二段階を行い
;同様にしてその他を行う;ことができるような様々な膜も使用できる。これに
加えて、異なる様々な比重の物質を使用することによって、液体「区画」または
「相」を生成させ、アッセイの異なる成分を分離するために使用することもでき
る。同様にして、容器は図1Cに描出されているようにキャップではなくてチュ
ーブの一部分であってもよい。あるいは、この容器はチューブの末端に存在して
もよく、また図1Dに示すように遠心分離で裂くことのできる膜を利用してもよ
い。あるいは、VACUTAINER(商標)PPT(商品名)系で使用されるようなゲルの
隔壁を使用してもよい。
In one preferred embodiment, all of the analyte is used in the assay. In this aspect, it may be desirable to have one or more storage compartments for reagents. For example, US Pat. No. 6,001,087 discloses a collection assembly in which the cap of the device has a container containing a reagent as defined below. Insertion of a needle, such as occurs during blood collection, breaks the container and causes the addition of reagent to the specimen. This is illustrated generally in FIGS. 1A and 1B, where one and multiple compartments breaking in this manner are shown. For example, centrifugation at a first speed ruptures the first membrane to perform the first step of the assay; faster second centrifugation ruptures the second membrane to perform the second step of the assay; Various other membranes can be used in a similar manner. In addition, liquid "compartments" or "phases" can be created and used to separate the different components of the assay by using substances of different specific gravity. Similarly, the container may be part of a tube instead of a cap as depicted in FIG. 1C. Alternatively, the container may be at the end of the tube and utilize a membrane that can be broken by centrifugation as shown in FIG. 1D. Alternatively, a gel septum as used in the VACUTAINER ™ PPT ™ system may be used.

【0020】 好適な態様の一つでは、収集した検体の一部分だけをアッセイに使用する。こ
の態様では、装置は検体の一部のみの試験を可能にする区画を有することができ
る。例えば図2Aに示すように、別の容器を配置して、必要ならば試薬を入れて
おき、栓または弁、殊にたとえばチェックバルブのような一方通行の弁、を装着
して検体の一部分が容器に移動することを可能にするようにすることもできる。
この分離容器は図2Bに図示するように、患者からの単回採取を可能にし、続い
てその部分を分離して別々な試験を可能となるように、検体区画から着脱可能に
してもよい。
In one preferred embodiment, only a portion of the collected analyte is used in the assay. In this aspect, the device can have a compartment that allows testing of only a portion of the specimen. For example, as shown in FIG. 2A, a separate container is placed, containing reagents if necessary, and a stopper or valve, especially a one-way valve such as, for example, a check valve, is attached to allow a portion of the sample to be removed. It can also be possible to transfer to a container.
The separation container may be removable from the specimen compartment to allow for a single collection from the patient, as illustrated in FIG. 2B, followed by separation of the portion to allow for separate testing.

【0021】 好適な態様の一つでは、組織収集チューブには試薬を入れておく。この試薬に
は:たとえば血液のための抗凝固剤、ならびにセンサー組成物への標的被検体の
至適な結合および検出を促進するためにおよび/または非特異的またはバックグ
ラウンド相互作用を削減するために、使用することがある塩類、緩衝剤、たとえ
ばアルブミンなどの中性蛋白質、界面活性剤、その他の様々な別の試薬のような
組織の取扱いに使用する試薬が含まれる。また、検体の調製方法および標的の純
度に応じて、たとえばプロテアーゼ阻害剤、ヌクレアーゼ阻害剤、抗微生物剤、
などのような他の様式でアッセイの効率を改善する試薬を使用することもある。
例えば、PCT/US99/14191に一般的に記載されているようなバイオ
センサーへの標的被検体の付着を促進するための試薬、その他の成分を入れるこ
ともある。この特許文献はその全体を参照して本明細書の一部とする。
In one preferred embodiment, the tissue collection tube contains a reagent. This reagent includes: for example, an anticoagulant for blood, and to facilitate optimal binding and detection of the target analyte to the sensor composition and / or to reduce non-specific or background interactions Also included are reagents used in tissue handling such as salts that may be used, buffers, neutral proteins such as albumin, detergents, and various other alternative reagents. Further, depending on the preparation method of the sample and the purity of the target, for example, a protease inhibitor, a nuclease inhibitor, an antimicrobial agent,
Reagents that improve the efficiency of the assay in other ways, such as for example, may be used.
For example, it may contain reagents or other components to promote the attachment of the target analyte to the biosensor as generally described in PCT / US99 / 14191. This patent document is incorporated herein by reference in its entirety.

【0022】 これに加えて、検体組織の導入前、導入後または導入中に、米国特許第 5,591
,578; 5,824,473; 5,770,369; 5,705,348; 5,780,234 および 5,952,172; WO98/
20162; WO99/37819; PCT/US98/12430; PCT/US99/01703; PCT/US98/12082; PCT/
US99/14191; PCT/US99/21683; PCT/US99/25464 および PCT/US99/10104 および
米国特許出願 09/135,183; 09/295,691 および 09/306,653 号に一般的に概説さ
れているような、例えば増幅プローブ、標識プローブ、捕獲伸長プローブ、など
を包含するバイオアッセイの成分を含むその他の試薬をチューブ内に入れること
ができる。
In addition, prior to, after, or during the introduction of the sample tissue, US Pat.
, 578; 5,824,473; 5,770,369; 5,705,348; 5,780,234 and 5,952,172; WO98 /
20162; WO99 / 37819; PCT / US98 / 12430; PCT / US99 / 01703; PCT / US98 / 12082; PCT /
US99 / 14191; PCT / US99 / 21683; PCT / US99 / 25464 and PCT / US99 / 10104 and
Other reagents including components of bioassays, including, for example, amplification probes, labeled probes, capture extension probes, and the like, as generally outlined in U.S. Patent Applications 09 / 135,183; 09 / 295,691 and 09 / 306,653. Can be placed in a tube.

【0023】 好適な態様の一つでは、この試薬は細胞(患者の細胞、細菌、その他を含む)
またはたとえばウイルスのような病原体を溶解するための細胞溶解剤である。適
切な溶解緩衝剤には、これらに限定するものではないが、塩化グアニジウム、カ
オトロピック塩、リゾチームのような酵素、などが含まれる。例えば血球につい
てのようなある態様においては、水または緩衝液で単に希釈して低圧溶解を起す
ことができる。この溶解剤は溶液の形態であるか、または検体の導入に際して溶
液中に取り込まれる固体の形態であってもよい。
In one preferred embodiment, the reagent is a cell (including patient cells, bacteria, etc.)
Or a cell lysing agent for lysing a pathogen such as a virus. Suitable lysis buffers include, but are not limited to, guanidium chloride, chaotropic salts, enzymes such as lysozyme, and the like. In certain embodiments, such as for blood cells, low pressure lysis can be effected simply by dilution with water or buffer. The lysing agent may be in the form of a solution or a solid that is incorporated into the solution upon introduction of the analyte.

【0024】 好適な態様の一つでは、組織収集装置の容器1個またはそれ以上に試薬を入れ
ておく。
In one preferred embodiment, one or more containers of the tissue collection device contain the reagent.

【0025】 本組織収集装置は、さらに前に概説したようなバイオセンサーを有する。以下
にさらに詳しく概説するように、このバイオセンサーは、配列形式(array forma
t)中に、単一の電極と共に単一の基質を、1個またはそれ以上の電極のそれぞれ
につき多数の基質を、または単一の基質を複数の電極と共に含んでいてもよい。
The tissue collection device has a biosensor as outlined further above. As outlined in more detail below, this biosensor uses an array forma
During t), a single substrate may be included with a single electrode, multiple substrates for each of one or more electrodes, or a single substrate with multiple electrodes.

【0026】 当業者が理解するであろうように、この装置へのバイオセンサーの配置は、図
3に一般的に描出するように様々な方法で達成できる。好適な態様の一つでは、
このバイオセンサーは、図3Aに示すように本装置のキャップ内または栓の中に
ある。この態様では装置内部で検体と接触するバイオセンサーと共に、キャップ
の外側にはリード線または相互接続部が存在する。様々な構成の全てにおいて、
重要なことは、アッセイすべき検体の一部または全部とある種の接触をさせるこ
とである。
As those skilled in the art will appreciate, placement of the biosensor in the device can be accomplished in a variety of ways, as generally depicted in FIG. In one preferred embodiment,
The biosensor is in the cap or stopper of the device as shown in FIG. 3A. In this embodiment, there are leads or interconnects outside the cap, with the biosensor contacting the analyte inside the device. In all of the various configurations,
What is important is that some contact is made with some or all of the analyte to be assayed.

【0027】 好適な態様では、バイオセンサー(群)の位置は、一般的に図3Bおよび図3C
に描出しているように、検体区画の内部表面上である。この態様では、外部のリ
ード線は検体区画上またはキャップ上にあってもよい。当業者なら理解するであ
ろうように、もしもバイオセンサーがキャップ内にあれば、この装置はアッセイ
をするときに逆転させる必要があろう。この態様では、様々なバイオセンサーを
装置の様々な部分に配置してもよい。例えば、ゲノム配列の検出を、例えば遠心
分離の後に重い方の血球が存在する末端近辺などの、チューブの一箇所で行って
もよく、さらに病原性配列(殊にウイルス)の検出を、例えば遠心分離の後に血
漿が存在する場所など、別の部分で行ってもよい。
In a preferred embodiment, the location of the biosensor (s) is generally as shown in FIGS. 3B and 3C.
On the internal surface of the specimen compartment, as depicted in FIG. In this embodiment, the external leads may be on the specimen compartment or on the cap. As the skilled artisan will appreciate, if the biosensor is in a cap, the device will need to be inverted when performing the assay. In this aspect, different biosensors may be located on different parts of the device. For example, the detection of the genomic sequence may be performed at one location in the tube, for example, near the end where heavier blood cells are present after centrifugation, and the detection of pathogenic sequences (especially viruses) may be performed, for example, by centrifugation. It may be performed in another part, such as where plasma is present after separation.

【0028】 あるいは、異なるバイオセンサーを、この装置の異なる物理的区画内に配置し
てもよい;例えば、ゲル隔壁またはその他の膜を使用してある種の細胞型を検体
表面で区分すれば、ある区画内にある検体の複雑性を減少させることが可能にな
ろう。
Alternatively, different biosensors may be located in different physical compartments of the device; for example, if a gel septum or other membrane is used to separate certain cell types at the specimen surface, It will be possible to reduce the complexity of analytes in a compartment.

【0029】 本発明は、バイオセンサーを含む組織収集装置を提供するものである。本明細
書では「バイオセンサー」は検体中で標的被検体の存在を検出することのできる
センサーを意味する。ここに、バイオセンサーには電気化学的センサー、光学的
ファイバーセンサー、消波センサー、表面プラスモン共鳴センサー(surface pla
smon resonance sensor)および音波センサーも包含する。
The present invention provides a tissue collecting device including a biosensor. As used herein, "biosensor" refers to a sensor that can detect the presence of a target analyte in an analyte. Here, biosensors include electrochemical sensors, optical fiber sensors, wave-dissipating sensors, surface plasmon resonance sensors (surface pla
smon resonance sensor) and sound wave sensors.

【0030】 このように、本発明の方法は標的被検体の検出を指向するものである。本明細
書では、「標的被検体」または「被検体」またはそれらの文法的等価語句は、検
出すべき分子または化合物のいずれかであって、かつ、以下に定義する結合分子
種と結合できるものを意味する。適した被検体には、これらに限定するものでは
ないが、たとえば環境的または臨床的化学物質のような低分子または汚染物質ま
たは生体分子であって、これに限定するものではないが、病虫害防除剤、殺虫剤
、毒素、治療的なおよび乱用される薬剤、ホルモン、抗生物質、抗体、有機材料
、その他のようなものが含まれる。適した生体分子には、これらに限定するもの
ではないが、蛋白質(酵素、免疫グロブリンおよび糖蛋白質を含む)、核酸、脂
質、レクチン、炭水化物、ホルモン、全細胞(原核細胞(たとえば病原性細菌の
ような)および真核細胞(哺乳類腫瘍細胞も含む)が含まれる)、ウイルス、胞
子、その他が含まれる。殊に好適な被検体は、酵素を含む蛋白質;薬剤;細胞;
抗体;抗原;細胞膜性の抗原および受容体(神経性、ホルモン性、栄養性、およ
び細胞表面性の受容体)またはそのリガンド、を包含する。
Thus, the method of the present invention is directed to the detection of a target analyte. As used herein, a "target analyte" or "analyte" or grammatical equivalents thereof is any molecule or compound to be detected that is capable of binding to a binding species as defined below. Means Suitable subjects include, but are not limited to, small or contaminants or biomolecules such as, for example, environmental or clinical chemicals, but are not limited to pest control. Includes agents, pesticides, toxins, therapeutic and abused drugs, hormones, antibiotics, antibodies, organic materials, and the like. Suitable biomolecules include, but are not limited to, proteins (including enzymes, immunoglobulins and glycoproteins), nucleic acids, lipids, lectins, carbohydrates, hormones, whole cells (including prokaryotic (eg, pathogenic bacterial And eukaryotic cells (including mammalian tumor cells), viruses, spores, and the like. Particularly preferred analytes are proteins, including enzymes; drugs; cells;
Antibody; antigen; cell membrane antigens and receptors (neural, hormonal, trophic, and cell surface receptors) or their ligands.

【0031】 本明細書では「蛋白質」またはその文法的等価語句は、蛋白質、オリゴペプチ
ドおよびペプチド、およびその類似体を意味し、非天然起源アミノ酸およびアミ
ノ酸類似体を含むプロテインおよびペプチド類似構造体も包含する。
As used herein, “protein” or grammatical equivalents thereof refers to proteins, oligopeptides and peptides, and analogs thereof, as well as protein and peptide analog structures, including non-naturally occurring amino acids and amino acid analogs. Include.

【0032】 当業者には明らかなように、大多数の被検体は本方法を使用して検出されるで
あろう;すなわち、以下に記載する結合リガンドを構築できるいかなる標的被検
体も基本的には本発明の方法を使用して検出できよう。
As will be apparent to those skilled in the art, the majority of analytes will be detected using the present method; that is, essentially any target analyte capable of constructing the binding ligands described below. Could be detected using the method of the present invention.

【0033】 好適な態様では、本標的被検体は核酸である。本明細書では「核酸」または「
オリゴヌクレオチド」またはその文法的等価語句は、共有結合的に相互に結合し
た少なくとも2個のヌクレオチドを意味する。一般的に、本発明の核酸はホスホ
ジエステル結合を含むが、以下に概説するように、場合によっては他種のバック
ボーン構造、たとえば、ホスホロアミド(Beaucage et al., Tetrahedron, 49(1
0): 1925 (1993) およびその引用文献; Letsinger, J. Org. Chem., 35: 3800
(1970); Sprinzl et al., Eur. J. Biochem., 81: 579 (1977); Letsinger et a
l., Nucl. Acids Res., 14: 3487 (1986); Sawai et al., Chem. Lett., 805 (1
984); Letsinger et al., J. Am. Chem. Soc., 110: 4470 (1988);および Pauwe
ls et al., Chemica Scripta, 26: 141 91986);ホスホロチオエート(Mag et a
l., Nucleic Acids Res., 19: 1437 (1991); および米国特許第 5,644,048号)
;ホスホロジチオエート(Briu et al., J. Am. Chem. Soc., 111: 2321 (1989)
);O−メチルホスホロアミダイト結合(Eckstein, "Oligonucleotides and An
alogues: A Practical Approach,", Oxford University Press を参照);およ
びペプチド核酸のバックボーンおよび結合(Egholm, J. Am. Chem. Soc., 114:
1895 (1992); Meier et al., Chem. Int. Ed. Engl., 31: 1008 (1992); Nielse
n, Naure, 365: 566 (1993); Carlsson et al., Nature, 380; 207 (1996); こ
れらは全て参考のために引用したものである)を有することがある核酸類似体も
包含される。その他の類似体核酸には正に荷電したバックボーンを持つもの(De
npcy et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 92: 6097 (1995) );非イオン性
バックボーンを持つもの(米国特許第 5,386,023; 5,637,684; 5,602,240; 5,21
6,141 および 4,469,863 号; Kiedrowshi et al., Angew. Chem., Intl. Ed. En
glish, 30: 423 (1991); Letsinger et al., J. Am. Chem. Soc., 110; 4470 (1
988); Letsinger et al., Nucleoside & Nucleotide, 13; 1597 (1994); Chapte
rs 2 and 3, ASC Symposium Series 580 "Carbohydrate Modifications in Anti
sense Research", Ed. Y. S. Sanghui and P. Dan Cook; Mesmaeker et al., Bi
oorganic & Medicinal Chem. Lett., 4: 395 (1994); Jeffs et al., J. Biomol
ecular NMR, 34; 17 (1994); Tetrahedron Lett., 37; 743 (1996) );および
非リボース性バックボーンを持つもの(米国特許第5,235,033 および 5,034,506
号; および Chapters 6 and 7, ASC Symposium Series 580 "Carbohydrate Mod
ifications in Antisense Research", Ed. Y. S. Sanghul and P. Dan Cookに記
載されている);が含まれる。炭素環糖類1個またはそれ以上を含む核酸も核酸
の定義に包含する(Jenkins et al., Chem. Soc. Rev. (1995) pp. 169-176 を
参照)。数種の核酸類似体がRawls, C & E News, June 2, 1997 page 35 に記載
されている。これらの文献は全て参照して本明細書中に明示的に導入する。これ
らのリボース−リン酸エステルバックボーンにおける修飾は、ETMの結合促進
、または安定性の増進、および生理的環境下におけるこれら分子の半減期を延長
する目的で行い得る。
[0033] In a preferred embodiment, the target analyte is a nucleic acid. As used herein, “nucleic acid” or “
“Oligonucleotide” or grammatical equivalents thereof means at least two nucleotides covalently linked together. In general, the nucleic acids of the invention contain phosphodiester linkages, but may optionally include other backbone structures, such as phosphoramides (Beaucage et al., Tetrahedron, 49 (1), as outlined below.
0): 1925 (1993) and references therein; Letsinger, J. Org. Chem., 35: 3800.
(1970); Sprinzl et al., Eur. J. Biochem., 81: 579 (1977); Letsinger et a.
l., Nucl. Acids Res., 14: 3487 (1986); Sawai et al., Chem. Lett., 805 (1
984); Letsinger et al., J. Am. Chem. Soc., 110: 4470 (1988); and Pauwe.
ls et al., Chemica Scripta, 26: 141 91986); phosphorothioates (Mag et a
l., Nucleic Acids Res., 19: 1437 (1991); and U.S. Patent No. 5,644,048)
Phosphorodithioate (Briu et al., J. Am. Chem. Soc., 111: 2321 (1989))
); O-methyl phosphoramidite linkage (Eckstein, "Oligonucleotides and An
alogues: A Practical Approach, ", Oxford University Press); and peptide nucleic acid backbones and linkages (Egholm, J. Am. Chem. Soc., 114:
1895 (1992); Meier et al., Chem. Int.Ed.Engl., 31: 1008 (1992); Nielse
n, Naure, 365: 566 (1993); Carlsson et al., Nature, 380; 207 (1996); all of which are incorporated by reference). . Other analog nucleic acids have a positively charged backbone (De
Natl. Acad. Sci. USA, 92: 6097 (1995)); with a nonionic backbone (US Patent Nos. 5,386,023; 5,637,684; 5,602,240; 5,21).
6,141 and 4,469,863; Kiedrowshi et al., Angew. Chem., Intl. Ed. En
glish, 30: 423 (1991); Letsinger et al., J. Am. Chem. Soc., 110; 4470 (1
988); Letsinger et al., Nucleoside & Nucleotide, 13; 1597 (1994); Chapte
rs 2 and 3, ASC Symposium Series 580 "Carbohydrate Modifications in Anti
sense Research ", Ed. YS Sanghui and P. Dan Cook; Mesmaeker et al., Bi
oorganic & Medicinal Chem. Lett., 4: 395 (1994); Jeffs et al., J. Biomol.
ecular NMR, 34; 17 (1994); Tetrahedron Lett., 37; 743 (1996)); and those with non-ribose backbones (US Pat. Nos. 5,235,033 and 5,034,506).
Issue; and Chapters 6 and 7, ASC Symposium Series 580 "Carbohydrate Mod
ifications in Antisense Research ", Ed. YS Sanghul and P. Dan Cook); nucleic acids containing one or more carbocyclic saccharides are also included in the definition of nucleic acids (Jenkins et al., (See Chem. Soc. Rev. (1995) pp. 169-176.) Several nucleic acid analogs are described in Rawls, C & E News, June 2, 1997, page 35. All of these references are referenced. Modifications in these ribose-phosphate backbones enhance ETM binding, or enhance stability, and extend the half-life of these molecules in a physiological environment. Can be done for purpose.

【0034】 当業者には明らかなように、これらの核酸類似体は全て本発明で使用できる。
これに加えて、天然起源の核酸と類似体との混合物も製造でき;例えば表面分子
種またはETM結合部位における、類似体構造を使用してもよい。あるいは、異
種核酸類似体の混合物、および天然起源核酸と類似体との混合物も可能である。
As will be apparent to those skilled in the art, all of these nucleic acid analogs can be used in the present invention.
In addition, mixtures of naturally occurring nucleic acids and analogs can be made; analog structures, eg, at surface species or ETM binding sites, may be used. Alternatively, mixtures of heterologous nucleic acid analogs, and mixtures of naturally occurring nucleic acids and analogs are possible.

【0035】 殊に好適なものはペプチド核酸(PNA)であって、これにはペプチド核酸の
類似体も含まれる。これらのバックボーンは中性条件では実質的に非イオン性で
あって、天然起源核酸のホスホジエステルバックボーンが高度に荷電しているの
と対照的である。これは2種の利点をもたらす。第一は、このPNAバックボー
ンが改善されたハイブリダイズ機序を示すことである。PNAはミスマッチ塩基
対と完全マッチ塩基対との間で融点(Tm)に大きな変化を示す。DNAとRN
Aは内部ミスマッチについて典型的にはTmに2℃〜4℃の低下を示す。非イオ
ン性PNAバックボーンでは、この低下は7℃〜9℃に近い。同様にその非イオ
ン性に基づき、これらのバックボーンに付着した塩基のハイブリダイゼーション
は相対的に塩濃度には影響を受け難い。これは低塩ハイブリダイゼーション溶液
は生理的食塩水溶液(150mMの範囲で)よりファラデー電流が小さいので、
本発明の系においては特に有利である。
Particularly preferred is peptide nucleic acid (PNA), including analogs of peptide nucleic acid. These backbones are substantially non-ionic under neutral conditions, in contrast to the highly charged phosphodiester backbone of naturally occurring nucleic acids. This offers two advantages. First, the PNA backbone shows an improved hybridization mechanism. PNA shows a large change in melting point (Tm) between mismatched and perfectly matched base pairs. DNA and RN
A typically shows a 2-4 ° C drop in Tm for internal mismatches. For a non-ionic PNA backbone, this drop is close to 7-9 ° C. Similarly, due to their non-ionic nature, hybridization of bases attached to these backbones is relatively insensitive to salt concentration. This is because the low salt hybridization solution has a lower Faraday current than the saline solution (in the range of 150 mM),
It is particularly advantageous in the system according to the invention.

【0036】 核酸は単鎖でも二重鎖であってもよく、また、二重鎖と単鎖の両方の部分を含
む配列であってもよい。この核酸は、ゲノムDNAおよびcDNAを含むDNA
、RNAまたはハイブリッドであってもよい。ここで核酸は、いかなるデオキシ
リボ−およびリボ−ヌクレオチドの組合せ、およびウラシル、アデニン、チミン
、シトシン、グアニン、イノシン、キサタニン、ヒポキサタニン、イソシトシン
、イソグアニン、その他を含むいかなる塩基の組合せであってもよい。米国特許
第 5,681,702 号に一般的に記載されているように、非特異的ハイブリダイゼー
ションを低減するので、好適な態様は、むしろ標的配列よりも他のプローブに相
補的であるように設計した核酸中で、イソシトシンおよびイソグアニンを利用す
る。本明細書で使用する用語「ヌクレオシド」にはヌクレオチドならびにヌクレ
オシドおよびヌクレオチド類似体、およびたとえばアミノ修飾ヌクレオシドのよ
うな修飾ヌクレオシドを包含する。これに加えて、「ヌクレオシド」には非天然
起源類似体構造も包含する。従って、例えば各々塩基を含むペプチド核酸の個々
の単位を本明細書ではヌクレオシドと記載する。
The nucleic acid may be single-stranded or double-stranded, or may be a sequence containing both double-stranded and single-stranded portions. This nucleic acid is DNA, including genomic DNA and cDNA.
, RNA or hybrid. Here, the nucleic acid can be any combination of deoxyribo- and ribo-nucleotides and any combination of bases including uracil, adenine, thymine, cytosine, guanine, inosine, xantan, hypoxanine, isocytosine, isoguanine, and the like. As described generally in U.S. Patent No. 5,681,702, the preferred embodiment is for nucleic acids designed to be complementary to other probes rather than the target sequence, since they reduce non-specific hybridization. Utilizes isocytosine and isoguanine. As used herein, the term "nucleoside" includes nucleotides and nucleosides and nucleotide analogs, and modified nucleosides, such as, for example, amino-modified nucleosides. In addition, "nucleoside" also includes non-naturally occurring analog structures. Thus, for example, individual units of a peptide nucleic acid, each containing a base, are described herein as nucleosides.

【0037】 このように、好適な態様の一つでは、標的被検体は標的配列である。本明細書
では用語「標的配列」または「標的核酸」またはその文法的等価語句は核酸の単
鎖上にある核酸配列を意味する。この標的配列は遺伝子、制御配列、ゲノムDN
A、cDNA、mRNA、rRNAを含むRNA、その他の一部分であってもよ
い。本明細書に概説するように、この標的配列は検体から得られる標的配列であ
ってもよく、または、たとえば増幅反応の生成物のような二次的標的、その他で
あってもよい。これはいかなる長さであってもよいが、配列が長いほど特異性が
高いと理解される。当業者は理解するであろうように、相補的標的配列は多様な
形態であり得る。例えば、これは就中、遺伝子またはmRNA、プラスミドまた
はゲノムDNAの制限断片の全体または一部のような大きな核酸配列の中に含ま
れていてもよい。以下に詳細に概説する通り、プローブは検体中での標的配列の
存否を決定するために標的配列にハイブリダイズするように作成する。一般的に
言えば、この用語は当業者に理解されよう。この標的配列はまた異なる標的ドメ
インを含んでいてもよい。例えば、検体の標的配列の第一標的ドメインは捕獲プ
ローブまたは捕獲伸長プローブの一部分にハイブリダイズするであろう。また、
その第二標的ドメインは増幅プローブ、標識プローブ、または様々な捕獲または
捕獲伸長プローブ、その他の一部分にハイブリダイズするであろう。この標的ド
メインは隣接していても、離れていてもよい。特段の指摘がない限り、用語「第
一」および「第二」は標的配列の5’−3’方向に関して配列の方向を示すこと
を意味するものではない。例えば、相補的標的配列の5’−3’方向を仮定すれ
ば、第一ドメインは第二ドメインの5’または3’のいずれに存在していてもよ
い。
Thus, in one preferred embodiment, the target analyte is a target sequence. As used herein, the term "target sequence" or "target nucleic acid" or grammatical equivalents thereof means a nucleic acid sequence that is on a single strand of nucleic acid. The target sequence is a gene, a regulatory sequence, a genomic DN.
A, RNA including cDNA, mRNA, rRNA, and other portions may be used. As outlined herein, the target sequence may be a target sequence obtained from an analyte, or may be a secondary target such as, for example, the product of an amplification reaction, or the like. It can be of any length, but it is understood that longer sequences are more specific. As the skilled artisan will appreciate, the complementary target sequence can be in a variety of forms. For example, it may be contained within a large nucleic acid sequence, such as all or part of a gene or mRNA, restriction fragment of a plasmid or genomic DNA, among others. As outlined in detail below, probes are made to hybridize to a target sequence to determine the presence or absence of the target sequence in a sample. Generally speaking, this term will be understood by those skilled in the art. The target sequence may also include different target domains. For example, the first target domain of the analyte target sequence will hybridize to a portion of a capture probe or capture extension probe. Also,
The second target domain will hybridize to an amplification probe, a labeled probe, or various capture or capture extension probes, and other portions. The target domains can be contiguous or remote. Unless otherwise indicated, the terms "first" and "second" are not meant to indicate the orientation of the sequence with respect to the 5'-3 'direction of the target sequence. For example, assuming the 5'-3 'direction of the complementary target sequence, the first domain may be located either 5' or 3 'of the second domain.

【0038】 好適な態様の一つでは、本発明の方法は、たとえば細菌のような病原体を検出
するために使用される。この態様では、好適な標的配列はrRNAを含むが、こ
れは一般的には、ここに全て参照し、本明細書の一部とする米国特許第 4,851,3
30; 5,288,611; 5,723,597; 6,641,632; 5,738,987; 5,830,654; 5,763,163; 5,
738,989; 5,738,988; 5,723,597; 5,714,324; 5,582,975; 5,747,252; 5,567,58
7; 5,558,990; 5,622,827; 5,514,551; 5,501,951; 5,656,427; 5,352,579; 5,6
83,870; 5,374,718; 5,292,874; 5,780,219; 5,030,557; および 5,541,308 号
に記載されている。
In one preferred embodiment, the method of the invention is used to detect a pathogen, for example a bacterium. In this embodiment, suitable target sequences include rRNA, which is generally described in U.S. Pat. No. 4,851,3, which is hereby fully incorporated by reference.
30; 5,288,611; 5,723,597; 6,641,632; 5,738,987; 5,830,654; 5,763,163; 5,
738,989; 5,738,988; 5,723,597; 5,714,324; 5,582,975; 5,747,252; 5,567,58
7; 5,558,990; 5,622,827; 5,514,551; 5,501,951; 5,656,427; 5,352,579; 5,6
83,870; 5,374,718; 5,292,874; 5,780,219; 5,030,557; and 5,541,308.

【0039】 これに加えて、好適な態様の一つでは、本発明の構成物は、組織収集装置中に
アッセイ複合体を有するバイオセンサーを含むものであり、多種の標準的な診断
用試験に使用できる。例えばここにその全体を参照して本明細書の一部とする R
eference Guide for Diagnostic Molecular Pathology / Flow Cytometry: Fasc
icle VII, 1996 College of American Pathologists, ISBN 0-930304-63-2 を参
照。これらのアッセイには、これらに限定するものではないが:アデノシンデア
ミナーゼ遺伝子; アデノウイルス;アデノ白質萎縮症遺伝子;成人腎嚢胞;アェ
ロモナス菌;プレシオモナス菌; α1−アンチトリプシン欠乏症;α−地中海貧
血;アルツハイマー病;アメーバ;アンドロゲン受容体遺伝子;抗微生物耐性の
決定;アリールスルファターゼA遺伝子;アスパルトアシラーゼ遺伝子;β−サ
ラセミア;バベシア・ミクロチ;バルトネラ;基底細胞癌;bcl−2遺伝子転
位;bcr−遺伝子転位;ボルデテラ菌;ボレリア・ブルグドルフェリ;B/T
細胞遺伝子転位;c−myc;c−srcプロトオンコジーン;カンピロバクタ
ー菌;アルコバクター菌;ヘリコバクター菌;カンジダアルビカンス;炭酸脱水
素酵素II遺伝子;胎児性癌抗原;シャルコー−マリー−ツース神経病;クラミ
ジア・トラコマチス;クロストリジウム・ディフィシレ;結腸直腸癌遺伝子プロ
フィール;銅輸送P型ATPアーゼ遺伝子;嚢胞性線維症遺伝子;サイトメガロ
ウイルス;DNA修復疾患;DNA貯蔵バンク;ダウン症候群遺伝子;ジストロ
フィン遺伝子;エールリチア菌;腸球菌;腸病毒性大腸菌;エンテロウイルス;
エプスタイン−バールウイルス;第V因子(leiden);第VIII因子c遺伝子;
第IX因子遺伝子;家族性乳癌;家族性肥大型心筋症遺伝子;家族性糸状菌;フ
ェロケラターゼ遺伝子;フィブリリン遺伝子;法医学的試験;脆弱染色体X症候
群;プロテインG遺伝子;ガードネレラ・バジナリス;家族性脾性貧血;ジアル
ジア菌;グルコキナーゼ遺伝子;グルコース輸送体遺伝子;ヘモフィリス菌;A
型肝炎ウイルス;B型肝炎ウイルス;C型肝炎ウイルス;デルタ型肝炎ウイルス
;E型肝炎ウイルス;HER−2/neu遺伝子増幅;遺伝性アミロイド沈着症
;ヘルペス・シンプレックス・ウイルス;ヘキソースアミダーゼ−α−サブユニ
ット遺伝子;ヒストプラスマ・カプスラーツム;HIV/I;HLA試験;A型
およびB型ヒトヘルペスウイルス−6;ヒトパピローマウイルス;ハンチントン
病遺伝子;ハーラー−シャイェ症候群遺伝子;インスリン遺伝子;インスリン受
容体遺伝子;ラミニン・ラミニン受容体;レーバー遺伝性視神経疾患遺伝子;レ
ジオネラ・ニューモフィラ;リーシュマニア菌;白血病/リンパ腫分子予後徴候
マーカー;低密度リポ蛋白質受容体およびリガンド、アポリポプロテインBおよ
びアポリポプロテインE;黄体形成ホルモン遺伝子;中鎖アシル−補酵素A−デ
ヒドロゲナーゼ遺伝子;ミニマル・レシデュアル・ディスイーズ検出;ミトコン
ドリアATPアーゼ6遺伝子;ミトコンドリアDNA;ミトコンドリアDNA欠
失;ミトコンドリアDNA喪失;ミトコンドリアt−RNA遺伝子;院内感染の
分子疫学;多剤耐性遺伝子;1型多発性内分泌腫瘍;2A型および2B型多発性
内分泌腫瘍;らい菌;ミコバクテリウム菌;ミコプラスマ菌;筋緊張性ジストロ
フィー遺伝子;淋病菌;N−myc遺伝子増幅;オルニチン・トランスカルバミ
ラーゼ遺伝子;p53腫瘍サプレッサー遺伝子;パルボウイルスB19;父性検
査;プラスモジウム菌;ポルホビリノーゲン・デアミナーゼ遺伝子;ポルホビリ
ノーゲン合成酵素遺伝子;輸血後移植片対宿主病;プロテインC遺伝子;ピルベ
ート脱水素酵素遺伝子;ラビエスウイルス;rasファミリー癌遺伝子;呼吸系
発疹ウイルス;網膜胚種細胞腫遺伝子;レチニン酸受容体遺伝子;RhD遺伝子
型分類;ロタウイルス;ルベラウイルス;住血吸虫;鎌状赤血球病;甲状腺刺激
ホルモン受容体遺伝子;トキソプラスマ・ゴンヂ;梅毒トレポネーマ;トリコモ
ナス類の族;トリパノソーマ菌;腫瘍転位抑制遺伝子−NM23;ウロポルフィ
リノーゲンIII合成酵素遺伝子;水痘−帯状ほう疹ウイルス;フォンウイルブ
ランド病およびウイルムス腫瘍;の検出が含まれる。
In addition, in one preferred embodiment, the composition of the present invention comprises a biosensor having an assay complex in a tissue collection device and is suitable for a variety of standard diagnostic tests. Can be used. For example, R hereby incorporated by reference in its entirety.
eference Guide for Diagnostic Molecular Pathology / Flow Cytometry: Fasc
icle VII, 1996 College of American Pathologists, ISBN 0-930304-63-2. These assays include, but are not limited to: the adenosine deaminase gene; adenovirus; adenoleukodystrophy gene; adult renal cysts; Aeromonas bacteria; Plesiomonas bacteria; α1-antitrypsin deficiency; α-Mediterranean anemia; Alzheimer's disease; Amoeba; Androgen receptor gene; Determination of antimicrobial resistance; Arylsulfatase A gene; Aspartoacylase gene; β-thalassemia; Babesia microti; Bartonella; Basal cell carcinoma; bcl-2 gene translocation; Bordetella; Borrelia burgdorferi; B / T
C-myc; c-src proto-oncogene; Campylobacter; Alcobacter; Helicobacter; Candida albicans; carbonic anhydrase II gene; fetal carcinoma antigen; Charcot-Marie-Tooth neuropathy; Chlamydia trachomatis Clostridium difficile; colorectal cancer gene profile; copper transport P-type ATPase gene; cystic fibrosis gene; cytomegalovirus; DNA repair disease; DNA storage bank; Down syndrome gene; dystrophin gene; Enterotoxic Escherichia coli; enterovirus;
Epstein-Barr virus; Factor V (leiden); Factor VIII c gene;
Factor IX gene; familial breast cancer; familial hypertrophic cardiomyopathy gene; familial filamentous fungus; ferrochelatase gene; fibrillin gene; forensic test; fragile chromosome X syndrome; protein G gene; Gardnerella vaginalis; Giardia; Glucokinase gene; Glucose transporter gene; Haemophilus;
Hepatitis B virus; Hepatitis B virus; Hepatitis C virus; Hepatitis delta virus; Hepatitis E virus; HER-2 / neu gene amplification; Hereditary amyloidosis; Herpes simplex virus; Hexose amidase-α-sub HIV / I; HLA test; human herpesvirus A and B-6; human papillomavirus; Huntington's disease gene; Hurler-Shayer syndrome gene; insulin gene; insulin receptor gene; laminin laminin receptor Leberneria pneumophila; Leishmania bacteria; leukemia / lymphoma molecular prognostic marker; low-density lipoprotein receptor and ligand, apolipoprotein B and apolipoprotein E; luteinizing hormone gene; medium-chain acyl-coenzyme A-dehydrogenase gene; minimal residual disease detection; mitochondrial ATPase 6 gene; mitochondrial DNA; mitochondrial DNA deletion; mitochondrial DNA loss; mitochondrial t-RNA gene; Molecular epidemiology of infection; multidrug resistance gene; multiple endocrine tumors of type 1; multiple endocrine tumors of type 2A and 2B; leprosy; mycobacterium; mycoplasma; myotonic dystrophy gene; gonorrhea; N-myc Gene amplification; ornithine transcarbamylase gene; p53 tumor suppressor gene; parvovirus B19; paternity test; plasmodium; porphobilinogen deaminase gene; porphobilinogen synthase gene; Host disease; protein C gene; pyruvate dehydrogenase gene; ravies virus; ras family oncogene; respiratory rash virus; retinal germ cell tumor gene; retinoic acid receptor gene; RhD genotyping; rotavirus; Schistosoma; Sickle cell disease; Thyroid stimulating hormone receptor gene; Toxoplasma gondii; Treponema pallidum; Trichomonas; Trypanosoma; Tumor translocation suppressor gene-NM23; Uroporphyrinogen III synthase gene; Herpes virus; von Willebrand disease and Wilms tumor;

【0040】 当業者には明らかなように、本方法を使用して多種類の被検体を検出できる;
基本的には下記のような結合リガンドを作成できる標的被検体は、いずれも本発
明の方法を使用して検出できる。下記技術の多くは、核酸を標的被検体として記
載するが、他の標的被検体が同じ系を用いて検出できることは当技術分野の熟練
者は明らかであろう。
As will be apparent to those skilled in the art, the method can be used to detect many types of analytes;
Basically, any target analyte that can produce a binding ligand as described below can be detected using the method of the present invention. Many of the techniques described below describe nucleic acids as target analytes, but it will be apparent to those skilled in the art that other target analytes can be detected using the same system.

【0041】 本発明は、好ましくは電極を使用する組織収集装置で標的被検体を検出する方
法である。一般的に、基礎的な検出メカニズムには2種類ある。好適な態様の一
つでは、ETMの検出は二重鎖核酸の重なり合ったπ軌道を経る電子の伝達に基
づく。この基礎的メカニズムは米国特許第 5,591,578; 5,770,369および 5,705,
348 および PCT/US97/20014 に記載されており、本明細書では「メカニズム−1
」と記載する。略述すれば、今までの研究で電子伝達は二重鎖核酸の重なり合っ
たπ軌道を経ると迅速に進行できること、および単鎖核酸を経ると明らかにより
緩慢に進行できること、が証明されている。従って、これはアッセイの基礎とし
て役立つ。そこで、検出電極に導電性オリゴマーを介して付着した核酸にETM
(下記のハイブリダイゼーションインジケーターを使用して一方の鎖に共有結合
的に、またはハイブリダイゼーション複合体に非共有結合的に)を付着させるこ
とによって、その核酸と導電性オリゴマーを経るETMと電極との間の電子伝達
を検出できる。
The present invention is a method for detecting a target analyte in a tissue collection device, preferably using electrodes. Generally, there are two basic detection mechanisms. In one preferred embodiment, ETM detection is based on the transfer of electrons through overlapping π orbitals of double stranded nucleic acid. This underlying mechanism is described in U.S. Patent Nos. 5,591,578; 5,770,369 and 5,705,
348 and PCT / US97 / 20014.
". Briefly, previous studies have demonstrated that electron transfer can proceed rapidly through overlapping π orbitals of double-stranded nucleic acid, and clearly more slowly through single-stranded nucleic acid. Thus, it serves as the basis for the assay. Therefore, ETM is applied to the nucleic acid attached to the detection electrode via a conductive oligomer.
(Covalently attached to one strand using a hybridization indicator described below, or non-covalently attached to the hybridization complex) to allow the nucleic acid and the ETM to pass through the conductive oligomer and the electrode. Electron transfer between them can be detected.

【0042】 これは被検体が核酸である場合に行うことができる;あるいは非核酸標的被検
体を使用する場合は、場合により捕獲結合リガンド(検出電極に標的被検体を付
着させる)および検出するために表面の検出プローブに直接的または間接的に結
合できる核酸「テイル」を有する可溶性結合リガンドで行なう。
This can be done if the analyte is a nucleic acid; or, if a non-nucleic acid target analyte is used, optionally for capture binding ligand (to attach the target analyte to the detection electrode) and for detection This is accomplished with a soluble binding ligand having a nucleic acid "tail" that can bind directly or indirectly to the surface detection probe.

【0043】 あるいは、ETMは、必ずしも核酸を経る電子伝達を経由することなしに検出
できる。むしろ単層の表面でも直接的に検出できる。すなわち、シグナルを発生
させるためには、ETMからの電子は重なり合うπ軌道を経て移動する必要はな
い。前記の通り、この態様では、検出電極は、好ましくは検体内の酸化還元分子
種から電極を保護するために役立つ自己集合単層(SAM)を含む。この態様では
、僅かな「欠陥」(本明細書では「ミクロ伝達路」、「ナノ伝達路」または「電
子伝達路」と称することもある)を持つように成形されたSAM表面上のETM
の存在を直接的に検出できる。この基本的理念は本明細書では「メカニズム−2
」と称する。本質的には、この電子伝達路(electroconduit)は表面への特定ET
Mの到達を可能にする。理論に拘束されるものではないが、この電子伝達路の構
成が選択されるETMに部分的に依存することに留意すべきである。例えば、相
対的に疎水性なETMの使用は、疎水性電子伝達路形成分子種の使用を可能にす
る。これは、親水性または荷電ETMを有効に排除する。同様に、親水性または
荷電がさらに高い分子種をSAMに使用すると疎水性ETMを排除するために役
立つ。
Alternatively, ETMs can be detected without necessarily passing through electron transport through the nucleic acid. Rather, it can be detected directly on the surface of a monolayer. That is, in order to generate a signal, electrons from the ETM do not need to move via overlapping π orbitals. As mentioned above, in this embodiment, the detection electrode preferably comprises a self-assembled monolayer (SAM) that serves to protect the electrode from redox species in the analyte. In this embodiment, the ETM on a SAM surface shaped to have few "defects" (sometimes referred to herein as "microchannels", "nanochannels" or "electron channels")
Can be detected directly. This basic philosophy is referred to herein as “mechanism-2”.
". Essentially, this electron conduit is a specific ET to the surface.
M can be reached. While not being bound by theory, it should be noted that the configuration of this electron transport path depends in part on the ETM chosen. For example, the use of relatively hydrophobic ETMs allows the use of hydrophobic electron transport path forming species. This effectively eliminates hydrophilic or charged ETMs. Similarly, the use of more hydrophilic or more charged species in the SAM helps to eliminate hydrophobic ETMs.

【0044】 この欠陥を、検体成分を検出電極と直接接触させる「ホール」とは区別すべき
であることに留意を要する。以下に詳説する通り、電子伝達路は数種の一般的方
法で形成できる。これらに限定するものではないが、たとえばこれらにはPC回
路板上に成形された金電極のような粗な電極表面;または単層内での少なくとも
2種の異なる分子種の混入、すなわち「混合単層」の使用であって、少なくとも
それらの一方が電子伝達路形成分子種(EFS)であるもの;の使用を含む。そ
こで、標的被検体が結合すると、ETMを含む可溶性結合リガンドが表面に運ば
れ、推測的には電極への「電子伝達路」を介してETMの検出を進行させること
ができる。この欠陥を有するSAMの役割は、本質的に、ETMを電極の電気的
表面と接触させることであるが、他方、なお溶液成分から電極を保護し、かつ、
電極への非特異的な結合量を減少させるという利点を維持することである。別の
視点からみれば、結合リガンドの役割は、ETMをそこでETMが直接検出でき
る表面へリクルートするために特異性を提供することにある。
It should be noted that this defect should be distinguished from a “hole” where the analyte component is in direct contact with the detection electrode. As detailed below, the electron transfer path can be formed in several general ways. Without limitation, these include, for example, rough electrode surfaces such as gold electrodes molded on PC circuit boards; or the incorporation of at least two different molecular species within a single layer, ie, "mixed" The use of "monolayers", at least one of which is an electron transport path forming species (EFS). Thus, when the target analyte binds, the soluble binding ligand containing the ETM is carried to the surface, and presumably the detection of the ETM can proceed via an "electron transfer path" to the electrode. The role of this defective SAM is essentially to bring the ETM into contact with the electrical surface of the electrode, while still protecting the electrode from solution components, and
It is to maintain the advantage of reducing the amount of non-specific binding to the electrode. From another perspective, the role of the binding ligand is to provide specificity to recruit the ETM to a surface where the ETM can be directly detected.

【0045】 一般に、本発明のSAMは多数の方法で形成でき、使用する電極表面およびシ
ステムに応じて多種多様な成分を含有する。「メカニズム−1」の態様について
は、好適な態様では2種の単層形成分子種を利用する:単層形成分子種(絶縁体
または導電性オリゴマー)および捕獲結合リガンドを含む導電性オリゴマー分子
種、ただし、当業者が認識するであろうように追加的な単層形成性分子種も同様
に含むことができる。「メカニズム−2」のシステムについては、SAMの組成
は検出電極表面に依存する。一般に、2種の基本的な「メカニズム−2」のシス
テムが発表されている:たとえば金製の球電極のような「平滑な」表面からなる
検出電極、および、たとえばPC回路板上に商業的プロセスを用いて製造された
もののような「粗な」表面からなるものである。一般に、理論に拘束されるもの
ではないが、不完全な表面上に形成した単層、すなわち「粗な」表面を持つもの
は、外来性EFSの不在下でも、自動的に十分な電子伝達路を含む単層を形成す
るように思われる。これはおそらく「粗な」表面に均質な単層を形成するのが困
難であるためであろう。しかしながら、均質な表面は、より均質な単層の形成を
可能にするので、「平滑な」表面では電子伝達路を作製するために十分な数のE
FSを含めることが必要であろう。再び、理論に拘束されるものではないが、単
層の均質性を妨げる分子種の含有は、例えばより柔軟なもののバックグラウンド
の中に堅い分子を含有させることは、電子伝達路を生じさせる。そこで「平滑な
」表面は:絶縁体分子種、EFS、および捕獲リガンドを含む分子種の3種の成
分を含む単層を含む。しかし、例えば捕獲リガンド分子種を高い密度で含有する
時など、場合によっては、捕獲リガンド分子種はEFSとしても役立つことがあ
る。「平滑さ」は、この文脈では物理的に測定されるものではなく、むしろEF
Sを含有させたときに測定されるシグナル増加の関数として測定されるものであ
る。すなわち、単層形成分子種で被覆された検出電極からのシグナルとEFSを
含有する単層形成分子種で被覆された検出電極からのシグナルとの比較である。
増加はその表面が相対的に平滑であることを示す。その理由は、EFSの添加は
ETMが電極に到達することを促進するからである。また、注目すべきことは、
本明細書での議論は主として金の電極およびチオール含有単層形成分子種に関す
るものであるが、別な型の電極および単層形成分子種も使用できることである。
In general, the SAMs of the present invention can be formed in a number of ways and contain a wide variety of components depending on the electrode surface and system used. For the "Mechanism-1" embodiment, the preferred embodiment utilizes two monolayer-forming species: a monolayer-forming species (insulator or conductive oligomer) and a conductive oligomer species containing a capture binding ligand. However, as those skilled in the art will recognize, additional monolayer-forming species can be included as well. For the “mechanism-2” system, the composition of the SAM depends on the detection electrode surface. In general, two basic "mechanism-2" systems have been announced: sensing electrodes consisting of "smooth" surfaces, such as gold ball electrodes, and commercial electrodes, e.g., on PC circuit boards. It consists of a "rough" surface, such as that produced using a process. Generally, without being bound by theory, a monolayer formed on an imperfect surface, i.e., having a "rough" surface, will automatically have sufficient electron transport paths, even in the absence of exogenous EFS. It appears to form a monolayer containing This is probably due to the difficulty of forming a homogeneous monolayer on the "rough" surface. However, a homogenous surface allows for the formation of a more homogenous monolayer, so a "smooth" surface has a sufficient number of E's to create electron transport paths.
It would be necessary to include FS. Again, without being bound by theory, the inclusion of molecular species that hinders the homogeneity of the monolayer, such as the inclusion of a more flexible but rigid molecule in the background, creates an electron transport path. Thus, a "smooth" surface includes a monolayer that includes three components: an insulator species, EFS, and a species that includes a capture ligand. However, in some cases, such as when the capture ligand species is present at a high density, the capture ligand species may also serve as EFS. "Smoothness" is not physically measured in this context, but rather EF
It is measured as a function of the signal increase measured when S is included. That is, a comparison between the signal from the detection electrode coated with the monolayer-forming molecular species and the signal from the detection electrode coated with the monolayer-forming molecular species containing EFS.
An increase indicates that the surface is relatively smooth. The reason is that the addition of EFS promotes the ETM to reach the electrode. Also noteworthy is that
Although the discussion herein is primarily directed to gold electrodes and thiol-containing monolayer-forming species, other types of electrodes and monolayer-forming species can be used.

【0046】 メカニズム−2のシステムの「電子伝達路」は、検体成分と電極表面との間の
直接的な接触を起さないこと、すなわち、電子伝達路は、電極への物理的到達を
可能にするような大きさの小孔または穴ではないことが留意されるべきである。
むしろ、理論に拘束されるものではないが、電子伝達路は、ある種の型のETM
、殊に疎水性ETMを十分に単層内に浸透させて検出を可能にするように思われ
る。しかしながら、ある種の親水性分子種を含む他の型の酸化還元活性分子種は
電子伝達路が存在しても単層まで浸透しない。そこで、一般に検体中に存在する
かも知れない酸化還元活性分子種は電子伝達路の結果としての実質的なシグナル
は示さない。正確なシステムは一般的にSAMの組成およびETMの選択に応じ
て変化するであろうが、他方、ETM検出のための電子伝達路も十分に持つ非特
異的結合を減らすために適切なSAMについての試験は、SAMにフェロセンま
たはフェロシアニドを添加することである。前者ではシグナルを発生しなければ
ならないが、後者では発生してはならない。
The “electron channel” of the mechanism-2 system does not cause direct contact between the analyte component and the electrode surface, ie, the electron channel allows physical access to the electrode. It should be noted that it is not a stoma or hole sized to
Rather, without being bound by theory, the electron transport path is a type of ETM
It appears that the ETMs, especially the hydrophobic ETMs, are well penetrated into the monolayer to allow detection. However, other types of redox-active species, including certain hydrophilic species, do not penetrate to the monolayer, despite the presence of electron transport pathways. Thus, redox-active species that may be present in the analyte generally do not show a substantial signal as a result of the electron transport pathway. The exact system will generally vary depending on the composition of the SAM and the choice of ETM, but on the other hand, for an appropriate SAM to reduce non-specific binding, which also has sufficient electron transfer paths for ETM detection. Is to add ferrocene or ferrocyanide to the SAM. The former must emit a signal, but the latter must not.

【0047】 従って、メカニズム−1のシステムでは単層は、以下にさらに詳述する通り、
捕獲結合リガンドを含む導電性オリゴマーを含む第一の分子種、および絶縁体ま
たは導電性オリゴマーの一方または双方を包含する単層形成分子種を含む第二の
分子種、を含む。メカニズム−2のシステムでの単層は、捕獲結合リガンドを含
有する付着リンカーを含む第一の分子種、電子伝達路形成分子種(EFS)を含
む第二の分子種、および所望により絶縁体を含む第三の分子種を含む。これに加
えて、「粗な」メカニズム−2のシステムでは、次の二成分系が望ましい:捕獲
結合リガンドを含む付着リンカーを含む第一の分子種、および絶縁体を含む第二
の分子種。
Thus, in the mechanism-1 system, the monolayer, as described in more detail below,
A first molecular species comprising a conductive oligomer comprising a capture binding ligand; and a second molecular species comprising a monolayer-forming species comprising one or both of an insulator or a conductive oligomer. The monolayer in the mechanism-2 system comprises a first species comprising an attachment linker containing a capture binding ligand, a second species comprising an electron transport path forming species (EFS), and optionally an insulator. Including the third molecular species. In addition, for a "coarse" mechanism-2 system, the following two-component system is desirable: a first species that includes an attached linker that includes a capture binding ligand, and a second species that includes an insulator.

【0048】 本発明のバイオセンサーは好ましくは電極を含む。本明細書では、「電極」は
電気装置と結合した場合に電流または電圧を感じ、これをシグナルに変換するこ
とができる構成物を意味する。あるいは、電極は溶液内で電圧をかけ得る、およ
び/または溶液内で電子を分子種に、または分子種から、受渡しできる構成物と
して定義できる。従って、電極は下記のようなETMである。好適な電極は当業
者に知られており、これらに限定するものではないが、ある種の金属およびその
酸化物を含み、これには金、白金、パラジウム、シリコン、アルミニウムを含む
金属;および酸化白金、酸化チタニウム、酸化錫、インジウム・錫混合酸化物、
酸化パラジウム、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化モリブデン(Mo2O6)、
酸化タングステン(WO3)および酸化ルテニウムを含む酸化金属;および炭素(
ガラス状炭素電極、黒鉛および炭素ペーストを含む)が含まれる。好適な電極は
金、白金、炭素および金属酸化物などの電極であり、金が特に好適である。
[0048] The biosensor of the present invention preferably includes an electrode. As used herein, "electrode" means a component that can sense a current or voltage when coupled to an electrical device and convert this into a signal. Alternatively, an electrode can be defined as a component that can be energized in solution and / or can transfer electrons to or from molecular species in solution. Thus, the electrodes are ETMs as described below. Suitable electrodes are known to those of skill in the art and include, but are not limited to, certain metals and their oxides, including metals including gold, platinum, palladium, silicon, aluminum; and oxides. Platinum, titanium oxide, tin oxide, mixed oxide of indium and tin,
Palladium oxide, silicon oxide, aluminum oxide, molybdenum oxide (Mo2O6),
Metal oxides including tungsten oxide (WO3) and ruthenium oxide; and carbon (
Glassy carbon electrodes, including graphite and carbon paste). Preferred electrodes are electrodes such as gold, platinum, carbon and metal oxides, with gold being particularly preferred.

【0049】 本明細書に記載の電極は平らな表面として図示してあるが、これは電極の可能
な形状の一つであって、図解のみを目的とするものである。電極の形状は使用す
る検出法によって変える。例えば、平面状電極は光検出法に好適であり、あるい
は一連の核酸を調製して合成および検出のために処理可能な位置を必要とする場
合に好適である。あるいは、単一プローブ分析のためには、内部表面にSAMを
結合させた電極をチューブの形状とすることができる。電極コイルまたはメッシ
ュも、いくつかの実施態様では同様に好ましい。これは、小容量の検体に接触す
べき標的被検体を含む表面積を最大とするのを可能にする。
Although the electrodes described herein are shown as flat surfaces, this is one of the possible shapes of the electrodes and is for illustration only. The shape of the electrode varies depending on the detection method used. For example, planar electrodes are suitable for photodetection methods, or where a series of nucleic acids need to be prepared and require a position that can be processed for synthesis and detection. Alternatively, for single probe analysis, the electrode with the SAM attached to the inner surface can be in the form of a tube. Electrode coils or meshes are similarly preferred in some embodiments. This allows to maximize the surface area containing the target analyte to be contacted with a small volume of analyte.

【0050】 好適な態様では、検出電極を基板上に形成する。これに加えて、本明細書にお
ける検討は一般的に金電極の形成に向けられているが、当業者も認めるであろう
ように、他の電極も同様に使用し得る。基板は、当業者も認めるように多様な材
料を含むが、プリント回路基板(PCB)材料が殊に好ましい。このように、一
般に、適切な基板はこれらに限定されるものではないが、ファイバーグラス、テ
フロン、セラミック、ガラス、シリコン、雲母、プラスティック(アクリル、ポ
リスチレンおよびポリスチレンと他の物質とのコポリマー、ポリプロピレン、ポ
リエチレン、ポリブチレン、ポリカーボネート、ポリウレタン、テフロン(商標
)およびその誘導体など)、GETEK(プロピレンオキシドとファイバーグラ
スとの混合物)などである。
In a preferred embodiment, the detection electrode is formed on a substrate. In addition, while the discussion herein is generally directed to the formation of gold electrodes, other electrodes may be used as well, as one skilled in the art will recognize. Substrates include a variety of materials, as will be appreciated by those skilled in the art, but printed circuit board (PCB) materials are particularly preferred. Thus, in general, suitable substrates include, but are not limited to, fiberglass, Teflon, ceramic, glass, silicon, mica, plastic (acrylic, polystyrene and copolymers of polystyrene and other materials, polypropylene, Polyethylene, polybutylene, polycarbonate, polyurethane, Teflon (trademark) and derivatives thereof, GETEK (a mixture of propylene oxide and fiberglass) and the like.

【0051】 一般に、好適な基板材料にはプリント回路基板材料を含む。回路基板材料は電
導層で被覆されている絶縁基板を含む材料であり、リトグラフィー技術、特に露
光リトグラフィーを用いて加工して、電極と相互接続体の型に成形する(当技術
分野では相互接続またはリード線と称することもある)。絶縁基板は全てではな
いが、一般にはポリマーである。当技術分野で知られているように一層または複
数層を用い、「二次元」基板(例えば、すべての電極および相互接続体が同一平
面にある)または「三次元」基板(ここでは、電極は一方の表面にあり、相互接
続体が基板を貫通して他の側へ出てもよい)を作製する。三次元系では多くの場
合、穿孔またはエッチングを用い、続いて銅などの金属で電気メッキして、「貫
通基板」相互接続がなされるようにする。回路基板材料は、しばしば基板にすで
に付着した銅箔などの箔を有しており、必要に応じて(例えば、相互接続のため
に)、例えば、電気メッキによりさらに銅を追加する。次に銅の表面は、粘着層
の付着を可能とするために、例えば、エッチングにより粗面にする必要があるこ
ともある。
In general, suitable substrate materials include printed circuit board materials. Circuit board material is a material that includes an insulating substrate covered with a conductive layer and is processed using lithographic techniques, particularly exposure lithography, to form electrodes and interconnect molds (interactive in the art). Connection or lead wire). The insulating substrate is generally, but not exclusively, a polymer. Using one or more layers as is known in the art, a "two-dimensional" substrate (e.g., all electrodes and interconnects are coplanar) or a "three-dimensional" substrate (where the electrodes are On one surface, the interconnect may penetrate the substrate and exit to the other side). In three-dimensional systems, drilling or etching is often used, followed by electroplating with a metal, such as copper, to provide a "through-substrate" interconnect. Circuit board materials often have foils, such as copper foil, already adhered to the board, and add additional copper as needed (eg, for interconnects), for example, by electroplating. The copper surface may then need to be roughened, for example by etching, to allow the adhesion layer to adhere.

【0052】 従って、好適な態様では、本発明は複数の電極、好ましくは金電極を有する基
板を含むバイオセンサーまたはバイオチップ(本明細書では「チップ」と称する
)を提供する。電極の数はアレイについて以下に概説する通りである。各電極は
、好ましくは本明細書に概説するように自己集合単層を有する。好適な態様では
、単層形成分子種の1つには、本明細書に概説するような捕獲リガンドが含まれ
る。これに加えて、各電極は相互接続され、一端で電極に付着し、最終的に電極
を制御し得る装置に付着している。すなわち、各電極は独立してアドレス指定可
能である。
Thus, in a preferred aspect, the present invention provides a biosensor or biochip (referred to herein as a “chip”) comprising a substrate having a plurality of electrodes, preferably gold electrodes. The number of electrodes is as outlined below for the array. Each electrode preferably has a self-assembled monolayer as outlined herein. In a preferred embodiment, one of the monolayer-forming species includes a capture ligand as outlined herein. In addition, each electrode is interconnected and attached to the electrode at one end, and ultimately to a device that can control the electrode. That is, each electrode is independently addressable.

【0053】 該基板は一般に組織収集装置の一部分であってもよく、該装置は、キャップま
たはチューブの部分として、または検出電極に一定容量のサンプルを接触させる
容器の部分として、構成することもできる。一般に、検出チャンバーは約1nL
から1mLの範囲である。当業者には明らかなように、実験条件およびアッセイ
によっては、さらに少容量またはさらに大容量を使用してもよい。
The substrate may generally be part of a tissue collection device, and the device may be configured as a part of a cap or tube, or as a part of a container for contacting a fixed volume of sample with a detection electrode. . Generally, the detection chamber is about 1 nL
To 1 mL. As will be apparent to those skilled in the art, smaller or larger volumes may be used depending on the experimental conditions and assays.

【0054】 好適な態様では、組織収集装置の全体または部分は「カートリッジ」として設
計される。これは電子的構成要素(AC/DC電圧源、電流計、プロセッサ、読
み出しディスプレー、温度制御器、光源など)を有する装置内に配置される。こ
の態様では、各電極からの相互接続は、装置にカートリッジを挿入することによ
って、電極と電子装置との間の接続が成立するように配置する。
In a preferred embodiment, all or part of the tissue collection device is designed as a “cartridge”. It is located in a device with electronic components (AC / DC voltage source, ammeter, processor, readout display, temperature controller, light source, etc.). In this aspect, the interconnections from each electrode are arranged such that a cartridge is inserted into the device to establish a connection between the electrode and the electronic device.

【0055】 回路基板材料(または他の基板)上の検出電極は一般に多様な方法で調製され
る。一般に、高純度の金を用い、真空蒸着法(スパッタリングおよび蒸発)また
は溶液析出(電気メッキまたは無電解方法)により表面を被覆してもよい。電気
メッキを実施する時は、先ず基板は電導性物質を含まねばならない;ファイバー
グラスの回路基板は多くの場合銅箔を備えている。多くの場合、基板によっては
良好な機械的安定性を保証するために、基板と金の間に粘着層が用いられる。こ
うして、好適な態様では粘着金属、たとえば、クロム、チタン、チタン/タング
ステン、タンタル、ニッケルまたはパラジウムのような接着性金属の付着層を利
用するが、これらの金属は上記のように金のために付着できる。電気メッキ金属
(粘着金属または電極金属のいずれか)を用いる時には、業界では光沢剤と呼ば
れることが多い粒状精製添加物を任意に加えて、表面析出の性質を変化させるこ
とができる。好適な光沢剤は有機物と無機物との混合物であり、コバルトとニッ
ケルが好ましい。
The detection electrodes on the circuit board material (or other substrate) are generally prepared in a variety of ways. Generally, high purity gold may be used to coat the surface by vacuum evaporation (sputtering and evaporation) or solution deposition (electroplating or electroless). When performing electroplating, the substrate must first contain a conductive material; fiberglass circuit boards often include copper foil. In many cases, an adhesive layer is used between the substrate and the gold to ensure good mechanical stability on some substrates. Thus, the preferred embodiment utilizes an adherent layer of an adhesive metal, such as chromium, titanium, titanium / tungsten, tantalum, nickel or palladium, which metal is used for gold as described above. Can be attached. When using electroplated metals (either sticky or electrode metals), granular refining additives, often referred to in the industry as brighteners, can optionally be added to alter the nature of surface deposition. Suitable brighteners are mixtures of organic and inorganic substances, with cobalt and nickel being preferred.

【0056】 一般に、粘着層は約100Åから約25ミクロン(1000マイクロインチ)
の厚さにする。粘着金属が電気化学的に活性ならば、電極金属は「流出」を防止
する厚さで被覆しなければならない;粘着金属が電気化学的に活性でなければ、
電極金属は薄くてもよい。一般に、電極金属(好ましくは金)は約500Åから
約5ミクロン(200マイクロインチ)の範囲の厚さで析出させるが、約30マ
イクロインチないし約50マイクロインチの厚さが好ましい。一般には、金を析
出させて直径約5ミクロンないし約5mmのサイズ、好ましくは約100ないし
250ミクロンのサイズの電極とする。このようにして形成される検出電極は、
次に好ましくは、洗浄し、以下に記載するようにSAMを付加する。
Generally, the adhesive layer is from about 100 ° to about 25 microns (1000 microinches)
Thickness. If the adhesive metal is electrochemically active, the electrode metal must be coated to a thickness that prevents "spills"; if the adhesive metal is not electrochemically active,
The electrode metal may be thin. Generally, the electrode metal (preferably gold) is deposited at a thickness in the range of about 500 ° to about 5 microns (200 microinches), with a thickness of about 30 to about 50 microinches being preferred. Generally, gold is deposited to electrodes having a size of about 5 microns to about 5 mm in diameter, preferably about 100 to 250 microns. The detection electrode thus formed is
Then, preferably, it is washed and SAM is added as described below.

【0057】 このように、本発明は複数の金電極を含む基板の作製方法を提供する。この方
法は、先ず基板を、たとえばニッケルまたはパラジウムのような粘着金属(要す
れば光沢剤と共に)で被覆することを含む。電気メッキが好適である。次に電極
金属、好ましくは金、を粘着金属上に被覆する(ここでも電気メッキによるのが
好適である)。次に電極とそれに繋がる相互接続を含む装置の型をリトグラフ技
術、特に当技術分野で知られている露光リトグラフィー技術、および湿式化学エ
ッチングを用いて作製する。電極とリード線への接続点を残して非電導性化学抵
抗性絶縁材料、たとえばはんだマスクまたはプラスティックを、露光リトグラフ
ィー技術を用いて敷設する;一般にリード線は、それ自体が被覆されている。
As described above, the present invention provides a method for manufacturing a substrate including a plurality of gold electrodes. The method includes first coating the substrate with an adhesive metal, such as nickel or palladium (optionally with a brightener). Electroplating is preferred. The electrode metal, preferably gold, is then coated on the adhesive metal (again, preferably by electroplating). The device type, including the electrodes and their associated interconnects, is then made using lithographic techniques, particularly exposure lithographic techniques known in the art, and wet chemical etching. A non-conductive, chemically resistive insulating material, such as a solder mask or plastic, is laid using exposure lithography techniques, leaving a connection point to the electrodes and leads; generally, the leads are themselves coated.

【0058】 本方法では続いてSAMを付加する。好適な態様の一つでは、点滴析出技術を
用いて、必要な化学物質、すなわち、単層形成分子種を添加するが、その一つは
好ましくは捕獲リガンドを含む分子種である。点滴析出技術は“スポット”アレ
イ作製するものとして周知である。これは各電極に異なる構成物を付加するため
に、すなわち、様々な捕獲リガンドを含むアレイを作製するために、行われる。
あるいは、SAM種は各電極について同一であってもよく、この場合は点滴析出
技術または溶液に基板全体もしくは基板表面を浸漬する方法により実施してもよ
い。
In the method, the SAM is added subsequently. In a preferred embodiment, the required chemicals, i.e., monolayer-forming species, are added using a drop deposition technique, one of which is preferably a species that includes a capture ligand. Drip deposition techniques are well known for producing "spot" arrays. This is done to add a different composition to each electrode, ie, to create an array containing various capture ligands.
Alternatively, the SAM species may be the same for each electrode, in which case it may be implemented by drip deposition techniques or by dipping the entire substrate or substrate surface in a solution.

【0059】 この系はアレイ方式での特定的な場合;すなわち、アドレス指定可能な検出電
極のマトリックス、での有用性が明らかである(本明細書では一般的に「パッド
」、「アドレス」または「ミクロ領域」と称する)。すなわち、各バイオセンサ
ーは、アレイ方式で作製できる。本明細書では“アレイ”とは複数のミクロ領域
がアレイ方式にあることを意味する;アレイのサイズはそのアレイの構成および
最終用途に依存する。異なる約2個の捕獲リガンドのものから数千個ものリガン
ドを含むアレイまで作製できる。一般に、該アレイは、電極のサイズならびにア
レイの最終用途に応じて、2個から100,000またはそれ以上から構成され
るものとなろう。好適な範囲は約2個から約10,000個であり、好ましくは
約5個から約1000個であり、特に好ましいのは約10個ないし約100個で
ある。ある態様においては、本発明の構成物はアレイ方式でない場合もある;す
なわち、ある態様では単一の捕獲リガンドを含む構成を同様に作製し得る。これ
に加えて、ある種のアレイでは、同一または異なる構成の基板を複数用いてもよ
い。このように、例えば大型のアレイは複数の小型基板から構成されてもよく、
または組織収集装置の中の様々な位置に異なる基板を配置してもよい。
The utility of this system is evident in the specific case of an array format; that is, a matrix of addressable sensing electrodes (herein generally “pads”, “addresses” or “addresses”). "Micro area"). That is, each biosensor can be manufactured by an array method. As used herein, "array" means that the microregions are in an array format; the size of the array depends on the configuration and end use of the array. Arrays containing from about two different capture ligands to thousands of ligands can be made. Generally, the array will consist of from 2 to 100,000 or more, depending on the size of the electrodes and the end use of the array. A preferred range is from about 2 to about 10,000, preferably from about 5 to about 1000, and particularly preferred is from about 10 to about 100. In some embodiments, the constructs of the invention may not be in an array format; that is, in some embodiments, an arrangement comprising a single capture ligand may be made as well. In addition, certain arrays may use multiple substrates of the same or different configurations. Thus, for example, a large array may be composed of multiple small substrates,
Alternatively, different substrates may be placed at various locations within the tissue collection device.

【0060】 このように、好適な態様においては、本発明の組織収集装置は電極を含む。Thus, in a preferred embodiment, the tissue collection device of the present invention includes an electrode.

【0061】 好適な態様では本バイオセンサー電極は自己集合単層(SAM)を含む。本明細
書では“単層”または“自己集合単層”または“SAM”は表面上に自動的に化
学吸着した分子の比較的秩序だった集合体を意味し、そこでは分子が相互に好適
な配向(たとえば、互いにほぼ平行に)を有し、かつ、表面に対しても好ましい
配向(たとえば、表面に対してほぼ垂直)を有する。各分子は表面に付着する官
能基を有し、また、単層内で隣接する分子と相互作用して比較的秩序だった配列
を形成する部分を有する。「混合した」単層は不均質の単層からなる;すなわち
、異なる分子少なくとも2種が単層を作り上げている。SAMは、これらに限定
するものではないが、たとえば導電性オリゴマー、絶縁体、付着リンカー、その
他(集合的に「表面分子種」または「単層形成分子種」)のようなEFSを含む
様々な分子種を含んでいてもよい。一般に、本明細書に概説する付着化学物質は
、導電性オリゴマーまたはその他の分子種について特異的に描出されているとし
ても、全ていかなる表面分子種についても使用できる。本明細書に概説するよう
に、検体が電極から一定の距離にある時には、標的被検体結合 (例えば、オリゴ
ヌクレオチドのハイブリダイゼーション) の効率は向上させ得る。同様に標的被
検体を含む生体分子の電極への非特異的結合は、一般に単層が存在すると減少す
る。そこで、単層は電極表面からの被検体の隔離の維持を促進する。これに加え
て、単層は外来性の電気活性分子種を電極表面から隔離するのに役立つ。そこで
、この層は、各電極と各ETMとの間または電極と溶媒内の外来性電気活性種と
の間の電気的接触を防止するのに役立つ。このような接触は、直接的「短絡」ま
たはサンプル内に存在するかも知れない荷電種を介する間接的短絡を起すことが
できる。従って、態様の一つでは、この単層は、好ましくは電極表面上の均一層
に密に充填され、「孔」の存在を最小限に留める。この態様では、単層は電極へ
の溶媒の接近を遮断する物理的障壁として作用する。
In a preferred embodiment, the biosensor electrode comprises a self-assembled monolayer (SAM). As used herein, "monolayer" or "self-assembled monolayer" or "SAM" refers to a relatively ordered assemblage of molecules that automatically chemisorb onto a surface, where the molecules are mutually favored. It has an orientation (eg, substantially parallel to each other) and also has a preferred orientation with respect to the surface (eg, substantially perpendicular to the surface). Each molecule has a functional group attached to the surface and has a portion that interacts with adjacent molecules in a monolayer to form a relatively ordered arrangement. A "mixed" monolayer consists of a heterogeneous monolayer; that is, at least two different molecules make up the monolayer. The SAMs may include a variety of EFSs including, but not limited to, EFSs such as, for example, conductive oligomers, insulators, attached linkers, and the like (collectively, “surface species” or “monolayer-forming species”). It may contain a molecular species. In general, the attachment chemistries outlined herein can be used for any surface species, even if specifically depicted for conductive oligomers or other species. As outlined herein, the efficiency of target analyte binding (eg, oligonucleotide hybridization) may be improved when the analyte is at a certain distance from the electrode. Similarly, non-specific binding of biomolecules, including target analytes, to electrodes is generally reduced in the presence of a monolayer. Thus, the monolayer facilitates maintaining the isolation of the analyte from the electrode surface. In addition, the monolayer helps to isolate extraneous electroactive species from the electrode surface. Thus, this layer helps to prevent electrical contact between each electrode and each ETM or between the electrodes and exogenous electroactive species in the solvent. Such contact can cause a direct "short circuit" or an indirect short circuit through charged species that may be present in the sample. Thus, in one embodiment, the monolayer is preferably tightly packed into a uniform layer on the electrode surface, minimizing the presence of "holes". In this embodiment, the monolayer acts as a physical barrier that blocks solvent access to the electrodes.

【0062】 好適な態様では、単層は電子伝達路形成分子種を含む。本明細書では「電子伝
達路形成分子種」または「EFS」は表面でのETM検出を可能にする、一般に
は、たとえばアルキル基のような絶縁体からなり、単層中に十分な電子伝達路を
作製することのできる分子を意味する。一般には、EFSは次に記載する性質の
1種またはそれ以上を有する:それは相対的に堅い分子(例えば、アルキル鎖と
較べて)である;それは他の単層形成分子とは違う立体構造で電極表面に付着す
る(例えば、チオール基を介して金表面に付着するアルキル鎖は約45°の角度
で付着すると思われ、また、金表面に付着するフェニルアセチレン鎖は約90°
の角度で付着すると思われる);それは密に充填された単層の形成を立体的に邪
魔するかまたは遮断する構造(例えばアルキル基のような分枝基;またはたとえ
ば、ポリエチレングリコール単位のような高度に可撓性のある分子種;の含有に
よって)を有する;または、それは活性化されて電子伝達路を形成(例えば、光
活性化可能な分子であって、ここに全体を参考のために引用する一般的には米国
特許出願 60/145,912 に記載されているように表面から光学的活性化によって選
択的に除去されて電子伝達路を残すもの)することができる。
In a preferred embodiment, the monolayer comprises an electron transport path forming species. As used herein, "electron transport path forming species" or "EFS" allows for ETM detection at the surface, generally consisting of an insulator such as, for example, an alkyl group and having sufficient electron transport path in a monolayer. Means a molecule that can be produced. Generally, EFS has one or more of the following properties: it is a relatively rigid molecule (eg, as compared to an alkyl chain); it has a different conformation than other monolayer-forming molecules. An alkyl chain attached to the electrode surface (eg, an alkyl chain attached to the gold surface via a thiol group would attach at an angle of about 45 ° and a phenylacetylene chain attached to the gold surface at about 90 °)
Structures that sterically hinder or block the formation of a densely packed monolayer (eg, a branching group such as an alkyl group; or a structure such as a polyethylene glycol unit). Or it is activated to form an electron transport pathway (eg, a photoactivatable molecule, hereby incorporated by reference in its entirety). Which can be selectively removed from the surface by optical activation, leaving an electron transfer path, as generally described in US patent application Ser. No. 60 / 145,912.

【0063】 好適なEFSには下記のような導電性オリゴマーおよびフェニル−アセチレン
−ポリエチレングリコール分子種を包含する。しかしながら、ある態様では、E
FSは導電性ポリマーではない。
Suitable EFSs include conductive oligomers and phenyl-acetylene-polyethylene glycol molecular species as described below. However, in some embodiments, E
FS is not a conductive polymer.

【0064】 好適な態様では、EFSは導電性オリゴマーを含む。本明細書では、「導電性
オリゴマー」は実質的導電性のあるオリゴマーであって、好ましくは直線状のも
のであって、その態様のあるものは文献に「分子電線(electric wire)」と記
載されている。本明細書では、「実質的導電性」はそのオリゴマーが100Hz
で電子を伝達できることを意味する。一般に、伝導性オリゴマーは、伝導性オリ
ゴマーの単量体単位間のように、実質的に重なり合うπ−軌道、すなわち、共役
π−軌道を有するが、伝導性オリゴマーは1つ以上のシグマ(σ)結合をも含ん
でいる。さらに、伝導性オリゴマーは会合したETMへの電子の注入またはET
Mからの受け入れ能力によって機能的に定義することもできる。さらに、伝導性
オリゴマーは本明細書に定義した絶縁体よりもより伝導性である。さらに、本発
明の伝導性オリゴマーは電気活性ポリマーとは区別すべきもので、これはそれ自
体で電子を供与または受容できるものである。
[0064] In a preferred embodiment, the EFS comprises a conductive oligomer. As used herein, a "conductive oligomer" is a substantially conductive oligomer, preferably a linear one, and some embodiments of which are described in the literature as "electric wires". Have been. As used herein, "substantially conductive" means that the oligomer is at 100 Hz
Means that electrons can be transmitted. Generally, conductive oligomers have substantially overlapping π-orbitals, ie, conjugated π-orbitals, such as between the monomer units of the conductive oligomer, whereas conductive oligomers have one or more sigma (σ). Also includes binding. In addition, the conductive oligomer may be capable of injecting electrons into the associated ETM or ET.
It can also be defined functionally by the ability to accept from M. In addition, conductive oligomers are more conductive than insulators as defined herein. Further, the conductive oligomers of the present invention are to be distinguished from electroactive polymers, which are capable of donating or accepting electrons by themselves.

【0065】 好適な態様において、伝導性オリゴマーは約10-6ないし104Ω-1cm-1
伝導性Sを有し、好ましくは約10-5ないし103Ω-1cm-1であって、これら
のS値は約20Åないし約200Åの範囲の分子から計算される。以下に記載す
るように、絶縁体は約10-7Ω-1cm-1以下の伝導性S、好ましくは10-8Ω-1 cm-1より低い値を有する。一般的には、Gardner et al., Sensors and Actuat
ors A51 (1995) 57-66 (参照により本明細書に取込む) を参照されたい。
In a preferred embodiment, the conductive oligomer has a conductivity S of about 10 −6 to 10 4 Ω −1 cm −1 , preferably about 10 −5 to 10 3 Ω −1 cm −1. Thus, these S values are calculated from molecules in the range of about 20 ° to about 200 °. As described below, the insulator has a conductivity S of about 10 −7 Ω −1 cm −1 or less, preferably less than 10 −8 Ω −1 cm −1 . In general, Gardner et al., Sensors and Actuat
ors A51 (1995) 57-66 (incorporated herein by reference).

【0066】 伝導性オリゴマーの所望の性質は、高い伝導性、本発明の構成物の合成と使用
のために有機溶媒および/または水への十分な溶解性、および反応に対する好適
な化学的抵抗などであるが、該反応が起こるのは、1)結合リガンド合成の際(
すなわち核酸合成であり、本発明の構成物合成に際し、伝導性オリゴマーを含む
ヌクレオシドを核酸シンセサイザーに加えることができる)、2)伝導性オリゴ
マーが電極に付着する際、または3)結合アッセイの際、である。さらに、自己
集合単層の形成を促進する伝導性オリゴマーが好ましい。
The desired properties of the conductive oligomer include high conductivity, sufficient solubility in organic solvents and / or water for the synthesis and use of the compositions of the present invention, and favorable chemical resistance to the reaction. However, the reaction takes place in 1) during the synthesis of the bound ligand (
That is, it is a nucleic acid synthesis, and a nucleoside containing a conductive oligomer can be added to a nucleic acid synthesizer in the synthesis of the composition of the present invention), 2) when the conductive oligomer is attached to an electrode, or 3) when a binding assay is performed. It is. Further, conductive oligomers that promote the formation of a self-assembled monolayer are preferred.

【0067】 本発明のオリゴマーは、本明細書に記載のように、少なくとも2つの単量体サ
ブユニットを含む。下記に詳しく説明するが、オリゴマーには、ホモおよびヘテ
ロオリゴマーがあり、ポリマーも含む。
The oligomer of the invention comprises at least two monomer subunits, as described herein. As described in detail below, oligomers include homo- and hetero-oligomers, and also include polymers.

【0068】 好ましい実施態様では、伝導性オリゴマーは、構造1に示した構造を持つ: 構造1In a preferred embodiment, the conductive oligomer has the structure shown in Structure 1: Structure 1

【化1】 当業者には理解されるとおり、ここに示した構造は全て、更なる原子または構
造を有し得る。即ち、構造1の伝導性オリゴマーは、電極、遷移金属錯体、有機
ETM、およびメタロセンなどのETMに、および核酸などの結合リガンドに、
またはこれら数種に結合させることができる。特記しない限り、ここに示した伝
導性オリゴマーは、その左側で電極に結合させる。つまり、構造13の場合は、
左側の“Y”を本明細書に記載の電極につなげる。伝導性オリゴマーを結合リガ
ンドに結合させるとき、右側の“Y”は、存在するならば、直接的にまたは本発
明に記載のリンカーを用いて、核酸などの結合リガンドに結合させる。
Embedded image As will be appreciated by those skilled in the art, any of the structures shown herein may have additional atoms or structures. That is, the conductive oligomer of structure 1 can be used for electrodes, transition metal complexes, organic ETMs, ETMs such as metallocenes, and binding ligands such as nucleic acids,
Alternatively, it can be bound to several of these. Unless otherwise specified, the conductive oligomers shown here are attached to the electrode on the left side. That is, in the case of the structure 13,
The "Y" on the left is connected to the electrodes described herein. When attaching a conductive oligomer to a binding ligand, the "Y" on the right, if present, is attached to the binding ligand, such as a nucleic acid, either directly or using a linker according to the invention.

【0069】 本実施態様では、Yは芳香族基であり、nは1から50の整数であり、gは1
または0のいずれかであり、eは0から10の整数であり、mは0または1であ
る。gが1のとき、B−Dは隣接した結合と共有し得る結合であり(本明細書中で
A共役結合@とよぶ)、好ましくは、アセチレン(B−Dは、好ましくはアセチ
レンから選択される共有結合である)、アルケン、置換アルケン、アミド、アゾ
、−C=N−(−N=C−、−CR=N−および−N=CR−を含む)、−Si=
Si−および−Si=C−(−C=Si−、−Si=CR−および−CR=Si−を含
む)から選択される。gが0のとき、eは好ましくは1であり、Dは好ましくはカ
ルボニルまたはヘテロ原子部であり、このヘテロ原子は、酸素、硫黄、窒素、ケ
イ素またはリンから選択される。そのため、適切なヘテロ原子部には、−NHお
よび−NR、式中、Rは本明細書に定義のとおりである;置換硫黄;スルホニル
(−SO2−)スルホキシド(−SO−);酸化ホスフィン(−PO−および−RPO
−);およびチオホスフィン(−PS−および−RPS−)があるが、これらに限
定されない。しかしながら、下記に概略説明するとおり、伝導性オリゴマーを金
電極に結合させるような場合、硫黄誘導体は好ましくない。
In this embodiment, Y is an aromatic group, n is an integer from 1 to 50, and g is 1
Or e, e is an integer from 0 to 10, and m is 0 or 1. When g is 1, BD is a bond that can be shared with an adjacent bond (hereinafter referred to as A-conjugated bond @), and is preferably acetylene (BD is preferably selected from acetylene. Alkene, substituted alkene, amide, azo, -C = N- (including -N = C-, -CR = N- and -N = CR-), -Si =
Si- and -Si = C- (including -C = Si-, -Si = CR- and -CR = Si-). When g is 0, e is preferably 1, and D is preferably a carbonyl or heteroatom moiety, wherein the heteroatom is selected from oxygen, sulfur, nitrogen, silicon or phosphorus. Thus, suitable heteroatoms include -NH and -NR, where R is as defined herein; substituted sulfur; sulfonyl
(-SO 2 -) sulfoxide (-SO-); phosphine oxide (-PO- and -RPO
-); And thiophosphines (-PS- and -RPS-), but are not limited thereto. However, in the case where a conductive oligomer is bound to a gold electrode, a sulfur derivative is not preferred, as outlined below.

【0070】 “芳香族基”またはその均等物とは、本書では、一般に5から14の炭素原子
を含む芳香族単環式または多環式炭化水素部(より大きい多環式環構造を作るこ
ともできるが)およびそれらの炭素環式ケトンまたはチオケトン誘導体で、その
遊離の原子価を持つ炭素原子が芳香族環の一員であるものを意味する。芳香族環
には、アリーレン基および2つ以上の原子を除いた芳香族基がある。本願の目的
には、芳香族は複素環を含む。“複素環”または“ヘテロアリール”とは、1か
ら5個の指定炭素原子を、窒素、酸素、硫黄、リン、ホウ素およびケイ素から選
択されるヘテロ原子で置換した、そしてその遊離の原子価を持つ原子が芳香族環
の一員である芳香族基、およびそれらの複素環式ケトンおよびチオケトン誘導体
を意味する。従って、複素環には、チエニル、フリル、ピロリル、ピリミジニル
、オキサリル、インドリル、プリニル、キノリル、イソキノリル、チアゾリル、
イミドジル等がある。
An “aromatic group” or equivalent thereof, as used herein, refers to an aromatic monocyclic or polycyclic hydrocarbon moiety generally containing from 5 to 14 carbon atoms (making larger polycyclic ring structures And carbocyclic ketone or thioketone derivatives thereof, wherein the carbon atom with its free valency is a member of an aromatic ring. The aromatic ring includes an arylene group and an aromatic group excluding two or more atoms. For the purposes of this application, aromatics include heterocycles. “Heterocycle” or “heteroaryl” refers to the replacement of one to five specified carbon atoms with a heteroatom selected from nitrogen, oxygen, sulfur, phosphorus, boron and silicon, and estimating the free valency thereof. Aromatic groups whose atoms are members of an aromatic ring, and their heterocyclic ketone and thioketone derivatives are meant. Thus, heterocycles include thienyl, furyl, pyrrolyl, pyrimidinyl, oxalyl, indolyl, purinyl, quinolyl, isoquinolyl, thiazolyl,
Imidosyl and the like.

【0071】 重要なのは、伝導性オリゴマーのY芳香族基が異なっていてもよいこと、即ち
、伝導性オリゴマーがヘテロオリゴマーであり得ることである。つまり、伝導性
オリゴマーは、単一型のY基または複数型のY基のオリゴマーを含むことができ
る。
What is important is that the Y-aromatic groups of the conductive oligomer can be different, that is, the conductive oligomer can be a hetero-oligomer. That is, the conductive oligomer may include a single type of Y group or a plurality of types of Y group oligomers.

【0072】 芳香族基は、本書中で一般にRで表す置換基で置換できる。R基は、必要に応
じて加え、伝導性オリゴマーのパッキングに影響を及ぼすことができる、即ち、
R基を用いて単層におけるオリゴマーの会合を変化させることができる。R基を
加えて、1)オリゴマーまたはオリゴマーを含む組成物の溶解度を変える;2)シ
ステムの共役または電子化学電位を変える;および3)単層表面の電荷または特
性を変えることもできる。
An aromatic group can be substituted with a substituent generally represented by R herein. The R group can optionally be added to affect the packing of the conductive oligomer, ie,
The R group can be used to alter the association of oligomers in a monolayer. R groups can also be added to 1) alter the solubility of the oligomer or composition containing the oligomer; 2) alter the conjugation or electrochemical potential of the system; and 3) alter the charge or properties of the monolayer surface.

【0073】 好ましい実施態様では、伝導性オリゴマーが3つのサブユニットより大きいと
き、R基は、溶液合成を行う場合の溶解度を高めるのに好ましい。しかしながら
、R基およびその位置は、下記のように、表面上、特に単層内での伝導性オリゴ
マーのパッキングへの影響を最小限にするよう選択される。一般に、単層内では
小さいR基のみが使用され、大きいR基は一般に単層表面上にある。そのため、
例えば、単層内の伝導性オリゴマー部分にメチル基を付けて溶解度を高めるのが
好ましく、例えば、C3からC10のより長いアルコキシ基を単層表面上に付け
るのが好ましい。一般に、本明細書に記載のシステムでは、このことは、一般に
、立体的に重要なR基は、単層を形成する分子の平均長さによるが、最初の2つ
または3つのオリゴマーサブユニットのいずれにも結合させないことを意味する
In a preferred embodiment, when the conductive oligomer is larger than three subunits, the R groups are preferred to increase solubility when performing solution synthesis. However, the R groups and their locations are chosen to minimize the effect on the packing of the conductive oligomer on the surface, especially within a monolayer, as described below. Generally, only small R groups are used in a monolayer, and large R groups are generally on the surface of the monolayer. for that reason,
For example, it is preferable to add a methyl group to the conductive oligomer portion in the monolayer to increase the solubility. For example, it is preferable to attach a longer alkoxy group from C3 to C10 on the monolayer surface. In general, in the systems described herein, this generally means that the sterically important R groups depend on the average length of the molecules forming the monolayer, but not on the first two or three oligomer subunits. It means not binding to any.

【0074】 適切なR基には、水素、アルキル、アルコール、芳香族、アミノ、アミド、ニ
トロ、エーテル、エステル、アルデヒド、スルホニル、ケイ素部、ハロゲン、硫
黄含有部、リン含有部、およびエチレングリコールがあるが、これらに限定され
ない。本明細書に示した構造では、Rは、その位置が置換されていない場合は水
素である。ある位置では、2つの置換基、RおよびR'が可能であり、その場合
、RおよびR'基は同一であるかまたは異なっているかのいずれかでよい。
Suitable R groups include hydrogen, alkyl, alcohol, aromatic, amino, amide, nitro, ether, ester, aldehyde, sulfonyl, silicon, halogen, sulfur containing, phosphorus containing, and ethylene glycol. But not limited to them. In the structures shown herein, R is hydrogen if that position is not substituted. At certain positions, two substituents, R and R ', are possible, in which case the R and R' groups may either be the same or different.

【0075】 “アルキル基”またはその均等物とは、直鎖状または分枝状アルキル基を意味
し、直鎖アルキル基が好ましい。分枝状ならば、1箇所以上の、特記しなければ
任意の位置で枝分かれしている。このアルキル基は、約1から約30の炭素原子
(C1−C30)の範囲であり得、好ましい実施態様では、約1から約20の炭素
原子(C1−C20)を利用し、約C1から約C12ないしC15が好ましく、C
1ないしC5が特に好ましいが、ある実施態様では、アルキル基は、もっと大き
くてもよい。アルキル基の定義の中に含まれるものには、C5およびC6環など
のシクロアルキル基や、窒素、酸素、硫黄、またはリンを持つ複素環式環もある
。アルキルはまた、好ましくは硫黄、酸素、窒素およびケイ素のヘテロ原子を持
つヘテロアルキルも含む。アルキルは、置換アルキル基も含む。“置換アルキル
基”とは、更に上記定義の1以上の置換基部“R”を含むアルキル基を意味する
“Alkyl group” or its equivalent means a straight-chain or branched alkyl group, with a straight-chain alkyl group being preferred. If it is branched, it is branched at one or more places, unless otherwise specified. The alkyl group has from about 1 to about 30 carbon atoms
(C1-C30), and in a preferred embodiment utilizes from about 1 to about 20 carbon atoms (C1-C20), with about C1 to about C12 to C15 being preferred;
Although 1 to C5 are particularly preferred, in some embodiments, the alkyl group can be larger. Also included within the definition of alkyl group are cycloalkyl groups, such as C5 and C6 rings, and heterocyclic rings having nitrogen, oxygen, sulfur, or phosphorus. Alkyl also includes heteroalkyl, preferably having sulfur, oxygen, nitrogen and silicon heteroatoms. Alkyl also includes substituted alkyl groups. “Substituted alkyl group” refers to an alkyl group that also contains one or more substituent “R” as defined above.

【0076】 “アミノ基”またはその均等物とは、−NH2、−NHRおよび−NR2基を意
味し、Rは本明細書に定義のとおりである。
“Amino group” or its equivalent means a —NH 2 , —NHR and —NR 2 group, wherein R is as defined herein.

【0077】 “ニトロ基”とは、−NO2基を意味する。“Nitro group” refers to the group —NO 2 .

【0078】 “硫黄含有部”とは、硫黄原子を含有する化合物を意味し、チア−、チオ−お
よびスルホ−化合物、チオール(−SHおよび−SR)、スルフィド(−RSR−)
、スルホキシド(−R−SO−R−)、スルフォン(−R−SO2−R−)、ジスル
フィド(−R−S−S−R−)およびスルフォニルエステル(−R−SO2−O−R
−)、があるが、これらに限定されない。“リン含有部”は、リンを含有する化
合物を意味し、ホスフィンおよびホスフェートがあるが、これらに限定されない
。“シリコン含有部”とは、シリコン含有化合物を意味する。
“Sulfur-containing moiety” means a compound containing a sulfur atom, such as thia-, thio- and sulfo-compounds, thiols (—SH and —SR), sulfides (—RSR—)
, Sulfoxide (—R—SO—R—), sulfone (—R—SO 2 —R—), disulfide (—R—S—S—R—) and sulfonyl ester (—R—SO 2 —O—R
-), But are not limited to these. “Phosphorus-containing moiety” means a compound that contains phosphorus and includes, but is not limited to, phosphines and phosphates. “Silicon-containing part” means a silicon-containing compound.

【0079】 “エーテル”とは、−O−R−基を意味する。好ましいエーテルはアルコキシ
基であり、−O−(CH2) 2CH3および−O−(CH2)4CH3が好ましい。
“Ether” refers to the group —O—R—. Preferred ethers are alkoxy groups, -O- (CH 2) 2 CH 3 and -O- (CH 2) 4 CH 3 being preferred.

【0080】 “エステル”とは、−COOR基を意味する。“Ester” refers to the group —COOR.

【0081】 “ハロゲン”とは、臭素、ヨウ素、塩素またはフッ素を意味する。好ましい置
換アルキルは、部分的にまたは全体的にハロゲン化したアルキル、例えばCF3
等である。
“Halogen” refers to bromine, iodine, chlorine or fluorine. Preferred substituted alkyls are partially or fully halogenated alkyls, such as CF 3
And so on.

【0082】 “アルデヒド”とは、−RCOH基を意味する。“Aldehyde” refers to a —RCOH group.

【0083】 “アルコール”とは、−OH基およびアルキルアルコール−ROHを意味する
“Alcohol” means an —OH group and an alkyl alcohol —ROH.

【0084】 “アミド”とは、−RCONH−またはRCONR−基を意味する。“Amido” refers to an —RCONH— or RCONR— group.

【0085】 “エチレングリコール”または“(ポリ)エチレングリコール”とは、−(O−
CH2−CH2)n−基を意味するが、エチレン基の各炭素原子は、一重にまたは二
重に置換されていてもよく、即ち、−(O−CR2−CR2)n−、但しRは上記定
義のとおりである、であってよい。酸素の位置に他のヘテロ原子を持つエチレン
グリコール誘導体(即ち、−(N−CH2−CH2)n−または−(S−CH2−CH2) n −または置換基を持つ)も好ましい。
“Ethylene glycol” or “(poly) ethylene glycol” refers to — (O-
CHTwo-CHTwo)nGroup, but each carbon atom of an ethylene group may be single or double
May be heavily substituted, ie,-(O-CRTwo-CRTwo)n-, Where R is as defined above
It may be justice. Ethylene with another heteroatom at the oxygen position
Glycol derivatives (i.e.,-(N-CHTwo-CHTwo)n-Or-(S-CHTwo-CHTwo) n -Or having a substituent).

【0086】 好ましい置換基には、メチル、エチル、プロピル、−O−(CH2)2CH3およ
び−O−(CH2)4CH3などのアルコキシ基およびエチレングリコールおよびそ
れらの誘導体があるが、これらに限定されない。
Preferred substituents include methyl, ethyl, propyl, alkoxy groups such as —O— (CH 2 ) 2 CH 3 and —O— (CH 2 ) 4 CH 3 and ethylene glycol and derivatives thereof. However, the present invention is not limited to these.

【0087】 好ましい芳香族基には、フェニル、ナフチル、ナフタレン、アントラセン、フ
ェナントロリン、ピロール、ピリジン、チオフェン、ポルフィリンおよび縮合環
誘導体を含むこれらそれぞれの誘導体があるが、これらに限定されない。
Preferred aromatic groups include, but are not limited to, phenyl, naphthyl, naphthalene, anthracene, phenanthroline, pyrrole, pyridine, thiophene, porphyrin and their respective derivatives, including fused ring derivatives.

【0088】 本明細書に示した伝導性オリゴマーでは、gが1のとき、B−Dは2つの原子
または化学部分をつなげる結合である。好ましい実施態様では、B−Dは、重複
または共役π軌道を含有する共役結合である。
In the conductive oligomers shown herein, when g is 1, BD is a bond connecting two atoms or chemical moieties. In a preferred embodiment, BD is a conjugated bond containing overlapping or conjugated orbitals.

【0089】 好ましいB−D結合は、アセチレン(−C≡C−、アルキンまたはエチンとも
呼ばれる)、アルケン(−CH=CH−、エチレンとも呼ばれる)、置換アルケン(
−CR=CR−、−CH=CR−および−CR=CH−)、アミド(−NH−CO
−および−NR−CO−または−CO−NH−および−CO−NR−)、アゾ(−
N=N−)、エステルおよびチオエステル(−CO−O−、−O−CO−、CS−
O−および−O−CS−)および他の共役結合(−CH=N−、−CR=N−、−
N=CH−および−N=CR−)、(−SiH=SiH−、−SiR=SiH−、−S
iH=SiR−、およびSiR=SiR−)、(−SiH=CH−、−SiR=CH−、
−SiH=CR−、−SiR=CR−、−CH=SiH−、−CR=SiH−、−C
H=SiR−および−CR=SiR−)などから選択される。特に好ましいB−D
結合は、アセチレン、アルケン、アミドおよびこれら3種の置換誘導体およびア
ゾである。とりわけ好ましいB−D結合は、アセチレン、アルケンおよびアミド
である。二重結合に結合させたオリゴマー成分は、トランスまたはシス配置、ま
たは混合型であってよい。そのため、BまたはDのいずれかは、炭素、窒素また
はケイ素を含むことができる。置換基は、上記Rのところで定義したとおりであ
る。
Preferred BD bonds are acetylene (—C≡C—, also called alkyne or ethyne), alkene (—CH = CH—, also called ethylene), substituted alkene (
-CR = CR-, -CH = CR- and -CR = CH-), amide (-NH-CO
-And -NR-CO- or -CO-NH- and -CO-NR-), azo (-
N = N-), esters and thioesters (-CO-O-, -O-CO-, CS-
O- and -O-CS-) and other conjugated bonds (-CH = N-, -CR = N-,-
N = CH- and -N = CR-), (-SiH = SiH-, -SiR = SiH-, -S
iH = SiR- and SiR = SiR-), (-SiH = CH-, -SiR = CH-,
-SiH = CR-, -SiR = CR-, -CH = SiH-, -CR = SiH-, -C
H = SiR- and -CR = SiR-). Particularly preferred BD
The linkages are acetylene, alkenes, amides and these three substituted derivatives and azo. Particularly preferred BD bonds are acetylene, alkenes and amides. The oligomer component attached to the double bond may be in the trans or cis configuration, or in a mixed form. As such, either B or D can include carbon, nitrogen or silicon. The substituents are as defined above for R.

【0090】 構造1伝導性オリゴマーのg=0のとき、eは好ましくは1であり、D部分は
上記定義のカルボニルまたはヘテロ原子部分であり得る。
When g = 0 in the Structure 1 conductive oligomer, e is preferably 1, and the D moiety can be a carbonyl or heteroatom moiety as defined above.

【0091】 上記Y環のように、どの単一伝導性オリゴマー内でも、B−D結合(またはg=
0のときD部分)は、全て同じでもよく、または少なくとも1つが異なっていて
もよい。例えば、mが0のとき、末端B−D結合は、アミド結合であることがで
き、残りのB−D結合はアセチレン結合であることができる。一般に、アミド結
合が存在するとき、アミド結合はできるだけ少ない方が好ましいが、ある実施態
様では、全てのB−D結合がアミド結合である。よって、上記Y環のところで概
略説明したとおり、単層内ではある一つの型のB−D結合が伝導性オリゴマー中
に下記のように存在でき、そして、単層レベル上に別の型のB−D結合、例えば
核酸が伝導性オリゴマーを介して結合している場合核酸ハイブリダイゼーション
により大きな柔軟性を与えるために存在できる。
As in the Y ring above, within any single conductive oligomer, a BD bond (or g =
D) when 0) may be all the same or at least one may be different. For example, when m is 0, the terminal BD bond can be an amide bond and the remaining BD bonds can be acetylene bonds. Generally, when an amide bond is present, it is preferred that the amide bond be as small as possible, but in some embodiments, all BD bonds are amide bonds. Thus, as outlined above at the Y ring, one type of BD bond can be present in the conductive oligomer in the monolayer as described below, and another type of B-D bond on the monolayer level. -D bonds, for example when nucleic acids are linked via conductive oligomers, can be present to give greater flexibility to nucleic acid hybridization.

【0092】 本明細書に示した構造中、nは1から50の整数であるが、より長いオリゴマ
ーもまた使用できる(例えば、Schumm et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 19
94 33(13): 1360参照)。理論に縛られることなく、表面上での効率のよい核酸ハ
イブリダイゼーションのためには、ハイブリダイゼーションが表面から少し離れ
て起こるべきであり、ハイブリダイゼーション速度は、特に200から300塩
基対の長いオリゴヌクレオチドの場合、表面からの距離の関数として上昇すると
思われる。従って、核酸が伝導性オリゴマーを介して結合しているとき、以下で
より詳しく記すように、伝導性オリゴマーの長さは、その核酸の最も近いヌクレ
オチドが電極表面から約6Åから約100Å(但し、500Åまでの距離が使用
できる)に位置するような長さであり、約15Åから約60Åが好ましく、約2
5Åから約60Åも好ましい。従って、nは芳香族基のサイズ応じて変わるが、
一般に、約1から約20であって、約2から約15が好ましく、約3から約10
が特に好ましい。
In the structures shown herein, n is an integer from 1 to 50, but longer oligomers can also be used (eg, Schumm et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 19
94 33 (13): 1360). Without being bound by theory, for efficient nucleic acid hybridization on a surface, the hybridization should occur at a distance from the surface, and the rate of hybridization may vary, especially for long oligonucleotides of 200 to 300 base pairs. , It seems to rise as a function of distance from the surface. Thus, when a nucleic acid is bound via a conductive oligomer, as described in more detail below, the length of the conductive oligomer is such that the nearest nucleotide of the nucleic acid is from about 6 ° to about 100 ° from the electrode surface (provided that (A distance of up to 500 ° can be used), preferably about 15 ° to about 60 °, and about 2 °.
5 ° to about 60 ° is also preferred. Thus, n varies according to the size of the aromatic group,
Generally, from about 1 to about 20, with about 2 to about 15 being preferred, and about 3 to about 10
Is particularly preferred.

【0093】 本明細書に示した構造中、mは0または1のいずれかである。つまり、mが0
のとき、伝導性オリゴマーの末端には、B−D結合またはD部分があり、即ち、
D原子が直接的かまたはリンカーを介するかのいずれかで核酸に結合している。
ある実施態様では、例えば、伝導性オリゴマーを核酸のリボース−ホスフェート
主鎖のホスフェートに結合させるとき、伝導性オリゴマーと核酸の間に結合させ
たリンカーなどの別の原子があってもよい。更に、下記に概略説明するとおり、
D原子は、アミノ修飾リボースの窒素原子であり得る。あるいは、mが1のとき
、伝導性オリゴマーの末端にはY、芳香族基があり、即ち、その芳香族基は、核
酸またはリンカーに結合している。
In the structures shown herein, m is either 0 or 1. That is, m is 0
At the end of the conductive oligomer, there is a BD bond or a D moiety at the end,
The D atom is attached to the nucleic acid, either directly or via a linker.
In some embodiments, when the conductive oligomer is attached to the phosphate of the ribose-phosphate backbone of the nucleic acid, there may be another atom such as a linker attached between the conductive oligomer and the nucleic acid. Further, as outlined below,
The D atom can be the nitrogen atom of an amino-modified ribose. Alternatively, when m is 1, the terminal of the conductive oligomer has Y and an aromatic group, that is, the aromatic group is bonded to a nucleic acid or a linker.

【0094】 当業者には明らかなように、多数の伝導性オリゴマーが利用できる。これらは
、例えば、縮合芳香族環または、−(CF2)n−、−(CHF)n−および−(CFR
)n−などのテフロン(登録商標)様オリゴマーを含む化合物などの当分野で知られ
ている他の伝導性オリゴマーと同じく、構造1や構造8式の範囲内にある伝導性
オリゴマーを含む。例えば、Schumm et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 33:
1361 (1994); Grosshenny et al., Platinum Metals Rev. 40 (1): 26-35 (199
6); Tour, Chem. Rev. 96: 537-553 (1996); Hsung et al., Organometallics 1
4: 4808-4815 (1995);およびここに引用されている文献参照、これらは全てはっ
きりと出典明示により本明細書に組込まれている。
As will be apparent to those skilled in the art, a number of conductive oligomers are available. These include, for example, fused aromatic rings or-(CF 2 ) n -,-(CHF) n- and-(CFR
) N - as with Teflon other known in the art such as compounds comprising like oligomeric conductive oligomer such as, including conductive oligomers falling within the scope of Structure 1 or Structure 8 formulas. For example, Schumm et al., Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 33:
1361 (1994); Grosshenny et al., Platinum Metals Rev. 40 (1): 26-35 (199
6); Tour, Chem. Rev. 96: 537-553 (1996); Hsung et al., Organometallics 1
4: 4808-4815 (1995); and references cited therein, all of which are expressly incorporated herein by reference.

【0095】 本実施態様の特に好ましい伝導性オリゴマーは、下記である: 構造2Particularly preferred conductive oligomers of this embodiment are: Structure 2

【化2】 構造2は、gが1のときの構造1である。構造2の好ましい実施態様には、e
が0であり、Yがピロールまたは置換ピロールであるもの;eが0であり、Yが
チオフェンまたは置換チオフェンであるもの;eが0であり、Yがフランまたは
置換フランであるもの;eが0であり、Yがフェニルまたは置換フェニルである
もの;eが0であり、Yがピリジンまたは置換ピリジンであるもの;eが1であ
り、B−Dがアセチレンであり、Yがフェニルまたは置換フェニルであるもの(
例えば、下記構造4参照)がある。構造2の好ましい実施態様はまた、下記構造
3に示した、eが1である場合のものである:
Embedded image Structure 2 is structure 1 when g is 1. Preferred embodiments of structure 2 include e
Is 0 and Y is pyrrole or substituted pyrrole; e is 0 and Y is thiophene or substituted thiophene; e is 0 and Y is furan or substituted furan; e is 0 E is 0, Y is pyridine or substituted pyridine; e is 1, BD is acetylene, Y is phenyl or substituted phenyl some stuff(
For example, see Structure 4 below). A preferred embodiment of Structure 2 is also for Structure 3 below, where e is 1.

【0096】 構造3Structure 3

【化3】 構造3の好ましい実施態様は、Yがフェニルまたは置換フェニルであり、B−
Dがアゾであるもの;Yがフェニルまたは置換フェニルであり、B−Dがアセチ
レンであるもの;Yがフェニルまたは置換フェニルであり、B−Dがアルケンで
あるもの;Yがピリジンまたは置換ピリジンであり、B−Dがアセチレンである
もの;Yがチオフェンまたは置換チオフェンであり、B−Dがアセチレンである
もの;Yがフランまたは置換フランであり、B−Dがアセチレンであるもの;Y
がチオフェンまたはフラン(または置換チオフェンまたはフラン)であり、B−D
がアルケンおよびアセチレン交互の結合であるものである。
Embedded image A preferred embodiment of structure 3 is where Y is phenyl or substituted phenyl and B-
D is azo; Y is phenyl or substituted phenyl; BD is acetylene; Y is phenyl or substituted phenyl and BD is alkene; Y is pyridine or substituted pyridine Y is thiophene or substituted thiophene and BD is acetylene; Y is furan or substituted furan, and BD is acetylene; Y is thiophene or substituted thiophene;
Is thiophene or furan (or substituted thiophene or furan), and BD
Is an alternate bond of alkene and acetylene.

【0097】 本明細書に示した構造の殆どが構造3の伝導性オリゴマーを利用している。し
かしながら、どの構造3オリゴマーも、本明細書中の他の構造、即ち構造1また
は8オリゴマー、または他の伝導性オリゴマーで置換でき、かかる構造3の使用
は、本発明の範囲を限定する意味を持たない。
Most of the structures shown herein utilize a conductive oligomer of Structure 3. However, any Structure 3 oligomer can be substituted with other structures herein, ie, Structure 1 or 8 oligomers, or other conductive oligomers, and the use of such Structure 3 has the meaning to limit the scope of the invention. do not have.

【0098】 構造3の特に好ましい実施態様は、下記の構造4、5、6および7を含む: 構造4Particularly preferred embodiments of Structure 3 include Structures 4, 5, 6 and 7 below: Structure 4

【化4】 構造4の特に好ましい実施態様には、nが2であり、mが1であり、Rが水素
であるもの;nが3であり、mが0であり、Rが水素であるもの、および溶解度
を高めるためのR基の使用がある。
Embedded image Particularly preferred embodiments of Structure 4 include those wherein n is 2, m is 1 and R is hydrogen; n is 3 and m is 0 and R is hydrogen; There is the use of R groups to enhance

【0099】 構造5Structure 5

【化5】 構造5のようにB−D結合がアミド結合であるとき、伝導性オリゴマーは、擬
似ペプチドオリゴマーである。構造5中のアミド結合は、カルボニルを左側にし
て、即ち、CONH−で示すが、逆、即ち−NHCO−も使用できる。構造17
の特に好ましい実施態様には、nが2であり、mが1であり、Rが水素であるも
の;nが3であり、mが0であり、Rが水素であるもの(この実施態様では、末
端窒素(D原子)はアミノ修飾リボースの窒素であり得る)、および溶解度を高め
るためのR基の使用がある。
Embedded image When the BD bond is an amide bond, as in Structure 5, the conductive oligomer is a pseudo-peptide oligomer. The amide bond in Structure 5 is shown with the carbonyl on the left, ie, CONH-, but vice versa, ie, -NHCO- can also be used. Structure 17
Particularly preferred embodiments of are those wherein n is 2, m is 1 and R is hydrogen; n is 3, m is 0 and R is hydrogen (in this embodiment , The terminal nitrogen (the D atom) can be the nitrogen of an amino-modified ribose), and the use of R groups to increase solubility.

【0100】 構造6Structure 6

【化6】 構造6の好ましい実施態様には、第一のnが2であり、第二のnが1であり、
mが0であり、全てのR基が水素であるもの、または溶解度を高めるためのR基
の使用がある。
Embedded image In a preferred embodiment of Structure 6, the first n is 2 and the second n is 1.
There are those where m is 0 and all R groups are hydrogen, or the use of R groups to increase solubility.

【0101】 構造7Structure 7

【化7】 構造7の好ましい実施態様には、第一のnが3であり、第二のnが1−3であ
り、mが0または1のいずれかであるもの、および溶解度を高めるためのR基の
使用がある。
Embedded image Preferred embodiments of Structure 7 include those wherein the first n is 3, the second n is 1-3, m is either 0 or 1, and the R group for increasing solubility. There is use.

【0102】 好ましい実施態様では、伝導性オリゴマーは、構造8で示した構造を持つ: 構造8In a preferred embodiment, the conductive oligomer has the structure shown in Structure 8: Structure 8

【化8】 この実施態様では、Cは炭素原子であり、nは1から50の整数であり、mは
0または1であり、Jは酸素、窒素、ケイ素、リン、硫黄、カルボニルまたはス
ルホキシドからなる群から選択されるヘテロ原子であり、Gはアルカン、アルケ
ンまたはアセチレンから選択される結合であって、2つの炭素原子と一緒になっ
てC−G−C基がアルケン(−CH=CH−)、置換アルケン(−CR=CR−)ま
たはそれらの混合物(−CH=CRまたは−CR=CH−)、アセチレン(−C≡
C−)またはアルカン(−CR2−CR2−、Rは水素または本明細書に記載の置換
基のいずれかである)であるようにする。各サブユニットのG結合は、他のサブ
ユニットのG結合と同一かまたは異なっていてもよく、つまり、アルケンとアセ
チレン結合が交互にあるオリゴマーが使用できる。しかしながら、Gがアルカン
結合であるとき、オリゴマー中のアルカン結合数は最小に維持すべきであり、伝
導性オリゴマー当りシグマ結合約6以下が好ましい。アルケン結合が好ましく、
本明細書に総括的に示しているが、アルカンおよびアセチレン結合は、当業者に
は明らかなように、本明細書に記載したどの構造または実施態様でも置換できる
Embedded image In this embodiment, C is a carbon atom, n is an integer from 1 to 50, m is 0 or 1, and J is selected from the group consisting of oxygen, nitrogen, silicon, phosphorus, sulfur, carbonyl, or sulfoxide. G is a bond selected from an alkane, alkene or acetylene, and together with two carbon atoms, a C—G—C group is an alkene (—CH = CH—), a substituted alkene (-CR = CR-) or a mixture thereof (-CH = CR or -CR = CH-), acetylene (-C≡
C-) or alkane (-CR 2 -CR 2 -, R is as hydrogen or is any substituent described herein). The G bond of each subunit may be the same or different from the G bond of the other subunit, that is, an oligomer having alternating alkene and acetylene bonds can be used. However, when G is an alkane bond, the number of alkane bonds in the oligomer should be kept to a minimum, with about 6 or less sigma bonds per conductive oligomer being preferred. Alkene bonds are preferred,
Although shown generally herein, alkane and acetylene linkages can be substituted for any of the structures or embodiments described herein, as will be apparent to those skilled in the art.

【0103】 ある実施態様では、例えば、ETMが存在しないとき、m=0ならば少なくと
も1つのG結合はアルカン結合である。
In certain embodiments, for example, in the absence of ETM, if m = 0, at least one G bond is an alkane bond.

【0104】 好ましい実施態様では、構造8のmは0である。特に好ましい実施態様では、
構造9に示したように、mは0であり、Gはアルケン結合である: 構造9
In a preferred embodiment, m in Structure 8 is 0. In a particularly preferred embodiment,
As shown in Structure 9, m is 0 and G is an alkene bond: Structure 9

【化9】 構造9のアルケンオリゴマーおよび本明細書に示した別のものは、一般に、好
ましいトランス配置で示しているが、シスまたはトランスとシスの混合したオリ
ゴマーも使用できる。上記のように、R基を加えて、電極上での組成物のパッキ
ング、オリゴマーの親水性または疎水性、およびオリゴマーの柔軟性、即ち、回
転、ねじれ、または縦の柔軟性を変えることができる。nは上記定義のとおりで
ある。
Embedded image The alkene oligomers of structure 9 and others shown herein are generally shown in the preferred trans configuration, but cis or mixed trans and cis oligomers can also be used. As described above, R groups can be added to alter the packing of the composition on the electrode, the hydrophilic or hydrophobic nature of the oligomer, and the flexibility of the oligomer, ie, rotation, twist, or longitudinal flexibility. . n is as defined above.

【0105】 好ましい実施態様では、Rは水素であるが、Rはアルキル基およびポリエチレ
ングリコールまたは誘導体であってもよい。
In a preferred embodiment, R is hydrogen, but R may be an alkyl group and polyethylene glycol or a derivative.

【0106】 別の実施態様では、伝導性オリゴマーは、異なる型のオリゴマー、例えば、構
造1や8の混合物であってもよい。
In another embodiment, the conductive oligomer may be a different type of oligomer, for example, a mixture of structures 1 and 8.

【0107】 伝導性オリゴマーは末端基を有していても有していなくてもよい。従って、好
ましい実施態様では、余分な末端基がなく、伝導性オリゴマーはその末端が、例
えばアセチレン結合などのB−D結合のような基の1つで終る構造1から9を示
す。あるいは、好ましい実施態様では、本明細書中でしばしば“Q”として示す
末端基を加える。末端基はいくつかの理由、例えば、ETMの検出用の伝導性オ
リゴマーの電子的利用可能性を改善するために、またはSAMの表面を例えば非
特異的結合を防ぐなどの他の事由によって変えるために、使用することができる
。例えば、標的被検体が核酸である場合、ハイブリダイゼーションを促進するた
めに、末端で陰性に荷電した基として陰性荷電表面を形成させ、核酸がDNAま
たはRNAである場合、核酸が表面上に着地するのに反発するか、妨げるように
し得る。好ましい不動態化剤末端基は、−NH2、−OH、−COOH、−CH3 等のアルキル基、および、(ポリ)エチレングリコールのような(ポリ)アルキルオ
キサイドを含み、−OCH2CH2OH、−(OCH2CH2O)2H、−(OCH2
2O)3H、および−(OCH2CH2O)4Hが好ましい。
The conductive oligomer may or may not have a terminal group. Thus, in a preferred embodiment, there are no extra end groups, and the conductive oligomer exhibits structures 1 to 9 whose ends end in one of the groups, such as a BD bond, such as an acetylene bond. Alternatively, in a preferred embodiment, a terminal group, often referred to herein as "Q", is added. The end groups may be used for several reasons, for example to improve the electronic availability of the conductive oligomer for the detection of ETMs, or to alter the surface of the SAM for other reasons, such as preventing non-specific binding. Can be used. For example, if the target analyte is a nucleic acid, a negatively charged surface is formed as a negatively charged group at the terminus to promote hybridization, and if the nucleic acid is DNA or RNA, the nucleic acid lands on the surface May be repelled or impeded. Preferred passivating agents terminal groups, -NH 2, -OH, -COOH, alkyl group of -CH 3, etc., and includes a (poly) alkyl oxides such as (poly) ethylene glycol, -OCH 2 CH 2 OH, - (OCH 2 CH 2 O) 2 H, - (OCH 2 C
H 2 O) 3 H, and - (OCH 2 CH 2 O) 4 H being preferred.

【0108】 一実施態様において、異なるタイプの末端基を有する伝導性オリゴマーの混合
物を使用することが可能である。従って、例えば、いくつかの末端基は検出を容
易にし、いくつかは非特異的結合を防止し得る。
In one embodiment, it is possible to use a mixture of conductive oligomers having different types of end groups. Thus, for example, some end groups may facilitate detection and some may prevent non-specific binding.

【0109】 好ましい実施態様において、単層はさらに絶縁部を含み得る。本明細書におけ
る“絶縁体”とは、実質的に非伝導性オリゴマーを意味し、好ましくは線状であ
る。本明細書において、“実質的に非伝導性”とは、絶縁体が100Hzで電子
を伝達しないことを意味する。絶縁体を介した電子伝達の比率は、好ましくは本
明細書に記載の伝導性オリゴマーを介した比率よりも遅い。
[0109] In a preferred embodiment, the monolayer may further include an insulating portion. As used herein, "insulator" means a substantially non-conductive oligomer, preferably linear. As used herein, "substantially non-conductive" means that the insulator does not transmit electrons at 100 Hz. The rate of electron transfer through the insulator is preferably slower than the rate through the conductive oligomers described herein.

【0110】 好ましい実施態様において、絶縁体は、約10-7Ω-1cm-1以下の導電率Sを有
し、約10-8Ω-1cm-1より低いのが好ましい。一般にGardner et al.前掲を参照
In a preferred embodiment, the insulator has a conductivity S of less than or equal to about 10 -7 Ω -1 cm -1 and is preferably less than about 10 -8 Ω -1 cm -1 . See generally Gardner et al. Supra.

【0111】 通常、絶縁体はシグマ結合を有する、アルキルまたはヘテロアルキルオリゴマ
ーまたは部分であるが、いずれの具体的な絶縁体分子も芳香族基または1以上の
共役結合を含み得る。本明細書において“ヘテロアルキル”とは、少なくとも1
つのヘテロ原子、つまり鎖に含まれた窒素、酸素、硫黄、リン、シリコンまたは
ホウ素を有するアルキル基を意味する。あるいは、絶縁体は、好ましくは電子伝
達を実質的に阻害するかまたは遅らせる1以上のヘテロ原子または結合を添加し
た伝導性オリゴマーと非常に類似であり得る。
Typically, the insulator is an alkyl or heteroalkyl oligomer or moiety having a sigma bond, but any particular insulator molecule may include an aromatic group or one or more conjugated bonds. As used herein, “heteroalkyl” refers to at least one
An alkyl group having two heteroatoms, ie, nitrogen, oxygen, sulfur, phosphorus, silicon or boron contained in the chain. Alternatively, the insulator can be very similar to a conductive oligomer, preferably with the addition of one or more heteroatoms or bonds that substantially inhibit or retard electron transfer.

【0112】 適切な絶縁体は当業者に既知であり、−(CH2)n−、−(CRH)n−および
−(CR2)n−、エチレングリコールまたは酸素の代わりの他のヘテロ原子、つ
まり窒素または硫黄(電極が金のとき、硫黄誘導体は好ましくない)を用いる誘導
体を含むが、これらに限定しない。
Suitable insulators are known to those skilled in the art and include-(CH 2 ) n-,-(CRH) n- and-(CR2) n-, ethylene glycol or other heteroatoms instead of oxygen, ie Including but not limited to derivatives using nitrogen or sulfur (sulfur derivatives are not preferred when the electrode is gold).

【0113】 伝導性オリゴマーについて、絶縁体は本明細書に定義のR基で置換され得、電
極でのその部分または伝導性オリゴマーのパッキング、絶縁体の親水性または疎
水性、および絶縁体の柔軟性、すなわち回転の、捩れのまたは縦の柔軟性を変え
る。例えば、分枝アルキル基を使用し得る。同様に、上記概説のように絶縁体は
特に単層の表面に作用する末端基を含み得る。
For conductive oligomers, the insulator may be substituted with an R group as defined herein, the packing of the moiety or conductive oligomer at the electrode, the hydrophilic or hydrophobic nature of the insulator, and the flexibility of the insulator. Gender, ie, rotation, torsional or longitudinal flexibility. For example, a branched alkyl group may be used. Similarly, as outlined above, the insulator may include end groups that act, inter alia, on the surface of the monolayer.

【0114】 単層をつくる種の長さは必要に応じて変化する。上記に概説のように、標的被
検体の結合(例えば核酸のハイブリダイゼーション)は、表面から離れてより有効
であるように見える。核酸が結合する種(下記に概説のように、これらは絶縁体
または伝導性オリゴマーのいずれかであり得る)は、基本的に単層を形成する種
と同じ長さかそれらより長く、捕獲結合リガンドがハイブリダイゼーションのた
めの溶媒により接近可能となる。いくつかの実施態様において、捕獲結合リガン
ドが結合する伝導性オリゴマーは単層より短い。
The length of the species from which the monolayer is made will vary as needed. As outlined above, binding of the target analyte (eg, nucleic acid hybridization) appears to be more effective away from the surface. The species to which the nucleic acid binds (which can be either an insulator or a conductive oligomer, as outlined below) is essentially the same length or longer than the species forming the monolayer, and the capture binding ligand Are more accessible to the solvent for hybridization. In some embodiments, the conductive oligomer to which the capture binding ligand binds is shorter than a monolayer.

【0115】 単層は異なる表面種を含み得るが、種々の構成において、適度に同一なSAM
が形成され得るように、異なる種を選択するのが好ましいことが、理解されるで
あろう。従って、例えば、核酸などの捕獲結合リガンドを伝導性オリゴマーを用
いて電極に共有結合させるとき、1つのタイプの伝導性オリゴマーを使用して核
酸を結合させ、別のタイプをSAM中で用いることは可能である。同様に、異な
る長さの伝導性オリゴマーの混合物を単層に有して、非特異的シグナルの減少を
促進するのが望ましい。従って、例えば、好ましい実施態様は、単層の残部の表
面下、つまり使用されているなら、絶縁層の下で、または他の伝導性オリゴマー
の特定のフラクション下で終わる、伝導性オリゴマーを含むEFSなどの表面種
を利用する。同様に、伝導性オリゴマーなど異なる種を使用して、単層の形成を
容易にしたり、別の特性を持つ単層をつくることもできる。
Although the monolayer can include different surface species, in various configurations, a reasonably identical SAM
It will be appreciated that it is preferable to select different species so that can be formed. Thus, for example, when a capture binding ligand, such as a nucleic acid, is covalently attached to the electrode using a conductive oligomer, it is not possible to use one type of conductive oligomer to bind the nucleic acid and use another type in the SAM. It is possible. Similarly, it is desirable to have a mixture of conductive oligomers of different lengths in a monolayer to facilitate the reduction of non-specific signals. Thus, for example, a preferred embodiment is an EFS comprising conductive oligomers that terminate below the surface of the remainder of the monolayer, ie, if used, under an insulating layer or under a specific fraction of other conductive oligomers. Use surface species such as Similarly, different species, such as conductive oligomers, can be used to facilitate the formation of a monolayer or to create a monolayer with different properties.

【0116】 当業者には明らかなように、単層をつくる異なる種の、実際の組合せと比率は
広範囲に代わり得るのであり、また、メカニズム−1またはメカニズム−2の何
れが使用されているかに応じて、また、粗なあるいは滑らかな表面のいずれが使
用されるかに応じて変わりうる。一般に、メカニズム−2システムでは3成分シ
ステムが好ましく、第一の種は、種を含有する捕獲結合リガンド(標的被検体が
核酸である場合、捕獲プローブという)を含み、結合リンカー(例えば、絶縁体ま
たは伝導性オリゴマーのいずれか)を介して電極に結合している。第二の種はE
FSであり、第三の種は絶縁体である。この実施態様において、第一の種は約9
0%から約1%を含み得、約20%から約40%が好ましい。標的被検体が核酸
である場合、約30%から約40%が短いオリゴヌクレオチド標的に特に好まし
く、約10%から約20%が長い標的に好ましい。第二の種は約1%から約90
%を含み得、約20%から約90%が好ましく、約40%から約60%が特に好
ましい。第三の種は約1%から約90%を含み得、約20%から約40%が好ま
しく、約15%から約30%が特に好ましい。これらの近似比率を達成するため
の、SAM構成溶媒中の第一:第二:第三の種の好ましい比率は、短い標的につ
いては2:2:1、長い標的については1:3:1であり、全チオール濃度(こ
れらの種との結合に使用する場合、以下で詳記)は、500μMから1mMの範囲お
よび833μMが好ましい。
As will be apparent to those skilled in the art, the actual combinations and ratios of the different species that make up the monolayer can vary widely, and it depends on whether mechanism-1 or mechanism-2 is used. It may vary depending on whether a rough or smooth surface is used. In general, a three-component system is preferred for the mechanism-2 system, wherein the first species comprises a capture binding ligand containing the species (called a capture probe if the target analyte is a nucleic acid) and a binding linker (e.g., an insulator Or any of the conductive oligomers). The second species is E
FS, and a third species is an insulator. In this embodiment, the first species is about 9
It can include 0% to about 1%, with about 20% to about 40% being preferred. When the target analyte is a nucleic acid, about 30% to about 40% are particularly preferred for short oligonucleotide targets, and about 10% to about 20% are preferred for long targets. The second species is from about 1% to about 90
%, With about 20% to about 90% being preferred, with about 40% to about 60% being particularly preferred. The third species can include from about 1% to about 90%, with about 20% to about 40% being preferred, and about 15% to about 30% being particularly preferred. Preferred ratios of the first: second: third species in the SAM constituent solvent to achieve these approximate ratios are 2: 2: 1 for short targets and 1: 3: 1 for long targets. Yes, the total thiol concentration (when used for binding to these species, detailed below) ranges from 500 μM to 1 mM and preferably 833 μM.

【0117】 あるいは、第一種および第二種を含む2成分システムを使用することができる
。ある実施態様では、メカニズム−1またはメカニズム−2のシステムの何れか
での使用する、2成分は第一および第二の種である。この実施態様において、第
一の種は約1%から約90%を含み得、約10%から約40%が好ましく、約1
0%から約40%が特に好ましい。第二の種は約1%から約90%を含み得、約
10%から約60%が好ましく、約20%から約40%が特に好ましい。 あるいは、メカニズム−1システムまたは“粗な”メカニズム−2システムで
は、2成分は第一および第三の種である。この実施態様において、第一の種は約
1%から約90%を含み得、約10%から約40%が好ましく、約10%から約
40%が特に好ましい。第二の種は約1%から約90%を含み得、約10%から
約60%が好ましく、約20%から約40%が特に好ましい。
Alternatively, a two-component system comprising a first and a second type can be used. In some embodiments, the two components used in either mechanism-1 or mechanism-2 systems are first and second species. In this embodiment, the first species may comprise from about 1% to about 90%, preferably from about 10% to about 40%, with about 1%
0% to about 40% is particularly preferred. The second species may comprise from about 1% to about 90%, with about 10% to about 60% being preferred, and about 20% to about 40% being particularly preferred. Alternatively, in a mechanism-1 system or a "coarse" mechanism-2 system, the two components are the first and third species. In this embodiment, the first species may comprise from about 1% to about 90%, with about 10% to about 40% being preferred, and about 10% to about 40% being particularly preferred. The second species may comprise from about 1% to about 90%, with about 10% to about 60% being preferred, and about 20% to about 40% being particularly preferred.

【0118】 好ましい実施態様として、水性溶液中でSAMの析出を行なう。Steel et al.
, Anal. Chem. 70: 4670 (1998), Herne et al., J. Am. Chem. Soc. 119:8916
(1997)およびA. J. Bard, Electroanalytical Chemistry: A Series of Advance
s, Vol. 20. Dekker N.Y. 1996-のFinklea, Electrochemistry of Organized mo
nolayers of Thiols and Related molecules on Electrodesに概略説明されてい
るように、SAM形成種の析出を水性溶液(しばしば塩を含む)から行なうことが
できる(これらすべては出典明示により本明細書に組込む)。
In a preferred embodiment, the SAM is precipitated in an aqueous solution. Steel et al.
, Anal. Chem. 70: 4670 (1998), Herne et al., J. Am. Chem. Soc. 119: 8916.
(1997) and AJ Bard, Electroanalytical Chemistry: A Series of Advance
s, Vol. 20. Dekker NY 1996- Finklea, Electrochemistry of Organized mo
As outlined in the nolayers of Thiols and Related molecules on Electrodes, precipitation of SAM-forming species can be performed from aqueous solutions (often including salts), all of which are incorporated herein by reference.

【0119】 単層形成種と捕獲結合リガンド種の電極への共有結合は、様々な方法で達成さ
れ、電極および各部分の組成に依存する。好ましい実施態様として、本明細書に
記載のヌクレオシドまたは核酸と共有結合した結合リンカーは、電極に共有結合
している。従って、結合リンカーの一方の端または末端がヌクレオシドまたは核
酸に結合しており、もう一方が電極に結合している。ある実施態様において、結
合リンカーが末端以外の位置で結合するか、またはさらに、分枝結合リンカーが
一方の末端で電極に結合し、他の末端で2またはそれ以上のヌクレオシドに結合
するのが望ましいことであるが、これは好ましくない。同様に、一般に構造11
−13に記載されるように、結合リンカーは2つの部位で電極に結合し得る。一
般に構造10でAとして下記に示すように、あるタイプのリンカーが使用される
。構造10において、“X”はEFS(例えば伝導性オリゴマー)、“I”は絶縁
体であり、斜線の表面は電極である:
The covalent attachment of the monolayer-forming species and the capture binding ligand species to the electrode can be achieved in various ways and depends on the composition of the electrode and each part. In a preferred embodiment, a binding linker covalently linked to a nucleoside or nucleic acid described herein is covalently linked to the electrode. Thus, one end or end of the binding linker is bound to a nucleoside or nucleic acid and the other is bound to an electrode. In certain embodiments, it is desirable for the linking linker to be attached at a position other than the terminus, or further for a branched linker to be attached to the electrode at one end and to two or more nucleosides at the other end. This is undesirable. Similarly, generally the structure 11
As described in -13, a binding linker can bind to an electrode at two sites. Generally, certain types of linkers are used, as shown below in Structure 10 as A. In structure 10, "X" is EFS (eg, a conductive oligomer), "I" is an insulator, and the hatched surface is an electrode:

【0120】[0120]

【化10】 Embedded image

【0121】 本実施態様において、Aはリンカーまたは原子である。“A”の選択は、電極
の特徴に一部依存する。従って、例えば、Aは、金電極を使用する場合、硫黄部
である。あるいは、酸化金属電極を使用するとき、Aはオキサイドの酸素に結合
したシリコン(シラン)部である(例えば、Chen et al., Langmuir 10: 3332-3337
(1994); Lenhard et al., J. Electroanal. Chem. 78: 195-201 (1977)参照、
両方とも出典明示により本明細書の一部とする)。炭素ベースの電極を使用する
とき、Aはアミノ部である(好ましくは、1級アミン;例えば、Deinhammer et a
l., Langmuir 10: 1306-1313 (1994)参照)。従って、好ましいA部は、シラン部
、硫黄部(アルキル硫黄部を含む)およびアミノ部を含むが、これらに限定されな
い。好ましい実施態様において、当分野で既知のようなレドックスポリマーとの
エポキシドタイプ結合は使用しない。
In this embodiment, A is a linker or an atom. The choice of "A" depends in part on the characteristics of the electrode. Therefore, for example, A is a sulfur part when a gold electrode is used. Alternatively, when using a metal oxide electrode, A is a silicon (silane) moiety bonded to the oxygen of the oxide (eg, Chen et al., Langmuir 10: 3332-3337).
(1994); Lenhard et al., J. Electroanal.Chem. 78: 195-201 (1977);
Both are hereby incorporated by reference). When using a carbon-based electrode, A is an amino moiety (preferably a primary amine; for example, Deinhammer et al.
l., Langmuir 10: 1306-1313 (1994)). Thus, preferred A parts include, but are not limited to, a silane moiety, a sulfur moiety (including an alkyl sulfur moiety), and an amino moiety. In a preferred embodiment, no epoxide-type linkage with a redox polymer as known in the art is used.

【0122】 本明細書には一つの部分としてしか描出していないが、これらの部分は1個以
上の“A”部で電極と結合し得る;“A”部は同一または異なり得る。従って、
例えば、電極が金電極であり、“A”が硫黄原子または部分であるとき、一般に
下記構造11、12および13の伝導性オリゴマーについて描出しているように
、複数の硫黄原子を、電極にこれらの種を結合させるのに使用し得る。当業者に
認められるように、このような他の構造が製造できる。構造11、12および1
3においては、A部は硫黄原子だけであるが、置換硫黄部も使用し得る。
Although depicted herein as only one portion, these portions may be associated with the electrode at one or more “A” portions; the “A” portions may be the same or different. Therefore,
For example, when the electrode is a gold electrode and "A" is a sulfur atom or moiety, a plurality of sulfur atoms may be added to the electrode as depicted generally for the conductive oligomers of Structures 11, 12 and 13 below. Can be used to combine species of As will be appreciated by those skilled in the art, such other structures can be manufactured. Structures 11, 12 and 1
In 3, the A portion is only a sulfur atom, but a substituted sulfur portion may be used.

【0123】[0123]

【化11】 Embedded image

【0124】[0124]

【化12】 Embedded image

【0125】[0125]

【化13】 Embedded image

【0126】 構造13と同様に、電極に結合している3つの硫黄部を有し、一つの炭素原子
で終了する種を有することが可能であることも留意すべきである。さらに本明細
書に必ずしも記載されていないが、これらの種はまた“Q”末端基を含み得る。
It should also be noted that, like structure 13, it is possible to have a species that has three sulfur moieties attached to the electrode and terminates at one carbon atom. Further, although not necessarily described herein, these species may also include "Q" end groups.

【0127】 好ましい実施態様において、電極は金電極であり、結合は当分野で既知のよう
に硫黄結合を介しており、すなわち、A部は硫黄原子または部分である。金−硫
黄結合の正確な特徴は知られていないが、この結合は本発明の目的で、共有結合
と考える。代表的な構造は構造3の伝導性オリゴマーを用いて構造14に描出す
るが、本明細書に記載のすべての構造について、いずれの表面種も使用し得る。
同様にいずれの表面種も本明細書に記載の末端基を含み得る。構造14は、“A
”リンカーが硫黄原子のみを含むように記載しているが、他の原子も存在し得る
(すなわち、硫黄から伝導性オリゴマーへのまたは置換基へのリンカー)。 さらに、構造14は、Y芳香族基に結合した硫黄原子を表わしているが、当業
者に明らかであろうように、B−D基(すなわち、アセチレン)と同様に結合した
ものであってもよい。
In a preferred embodiment, the electrode is a gold electrode and the bond is through a sulfur bond as is known in the art, ie, part A is a sulfur atom or moiety. Although the exact nature of the gold-sulfur bond is not known, this bond is considered a covalent bond for the purposes of the present invention. A representative structure is depicted in Structure 14 using the conductive oligomer of Structure 3, but for all structures described herein, any surface species may be used.
Similarly, any surface species may include the terminal groups described herein. The structure 14 is composed of “A
"Although linkers are described as containing only sulfur atoms, other atoms may be present.
(Ie, a linker from sulfur to a conductive oligomer or to a substituent). Further, while structure 14 represents a sulfur atom attached to the Y aromatic group, it will be apparent to those of skill in the art that the structure 14 can be similarly attached to the BD group (i.e., acetylene). Good.

【0128】[0128]

【化14】 一般的には、チオール結合が好ましい。Embedded image Generally, a thiol bond is preferred.

【0129】 好ましい実施態様において、電極は炭素電極、すなわち、ガラス状炭素電極で
あり、結合はアミン基の窒素原子を介している。代表的な構造を構造15に示す
。また別の原子が存在し得、すなわち、ZタイプリンカーおよびXまたは末端基
であり得る。
In a preferred embodiment, the electrode is a carbon electrode, ie a vitreous carbon electrode, and the bond is through the nitrogen atom of the amine group. A representative structure is shown in Structure 15. Yet another atom may be present, ie, a Z-type linker and an X or end group.

【0130】[0130]

【化15】 Embedded image

【0131】[0131]

【化16】 Embedded image

【0132】 構造16において、酸素原子は金属酸化物電極の酸化物からのものである。S
i原子は他の原子を含んでもよく、すなわち、置換基含有の珪素部分であっても
よい。他の電極に対するSAMの他の付着は技術上既知である;例えば、インジ
ウム酸化スズ電極に対する付着、およびインジウム酸化スズ電極に対するリン酸
エステルの化学吸着についてはナピエールら(Napier et al., Langmuir, 1997)
の文献参照(CHI会議(1998年5月4〜5日)でのホールデン・ソープ(
H. Holden Thorpe)の講演)。
In structure 16, the oxygen atoms are from the oxide of the metal oxide electrode. S
The i-atom may include other atoms, ie, may be a substituent-containing silicon moiety. Other attachments of SAM to other electrodes are known in the art; see, for example, Napier et al., Langmuir, 1997 for attachment to indium tin oxide electrodes and chemisorption of phosphate esters on indium tin oxide electrodes. )
(Holden Thorpe at the CHI Conference (May 4-5, 1998)
H. Holden Thorpe).

【0133】 本発明のSAMは種々の方法、例えば、有機溶液からの析出および水性溶液か
らの析出などにより作製し得る。本明細書にて概説した方法では、例として金電
極を使用するが、当業者が認めるように、他の金属および方法も同様に使用し得
る。好適な一態様においては、インジウム−スズ−酸化物(ITO)が電極とし
て用いられる。
The SAMs of the present invention can be made by various methods, for example, precipitation from organic solutions and precipitation from aqueous solutions. The methods outlined herein use gold electrodes as an example, but other metals and methods may be used as well as those skilled in the art will appreciate. In a preferred embodiment, indium-tin-oxide (ITO) is used as the electrode.

【0134】 好適な態様において、金表面は先ず洗浄する。様々な洗浄手法が採用可能であ
り、例えば、これらに限定されるものではないが、化学的洗浄またはエッチング
用試薬(ピランハ(Piranha)溶液(過酸化水素/硫酸)または王水(塩酸/硝
酸))、電気化学的方法、火炎処理、プラズマ処理またはそれらの併用などであ
る。
In a preferred embodiment, the gold surface is first cleaned. Various cleaning techniques can be employed, including, but not limited to, chemical cleaning or etching reagents (Piranha solution (hydrogen peroxide / sulfuric acid) or aqua regia (hydrochloric acid / nitric acid)) ), An electrochemical method, a flame treatment, a plasma treatment or a combination thereof.

【0135】 洗浄に続いて、金基板はSAM種に露呈する。電極がITOである場合、SA
M種はリン酸エステル含有種である。この処理も様々な方法で実施し得るもので
あり、例えば、溶液析出、気相析出、微小接触プリンティング、スプレー析出、
ニート成分を用いる析出などであるが、これらに限定されるものではない。好適
な態様では、溶液中で種々のSAM種、一般にはチオール含有種の混合物を含む
析出溶液を利用する。標的被検体、特にDNAを含む混合単層は通常2工程手法
を用い調製する。チオール化DNAは(一般に少なくとも1種の他の単層形成種
の存在下)最初の析出工程に際し析出し、混合単層形成はDNAを含まない第二
チオール溶液を加える第二工程の間に完結する。第二工程は多くの場合、単層再
構成を促進するための緩和な加熱を含む。
Following the cleaning, the gold substrate is exposed to SAM species. SA when electrode is ITO
Species M is a phosphate ester containing species. This treatment can also be performed in various ways, for example, solution deposition, vapor deposition, microcontact printing, spray deposition,
Examples include, but are not limited to, deposition using a neat component. A preferred embodiment utilizes a precipitation solution comprising a mixture of various SAM species, generally thiol-containing species, in the solution. A target analyte, particularly a mixed monolayer containing DNA, is usually prepared using a two-step procedure. Thiolated DNA precipitates during the first precipitation step (generally in the presence of at least one other monolayer-forming species) and mixed monolayer formation is completed during the second step of adding a second thiol solution without DNA. I do. The second step often involves mild heating to promote monolayer reconstruction.

【0136】 好適な態様において、析出溶液は有機析出溶液である。この態様において、清
浄金表面は清浄バイアル中に入れる。有機溶媒中の結合リガンド析出溶液は、総
チオール濃度がマイクロモルと飽和の間にあるように調製する;好適な範囲は約
1μMないし10mMであり、特に好ましくは約400μMないし1.0mMで
ある。好適な態様において、析出溶液はチオール修飾DNA(すなわち、付着リ
ンカーに付着した核酸)およびチオール希釈分子(電導性オリゴマーまたは絶縁
体であるが、後者が好ましい)を含有する。DNAと希釈剤(もしあるとすれば
)との比は通常1000:1と1:1000との間であり、好ましくは約10:
1ないし約1:10であり、特に好ましいのは1:1である。好適な溶媒はテト
ラヒドロフラン(THF)、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド(DMF)
、エタノール、またはその混合物である;一般に、捕獲リガンドを溶解するのに
十分な極性の溶媒であれば、その溶媒が表面と反応するような官能基をもたない
限り、使用可能である。十分なDNA析出溶液をバイアルに加えて電極の表面を
完全に蔽うようにする。この金基板は外界温度または外界温度より少し高い温度
で、数秒ないし数時間、好ましくは5分ないし30分間インキュベートする。最
初のインキュベーション後、析出溶液を取出し、希釈分子のみの有機溶媒溶液(
約1μMないし10mM,好ましくは約100μMないし約1.0mM)を添加す
る。金基板は室温または室温以上の温度で所定時間(数秒ないし数日、好ましく
は約10分ないし約24時間)インキュベートする。金サンプルを溶液から取出
し、清浄な溶媒にすすいで使用する。
In a preferred embodiment, the deposition solution is an organic deposition solution. In this embodiment, the clean gold surface is placed in a clean vial. The bound ligand deposition solution in an organic solvent is prepared such that the total thiol concentration is between micromolar and saturation; a preferred range is from about 1 μM to 10 mM, particularly preferred from about 400 μM to 1.0 mM. In a preferred embodiment, the precipitation solution contains thiol-modified DNA (ie, nucleic acids attached to an attachment linker) and thiol-diluted molecules (which are conductive oligomers or insulators, the latter being preferred). The ratio of DNA to diluent (if any) is usually between 1000: 1 and 1: 1000, preferably about 10:
It is from 1 to about 1:10, particularly preferred is 1: 1. Suitable solvents are tetrahydrofuran (THF), acetonitrile, dimethylformamide (DMF)
, Ethanol, or mixtures thereof; generally, any solvent of sufficient polarity to dissolve the capture ligand can be used, as long as the solvent does not have a functional group that will react with the surface. Sufficient DNA precipitation solution is added to the vial to completely cover the surface of the electrode. The gold substrate is incubated at ambient temperature or slightly above ambient temperature for a few seconds to a few hours, preferably 5 to 30 minutes. After the first incubation, the precipitation solution is removed, and an organic solvent solution containing only diluted molecules (
About 1 μM to 10 mM, preferably about 100 μM to about 1.0 mM). The gold substrate is incubated at room temperature or a temperature higher than room temperature for a predetermined time (several seconds to several days, preferably about 10 minutes to about 24 hours). A gold sample is removed from the solution and rinsed in a clean solvent for use.

【0137】 好適な態様においては、水性析出溶液を用いる。上記のように、清浄金表面を
清浄バイアル内に入れる。DNAの析出水性溶液は総チオール濃度が約1μMと
10mMの間、好ましくは約1μMないし200μMであるように調製する。水
性溶液は多くの場合、塩を存在させている(飽和まで、好ましくは約1Mである
)が、精製水が使用し得る。析出溶液はチオール修飾DNAおよびしばしばチオ
ール希釈分子を含有する。DNAと希釈剤との比は通常1000:1と1:10
00との間であり、好ましくは約10:1ないし約1:10であり、特に好まし
いのは1:1である。DNA析出溶液は電極の表面を完全に蔽うような容量でバ
イアルに加える。この金基板を外界温度または外界温度より少し高い温度で1〜
30分間インキュベートするが、通常5分で十分である。最初のインキュベーシ
ョン後、析出溶液を取出し、希釈分子のみ(10μMないし1.0mM)の水性
溶液または有機溶媒溶液を添加する。金基板は室温または室温以上の温度で、完
全な単層が形成されるまで(10分〜24時間)インキュベートする。金サンプ
ルを溶液から取出し、清浄な溶媒にすすいで使用する。
In a preferred embodiment, an aqueous precipitation solution is used. Place the clean gold surface in a clean vial as described above. The DNA precipitation aqueous solution is prepared such that the total thiol concentration is between about 1 μM and 10 mM, preferably between about 1 μM and 200 μM. Aqueous solutions are often present with salts (until saturation, preferably about 1M), but purified water can be used. The precipitation solution contains thiol-modified DNA and often thiol-diluted molecules. The ratio of DNA to diluent is usually 1000: 1 and 1:10
00, preferably from about 10: 1 to about 1:10, particularly preferably 1: 1. The DNA deposition solution is added to the vial in a volume that completely covers the surface of the electrode. This gold substrate is heated at an ambient temperature or slightly higher
Incubate for 30 minutes, usually 5 minutes is sufficient. After the first incubation, the precipitation solution is removed and a dilute molecule only (10 μM to 1.0 mM) aqueous or organic solvent solution is added. The gold substrate is incubated at or above room temperature until a complete monolayer is formed (10 minutes to 24 hours). A gold sample is removed from the solution and rinsed in a clean solvent for use.

【0138】 好適な態様においては、本明細書に説明するように、回路基板が金電極用の基
板として使用される。金表面上SAMの形成は、先ず基板を、本明細書に記載の
ように、例えば、10%硫酸溶液中30秒間、デタージェント溶液、王水、プラ
ズマなどで清浄とすることにより一般に実施する。硫酸処理に続いて、基板は、
例えば、2個のミリ−Q水浴にそれぞれ1分間浸漬することにより洗浄する。こ
の基板を次いで、例えば、窒素気流下に乾燥する。基板上に析出溶液をスポット
するには、相当数の既知スポット・システムを用い、一般には基板をX−Yテー
ブル上に置き、調湿チャンバー中で実施する。スポット滴のサイズは基板上の電
極サイズと溶液送達に使用する器具により変わる;例えば、250μMサイズの
電極では、30ナノリットルの液滴が用いられる。この容量は電極表面を完全に
蔽うのに十分でなければならない。液滴は室温で所定時間(秒ないし一夜である
が、5分間が好適)インキュベートし、次いでミリ−Q水浴中ですすぐことによ
り液滴を除去する。基板は次いで、好ましくは、第二析出溶液、一般に有機溶媒
、好ましくはアセトニトリル中に絶縁体を含んでなる溶液により、45℃の浴に
浸漬することによって処理する。30分後、基板を取出し、アセトニトリル浴に
30秒間浸漬し、次いでミリ−Q水浴中30秒間浸漬する。基板を窒素気流下に
乾燥する。
In a preferred embodiment, a circuit board is used as a substrate for gold electrodes, as described herein. The formation of a SAM on a gold surface is generally performed by first cleaning the substrate as described herein, for example, in a 10% sulfuric acid solution for 30 seconds with a detergent solution, aqua regia, plasma, or the like. Following the sulfuric acid treatment, the substrate is
For example, washing is performed by immersing each in two milli-Q water baths for one minute. The substrate is then dried, for example, under a stream of nitrogen. To spot the deposition solution on the substrate, a number of known spot systems are used, typically placing the substrate on an XY table and performed in a humidity chamber. The size of the spot drop depends on the size of the electrode on the substrate and the instrument used for solution delivery; for example, for a 250 μM size electrode, a 30 nanoliter drop is used. This capacitance must be sufficient to completely cover the electrode surface. The droplets are incubated at room temperature for a period of time (seconds to overnight, preferably 5 minutes), and then the droplets are removed by rinsing in a Milli-Q water bath. The substrate is then preferably treated with a second deposition solution, generally a solution comprising the insulator in an organic solvent, preferably acetonitrile, by immersion in a 45 ° C. bath. After 30 minutes, the substrate is removed and immersed in an acetonitrile bath for 30 seconds and then in a Milli-Q water bath for 30 seconds. The substrate is dried under a stream of nitrogen.

【0139】 好適な態様においては、検出電極はさらに捕獲結合リガンド、好ましくは共有
結合付着したリガンドを含む。本明細書において“結合リガンド”または“結合
種”とは、標的被検体の存在を探査するために用いる化合物であって、標的被検
体に結合する化合物を意味する。一般に、本明細書に記載された態様の殆どにつ
いて、標的被検体1分子当たり少なくとも2つの結合リガンドが存在する;すな
わち、本明細書に記載の検出電極に付着する“捕獲”または“アンカー”結合リ
ガンド(本明細書では、特に核酸結合リガンドに関して“捕獲プローブ”ともい
う)、および可溶性結合リガンド(核酸を使用する場合、本明細書では、“標識
プローブ”または“シグナル化プローブ”ともいう)であって、標的被検体に独
立に結合し、直接または間接に少なくとも1個のETMを含んでなるリガンドで
ある。しかしながら、本明細書中に説明しているように、ある場合には、標的被
検体はETMを含んでいてもよく、従ってただ1つの捕獲結合配位子を使用する
[0139] In a preferred embodiment, the detection electrode further comprises a capture binding ligand, preferably a covalently attached ligand. As used herein, "binding ligand" or "binding species" is a compound used to probe for the presence of a target analyte, and refers to a compound that binds to the target analyte. In general, for most of the embodiments described herein, there will be at least two binding ligands per molecule of the target analyte; ie, "capture" or "anchor" binding to the detection electrodes described herein. Ligand (also referred to herein as a "capture probe", particularly with respect to nucleic acid binding ligands), and soluble binding ligand (if a nucleic acid is used, also referred to herein as "labeled probe" or "signaling probe"). Wherein the ligand independently binds to the target analyte and comprises, directly or indirectly, at least one ETM. However, as described herein, in some cases, the target analyte may include an ETM, thus using only one capture binding ligand.

【0140】 一般に、捕獲結合リガンドは検出を目的として、バイオセンサー電極に標的被
検体が付着するのを可能とする。以下により詳細に説明するように、標的被検体
が捕獲結合リガンドに付着するのは直接的(すなわち、標的被検体が捕獲結合リ
ガンドに付着する)または間接的(1種以上の捕獲エクステンダーリガンドを使
用し得る)であってもよい。
In general, capture binding ligands allow a target analyte to attach to a biosensor electrode for detection. As described in more detail below, the target analyte attaches to the capture binding ligand directly (ie, the target analyte attaches to the capture binding ligand) or indirectly (using one or more capture extender ligands). May be possible).

【0141】 好適な態様において、結合は特異的であり、結合リガンドは結合対の部分であ
る。本明細書において“特異的に結合”とは、該リガンドが、試験サンプルの被
検体と他の成分または混入物とを識別するのに十分な特異性もって被検体に結合
することを意味する。しかし、当業者には明らかなように、それ程特異的ではな
い結合を用いても被検体を検出することが可能である;例えば、このシステムに
は異なる結合リガンド、例えば、異なるリガンドのアレイを使用でき、特定のど
の被検体の検出も、結合リガンドのパネルへの結合の“サイン”を介するが、こ
れは“電子の鼻”が作用する様式に類似している。この結合は、被検体が非特異
結合を除去するための洗浄工程を含むアッセイの条件下でも結合したままである
ために十分なものでなければならない。ある態様においては、例えば、ある生体
分子の検出では、結合リガンドに対する被検体の結合定数は少なくとも約104
〜106-1であり、好ましくは約105ないし109-1であり、そして特に好
ましいのは約107〜109-1である。
In a preferred embodiment, the binding is specific and the binding ligand is part of a binding pair. As used herein, "specifically binds" means that the ligand binds to the analyte in the test sample with sufficient specificity to distinguish the analyte from other components or contaminants. However, it will be apparent to one skilled in the art that analytes can be detected using less specific binding; for example, the system uses an array of different binding ligands, eg, different ligands. Yes, detection of any particular analyte is via the "sign" of binding of the bound ligand to the panel, similar to the manner in which the "electronic nose" works. This binding must be sufficient for the analyte to remain bound under the conditions of the assay, including a washing step to remove non-specific binding. In some embodiments, for example, in the detection of certain biomolecules, the binding constants of the analyte to the binding ligand is at least about 10 4
〜1010 6 M −1 , preferably about 10 5 to 10 9 M −1 , and particularly preferred is about 10 7 to 10 9 M −1 .

【0142】 当業者には明らかなように、結合リガンドの組成は標的被検体の組成に依存す
る。広範な被検体に対する結合リガンドが既知であるか、または既知技法を用い
て容易に見出すことができる。例えば、被検体が一本鎖核酸である場合、結合リ
ガンドは、一般に、実質上相補性核酸であろう。あるいは、米国特許第5,270,16
3、5,475,096、5,567,588、5,595,877、5,637,459、5,683,867、5,705,337、お
よび出典明示により明細書に組込まれている関連特許に概略説明されている通り
、核酸 “アプトマー(aptomer)”を、任意の標的被検体と実質的に結合させるた
めに発生させることができる。同様に、被検体は核酸結合タンパク質であっても
よく、捕獲結合リガンドは一本鎖または二本鎖核酸である;あるいは、結合リガ
ンドは、被検体が一本鎖または二本鎖核酸である場合、核酸結合タンパク質であ
ろう。被検体がタンパク質である場合、結合リガンドは、タンパク質(とりわけ
、それらの抗体またはフラグメント(FAbsなど)を含む)、小分子、または上
記したアプトマーを含む。好適な結合リガンドタンパク質はペプチドを包含する
。例えば、被検体が酵素である場合、適切な結合リガンドは基質、阻害剤、およ
び酵素と結合する他のタンパク質(すなわち、多重酵素(またはタンパク質)複合
体の成分)を包含する。当業者には明らかなように、会合する任意の2つの分子
を、被検体としてかまたは結合リガンドとして、好ましくは特異的に、使用し得
る。適切な被検体/結合リガンド対は、抗体/抗原、受容体/リガンド、タンパ
ク質/核酸;核酸/核酸、酵素/基質および/または阻害剤、炭水化物(糖タン
パク質および糖脂質を含む)/レクチン、炭水化物と他の結合パートナー、タン
パク質/タンパク質;およびタンパク質/小分子などを含むが、これらに限定さ
れるものではない。これらは野生型または誘導配列であってもよい。好適な態様
において、結合リガンドは多量化することの知られる細胞表面受容体、例えば、
成長ホルモン受容体、グルコース輸送体(特にGLUT4受容体)、トランスフ
ェリン受容体、表皮成長因子受容体、低密度リポタンパク質受容体、高密度リポ
タンパク質受容体、レプチン受容体、インターロイキン受容体(IL−1、IL
−2、IL−3、IL−4、IL−5、IL−6、IL−7、IL−8、IL−
9、IL−11、IL−12、IL−13、IL−15、およびIL−17受容
体を含む)、VEGF受容体、PDGF受容体、EPO受容体、TPO受容体、
毛様神経栄養因子受容体、プロラクチン受容体、およびT細胞受容体などの部分
である。同様に、結合化学方法に基づく、結合パートナーの発展に関係する多く
の文献がある。
As will be apparent to one of skill in the art, the composition of the binding ligand will depend on the composition of the target analyte. Binding ligands for a wide range of analytes are known or can be readily found using known techniques. For example, if the analyte is a single-stranded nucleic acid, the binding ligand will generally be a substantially complementary nucleic acid. Alternatively, U.S. Pat.
3, 5,475,096, 5,567,588, 5,595,877, 5,637,459, 5,683,867, 5,705,337, and the nucleic acid "aptomer" as described in any of the related patents incorporated herein by reference. It can be generated to substantially combine. Similarly, the analyte may be a nucleic acid binding protein and the capture binding ligand is a single-stranded or double-stranded nucleic acid; alternatively, the binding ligand may be where the analyte is a single-stranded or double-stranded nucleic acid. , A nucleic acid binding protein. When the analyte is a protein, the binding ligand comprises a protein (including, inter alia, antibodies or fragments thereof (such as FAbs)), a small molecule, or an aptamer as described above. Suitable binding ligand proteins include peptides. For example, where the analyte is an enzyme, suitable binding ligands include substrates, inhibitors, and other proteins that bind the enzyme (ie, components of a multiple enzyme (or protein) complex). As will be apparent to those skilled in the art, any two molecules that associate may be used as analytes or as binding ligands, preferably specifically. Suitable analyte / binding ligand pairs include antibodies / antigens, receptors / ligands, proteins / nucleic acids; nucleic acids / nucleic acids, enzymes / substrates and / or inhibitors, carbohydrates (including glycoproteins and glycolipids) / lectins, carbohydrates And other binding partners, proteins / proteins; and proteins / small molecules, and the like. These may be wild type or derived sequences. In a preferred embodiment, the binding ligand is a cell surface receptor known to multimerize, for example,
Growth hormone receptor, glucose transporter (especially GLUT4 receptor), transferrin receptor, epidermal growth factor receptor, low density lipoprotein receptor, high density lipoprotein receptor, leptin receptor, interleukin receptor (IL- 1, IL
-2, IL-3, IL-4, IL-5, IL-6, IL-7, IL-8, IL-
9, IL-11, IL-12, IL-13, IL-15, and IL-17 receptors), VEGF receptor, PDGF receptor, EPO receptor, TPO receptor,
It is part of the ciliary neurotrophic factor receptor, prolactin receptor, and T cell receptor. Similarly, there is a great deal of literature relating to the development of binding partners based on binding chemistry methods.

【0143】 本実施態様において、結合リガンドが核酸である場合、好ましい組成と技術は
米国特許番号第 5,591,578; 5,824,473; 5,770,369; 5,705,348; ,5,780,234お
よび 5,952,172、WO98/20162;WO99/37819; PCT/US98/12430;PCT/US99/017
03;PCT/US98/12082;PCT/US99/14191;PCT/US99/21683;PCT/US99/25464;PCT/
US99/10104;およびU.S.S.N.s 09/135,183;09/295,691および09/306,653に概略
説明されており、これらすべては出典明示により本明細書の一部とする。
In this embodiment, where the binding ligand is a nucleic acid, preferred compositions and techniques are described in US Pat. Nos. 5,591,578; 5,824,473; 5,770,369; 5,705,348; 12430; PCT / US99 / 017
03; PCT / US98 / 12082; PCT / US99 / 14191; PCT / US99 / 21683; PCT / US99 / 25464; PCT /
And USSNs 09 / 135,183; 09 / 295,691 and 09 / 306,653, all of which are hereby incorporated by reference.

【0144】 捕獲結合リガンドを付着リンカー(絶縁体または伝導性オリゴマーの何れか)に
付着させる方法は、一般に当該技術分野で知られているように実施されるが、付
着リンカーの組成と捕獲結合リガンドの両方に左右される。一般に、捕獲結合リ
ガンドは官能基の使用を経て付着リンカーに付着させるが、各官能基は次いで付
着に用い得るものである。付着に好適な官能基は、アミノ基、カルボキシ基、オ
キソ基およびチオール基である。これらの官能基は次いで直接または間接的に本
明細書では“Z”で表すリンカーの使用を経て付着させ得る。リンカーは当技術
分野でよく知られている;例えば、ホモ−またはヘテロ−二官能性リンカーがよ
く知られたものである(参照:1994ピアース・ケミカル・カンパニーカタロ
グ、架橋に関する技術の項、155〜200頁;出典明示により本明細書の一部
とする)。好適なZリンカーは、アルキル基(置換アルキル基およびヘテロ原子
部分を含むアルキル基)、短鎖アルキル基を有するエステル、アミド、アミン、
エポキシ基およびエチレングリコール、および好ましい誘導体などであり、プロ
ピル、アセチレン、およびC2アルケンがとりわけ好ましいが、これらに限定さ
れるものではない。Zはスルホンアミドを形成するスルホン基であってもよい。
The method of attaching the capture binding ligand to the attachment linker (either insulator or conductive oligomer) is generally performed as is known in the art, but the composition of the attachment linker and the capture binding ligand Depends on both. Generally, the capture binding ligand is attached to the attachment linker via the use of a functional group, but each functional group is then available for attachment. Suitable functional groups for attachment are amino, carboxy, oxo and thiol groups. These functional groups may then be attached, directly or indirectly, through the use of a linker designated herein as "Z". Linkers are well known in the art; for example, homo- or hetero-bifunctional linkers are well-known (see: Pierce Chemical Company, 1994, Catalog of Crosslinking Techniques, 155-155). 200 pages; incorporated herein by reference.) Suitable Z linkers include alkyl groups (substituted alkyl groups and alkyl groups containing heteroatom moieties), esters with short chain alkyl groups, amides, amines,
Epoxy groups and ethylene glycol, and preferred derivatives and the like, propyl, acetylene, and C 2 alkenes are particularly preferred, but not limited thereto. Z may be a sulfone group forming a sulfonamide.

【0145】 この様式で、タンパク質、レクチン、核酸、小型有機分子、炭水化物などを含
む捕獲結合リガンドを付加し得る。
In this manner, capture binding ligands can be added, including proteins, lectins, nucleic acids, small organic molecules, carbohydrates, and the like.

【0146】 好適な態様ではタンパク質性の捕獲結合リガンドを利用する。当技術分野で知
られているように、相当数の技法がタンパク質性の捕獲結合リガンドを付着リン
カーに付着させるのに使用し得る。ある部分をタンパク質に付加させるための広
範な技術が知られている。
A preferred embodiment utilizes a proteinaceous capture binding ligand. As is known in the art, a number of techniques can be used to attach a proteinaceous capture binding ligand to an attachment linker. A wide variety of techniques are known for adding a moiety to a protein.

【0147】 好適な態様では核酸を捕獲結合リガンドとして利用する。当業者には明らかな
ように、下記概説の幾つかの方法を、同様の方法で非核酸システムに同じように
適用することができる。
[0147] A preferred embodiment utilizes nucleic acids as capture binding ligands. As will be apparent to those skilled in the art, some of the methods outlined below can be similarly applied to non-nucleic acid systems in a similar manner.

【0148】 核酸捕獲結合リガンドは、“付着リンカー”、これは伝導性オリゴマー(メカ
ニズム−1システムで必要)かまたは絶縁体を含む任意の表面種であり得る、を
介して電極に共有結合により付着している。本明細書において“共有結合により
付着した”とは、2つの部分が少なくとも1つの結合により付着していることを
意味し、該結合はシグマ結合、パイ結合および配位結合を包含する。
The nucleic acid capture binding ligand is covalently attached to the electrode via an “attachment linker”, which may be a conductive oligomer (required in a mechanism-1 system) or any surface species including insulators are doing. As used herein, "covalently attached" means that the two moieties are attached by at least one bond, which includes sigma, pi, and coordination bonds.

【0149】 このようにして、付着リンカーの一端を核酸(あるいは他の結合リガンド)に付
着させ、他端(当業者が認めるところであるが、いずれの場合にも正確な末端で
ある必要はない)を電極に付着させる。このように、本明細書中に描出した構造
のいずれもさらに末端基として有効な核酸を含み得る。このように、本発明は、
下記構造17に一般的に描出したように、電極に共有結合により付着した核酸を
含む組成物を提供する。
Thus, one end of the attachment linker is attached to the nucleic acid (or other binding ligand) and the other end (as will be appreciated by those skilled in the art, but need not be the exact end in any case). Is attached to the electrode. Thus, any of the structures depicted herein may further include a nucleic acid that is effective as a terminal group. Thus, the present invention
Provided is a composition comprising a nucleic acid covalently attached to an electrode, as generally depicted in Structure 17 below.

【0150】[0150]

【化17】 Embedded image

【0151】 構造17において、左側の斜線記号は、電極を表す。本明細書に定義するよう
に、Xは伝導性オリゴマーであり、Iは絶縁体であるが、さらに他の表面種を使
用してもよい。F1は、電極および伝導性オリゴマーまたは絶縁体の共有結合を
もたらす結合であり、本明細書に記載され、例えば下記に“A”と定義されるよ
うに、結合、原子またはリンカーを含む。F2は、核酸に表面種を共有結合させ
る結合であり、本明細書に記載のように結合、原子または結合であり得る。F2
は伝導性オリゴマーの一部、絶縁体の一部、核酸の一部であり得、または例えば
本明細書で“Z”について定義するように両方に外因性であり得る。
In the structure 17, the hatched symbols on the left represent electrodes. X is a conductive oligomer and I is an insulator, as defined herein, but still other surface species may be used. F 1 is a bond that results in a covalent bond between the electrode and the conductive oligomer or insulator, and includes a bond, atom, or linker as described herein, for example, as defined below as “A”. F 2 is a bond covalently linking the surface species to a nucleic acid, binding as described herein, may be atoms or a bond. F 2
Can be part of a conductive oligomer, part of an insulator, part of a nucleic acid, or can be exogenous to both, for example as defined herein for “Z”.

【0152】 好適な態様において、例えば“メカニズム−1システム”では、捕獲プローブ
核酸は伝導性オリゴマーを介して電極に共有結合により付着している。核酸と伝
導性オリゴマーの共有結合付着は、幾つかの方法で達成することができる。好適
な態様において、その付着は下記説明のように、ヌクレオシド塩基への付着によ
るか、核酸のバックボーン(リボース、リン酸エステル、または核酸類似体バッ
クボーンの類似基)への付着によるか、または遷移金属リガンドへの付着による
。下に概説する技法は一般に天然に存在する核酸について説明しているが、当業
者も認めるように、同様の技法は核酸類似体にも使用し得、そして幾つかの場合
では他の結合リガンドを使用することができる。
In a preferred embodiment, for example, in a “mechanism-1 system”, the capture probe nucleic acid is covalently attached to the electrode via a conductive oligomer. Covalent attachment of the nucleic acid to the conductive oligomer can be achieved in several ways. In preferred embodiments, the attachment is by attachment to a nucleoside base, as described below, by attachment to a nucleic acid backbone (a ribose, phosphate ester, or analogous group of a nucleic acid analog backbone), or by a transition metal. Due to attachment to ligand. Although the techniques outlined below generally describe naturally occurring nucleic acids, similar techniques can be used with nucleic acid analogs, and as will be appreciated by those skilled in the art, and in some cases use other binding ligands. Can be used.

【0153】 好適な態様において、付着リンカーは核酸のヌクレオシド塩基に付着させる。
これは下記説明のように、付着リンカーの種類に応じて幾つかの方法で実施し得
る。一態様において、付着リンカーは末端のヌクレオシド、すなわち、核酸の3
’または5’ヌクレオシドに付着させる。あるいは、付着リンカーを内部ヌクレ
オシドに付着させる。
In a preferred embodiment, the attachment linker is attached to a nucleoside base of the nucleic acid.
This can be accomplished in several ways depending on the type of attachment linker, as described below. In one embodiment, the attachment linker is a terminal nucleoside, ie, 3
Attached to the 'or 5' nucleoside. Alternatively, an attachment linker is attached to the internal nucleoside.

【0154】 塩基への付着点は塩基により異なる。一般に、いずれの位置での付着も可能で
ある。一部の態様では、例えば、ETMを含むプローブがハイブリダイゼーショ
ン(すなわち、メカニズム−1システム)に使用される場合、相補塩基の水素結合
に関与しない位置に付着させるのが好ましい。このように、例えば、一般に付着
はウリジン、シトシンおよびチミンなどのピリミジン類の5または6位置に対す
るものである。アデニンおよびグアニンなどのプリン類については、結合は、好
ましくは8位置を介する。非標準の塩基に対する付着は、相当する位置で好適に
なされる。
The point of attachment to a base differs depending on the base. Generally, attachment at any location is possible. In some embodiments, for example, when a probe comprising an ETM is used for hybridization (ie, the mechanism-1 system), it is preferably attached to a position that does not participate in hydrogen bonding of the complementary base. Thus, for example, the attachment is generally to the 5 or 6 position of pyrimidines such as uridine, cytosine and thymine. For purines such as adenine and guanine, the linkage is preferably via the 8 position. Attachment to non-standard bases is suitably made at the corresponding locations.

【0155】 一態様において、付着は直接的である;すなわち、付着リンカーと塩基の間に
介在する原子はない。この態様において、例えば、末端アセチレン結合を有する
伝導性オリゴマーの付着リンカーを塩基に直接付着させる。構造18はこの結合
の一例であり、ここでは構造3の伝導性オリゴマーと塩基としてウリジンを使用
しているが、当業者も認めるように、他の塩基と伝導性オリゴマーまたは付着リ
ンカーを使用することもできる。
In one embodiment, the attachment is direct; that is, there are no intervening atoms between the attachment linker and the base. In this embodiment, for example, a conductive oligomer attachment linker having a terminal acetylene bond is attached directly to the base. Structure 18 is an example of this linkage, where uridine is used as the conductive oligomer of Structure 3 and a base, but as will be appreciated by those skilled in the art, the use of a conductive oligomer or an attached linker with other bases. Can also.

【0156】[0156]

【化18】 Embedded image

【0157】 本明細書に示したペントース構造には、水素、ヒドロキシ、ホスフェートまた
はアミノ基などの他の基が結合していることに留意すべきである。更に、本明細
書に示したこのペントースおよびヌクレオシド構造は、通常表現の鏡像として非
慣用的に示す。更に、ペントースおよびヌクレオシド構造はまた、任意の位置に
、例えば、合成中に必要に応じて、保護基などの新たな基を含有できる。
It should be noted that other groups such as hydrogen, hydroxy, phosphate or amino groups are attached to the pentose structures shown herein. Further, the pentose and nucleoside structures depicted herein are non-conventionally shown as mirror images of the usual expression. In addition, the pentose and nucleoside structures can also contain new groups at any position, for example, as needed during synthesis, such as protecting groups.

【0158】 加えて、塩基は、必要に応じて更なる修飾を含むこともあり、即ち、カルボニ
ルまたはアミン基を変更したり、保護することもできる。
In addition, the base may optionally contain further modifications, ie alter or protect the carbonyl or amine group.

【0159】 別の実施態様では、結合は、一般に、塩基としてウリジンおよび構造3のオリ
ゴマーを用いる構造19に示したように、アミドおよびアミン結合を含む、多く
の異なるZ−リンカーを介する:
In another embodiment, the linkage is generally through a number of different Z-linkers, including amide and amine linkages, as shown in Structure 19 using uridine and the oligomer of Structure 3 as bases:

【0160】[0160]

【化19】 Embedded image

【0161】 この実施態様では、Zはリンカーである。好ましくは、Zは約1から約10原
子の短いリンカーであり、1から5原子が好ましく、アルケン、アルキニル、ア
ミン、アミド、アゾ、イミンなどの結合を含有してもよく、含有しなくてもよい
。リンカーは当分野では知られており、例えば、よく知られているとおり、ホモ
またはヘテロ二官能性リンカーである(1994 Pierce Chemical Company catalog, technical section on cross-linker, pages 155-200参照、出典明示により本
明細書の一部とする)。好ましいZリンカーには、アルキル基(置換アルキル基
およびヘテロ原子部分を含有するアルキル基を含む)があるが、これらに限定さ
れず、好ましいのは、短いアルキル基、エステル、アミド、アミン、エポキシ基
およびエチレングリコールおよび誘導体であり、特に好ましいのは、プロピル、
アセチレンおよびC2アルケンである。Zはまた、スルホン基であってもよく、
下記のようにスルホンアミド結合を形成する。
[0161] In this embodiment, Z is a linker. Preferably, Z is a short linker of about 1 to about 10 atoms, preferably 1 to 5 atoms, which may or may not contain a bond such as an alkene, alkynyl, amine, amide, azo, imine and the like. Good. Linkers are known in the art, e.g., as is well known, are homo- or heterobifunctional linkers (see 1994 Pierce Chemical Company catalog, technical section on cross-linker, pages 155-200; citation source). As part of the present specification). Preferred Z linkers include, but are not limited to, alkyl groups (including substituted alkyl groups and alkyl groups containing a heteroatom moiety), and are preferably short alkyl groups, esters, amides, amines, epoxy groups. And ethylene glycol and derivatives, particularly preferred are propyl,
Acetylene and C2 alkenes. Z may also be a sulfone group,
A sulfonamide bond is formed as described below.

【0162】 好ましい実施態様では、核酸と付着リンカーの結合は、核酸主鎖への結合を介
して行う。これは、リボース−ホスフェート主鎖のリボースへの結合または主鎖
のホスフェートへの結合、または類似主鎖の他の基への結合を含む多くの方法で
実施できる。
In a preferred embodiment, attachment of the nucleic acid to the attachment linker is through attachment to the nucleic acid backbone. This can be accomplished in a number of ways, including binding the ribose-phosphate backbone to ribose or the backbone to phosphate, or to other groups of the similar backbone.

【0163】 予備事項として、下記に十分説明するように、本実施態様における結合部位は
、3'または5'末端ヌクレオチド、または内部ヌクレオチドであると理解される
べきである。
As a preliminary matter, it should be understood that the binding site in this embodiment is the 3 ′ or 5 ′ terminal nucleotide, or an internal nucleotide, as described more fully below.

【0164】 好ましい実施態様では、付着リンカーをリボース−ホスフェート主鎖のリボー
スへ結合させる。これは、幾つかの方法で実施できる。当分野では知られている
ように、リボースの2'または3'位のいずれかにアミノ基、硫黄基、ケイ素基、
リン基またはオキソ基で修飾したヌクレオシドを作成できる(Imazawa et al., J
. Org. Chem., 44: 2039 (1979); Hobbs et al., J. Org. Chem. 42 (4): 714 (
1977); Verheyden et al., J. Org. Chem. 36 (2): 250 (1971); McGee et al.,
J. Org. Chem. 61: 781-785 (199); Mikhailopulo et al., Liebigs. Ann. Che
m. 513-519 (1993); McGee et al., Nucleosides & Nucleotides 14 (6): 1329
(1995)、全て出典明示により本明細書の一部とする)。次いで、付着リンカーを
加えるためにこれらの修飾ヌクレオシドを用いる。
In a preferred embodiment, an attachment linker is attached to the ribose of the ribose-phosphate backbone. This can be implemented in several ways. As is known in the art, an amino group, a sulfur group, a silicon group, at either the 2 'or 3' position of ribose,
Nucleosides modified with phosphorus or oxo groups can be made (Imazawa et al., J
. Org. Chem., 44: 2039 (1979); Hobbs et al., J. Org. Chem. 42 (4): 714 (
1977); Verheyden et al., J. Org.Chem. 36 (2): 250 (1971); McGee et al.,
J. Org. Chem. 61: 781-785 (199); Mikhailopulo et al., Liebigs. Ann. Che.
m. 513-519 (1993); McGee et al., Nucleosides & Nucleotides 14 (6): 1329
(1995), all of which are incorporated herein by reference). These modified nucleosides are then used to add an attachment linker.

【0165】 好ましい実施態様は、アミノ修飾ヌクレオシドを利用する。このとき、これら
のアミノ修飾リボースを用いて、付着リンカーに対してアミドまたはアミン結合
を形成できる。好ましい実施態様では、アミノ基を直接リボースに結合させるが
、当業者には明らかであるように、“Z”について記載したような短いリンカー
をアミノ基とリボースとの間に与えることができる。
A preferred embodiment utilizes amino-modified nucleosides. At this time, these amino-modified ribose can be used to form an amide or amine bond to the attached linker. In a preferred embodiment, the amino group is attached directly to the ribose, but as will be apparent to those skilled in the art, a short linker as described for "Z" can be provided between the amino group and the ribose.

【0166】 好ましい実施態様では、リボースに結合させるためにアミド結合を使用する。
好ましくは、構造1〜3の伝導性オリゴマーを用いるならば、mが0であるので
、伝導性オリゴマーの末端はアミド結合である。この実施態様では、アミノ修飾
リボースのアミノ基の窒素は、伝導性オリゴマーの“D”原子である。よって、
本実施態様の好ましい結合を、構造20に示す(構造3の伝導性オリゴマーを用
いる)。
[0166] In a preferred embodiment, an amide bond is used to attach to ribose.
Preferably, if a conductive oligomer having a structure 1 to 3 is used, since m is 0, the terminal of the conductive oligomer is an amide bond. In this embodiment, the nitrogen of the amino group of the amino-modified ribose is the "D" atom of the conductive oligomer. Therefore,
A preferred linkage of this embodiment is shown in Structure 20 (using a conductive oligomer of Structure 3).

【0167】[0167]

【化20】 Embedded image

【0168】 当業者には明らかなように、構造20は、アミド結合として固定された末端結
合を有する。
As will be apparent to those skilled in the art, Structure 20 has terminal bonds fixed as amide bonds.

【0169】 好ましい実施態様では、ヘテロ原子結合、即ち、オキソ、アミン、硫黄等を用
いる。好ましい実施態様はアミン結合を利用する。また、アミド結合について上
記で概説したとおり、アミン結合の場合も構造3の伝導性オリゴマーを用いると
、アミノ修飾リボースの窒素が伝導性オリゴマーの“D”原子であり得る。よっ
て、例えば、構造21および22は、それぞれ構造3および9の伝導性オリゴマ
ーを持つヌクレオシドを示し、ヘテロ原子として窒素を用いているが、他のヘテ
ロ原子を使用することもできる:
In a preferred embodiment, a heteroatom bond is used, ie, oxo, amine, sulfur, and the like. A preferred embodiment utilizes an amine linkage. Also, as outlined above for the amide bond, the amine of amino-modified ribose may be the "D" atom of the conductive oligomer when a conductive oligomer of structure 3 is used for the amine bond as well. Thus, for example, structures 21 and 22 show nucleosides with conductive oligomers of structures 3 and 9, respectively, using nitrogen as a heteroatom, but other heteroatoms can be used:

【0170】[0170]

【化21】 Embedded image

【0171】 構造21では、好ましくは、mもtも0ではない。ここで好ましいZはメチレ
ン基またはその他の脂肪族アルキルリンカーである。この位置にある1、2また
は3つの炭素は特に合成の際に有用である。
In structure 21, preferably neither m nor t is 0. Preferred Z here is a methylene group or other aliphatic alkyl linker. One, two or three carbons in this position are particularly useful during synthesis.

【0172】[0172]

【化22】 Embedded image

【0173】 構造22では、Zは上記定義のとおりである。適切なリンカーには、メチレン
およびエチレンがある。
In Structure 22, Z is as defined above. Suitable linkers include methylene and ethylene.

【0174】 別の実施態様では、付着リンカーを、核酸のリボース−ホスフェート主鎖(ま
たは類似体)のホスフェートを介して核酸に共有結合させる。この実施態様では
、結合は直接的か、またはリンカーまたはアミド結合を利用する。構造23は、
直接結合を示しており、構造24は、アミド結合を介した結合を示している(両
方とも、構造3の伝導性オリゴマーを利用しているが、構造8の伝導性オリゴマ
ーおよび他の付着リンカーも可能である)。構造23および24は、3'位の伝導
性オリゴマーを示しているが、5'位も可能である。更に、構造23および24
とも、天然のホスホジエステル結合を示しているが、当業者には明らかなように
、ホスホジエステル結合の非標準類似体も使用できる。
In another embodiment, the attachment linker is covalently attached to the nucleic acid via the phosphate of the ribose-phosphate backbone (or analog) of the nucleic acid. In this embodiment, the linkage is direct or utilizes a linker or amide linkage. Structure 23 is
A direct bond is shown and structure 24 shows a bond via an amide bond (both utilizing conductive oligomers of structure 3, but also conductive oligomers of structure 8 and other attached linkers). Is possible). Structures 23 and 24 show the conductive oligomer at the 3 'position, but the 5' position is also possible. Further, structures 23 and 24
Both show a natural phosphodiester linkage, but as will be apparent to those skilled in the art, non-standard analogs of the phosphodiester linkage can also be used.

【0175】[0175]

【化23】 Embedded image

【0176】 構造23中、末端にYが存在する(即ちm=1)場合、Zは存在しない(即ち、
t=0)のが好ましい。末端にYが存在しない場合、Zは存在するのが好ましい
In structure 23, when Y exists at the terminal (ie, m = 1), Z does not exist (ie,
t = 0) is preferable. If Y is not present at the end, Z is preferably present.

【0177】 構造24は、末端B−D結合がアミド結合であり、末端にYが存在せず、Zが
上記定義のリンカーである好ましい実施態様を示す。
Structure 24 shows a preferred embodiment where the terminal BD bond is an amide bond, there is no terminal Y, and Z is a linker as defined above.

【0178】[0178]

【化24】 Embedded image

【0179】 好ましい実施態様では、付着リンカーは、遷移金属リガンドを介して核酸に共
有結合する。本実施態様では、付着リンカーを遷移金属に1以上の配位原子を提
供するリガンドに共有結合させる。一実施態様では、下記構造25に総括的に示
したように、付着リンカーが結合するリガンドには、核酸も結合している。ある
いは、伝導性オリゴマーを付着リンカーとして使用する下記構造26に総括的に
示したように、付着リンカーは1つのリガンドに結合しており、核酸は別のリガ
ンドに結合している。よって、遷移金属の存在下で付着リンカーは核酸に共有結
合する。これらの構造はいずれも構造3の伝導性オリゴマーを示しているが、そ
の他のオリゴマーを利用する こともできる。構造25および26は、核酸用の2つの代表的な構造を示す:
[0179] In a preferred embodiment, the attachment linker is covalently attached to the nucleic acid via a transition metal ligand. In this embodiment, the attachment linker is covalently attached to a ligand that provides one or more coordination atoms to the transition metal. In one embodiment, the nucleic acid is also attached to the ligand to which the attachment linker is attached, as shown generally in Structure 25 below. Alternatively, the attachment linker is attached to one ligand and the nucleic acid is attached to another ligand, as shown generally in Structure 26 below using a conductive oligomer as the attachment linker. Thus, in the presence of the transition metal, the attachment linker is covalently linked to the nucleic acid. Each of these structures shows the conductive oligomer of Structure 3, but other oligomers can be used. Structures 25 and 26 show two representative structures for nucleic acids:

【0180】[0180]

【化25】 Embedded image

【0181】[0181]

【化26】 Embedded image

【0182】 本明細書記載の構造中、Mは金属原子であり、遷移金属が好ましい。本発明に
使用するのに適した遷移金属はカドミウム(Cd)、銅(Cu)、コバルト(C
o)、パラジウム(Pd)、亜鉛(Zn)、鉄(Fe)、ルテニウム(Ru)、
ロジウム(Rh)、オスミウム(Os)、レニウム(Re)、白金(Pt)、ス
カンジウム(Sc)、チタニウム(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)
、マンガン(Mn)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、テクネチウム(
Tc)、タングステン(W)、およびイリジウム(Ir)などであるが、これら
に限定されるものではない。すなわち、遷移金属の第一シリーズ、白金族(Ru
、Rh、Pd、Os、IrおよびPt)並びにFe、Re、W、MoおよびTc
が好ましい。特に好ましいのはルテニウム、レニウム、オスミウム、白金、コバ
ルトおよび鉄である。
[0182] In the structures described herein, M is a metal atom, with transition metals being preferred. Transition metals suitable for use in the present invention are cadmium (Cd), copper (Cu), cobalt (C
o), palladium (Pd), zinc (Zn), iron (Fe), ruthenium (Ru),
Rhodium (Rh), Osmium (Os), Rhenium (Re), Platinum (Pt), Scandium (Sc), Titanium (Ti), Vanadium (V), Chromium (Cr)
, Manganese (Mn), nickel (Ni), molybdenum (Mo), technetium (
Tc), tungsten (W), and iridium (Ir), but are not limited thereto. That is, the first series of transition metals, the platinum group (Ru
, Rh, Pd, Os, Ir and Pt) and Fe, Re, W, Mo and Tc
Is preferred. Particularly preferred are ruthenium, rhenium, osmium, platinum, cobalt and iron.

【0183】 Lは補助リガンドであり、金属イオン結合のための配位原子を提供する。当業
者が認識するように、補助リガンドの数と性質は金属イオンの配位数に依存する
。単座、二座または多座補助リガンドはどの位置で使用してもよい。従って、例
えば、金属が6の配位数を有する場合、伝導性オリゴマーの末端からのL、核酸
から与えられるL、およびrを6まで加える。従って、金属が六配位数の場合、
rは0(全配位原子が他の2つのリガンドによって与えられる場合)から4(全て
の補助リガンドが一座配位の場合)の範囲であろう。従って、一般に、金属イオ
ンの配位数および他のリガンドの選択に依存してrは0ないし8であるであろう
L is an auxiliary ligand, which provides a coordination atom for metal ion binding. As those skilled in the art will recognize, the number and nature of the auxiliary ligands will depend on the coordination number of the metal ion. The monodentate, bidentate or multidentate auxiliary ligand may be used at any position. Thus, for example, if the metal has a coordination number of 6, L from the end of the conductive oligomer, L and r provided from the nucleic acid are added up to 6. Therefore, if the metal has six coordination numbers,
r may range from 0 (when all coordinating atoms are provided by the other two ligands) to 4 (when all auxiliary ligands are monodentate). Thus, in general, r will be between 0 and 8, depending on the coordination number of the metal ion and the choice of other ligands.

【0184】 ある実施態様において、金属イオンは6の配位数を有し、そして伝導性オリゴ
マーに付着したリガンドおよび核酸に付着したリガンドは、両方共、少なくとも
2量体である;すなわち、rは、好ましくは、0、1(すなわち残った補助リガ
ンドは2量体である)または2(2つの一座配位補助リガンドが使用される)であ
る。
In certain embodiments, the metal ion has a coordination number of 6, and the ligand attached to the conductive oligomer and the ligand attached to the nucleic acid are both at least dimers; ie, r is Preferably, it is 0, 1 (ie the remaining auxiliary ligand is a dimer) or 2 (two monodentate auxiliary ligands are used).

【0185】 技術的に認識されるように、補助リガンドは同一であっても異なってもよい。
適切なリガンドは2つの範疇に入る:配位原子(一般的には文献上、シグマ(σ
)供与体という)として(金属イオンに依存して)、窒素、酸素、イオウ、炭素
またはリン原子を用いるリガンド、およびメタロセンリガンドなどの有機金属リ
ガンド(一般的には文献上、パイ(π)供与体といい、本明細書ではLmで図示
する)である。適切な窒素供与リガンドは技術上周知であり、以下のものを包含
するがこれらに限定されるものではない:NH2;NHR;NRR';ピリジン;
ピラジン;イソニコチンアミド;イミダゾール;ビピリジンおよびビピリジンの
置換誘導体;テルピリジンおよび置換誘導体;フェナントロリン、特に1,10
−フェナントロリン(phenと略記)およびフェナントロリンの置換誘導体、
例えば、4,7−ジメチルフェナントロリンおよびジピリド[3,2−a:2'
,3'−c]フェナジン(dppzと略記);ジピリドフェナジン;1,4,5
,8,9,12−ヘキサアザトリフェニレン(hatと略記);9,10−フェ
ナントレンキノン・ジイミン(phiと略記);1,4,5,8−テトラアザフ
ェナントレン(tapと略記);1,4,8,11−テトラ−アザシクロテトラ
デカン(cyclamと略記)、EDTA、EGTAおよびイソシアニド。融合
した誘導体を包含する置換誘導体も使用することができる。ある態様においては
、ポルフィリンおよびポルフィリンファミリーの置換誘導体を使用してもよい。
例えば、Comprehensive Coordination Chemistry, Ed. Wilkinson et al., Perg
ammon Press, 1987, Chapters 13.2 (pp 73-98), 21.1 (pp 813-898) and 21.3
(pp 915-957)参照。この文献の全部を特に参照により本明細書に取込む。
As will be recognized in the art, the auxiliary ligands can be the same or different.
Suitable ligands fall into two categories: coordinating atoms (generally, Sigma (σ
) As a donor) (depending on the metal ion), ligands using nitrogen, oxygen, sulfur, carbon or phosphorus atoms, and organometallic ligands such as metallocene ligands (generally, pi (π) donors in the literature) It called the body, which is herein depicted with L m). Suitable nitrogen donating ligands are well known in the art and include, but are not limited to: NH 2 ; NHR; NRR ′; pyridine;
Pyrazine; isonicotinamide; imidazole; bipyridine and substituted derivatives of bipyridine; terpyridine and substituted derivatives; phenanthroline, especially 1,10
Phenanthroline (abbreviated as phen) and substituted derivatives of phenanthroline,
For example, 4,7-dimethylphenanthroline and dipyrido [3,2-a: 2 ′
, 3'-c] phenazine (abbreviated as dppz); dipyridophenazine; 1,4,5
1,8,9,12-hexaazatriphenylene (abbreviated as hat); 9,10-phenanthrenequinone diimine (abbreviated as phi); 1,4,5,8-tetraazaphenanthrene (abbreviated as tap); 1,4 , 8,11-Tetra-azacyclotetradecane (abbreviated as cyclam), EDTA, EGTA and isocyanide. Substituted derivatives, including fused derivatives, can also be used. In some embodiments, porphyrins and substituted derivatives of the porphyrin family may be used.
For example, Comprehensive Coordination Chemistry, Ed. Wilkinson et al., Perg
ammon Press, 1987, Chapters 13.2 (pp 73-98), 21.1 (pp 813-898) and 21.3
(pp 915-957). The entirety of this document is specifically incorporated herein by reference.

【0186】 炭素、酸素、イオウおよびリンを用いる適切なシグマ供与リガンドは技術上既
知である。例えば、適切なシグマ炭素供与体はCotton and Wilkenson, Advanced
Organic Chemistry, 5th Edition, John Wiley & Sons, 1988に見出されるが、
この文献を参照により本明細書に取込む;例えば、38ページ参照。同様に、適
切な酸素リガンドは、クラウンエーテル、水、および技術上既知の他のものを包
含する。ホスフィンおよび置換ホスフィンも適切である;Cotton and Wilkenson
の38ページ参照。
Suitable sigma donating ligands using carbon, oxygen, sulfur and phosphorus are known in the art. For example, a suitable sigma carbon donor is available from Cotton and Wilkenson, Advanced
Found in Organic Chemistry, 5th Edition, John Wiley & Sons, 1988,
This document is incorporated herein by reference; see, for example, page 38. Similarly, suitable oxygen ligands include crown ethers, water, and others known in the art. Phosphines and substituted phosphines are also suitable; Cotton and Wilkenson
See page 38.

【0187】 酸素、イオウ、リンおよび窒素−供与リガンドは、ヘテロ原子が配位原子とし
て作動するような様式で付着する。
Oxygen, sulfur, phosphorus and nitrogen-donating ligands are attached in such a way that the heteroatom acts as a coordinating atom.

【0188】 好適な態様においては、有機金属リガンドを用いる。レドックス部分として使
用する純有機化合物、およびヘテロ環状またはエキソ環状置換基として供与原子
をもつδ−結合有機リガンドとの種々の遷移金属配位複合体に加えて、π−結合
有機リガンドをもつ多様な遷移金属有機金属化合物が入手可能である(Advanced
Inorganic Chemistry, 5th Ed., Cotton & Wilkinson, John Wiley & Sons, 19
88, Chapter 26; Organometallics, A Concise Introduction, Elschenbroich e
t al., 2nd Ed., 1992, VCH; およびComprehensive Organometallic Chemistry
II, A Review of the Literature 1982-1994, Abel et al. Ed., Vol. 7, Chapt
ers 7, 8, 10 & 11, Pergamon Press, 特に参照により本明細書に取込む)。か
かる有機金属リガンドは、シクロペンタジエニド・イオン[C55(−1)]な
どの環状芳香族化合物および種々の環置換および環融合誘導体、例えば、インデ
ニリド(−1)イオンなどであって、一群のビス(シクロペンタジエニル)金属
化合物(すなわち、メタロセン)を産生する;例えば、Robins et al., J. Am.
Chem. Soc., 104: 1882-1893 (1982); およびGassman et al., J. Am. Chem. So
c., 108: 4228-4229 (1986)参照;これらを出典明示により本明細書に組込まれ
ている。これらの内、フェロセン[(C552Fe]およびその誘導体が多様
な化学的(Connelly e al., Chem. Rev. 96: 877-910 (1996), 出典明示により
本明細書に組込まれている)および電子化学的(Geiger et al., Advances in O
rganometallic Chemistry 23: 1-93; およびGeiger et al., Advances in Organ
ometallic Chemistry 24: 87, 出典明示により本明細書に組込まれている)電子
移動または“レドックス”反応に使用されているプロトタイプの例である。様々
な第一、第二および第三列遷移金属のメタロセン誘導体は、核酸のリボース環ま
たはヌクレオシド塩基の何れかに共有結合により付着しているレドックス部分と
しての有力な候補である。他の潜在的に適切な有機金属リガンドは、ベンゼンな
どの環状アレンなどを包含し、ビス(アレン)金属化合物とその環置換および環
融合誘導体を産生するが、そのビス(ベンゼン)クロミウムはプロトタイプの例
である。アリル(−1)イオンなどの他の非環状π−結合リガンドまたはブタジ
エンは潜在的に適切な有機金属化合物を産生し、かかるリガンドはすべて他のπ
−結合およびδ−結合リガンドと連携して、金属−炭素結合をもつ一般クラスの
有機金属化合物を構成する。架橋有機リガンドおよびさらなる非架橋リガンドを
有し、同様に金属−金属結合を有し、また有さない、かかる化合物の種々のダイ
マーおよびオリゴマーの電気化学的研究は、核酸分析における有力な候補レドッ
クス部分である。
In a preferred embodiment, an organometallic ligand is used. Pure organic compounds used as redox moieties, and various transition metal coordination complexes with δ-linked organic ligands having donor atoms as heterocyclic or exocyclic substituents, as well as a variety of Transition metal organometallic compounds are available (Advanced
Inorganic Chemistry, 5th Ed., Cotton & Wilkinson, John Wiley & Sons, 19
88, Chapter 26; Organometallics, A Concise Introduction, Elschenbroich e
t al., 2nd Ed., 1992, VCH; and Comprehensive Organometallic Chemistry
II, A Review of the Literature 1982-1994, Abel et al. Ed., Vol. 7, Chapt
ers 7, 8, 10 & 11, Pergamon Press, specifically incorporated herein by reference). Such organometallic ligands, cyclopentadienide ion [C 5 H 5 (-1) ] cyclic aromatic compounds and various ring substituted and ring fused derivatives, such as, for example, Indenirido (-1) and the like ions Produce a class of bis (cyclopentadienyl) metal compounds (ie, metallocenes); see, for example, Robins et al., J. Am.
Chem. Soc., 104: 1882-1893 (1982); and Gassman et al., J. Am. Chem. So
c., 108: 4228-4229 (1986); which are incorporated herein by reference. Of these, ferrocene [(C 5 H 5 ) 2 Fe] and its derivatives have been incorporated herein by various chemicals (Connelly et al., Chem. Rev. 96: 877-910 (1996)). And electrochemical (Geiger et al., Advances in O
rganometallic Chemistry 23: 1-93; and Geiger et al., Advances in Organ
ometallic Chemistry 24:87, hereby incorporated by reference) are examples of prototypes used in electron transfer or "redox" reactions. A variety of metallocene derivatives of the first, second and third row transition metals are potential candidates as redox moieties covalently attached to either the ribose ring or the nucleoside base of nucleic acids. Other potentially suitable organometallic ligands, including cyclic allenes such as benzene, produce bis (arene) metal compounds and their ring-substituted and fused derivatives, but whose bis (benzene) chromium is a prototype It is an example. Other non-cyclic π-linked ligands such as the allyl (-1) ion or butadiene potentially produce suitable organometallic compounds, and all such ligands are free of other π
In conjunction with the-and δ-binding ligands, they constitute a general class of organometallic compounds with metal-carbon bonds. Electrochemical studies of various dimers and oligomers of such compounds, with cross-linked organic ligands and additional non-cross-linked ligands, as well as with and without metal-metal bonds, are potential candidate redox moieties in nucleic acid analysis. It is.

【0189】 1種以上の補助リガンドが有機金属リガンドである場合、該リガンドは一般に
有機金属リガンドの炭素原子の一つを介して付着するが、ただし付着はヘテロ環
状リガンドに対し他の原子を介してであってもよい。好適な有機金属リガンドは
、置換誘導体およびメタロセンオファンを含むメタロセンリガンドを包含する(
上記Cotton and Wilkensonの1174ページ参照)。例えば、メチルシクロペン
タジエニルなどのメタロセンリガンドの誘導体、好ましくは複数のメチル基を有
する例えば、ペンタメチルシクロペンタジエニルなどを用い、メタロセンの安定
性を増大させることができる。好適な態様において、メタロセンの2つのメタロ
センリガンドの1つのみが誘導化される。
Where the one or more auxiliary ligands is an organometallic ligand, the ligand will generally be attached via one of the carbon atoms of the organometallic ligand, with the proviso that attachment is via another atom to the heterocyclic ligand. May be. Suitable organometallic ligands include metallocene ligands, including substituted derivatives and metallocene ophane (
See Cotton and Wilkenson, p. 1174, supra). For example, metallocene ligand derivatives such as methylcyclopentadienyl, preferably pentamethylcyclopentadienyl having a plurality of methyl groups, for example, can be used to increase the stability of the metallocene. In a preferred embodiment, only one of the two metallocene ligands of the metallocene is derivatized.

【0190】 本明細書に記載のように、リガンドの任意の組み合わせを使用し得る。好まし
い組み合わせは:a)全リガンドが窒素供与リガンドである;b)全リガンドが有
機金属リガンドである;そしてc)伝導性オリゴマーの末端のリガンドがメタロ
センリガンドであり、核酸により提供されるリガンドは窒素投与リガンドである
ことを含み、必要により、他のリガンドと一緒であり、それは窒素供与リガンド
またはメタロセンリガンドまたはその混合物である。これらの組み合わせは、構
造3の伝導性オリゴマーを使用した代表例に記載され、構造27(フェナンスロ
リンおよびアミノを代表的リガンドとして使用して)、28(フェロッセンを金属
−リガンド組み合わせとして使用して)および29(シクロペンタジエニルおよび
アミノを代表的リガンドとして使用して)に記載する。 構造27
As described herein, any combination of ligands may be used. Preferred combinations are: a) all ligands are nitrogen donating ligands; b) all ligands are organometallic ligands; and c) the terminal ligand of the conductive oligomer is a metallocene ligand, and the ligand provided by the nucleic acid is nitrogen. It may be a dosing ligand, optionally with other ligands, including a nitrogen donating ligand or a metallocene ligand or a mixture thereof. These combinations are described in Representative Examples Using Conducting Oligomers of Structure 3, Structures 27 (using phenanthroline and amino as representative ligands), 28 (using ferrocene as a metal-ligand combination). ) And 29 (using cyclopentadienyl and amino as representative ligands). Structure 27

【化27】 構造28Embedded image Structure 28

【化28】 構造29Embedded image Structure 29

【化29】 Embedded image

【0191】 好ましい態様において、本発明で使用するリガンドは、キレート化金属イオン
のレドックス状態に依存して、別の蛍光特性を示す。下記のように、これは、従
って、ETMと電極間の電子伝達の検出の別のモードとして作用する。
In a preferred embodiment, the ligands used in the present invention exhibit different fluorescent properties, depending on the redox state of the chelated metal ion. As described below, this therefore acts as another mode of detection of electron transfer between the ETM and the electrodes.

【0192】 さらに、同様の方法を使用して、タンパク質をバイオセンサー電極に付着させ
ることができる;例えば米国特許第5,620,850参照、出典明示により本明細書に
組込まれている。
In addition, similar methods can be used to attach proteins to biosensor electrodes; see, eg, US Pat. No. 5,620,850, which is incorporated herein by reference.

【0193】 下記により詳細に示すような、好ましい態様において、核酸に結合したリガン
ドは、リボース−ホスフェート主鎖のリボースの2'または3'位置に結合したア
ミノ基である。本リガンドは、金属イオンに結合する多座リガンドを形成するよ
うに、多くのアミノ基を含み得る。他の好ましいリガンドは、シクロペンタジエ
ンおよびフェナンスロリンを含む。
In a preferred embodiment, as shown in more detail below, the ligand attached to the nucleic acid is an amino group attached at the 2 'or 3' position of the ribose in the ribose-phosphate backbone. The ligand may contain many amino groups to form a multidentate ligand that binds to the metal ion. Other preferred ligands include cyclopentadiene and phenanthroline.

【0194】 核酸を結びつけるために金属イオンを用いると、システムの内部制御または測
定として機能し、表面上の利用可能な核酸の数を測定できる。しかしながら、当
業者には明らかなように、金属イオンを用いて核酸を付着リンカーに結びつける
場合、下記のように、システムの残部で使用されるETMのレドックス電位とは
異なるレドックス電位を、この金属イオン錯体が有しているのが、通常望ましい
。これは、標的配列の存在から捕獲プローブの存在を区別し得るために一般に決
まっている。これは同定、測定および/または定量化に有用である。従って、電
極での捕獲プローブの量をハイブリダイズした二重鎖核酸の量と比較して、サン
プル中の標的配列の量を定量化することができる。これはセンサーまたはシステ
ムの内部制御として機能するのに非常に重要である。これにより、標的を添加す
る前または後のいずれにおいても、同様のしかし異なる制御システムに頼るより
も、検出に用いられる同じ分子について測定が可能となる。従って、検出に使用
される実際の分子はいかなる実験の前にも定量化し得る。これは以前の方法より
重要な利点である。
The use of metal ions to bind nucleic acids serves as an internal control or measurement of the system, allowing the number of available nucleic acids on the surface to be determined. However, as will be apparent to those skilled in the art, when using a metal ion to attach a nucleic acid to an attachment linker, as described below, a redox potential that is different from the redox potential of the ETM used in the rest of the system is set to this metal ion. It is usually desirable that the complex has. This is commonly done so that the presence of the capture probe can be distinguished from the presence of the target sequence. This is useful for identification, measurement and / or quantification. Thus, by comparing the amount of capture probe at the electrode with the amount of hybridized double-stranded nucleic acid, the amount of target sequence in the sample can be quantified. This is very important to function as a sensor or internal control of the system. This allows for the measurement of the same molecule used for detection, either before or after adding the target, rather than relying on a similar but different control system. Thus, the actual molecule used for detection can be quantified prior to any experiment. This is a significant advantage over previous methods.

【0195】 好適な態様において、捕獲プローブ核酸(または他の結合リガンド)を、絶縁体
を介して電極に共有結合により付着させる。核酸(および他の結合リガンド)がア
ルキル基などの絶縁体に付着することは周知であり、それらの付着は、塩基、ま
たはリボースまたはリン酸エステル部分を含むバックボーンに対して、または核
酸類似体の代替バックボーンに対して実施し得る。
In a preferred embodiment, the capture probe nucleic acid (or other binding ligand) is covalently attached to the electrode via an insulator. It is well known that nucleic acids (and other binding ligands) attach to insulators, such as alkyl groups, and their attachment can be to a base, or to a backbone containing ribose or phosphate moieties, or to nucleic acid analogs. It can be implemented for an alternative backbone.

【0196】 好適な態様においては、表面上に1種またはそれ以上の異なる捕獲プローブ種
があってもよい。一部の態様においては、以下により詳細に説明するように、そ
こには捕獲プローブの1タイプまたは捕獲プローブエクステンダーの1タイプが
あってもよい。あるいは、異なる捕獲プローブ、または多様な異なる捕獲伸長プ
ローブをもつ1種の捕獲プローブを用いることもできる。同様に、(特にメカニ
ズム−2システムでの核酸被検体および結合リガンドの場合)比較的短いプロー
ブ配列を含む補助捕獲プローブを使用することが望ましく、これはシステムの成
分、例えば、リクルートリンカーを“取押さえる”のに使用し、表面でのETM
濃度を上げることができる。
[0196] In a preferred embodiment, there may be one or more different capture probe species on the surface. In some embodiments, there may be one type of capture probe or one type of capture probe extender, as described in more detail below. Alternatively, different capture probes, or a single capture probe with a variety of different capture extension probes, can be used. Similarly, it is desirable to use an auxiliary capture probe that includes a relatively short probe sequence (particularly for nucleic acid analytes and binding ligands in a mechanism-2 system), which "takes away" components of the system, such as the recruitment linker. ETM on the surface used to "press"
The concentration can be increased.

【0197】 このように、本発明は、収集サンプルの標的被検体検出システムに有用な、単
層と捕獲結合リガンドを含む、少なくとも1つの検出電極を含む基質を有するバ
イオセンサーを含む、組織収集装置を提供する。
Thus, the present invention is directed to a tissue collection device comprising a biosensor having a substrate comprising at least one detection electrode, comprising a monolayer and a capture binding ligand, useful for a system for detecting a target analyte of a collected sample. I will provide a.

【0198】 好適な態様においては、該組成物はさらに溶液あるいは溶解性結合リガンドを
含むが、メカニズム−1システムについて下に詳記したように、ETMを、非共
有的に付着したハイブリダイゼーションインジケーターの形態で添加してもよい
。溶液結合リガンドは、好ましくは特異的に、標的被検体に結合する点で捕獲結
合リガンドに似ている。溶液結合リガンドは捕獲結合リガンドと同一でもまたは
異なっていてもよい。一般に、溶液結合リガンドは直接表面に結合させるもので
はない(結合する実施態様もあるが)。溶液結合リガンドは少なくとも1つのET
Mを含むリクルートリンカーを直接含むか、またはリクルートリンカーが溶液結
合リガンドと直接的にまたは間接的に結合する。
In a preferred embodiment, the composition further comprises a solution or a soluble binding ligand, but as described in detail below for the Mechanism-1 system, the ETM is attached to a non-covalently attached hybridization indicator. It may be added in the form. Solution-bound ligands preferably resemble capture-bound ligands in that they bind specifically to a target analyte. The solution binding ligand may be the same or different from the capture binding ligand. In general, solution-bound ligands do not bind directly to the surface (although in some embodiments they do). The solution binding ligand has at least one ET
Either directly comprises a recruiting linker comprising M or the recruiting linker binds directly or indirectly to the solution binding ligand.

【0199】 このように、共有結合的に付着したETMを含むリクルートリンカーを有する
、“溶液結合リガンド”または“溶解性結合リガンド”または“シグナル運搬体
”または“標識プローブ”または“標識結合リガンド”が提供される。すなわち
、標識プローブまたは溶液結合リガンドのある部分が、直接的または間接的に、
標的被検体と結合しており、そしてある部分が共有結合的に付着したETMを含
むリクルートリンカーを含む。幾つかのシステム、例えばメカニズム−1核酸シ
ステム中では、これらは同一であってもよい。同様に、メカニズム−1において
、リクルートリンカーは、検出プローブとハイブリダイズし得る核酸を含む。“
電子供与体部分”、“電子受容体部分”、および“ETM”(ETM)という用
語または文法上の等価物は一定の条件下で電子伝達し得る分子をいう。電子供与
体および電子受容体の許容力は相対的であるということは理解されるべきである
;すなわち、一定の実験条件下で電子を失う分子が、異なる実験条件下で電子を
受容し得ることである。可能な電子供与体部分と電子受容体部分の数は非常に多
く、また、電子転移化合物の当業者であれば本発明において多くの化合物を利用
し得るであろう、ということも理解されるべきてある。好適なETMとは、遷移
金属複合体、有機ETM、および電極であるが、これらに限定されるものではな
い。
Thus, a “solution binding ligand” or “soluble binding ligand” or “signal carrier” or “labeled probe” or “labeled binding ligand” having a recruiting linker comprising a covalently attached ETM. Is provided. That is, some portion of the labeled probe or solution-bound ligand, directly or indirectly,
It includes a recruiting linker that includes an ETM that is bound to a target analyte and that has a covalently attached moiety. In some systems, such as the mechanism-1 nucleic acid system, they may be identical. Similarly, in mechanism-1, the recruitment linker comprises a nucleic acid that can hybridize to the detection probe. “
The terms "electron donor moiety", "electron acceptor moiety", and "ETM" (ETM) or grammatical equivalents refer to molecules capable of electron transfer under certain conditions. It should be understood that tolerance is relative; that is, a molecule that loses electrons under certain experimental conditions can accept electrons under different experimental conditions. It should also be understood that the number of moieties and electron acceptor moieties is very large, and that those skilled in the art of electron transfer compounds will be able to utilize many compounds in the present invention. ETMs include, but are not limited to, transition metal complexes, organic ETMs, and electrodes.

【0200】 好適な態様において、ETMは遷移金属複合体である。遷移金属とはその原子
が部分的なまたは完全な電子のd殻を有するものである。本発明に使用する適切
な遷移金属は上に列記してある。 遷移金属は上記定義の様々なリガンドLと複合体を形成し、当該技術上周知の
ように、適切な遷移金属複合体となる。
[0200] In a preferred embodiment, the ETM is a transition metal complex. Transition metals are those whose atoms have a partial or complete d-shell of electrons. Suitable transition metals for use in the present invention are listed above. The transition metal forms a complex with the various ligands L defined above, resulting in a suitable transition metal complex, as is well known in the art.

【0201】 遷移金属複合体に加えて、他の有機電子供与体および受容体は、本発明に使用
する核酸に共有結合により付着していてもよい。これらの有機分子は、リボフラ
ビン、キサンテン色素、アジン色素、アクリジンオレンジ、N,N'−ジメチル
−2,7−ジアザピレニウム・ジクロリド(DAP2+)、メチルビオロジェン、
臭化エチジウム、キノン類、例えば、N,N'−ジメチルアントラ(2,1,9
−def.6,5,10−d'e'f’)ジイソキノリン・ジクロリド(ADIQ 2+ );ポルフィリン([メソ−テトラキス(N−メチル−x−ピリジニウム)ポ
ルフィリン・テトラクロリド])、ベルラミン・ブルーB塩酸塩、ビンドシェド
ラー(Bindschedler)グリーン;2,6−ジクロロインドフェノール、2,6−
ジブロモフェノールインドフェノール;ブリリアント・クレストブルー(塩化3
−アミノ−9−ジメチルアミノ−10−メチルフェノキシアジン)、メチレンブ
ルー; ナイルブルーA(アミノアフトジエチルアミノフェノキサジン硫酸塩)
、インジゴ−5,5',7,7'−テトラスルホン酸、インジゴ−5,5',7−
トリスルホン酸;フェノサフラニン、インジゴ−5−モノスルホン酸;サフラニ
ンT;塩化ビス(ジメチルグリオキシマト)鉄(II);インデュリンスカーレ
ット、ニュートラルレッド、アントラセン、コロネン、ピレン、9−フェニルア
ントラセン、ルブレン、ビナフチル、DPA、フェノチアジン、フルオランテン
、フェナントレン、クリセン、1,8−ジフェニル−1,3,5,7−オクタテ
トラセン、ナフタレン、アセナフタレン、ペリレン、TMPDおよびこれら化合
物の類似体と置換誘導体であるが、これらに限定されるものではない。
In addition to transition metal complexes, other organic electron donors and acceptors may be used in the present invention.
May be covalently attached to the nucleic acid. These organic molecules are
Bottle, xanthene dye, azine dye, acridine orange, N, N'-dimethyl
-2,7-diazapyrenium dichloride (DAP2+), Methyl viologen,
Ethidium bromide, quinones such as N, N'-dimethylanthra (2,1,9
-Def. 6,5,10-d'e'f ') diisoquinoline dichloride (ADIQ 2+ ); Porphyrin ([meso-tetrakis (N-methyl-x-pyridinium)
Luffyrin tetrachloride]), berramine blue B hydrochloride, bindshed
Bindschedler green; 2,6-dichloroindophenol, 2,6-
Dibromophenol indophenol; Brilliant Crest Blue (chloride 3
-Amino-9-dimethylamino-10-methylphenoxyazine), methylene butyl
Lou: Nile Blue A (Aminoaphthodiethylaminophenoxazine sulfate)
, Indigo-5,5 ', 7,7'-tetrasulfonic acid, indigo-5,5', 7-
Trisulfonic acid; phenosafuranine, indigo-5-monosulfonic acid; safrani
Bis (dimethylglyoximato) iron (II) chloride; indulin scare
, Neutral red, anthracene, coronene, pyrene, 9-phenyla
Anthracene, rubrene, binaphthyl, DPA, phenothiazine, fluoranthene
, Phenanthrene, chrysene, 1,8-diphenyl-1,3,5,7-octate
Toracene, naphthalene, acenaphthalene, perylene, TMPD and their compounds
Analogs and substituted derivatives, but are not limited to.

【0202】 一態様において、電子供与体および受容体は技術上既知のレドックスタンパク
質である。しかし、多くの態様においてレドックスタンパク質は好ましくない。
In one embodiment, the electron donor and acceptor are redox proteins known in the art. However, redox proteins are not preferred in many embodiments.

【0203】 特異ETMの選択は、以下に一般的に概説するように、使用する電子伝達検出
のタイプにより影響を受ける。好適なETMはメタロセンであり、特に好ましい
のはフェロセンとその誘導体である。
The selection of a specific ETM is influenced by the type of electron transfer detection used, as generally outlined below. Preferred ETMs are metallocenes, particularly preferred are ferrocene and its derivatives.

【0204】 好適な態様においては、複数のETMが使用される。多様なETMの使用はシ
グナルの増幅につながり、より感度の高い検出限界を可能とする。相補鎖にハイ
ブリダイズする核酸上で複数のETMを使用すると、その数、付着の部位および
複数ETM間の空間関係に依存してハイブリダイゼーション複合体のTmsの減
少を引起すが、一方それはETMがリクルート・リンカー上にある(すなわち、
“メカニズム−2”)場合、ファクターではなくなる、その理由はそれが相補配
列にハイブリダイズしないからである。従って、複数のETMが好ましく、リク
ルート・リンカー当たり少なくとも約2個のETMが好ましく、また少なくとも
10個が特に好ましく、また少なくとも約20〜50個がとりわけ好ましい。あ
る事例では、非常に多くのETM(50ないし1000個)が使用可能である。
[0204] In a preferred embodiment, multiple ETMs are used. The use of various ETMs leads to signal amplification, which allows for more sensitive detection limits. The use of multiple ETM on nucleic acids that hybridize to complementary strands, the number, but to cause a decrease in T m s of depending on the spatial relationship between the site of attachment and the plurality ETM hybridization complex, whereas it is The ETM is on the recruiting linker (ie,
In the case of "Mechanism-2"), it is no longer a factor because it does not hybridize to the complementary sequence. Thus, multiple ETMs are preferred, at least about 2 ETMs per recruiting linker are preferred, and at least 10 are particularly preferred, and at least about 20-50 are particularly preferred. In some cases, a very large number of ETMs (50-1000) are available.

【0205】 このように、共有結合付着したETMをもつ溶液結合リガンドまたは標識プロ
ーブが提供される。ETMを溶液結合リガンドに付着させる方法は、検出様式(
すなわち、メカニズム−1または2の系)および溶液結合リガンドの構成物に依
存して変化する。以下により詳細に説明するように、メカニズム−2系において
、ETMを含んでなる溶液結合リガンド(または標識プローブ)の部分は“リク
ルート・リンカー”といい、核酸または非核酸から構成されていてもよい。メカ
ニズム−1系の場合、リクルート・リンカーは核酸でなければならない。
[0205] Thus, a solution-bound ligand or labeled probe having a covalently attached ETM is provided. The method of attaching the ETM to the solution-bound ligand is based on the detection mode (
That is, it changes depending on the mechanism-1 or 2) and the composition of the solution-bound ligand. As described in more detail below, in the mechanism-2 system, the portion of the solution-bound ligand (or labeled probe) comprising the ETM is called the "recruitment linker" and may be composed of nucleic acids or non-nucleic acids. . For the mechanism-1 system, the recruitment linker must be a nucleic acid.

【0206】 このように、当業者が認めるように、使用し得る多様な構成が存在し得る。好
適な態様において、リクルート・リンカーは核酸(類似体も含む)であり、ET
Mの付着は、下記に示すように、(1)塩基;(2)バックボーン、例えば、リ
ボース、リン酸エステル、または核酸類似体の相当する構造;(3)下記のヌク
レオシド置換;または(4)下記のごときメタロセンポリマー;を介在する。好
適な態様において、リクルート・リンカーは非核酸であり、メタロセンポリマー
またはETM置換基を含むアルキル型ポリマー(以下により詳細に説明するよう
に、ヘテロアルキルを含む)であってもよい。これらの選択肢は図5に一般的に
描出する。
Thus, as the skilled artisan will appreciate, there may be various configurations that can be used. In a preferred embodiment, the recruitment linker is a nucleic acid (including analogs) and ET
The attachment of M can be accomplished by (1) a base; (2) the corresponding structure of a backbone, eg, a ribose, phosphate ester, or nucleic acid analog; (3) the following nucleoside substitution; or (4) A metallocene polymer as described below; In a preferred embodiment, the recruitment linker is non-nucleic acid and may be a metallocene polymer or an alkyl-type polymer containing ETM substituents (including heteroalkyl, as described in more detail below). These options are depicted generally in FIG.

【0207】 好適な態様において、リクルートリンカーは核酸であり、共有結合により付着
したETMを含んでいる。ETMは様々な位置で核酸内のヌクレオシドに付着し
ていてもよい。好適な態様は、(1)ヌクレオシド塩基への付着、(2)塩基置
換体としてのETMの付着、(3)リボース−リン酸バックボーンのリボースま
たはリン酸部分への、または核酸類似体の類似構造へなどの核酸バックボーンへ
の付着、および(4)メタロセンポリマーを介しての付着、などであるが、これ
らに限定されるものではない。
[0207] In a preferred embodiment, the recruitment linker is a nucleic acid, comprising a covalently attached ETM. The ETM may be attached to the nucleoside in the nucleic acid at various positions. Preferred embodiments include (1) attachment to nucleoside bases, (2) attachment of ETMs as base substitutes, (3) analogous structures to the ribose or phosphate moieties of the ribose-phosphate backbone, or nucleic acid analogs. And (4) attachment via a metallocene polymer, but are not limited thereto.

【0208】 さらに、下記のように、リクルートリンカーが核酸である場合、第二のラベル
プローブを用いることが望ましく、該プローブは本明細書に定義のように第一ラ
ベルプローブの一部にハイブリッド形成する第一部分とリクルートリンカーを含
んでなる第二部分を有する。これはアンプリファイアープローブの使用に似てい
るが、第一および第二ラベルプローブ両者がETMを含んでなる場合は例外であ
る。
Further, when the recruiting linker is a nucleic acid, as described below, it is desirable to use a second label probe, which probe hybridizes to a portion of the first label probe as defined herein. And a second portion comprising a recruitment linker. This is similar to the use of an amplifier probe, except where both the first and second label probes comprise an ETM.

【0209】 好適な態様において、伝導性オリゴマーの付着のために、既に一般的に概説さ
れているようにヌクレオシドの塩基に付着する。付着は内部ヌクレオシドまたは
末端ヌクレオシドに対してなされる。
In a preferred embodiment, for the attachment of the conductive oligomer, it is attached to the base of the nucleoside as generally outlined above. Attachment is to an internal or terminal nucleoside.

【0210】 共有結合による塩基への付着は選定されたETM上の部分に依存するが、一般
には上記されているように、伝導性オリゴマーが塩基に付着するのに似ている。
付着は、一般には、塩基のどの部位になされてもよい。好適な態様において、E
TMは遷移金属複合体であり、かくして、適切な金属リガンドの塩基への付着が
ETMの共有結合による付着に導く。あるいは、当業者が認識するように、同様
のタイプの結合を有機ETMの付着に使用してもよい。
[0210] Covalent attachment to a base depends on the moiety on the ETM chosen, but generally resembles attaching a conductive oligomer to a base, as described above.
Attachment may generally be at any site on the base. In a preferred embodiment, E
TM is a transition metal complex, and thus attachment of the appropriate metal ligand to the base leads to covalent attachment of the ETM. Alternatively, as the skilled artisan will appreciate, a similar type of linkage may be used for attaching the organic ETM.

【0211】 一態様において、シトシンのC4付着アミノ基、アデニンのC6付着アミノ基
、またはグアニンのC2付着アミノ基が遷移金属リガンドとして使用し得る。
In one embodiment, the C4 attached amino group of cytosine, the C6 attached amino group of adenine, or the C2 attached amino group of guanine may be used as a transition metal ligand.

【0212】 芳香族基を含むリガンドは技術上既知のようにアセチレン結合を介して付着す
ることができる(Comprehensive Organic Synthesis, Trost et al., Ed., Perg
amon Press, Chapter 2.4; Coupling Reactions Between sp2 and sp Carbon Ce
nters, Sonogashira, pp 521-549, and pp 950-953参照; 出典明示により本明細
書に組込まれている)。構造30は金属イオンと他の必要なリガンド存在下での
代表的な構造を図示する;構造30ではウリジンを図示しているが、本明細書全
体について、他の塩基を使用することも可能である。
A ligand containing an aromatic group can be attached via an acetylene bond as is known in the art (Comprehensive Organic Synthesis, Trost et al., Ed., Perg.
amon Press, Chapter 2.4; Coupling Reactions Between sp 2 and sp Carbon Ce
nters, Sonogashira, pp 521-549, and pp 950-953; incorporated herein by reference). Structure 30 illustrates a representative structure in the presence of metal ions and other necessary ligands; although structure 30 illustrates uridine, other bases can be used throughout this specification. is there.

【0213】[0213]

【化30】 aはリガンドであり、窒素、酸素、イオウまたはリン供与リガンドまたはメ
タロセンリガンドなどの有機金属リガンドを包含する。適切なリガンドLaはフ
ェナントロリン、イミダゾール、bpyおよびterpyなどであるが、これら
に限定されるものではない。LrおよびMは上記定義のとおりである。再度、当
業者が認識するように、リンカー(“Z”)はヌクレオシドとETMの間に含ま
れる。
Embedded image La is a ligand and includes organometallic ligands such as nitrogen, oxygen, sulfur or phosphorus donating ligands or metallocene ligands. Suitable ligand L a is phenanthroline, imidazole, etc. bpy and terpy, but not limited thereto. L r and M are as defined above. Again, as the skilled artisan will appreciate, a linker ("Z") is included between the nucleoside and the ETM.

【0214】 同様に、付着リンカーとしては、その結合がリンカーを用いてなされるが、リ
ンカーはアミド結合を利用することができる(一般的に、Telser et al., J. Am
. Chem. Soc. 111: 7221-7226 (1989); Telser et al., J. Am. Chem. Soc. 111
: 7226-7232 (1989)参照;両文献を特に出典明示により本明細書に組込まれてい
る)。これらの構造は下記構造31に一般的に図示する。再度ここではウリジン
を塩基として使用しているが、上記同様、他の塩基も使用し得る。
Similarly, as an attachment linker, the bond is made using a linker, but the linker can utilize an amide bond (generally Telser et al., J. Am.
Chem. Soc. 111: 7221-7226 (1989); Telser et al., J. Am. Chem. Soc. 111.
: 7226-7232 (1989); both references are specifically incorporated herein by reference). These structures are illustrated generally in Structure 31 below. Again, uridine is used here as a base, but other bases can be used, as described above.

【化31】 Embedded image

【0215】 この態様において、Lは上記定義のリガンドであり、LrおよびMも上記定義
のとおりである。好ましくは、Lはアミノ、phen、bypおよびterpy
である。
In this embodiment, L is a ligand as defined above, and Lr and M are also as defined above. Preferably, L is amino, phen, byp and terpy
It is.

【0216】 好適な態様において、ヌクレオシドに付着したETMはメタロセンである;す
なわち、構造31のLおよびLrは両者ともメタロセンリガンドであり、上記の
m'である。構造32は好適な態様を図示するものであり、この場合メタロセン
はフェロセン、塩基はウリジンであるが、他の塩基も使用可能である。
In a preferred embodiment, the ETM attached to the nucleoside is a metallocene; that is, L and Lr of Structure 31 are both metallocene ligands, and are L m ' as described above. Structure 32 illustrates a preferred embodiment, where the metallocene is ferrocene and the base is uridine, although other bases can be used.

【化32】 Embedded image

【0217】 予備データが示唆するところでは、構造32は環化可能であって、第二アセチ
レン炭素原子がカルボニル酸素を攻撃し、フラン様構造を形成する。好適なメタ
ロセンはフェロセン、コバルトセンおよびオスミウムオセンなどである。
Preliminary data suggests that Structure 32 is cyclizable, with the secondary acetylene carbon atom attacking the carbonyl oxygen to form a furan-like structure. Suitable metallocenes include ferrocene, cobaltene and osmium oxene.

【0218】 好適な態様において、ETMは核酸のリボース−リン酸バックボーンのいずれ
かの位置、すなわち、5'または3'末端またはいずれかの内部ヌクレオシドでリ
ボースに付着している。この場合のリボースはリボース類似体を包含する。技術
的に知られているように、リボースの2'または3'位置のいずれかで修飾されて
いるヌクレオシドは、窒素、酸素、イオウおよびリン−含有修飾により可能とな
し得る。アミノ−修飾および酸素−修飾リボースが好ましい。一般的には、PC
T公開WO95/15971(出典明示により本明細書に組込まれている)を参
照されたい。これらの修飾基は遷移金属リガンドとして、または他の遷移金属リ
ガンドおよび有機金属リガンド付着のための化学的に官能性の部分、または当業
者認知の有機電子供与体部分として使用することができる。この態様において、
本明細書において“Z”として図示したようなリンカーも同様に、またはリボー
スとETM間の伝導性オリゴマーも使用可能である。好適な態様では、リボース
の2'または3'位での付着を利用するが、2'位置が好ましい。このように例え
ば、構造13、14および15に図示された伝導性オリゴマーはETMに置換え
ることができる;あるいは、ETMは伝導性オリゴマーの遊離末端に加えてもよ
い。
In a preferred embodiment, the ETM is attached to ribose at any position on the ribose-phosphate backbone of the nucleic acid, ie, at the 5 ′ or 3 ′ end or at any internal nucleoside. Ribose in this case includes a ribose analog. As is known in the art, nucleosides modified at either the 2 'or 3' position of ribose may be made possible by nitrogen, oxygen, sulfur and phosphorus-containing modifications. Amino-modified and oxygen-modified ribose are preferred. Generally, PC
See T Publication WO 95/15971, which is incorporated herein by reference. These modifying groups can be used as transition metal ligands or as chemically functional moieties for attachment of other transition metal and organometallic ligands, or as organic electron donor moieties recognized by those skilled in the art. In this aspect,
Linkers as illustrated herein as "Z" can be used as well, or a conductive oligomer between ribose and ETM. Preferred embodiments utilize attachment at the 2 'or 3' position of ribose, with the 2 'position being preferred. Thus, for example, the conductive oligomer illustrated in Structures 13, 14 and 15 can be replaced by an ETM; alternatively, the ETM may be added to the free end of the conductive oligomer.

【0219】 好適な態様において、メタロセンはETMとして作動し、下記構造33に図示
するようにアミド結合を介して付着する。例示ではメタロセンがフェロセンであ
る場合の好適な化合物につきその合成を概説する。
[0219] In a preferred embodiment, the metallocene acts as an ETM and is attached via an amide bond as illustrated in Structure 33 below. The illustration outlines the synthesis of suitable compounds when the metallocene is ferrocene.

【化33】 Embedded image

【0220】 好適な態様においては、アミンの結合が構造34に一般的に図示するように使
用される。
In a preferred embodiment, an amine linkage is used as shown generally in Structure 34.

【化34】 Zは本明細書に定義のごときリンカーであり、1〜16原子のものが好ましく、
2〜4原子がとりわけ好ましい。tは1または0である。
Embedded image Z is a linker as defined herein, preferably having 1 to 16 atoms,
Two to four atoms are particularly preferred. t is 1 or 0.

【0221】 好適な態様においては、オキソ結合が構造35に一般的に図示するように使用
される。
In a preferred embodiment, an oxo bond is used as shown generally in Structure 35.

【化35】 構造35において、Zは本明細書に定義のとおりのリンカーであり、tは1ま
たは0である。好適なZリンカーは、(CH2nおよび(CH2CH2O)nなど
のヘテロアルキル基を含むアルキル基を包含し、nは1ないし10が好ましく、
n=1ないし4がとりわけ好ましく、n=4が特に好ましい。
Embedded image In structure 35, Z is a linker as defined herein and t is 1 or 0. Suitable Z linkers include alkyl groups, including heteroalkyl groups such as (CH 2 ) n and (CH 2 CH 2 O) n , where n is preferably 1 to 10,
n = 1 to 4 are particularly preferred, and n = 4 is particularly preferred.

【0222】 他のヘテロ原子を利用する結合も可能である。[0222] Bonds utilizing other heteroatoms are also possible.

【0223】 好適な態様において、ETMは核酸のリボース−リン酸バックボーンのいずれ
かの位置でリン酸エステルに付着する。これは様々な様式でなされる。一態様に
おいて、ホスホジエステル結合類似体、例えば、ホスホラミドまたはホスホラミ
ダイト結合は核酸中に取込まれていてもよく、その場合、ヘテロ原子(すなわち
、窒素)が遷移金属リガンドとして作動する(PCT公開WO95/15971
参照;出典明示により本明細書に組込まれている)。あるいは、構造23および
24に図示されている伝導性オリゴマーをETMに置換えてもよい。好適な態様
において、組成物は構造36に示した構造を有する。
In a preferred embodiment, the ETM is attached to the phosphate at any position on the ribose-phosphate backbone of the nucleic acid. This can be done in various ways. In one embodiment, a phosphodiester bond analog, such as a phosphoramide or phosphoramidite bond, may be incorporated into the nucleic acid, where the heteroatom (ie, nitrogen) acts as a transition metal ligand (PCT Publication WO95 / 15971
See; incorporated herein by reference). Alternatively, the conductive oligomer illustrated in structures 23 and 24 may be replaced by ETM. In a preferred embodiment, the composition has the structure shown in Structure 36.

【化36】 Embedded image

【0224】 構造36において、ETMはリン酸エステル結合を介して、一般にはリンカー
Zを使用することにより付着する。好適なZリンカーは、(CH2n、(CH2
CH2O)nなどのヘテロアルキル基を含むアルキル基を包含し、nは1ないし1
0が好ましく、n=1ないし4がとりわけ好ましく、n=4が特に好ましい。
In structure 36, the ETM is attached via a phosphate ester bond, generally by using a linker Z. Suitable Z linkers are (CH 2 ) n , (CH 2
CH 2 O) n , including an alkyl group including a heteroalkyl group, wherein n is 1 to 1
0 is preferred, n = 1 to 4 is particularly preferred, and n = 4 is particularly preferred.

【0225】 メカニズム−2システムについて、ETMがヌクレオシドの塩基またはバック
ボーンに付着している場合、より詳しく下に概説するように、“樹枝状”構造を
介してETMを付着させることが可能である。アルキルベースのリンカーを用い
、各枝の末端に1個以上のETMを含んでなる多数の分枝構造を創り出すことが
できる。一般に、これは多数のヒドロキシ基を含む分枝点を創り出すことにより
実施されるが、このヒドロキシ基を用いてさらなる分枝点を加えることができる
。末端のヒドロキシ基は次いでホスホラミダイト反応に用い、一般的にはヌクレ
オシド置換およびメタロセンポリマー反応のために以下に実施するように、ET
Mに加えることができる。
For the Mechanism-2 system, if the ETM is attached to the base or backbone of the nucleoside, it is possible to attach the ETM via a “dendritic” structure, as outlined in more detail below. Using an alkyl-based linker, a number of branched structures comprising one or more ETMs at the end of each branch can be created. Generally, this is accomplished by creating a branch point that contains a large number of hydroxy groups, which can be used to add additional branch points. The terminal hydroxy group is then used for the phosphoramidite reaction, generally as described below for nucleoside substitution and metallocene polymer reactions, as described below.
M can be added.

【0226】 好適な態様において、メタロセンなどのETMは、ETMとして作動するよう
に“ヌクレオシド置換体”として使用する。例えば、フェロセンの2つのシクロ
ペンタジエン環の間の距離は、二本鎖核酸中の2つの塩基間の直交距離に類似し
ている。フェロセンに加え、他のメタロセン、例えば、コバルトまたはルテニウ
ムなどを含むメタロセンなどの空気安定性メタロセンを使用することができる。
このように、メタロセン部分は、構造37(リボース−リン酸バックボーンを有
する核酸)および構造38(ペプチド核酸バックボーン)に一般的に図示するよ
うに、核酸のバックボーンに取込んでもよい。構造37および38ではフェロセ
ンを図示しているが、当業者が認識するように、他のメタロセンも同様に使用し
得る。一般に、空気に安定なメタロセンが好ましく、金属としてルテニウムおよ
びコバルトを利用するメタロセンが包含される。
In a preferred embodiment, an ETM such as a metallocene is used as a “nucleoside substitution” to operate as an ETM. For example, the distance between two cyclopentadiene rings of ferrocene is similar to the orthogonal distance between two bases in a double-stranded nucleic acid. In addition to ferrocene, other metallocenes can be used, for example, air-stable metallocenes such as those containing cobalt or ruthenium.
Thus, the metallocene moiety may be incorporated into the nucleic acid backbone, as generally illustrated in structure 37 (nucleic acid with a ribose-phosphate backbone) and structure 38 (peptide nucleic acid backbone). While structures 37 and 38 illustrate ferrocene, other metallocenes may be used as well, as those skilled in the art will recognize. Generally, air stable metallocenes are preferred, including metallocenes utilizing ruthenium and cobalt as the metal.

【0227】[0227]

【化37】 構造37において、Zは上記定義のリンカーであり、一般的には短 いアルキル基をもち、酸素などのヘテロ原子を含むものが好ましい。一般に、重
要なことはリンカーの長さであり、より詳しく以下に説明するように、二本鎖核
酸の最少の摂動がもたらされるようにする。このように、メチレン、エチレン、
エチレングリコール、プロピレンおよびブチレンがすべて好適であり、エチレン
およびエチレングリコールが特に好ましい。さらに、各Zリンカーは同一であっ
ても、異なってもよい。構造37はリボース−リン酸バックボーンを表示してい
るが、当業者が認識するように、リボース類似体およびリン酸エステル結合類似
体などの核酸類似体を使用してもよい。
Embedded image In Structure 37, Z is a linker as defined above, generally having a short alkyl group and preferably containing a heteroatom such as oxygen. In general, what is important is the length of the linker, as described in more detail below, so as to provide minimal perturbation of the double-stranded nucleic acid. Thus, methylene, ethylene,
Ethylene glycol, propylene and butylene are all suitable, with ethylene and ethylene glycol being particularly preferred. Further, each Z linker may be the same or different. Although structure 37 represents a ribose-phosphate backbone, as those skilled in the art will recognize, nucleic acid analogs such as ribose analogs and phosphate ester bond analogs may be used.

【0228】[0228]

【化38】 構造38において、好適なZ基は上記掲載のとおりであるが、再度、各Zリン
カーは同一または異なってもよい。上述のように、他の核酸類似体も同様に使用
し得る。
Embedded image In Structure 38, suitable Z groups are as described above, but again, each Z linker may be the same or different. As mentioned above, other nucleic acid analogs may be used as well.

【0229】 さらに、上記の構造と検討ではメタロセン、特にフェロセンを描出しているが
、同じ一般的な着想を用い、下記のように、メタロセンに加えヌクレオシドの置
換体として、またはポリマーの態様において、ETMを付加することができる。
このように、例えば、1、2または3個(またはそれ以上)のリガンドを含んで
なる、メタロセン以外の遷移金属複合体である場合、該リガンドをフェロセンに
ついて表現したように機能化し、ホスホラミダイト基の付加を可能とすることが
できる。特に、この態様において好ましいのは、少なくとも2つの環(例えば、
アリールおよび置換アリール)リガンドを含んでなる複合体であり、その場合、
各リガンドはホスホラミダイト化学による付着のための官能基を含んでなる。当
業者が認識するように、このタイプの反応は、ここで生じるシグナルの増幅を可
能とするために、核酸バックボーンの一部としてまたは核酸の“側鎖基”として
ETMのポリマーを創出するが、正しい化学基を含むように官能化し得る実質的
にいずれのETMによっても実施することができる。
Further, while the above structures and discussions depict metallocenes, especially ferrocenes, using the same general idea, as described below, as a substituent of a nucleoside in addition to a metallocene, or in a polymer embodiment, ETM can be added.
Thus, for example, in the case of a transition metal complex other than a metallocene comprising one, two or three (or more) ligands, the ligand is functionalized as described for ferrocene and the phosphoramidite group Additions can be made possible. In particular, preferred in this embodiment are at least two rings (eg,
Aryl and substituted aryl) ligands, wherein:
Each ligand comprises a functional group for attachment by phosphoramidite chemistry. As the skilled artisan will appreciate, this type of reaction creates a polymer of the ETM as part of the nucleic acid backbone or as a "side group" of the nucleic acid to allow amplification of the signal generated here, It can be performed with virtually any ETM that can be functionalized to include the correct chemical groups.

【0230】 このように、フェロセンなどのメタロセン(または他のETM)を核酸のバッ
クボーンに挿入することにより、核酸類似体が調製される;すなわち、本発明は
少なくとも1個のメタロセンを含んでなるバックボーンをもつ核酸を提供する。
このことはバックボーンに付着した、すなわち、リボース、リン酸エステルなど
を介して、メタロセンを有する核酸から識別される。すなわち、伝統的な核酸ま
たは類似体から造られた2つの核酸(この場合の核酸は単一のヌクレオシドを包
含する)それぞれは、メタロセンを介して互いに共有結合により付着することが
できる。異なる観点で、メタロセン誘導体または置換メタロセンが提供されるが
、その場合は、メタロセンの2つの芳香環それぞれが核酸置換基を有する。
Thus, nucleic acid analogs are prepared by inserting a metallocene, such as ferrocene (or other ETM), into a nucleic acid backbone; that is, the present invention provides a backbone comprising at least one metallocene. A nucleic acid having the formula:
This is distinguished from metallocene-bearing nucleic acids by attachment to the backbone, ie, via ribose, phosphate esters, and the like. That is, two nucleic acids made from a traditional nucleic acid or analog, in which case the nucleic acid comprises a single nucleoside, can each be covalently attached to each other via a metallocene. In a different aspect, there is provided a metallocene derivative or substituted metallocene, wherein each of the two aromatic rings of the metallocene has a nucleic acid substituent.

【0231】 さらに、より詳しく以下に説明するように、間にヌクレオチドをもつか、およ
び/または隣接するメタロセンをもつ1個より多いメタロセンをバックボーンに
取込ませることが可能である。隣接するメタロセンをバックボーンに付加する場
合、これは“メタロセンポリマー”としての下記の工程と同じである;すなわち
、バックボーン内にメタロセンポリマーの領域が存在する。
Further, as described in more detail below, it is possible to incorporate more than one metallocene into the backbone with nucleotides in between and / or with adjacent metallocenes. When an adjacent metallocene is added to the backbone, this is the same as the process described below as a "metallocene polymer"; that is, there are regions of the metallocene polymer within the backbone.

【0232】 核酸置換基に加え、ある場合には、メタロセン(またはETM)の芳香環の一
方または双方にさらなる置換基を付加することが望ましい。例えば、これらのヌ
クレオシド置換体は一般に実質的に相補的な核酸、例えば、標的配列またはもう
一つのプローブ配列とハイブリッド形成すべきプローブ配列の部分なので、置換
基をメタロセン環に付加して、反対鎖上の1個または複数個の塩基に水素結合形
成するのを容易にすることが可能である。これらはメタロセン環上のどの位置に
付加してもよい。適切な置換基は、アミド基、アミン基、カルボン酸、および置
換アルコールを含むアルコール類であるが、これらに限定されるものではない。
さらに、これらの置換基は同様にリンカーを介して付着させることができるが、
一般的には好ましくない。
In addition to nucleic acid substituents, in some cases, it may be desirable to add additional substituents to one or both of the aromatic rings of the metallocene (or ETM). For example, these nucleoside substitutions are generally substantially complementary nucleic acids, e.g., those portions of the probe sequence to be hybridized to the target sequence or another probe sequence, so that a substituent can be added to the metallocene ring to form the opposite strand. It is possible to facilitate hydrogen bond formation with one or more bases above. These may be added at any position on the metallocene ring. Suitable substituents include, but are not limited to, amide groups, amine groups, carboxylic acids, and alcohols, including substituted alcohols.
In addition, these substituents can be attached via a linker as well,
Generally not preferred.

【0233】 さらに、ETM、特にフェロセンなどのメタロセン上に置換基を付加してET
Mのレドックス性を変化させてもよい。このように、例えばある態様では、より
詳しく以下に記載するように、異なる様式で(すなわち、塩基またはリボース付
着)、異なるプローブ上、または異なる目的で(例えば、校正または内部基準と
して)付着した異なるETMを有することが望ましい。このように、メタロセン
上に置換基を付加することは、2つの異なるETMの識別を可能とする。
Further, a substituent may be added to the ETM, particularly a metallocene such as ferrocene to form an ET.
The redox properties of M may be changed. Thus, for example, in certain embodiments, as described in more detail below, different attached differently (ie, base or ribose attached), on different probes, or for different purposes (eg, as a calibration or internal reference). It is desirable to have an ETM. Thus, adding a substituent on the metallocene allows the distinction of two different ETMs.

【0234】 これらのメタロセン−バックボーン核酸類似体を生成させるために、中間成分
も提供される。このように、好適な態様において、本発明は構造39に一般的に
表示するように、ホスホラミダイト・メタロセンを提供する。
An intermediate component is also provided to generate these metallocene-backbone nucleic acid analogs. Thus, in a preferred embodiment, the present invention provides a phosphoramidite metallocene, as generally depicted in Structure 39.

【化39】 Embedded image

【0235】 構造39において、PGは保護基であり、一般に核酸の合成に適した基でああ
て、DMT、MMTおよびTMTなどがすべて好適である。芳香環はメタロセン
の環であるか、または遷移金属複合体もしくは他の有機ETM用リガンドの芳香
環であることができる。芳香環は同一または異なってもよく、また、本明細書に
検討するように置換されていてもよい。
In Structure 39, PG is a protecting group, which is generally a group suitable for nucleic acid synthesis, with DMT, MMT, TMT, and the like all preferred. The aromatic ring can be a metallocene ring or an aromatic ring of a transition metal complex or other ligand for an organic ETM. The aromatic rings can be the same or different and can be substituted as discussed herein.

【0236】 構造40はフェロセン誘導体を図示する:Structure 40 illustrates a ferrocene derivative:

【化40】 Embedded image

【0237】 これらのホスホラミダイト類似体は技術上既知の標準的オリゴヌクレオチド合
成に追加することができる。
[0237] These phosphoramidite analogs can be added to standard oligonucleotide synthesis known in the art.

【0238】 構造41はフェロセンペプチド核酸(PNA)モノマーを図示し、技術上既知
のPNAの合成に追加することができる。
Structure 41 illustrates a ferrocene peptide nucleic acid (PNA) monomer and can be added to the synthesis of PNAs known in the art.

【化41】 構造41において、PG保護基はペプチド核酸合成に使用するのに適しており
、MMT、boc、およびFmocなどが好ましい。
Embedded image In structure 41, the PG protecting group is suitable for use in peptide nucleic acid synthesis, with MMT, boc, Fmoc and the like being preferred.

【0239】 これら同一の中間化合物を用いてETMまたはメタロセンポリマーを形成する
ことが可能であり、これらは、より詳しく以下に説明するように、バックボーン
置換体としてよりもむしろ核酸に付加される。
[0239] These same intermediate compounds can be used to form ETM or metallocene polymers, which are added to nucleic acids rather than as backbone substitutes, as described in more detail below.

【0240】 好適な態様において、とりわけメカニズム−2システムの使用については、E
TMはポリマーとして、例えば、メタロセンポリマーとして、本明細書およびU
S特許番号5,124,246に概説されているように、“分枝したDNA”態
様と同様の“分枝した”構成で、修飾した機能化ヌクレオチドを用い付着させる
。一般的な着想は以下のとおりである。修飾されたホスホラミダイトヌクレオチ
ドが生成されるが、それはメタロセンなどのホスホラミダイトETMの付着に使
用し得る遊離のヒドロキシ基を最終的に含むことができる。この遊離のヒドロキ
シ基は塩基またはリボースもしくはリン酸エステルなどのバックボーン上に存在
し得る(当業者も認識するであろうが、他の構造を含む核酸類似体も使用し得る
)。修飾されたヌクレオチドを核酸に取込み、ヒドロキシ保護基を除去し、遊離
のヒドロキシを生じる。構造39および40において上述したように、メタロセ
ンなどのホスホラミダイトETMの付加に基づき、メタロセンETMなどのET
Mを付加する。メタロセンなどのさらなるホスホラミダイトETMを付加し、図
9でフェロセンについて描写したように“メタロセンポリマー”を含む“ETM
ポリマー”を形成することができる。さらに、ある態様においては、“キャッピ
ング”基をポリマー中の末端ETMに、例えば、最終リン酸エステル基をメタロ
センに付加することによりポリマーの溶解性を上昇させることが望ましい。他の
適切な溶解度上昇性“キャッピング”基は当業者が認識するであろう。留意すべ
きことは、これらの溶解度上昇性基は、リガンド環、例えば、本明細書で検討し
たメタロセンの他の位置でポリマーに付加させることができることである。
In a preferred embodiment, especially for the use of a mechanism-2 system,
TM is described herein as a polymer, for example, as a metallocene polymer,
As described in S Patent No. 5,124,246, modified functionalized nucleotides are attached in a "branched" configuration similar to the "branched DNA" embodiment. The general idea is as follows. A modified phosphoramidite nucleotide is produced, which can ultimately contain a free hydroxy group that can be used for attachment of a phosphoramidite ETM such as a metallocene. The free hydroxy group can be on a base or backbone, such as ribose or phosphate esters (although those skilled in the art will recognize, nucleic acid analogs containing other structures can also be used). The modified nucleotide is incorporated into the nucleic acid and the hydroxy protecting group is removed, resulting in free hydroxy. As described above in structures 39 and 40, based on the addition of a phosphoramidite ETM such as a metallocene, an ET such as a metallocene ETM
M is added. Additional phosphoramidite ETMs, such as metallocenes, were added and included "ETMs" including "metallocene polymers" as depicted for ferrocene in FIG.
In addition, in some embodiments, increasing the solubility of the polymer by adding a "capping" group to a terminal ETM in the polymer, for example, adding a final phosphate group to the metallocene. It will be appreciated by those skilled in the art that other suitable solubility-enhancing "capping" groups will be appreciated. Can be added to the polymer at other locations.

【0241】 好適な態様において、ホスホラミダイトヌクレオチドのリボースの2'位置は
、この場合はオキソ結合を介して保護されたヒドロキシ基を含むように先ず官能
化するが、リンカーの数については、Zリンカーについて本明細書で一般的に記
載するようにいずれの数も使用し得る。保護修飾されたヌクレオチドは、次いで
標準的なホスホラミダイトの化学により伸長する核酸中に取込む。保護基を除去
し、遊離のヒドロキシ基を用い、再び標準的なホスホラミダイトの化学を用い、
フェロセンなどのホスホラミダイトメタロセンを付加させる。同様の反応は核酸
の類似体についても可能である。例えば、構造41に示したペプチド核酸とメタ
ロセンモノマーを用い、メタロセンポリマーを含むペプチド核酸構造を生成させ
ることができた。
In a preferred embodiment, the ribose 2 ′ position of the phosphoramidite nucleotide is first functionalized to include a hydroxy group protected in this case via an oxo bond, but with respect to the number of linkers, Any number may be used as generally described herein for the linker. The protected modified nucleotide is then incorporated into the growing nucleic acid by standard phosphoramidite chemistry. The protecting group was removed, the free hydroxy group was used, again using standard phosphoramidite chemistry,
Add a phosphoramidite metallocene such as ferrocene. Similar reactions are possible with nucleic acid analogs. For example, a peptide nucleic acid structure containing a metallocene polymer could be generated using the peptide nucleic acid shown in Structure 41 and a metallocene monomer.

【0242】 このように、本発明は、メタロセンポリマーの“分枝”を含む核酸のリクルー
トリンカーを提供する。好適な態様ではメタロセンの長さが1ないし約50個、
好ましくは約5ないし約20個、とりわけ好ましくは約5ないし約10個のメタ
ロセンポリマーを利用する。
Thus, the present invention provides recruitment linkers for nucleic acids that include “branches” of a metallocene polymer. In a preferred embodiment, the length of metallocene is from 1 to about 50,
Preferably from about 5 to about 20, particularly preferably from about 5 to about 10, metallocene polymers are utilized.

【0243】 さらに、リクルートリンカーが核酸である場合、任意の組合わせでETMの付
着がなされる。一般的には、本明細書で概略するように、メカニズム−1システ
ムを使用する場合、ETMを含むヌクレオシドのクラスターは、標的配列に対す
る、プローブのハイブリダイゼーションのTmを減少させることができる;従っ
て、一般的に、メカニズム−1システムでは、ETMは、配列の全長にわたって
介在するか、またはそれらの少数が使用される。
Further, when the recruitment linker is a nucleic acid, the ETM is attached in any combination. In general, when using the mechanism-1 system, as outlined herein, clusters of nucleosides containing ETMs can reduce the Tm of hybridization of a probe to a target sequence; In general, in the mechanism-1 system, the ETMs are intervened over the entire length of the sequence, or a small number of them are used.

【0244】 メカニズム−1では、非共有的に付着したETMを使用することができる。あ
る実施態様では、ETMはハイブリダイゼーションインジケーターである。ハイ
ブリダイゼーションインジケーターは、ETM(加えると二重鎖核酸と選択的に
通常は可逆的に会合する)として働き、これはMillan et al., Anal. Chem. 65:2
317-2323 (1993); Millan et al., Anal. Chem. 662943-2948 (1994)と同様の方
法であり、両方とも引用して明示的に本明細書の一部とする。この実施態様では
、ETMの局部濃度の増加(ETMハイブリダイゼーションインジケーターと二
重鎖核酸との表面での会合による)を、伝導性オリゴマーを含む単層を使用して
モニターすることができる。ハイブリダイゼーションインジケーターは、インタ
ーカレーターとマイナーおよび/またはメジャーなグルーブ結合分子を含む。好
ましい実施態様では、インターカレーターを使用してもよい;インターカレーシ
ョンは、一般的に、二重鎖核酸の存在下でのみ起こるので、二重鎖核酸の存在下
でのみETMは濃縮される。遷移金属錯体ETMのインターカレーションは、当
業者に知られている。同様に、メチレンブルーなどのメジャーまたはマイナーな
グルーブ結合分子を本実施に使用してもよい。
In Mechanism-1, non-covalently attached ETMs can be used. In some embodiments, the ETM is a hybridization indicator. The hybridization indicator acts as an ETM (which, in addition, selectively and usually reversibly associates with double-stranded nucleic acid), which is described in Millan et al., Anal. Chem. 65: 2.
317-2323 (1993); similar to Millan et al., Anal. Chem. 662943-2948 (1994), both of which are expressly incorporated by reference. In this embodiment, an increase in the local concentration of ETM (due to the association of the ETM hybridization indicator with the duplex nucleic acid at the surface) can be monitored using a monolayer containing conductive oligomers. Hybridization indicators include intercalators and minor and / or major groove binding molecules. In a preferred embodiment, an intercalator may be used; since intercalation generally occurs only in the presence of double-stranded nucleic acid, the ETM is only enriched in the presence of double-stranded nucleic acid. Intercalation of the transition metal complex ETM is known to those skilled in the art. Similarly, major or minor groove binding molecules such as methylene blue may be used in this implementation.

【0245】 さらに、本発明のバイオセンサーを、標的被検体の電気化学的検出に依存する
何れの方法で、実質的に使用してもよく、核酸検出に特に有用である。例えば、
本発明の方法および組成物を、標的被検体に固有のETMの検出に依存する核酸
検出方法で使用することができる。例えば、Napier et al., Bioconj. Chem. 8:
906 (1997)(引用して明示的に本明細書の一部とする)で概略説明されているよう
に、核酸のグアニン塩基を、酸化還元状態の変化(すなわち、ルテニウム錯体に
よるグアニン酸化)によって検出することができる。同様に、本発明の方法は、
銅表面を触媒電極として利用して核酸のリボースを酸化する検出システムでの使
い道も有用である。
In addition, the biosensors of the present invention may be used substantially in any method that relies on electrochemical detection of a target analyte, and are particularly useful for nucleic acid detection. For example,
The methods and compositions of the present invention can be used in nucleic acid detection methods that rely on the detection of an ETM specific to the target analyte. For example, Napier et al., Bioconj. Chem. 8:
As outlined in 906 (1997) (explicitly incorporated herein by reference), the guanine base of a nucleic acid is converted by a change in the redox state (i.e., guanine oxidation by a ruthenium complex). Can be detected. Similarly, the method of the present invention comprises:
Use in a detection system for oxidizing ribose of nucleic acids using a copper surface as a catalyst electrode is also useful.

【0246】 好ましい実施態様では、リクルートリンカーは核酸ではなく、その代わりに如
何なる種類のリンカーまたはポリマーであってもよい。当業者が認めるであろう
ように、通常、修飾されETMを含み得る何れのリンカーまたはポリマーを使用
することもできる。一般に、これらのポリマーまたはリンカーは適度に溶解性を
有し、ETM付着に適切な官能基を含むのがよい。
In a preferred embodiment, the recruitment linker is not a nucleic acid, but may instead be any type of linker or polymer. As the skilled artisan will appreciate, generally any linker or polymer that may be modified and include ETM can be used. In general, these polymers or linkers should be reasonably soluble and contain functional groups suitable for ETM attachment.

【0247】 好適な態様において、リクルートリンカーは核酸ではなく、代りに如何なる種
類のリンカーまたはポリマーであってもよい。当業者が認識するように、ETM
を含むように修飾し得る一般的なリンカーまたはポリマーを用いることができる
。一般に、ポリマーまたはリンカーは適度に溶解すべきであり、ETM付加のた
めの適切な官能基を含むべきである。
In a preferred embodiment, the recruitment linker is not a nucleic acid, but instead may be any type of linker or polymer. As those skilled in the art will recognize, ETM
General linkers or polymers that can be modified to include Generally, the polymer or linker should be reasonably soluble and should contain the appropriate functional groups for ETM addition.

【0248】 本明細書にて用いる場合、“リクルートポリマー”とは少なくとも2または3
個のサブユニットを含んでなり、共有結合により付着している。モノマーサブユ
ニットの少なくともある部分はETMの共有結合による付着のための官能基を含
む。ある態様において、カップリング部分はサブユニットとETMとを共有結合
させるために用いる。付着のための好適な官能基は、アミノ基、カルボキシ基、
オキソ基およびチオール基などであって、アミノ基が特に好ましい。当業者が認
識するように、多様なリクルートポリマーが可能である。
As used herein, a “recruiting polymer” is at least 2 or 3
Subunits and are covalently attached. At least some of the monomer subunits contain functional groups for covalent attachment of ETMs. In some embodiments, the coupling moiety is used to covalently link the subunit and the ETM. Suitable functional groups for attachment are amino, carboxy,
Amino groups are particularly preferred, such as oxo and thiol groups. As the skilled artisan will appreciate, a variety of recruiting polymers are possible.

【0249】 適切なリンカーとしては、アルキルリンカー(ヘテロアルキル((ポリ)エチ
レングリコール型構造を含む)、置換アルキル、アリールアルキルリンカーを含
む)を包含するが、これらに限定されるものではない。ポリマーについては上記
のごとく、リンカーはETM付着のための1個以上の官能基を含んでなり、付着
は当業者認識のとおりに、例えば、周知のホモ−またはヘテロ−二官能性リンカ
ーを使用することによって実施される(1994年Pierce Chemical Companyの
カタログ、架橋剤に関する技術のセクション、155〜200ページ参照。出典
明示により本明細書の一部とする)。
Suitable linkers include, but are not limited to, alkyl linkers (including heteroalkyl (including (poly) ethylene glycol type structures), substituted alkyl, arylalkyl linkers). For polymers, as described above, the linker comprises one or more functional groups for ETM attachment, and attachment is accomplished using art-recognized, e.g., well-known homo- or hetero-bifunctional linkers. (See Pierce Chemical Company's catalog, 1994, section on techniques for crosslinkers, pages 155 to 200; incorporated herein by reference).

【0250】 適切なリクルートポリマーは、機能化したスチレン、例えば、アミノスチレン
、機能化したデキストラン、およびポリアミノ酸などを包含するが、これらに限
定されるものではない。好適なポリマーは、ポリリジンなどのポリアミノ酸(ポ
リ−D−アミノ酸およびポリ−L−アミノ酸両方)、およびリジンと特に好適な
他のアミノ酸を含むポリマーなどである。上記概略のように、ある実施態様では
、荷電したリクルートリンカーが好ましい(例えば非荷電化標的被検体を検出す
る場合など)。他の適切なポリアミノ酸は、ポリグルタミン酸、ポリアスパラギ
ン酸、リジンとグルタミン酸またはアスパラギン酸との共重合体、リジンとアラ
ニン、チロシン、フェニルアラニン、セリン、トリプトファン、および/または
プロリンとの共重合体などである。
Suitable recruiting polymers include, but are not limited to, functionalized styrenes, such as aminostyrene, functionalized dextran, and polyamino acids. Suitable polymers include polyamino acids such as polylysine (both poly-D-amino acids and poly-L-amino acids), and polymers containing lysine and other amino acids that are particularly preferred. As outlined above, in some embodiments, a charged recruitment linker is preferred (eg, when detecting an uncharged target analyte). Other suitable polyamino acids include polyglutamic acid, polyaspartic acid, copolymers of lysine with glutamic acid or aspartic acid, copolymers of lysine with alanine, tyrosine, phenylalanine, serine, tryptophan, and / or proline. is there.

【0251】 好適な態様において、リクルートリンカーは上記のようにメタロセンポリマー
が含まれる。
In a preferred embodiment, the recruitment linker comprises a metallocene polymer as described above.

【0252】 ラベルプローブ第一部分へのリクルートリンカーの付着(すなわち、標的被検
体に直接的または間接的の何れかで結合する部分)は、当業者が認識するように
、リクルートリンカーの組成に依存する。リクルートリンカーが核酸である場合
、これは、一般に、要求されるETM含有ヌクレオシドの取込みとともに、標識
プローブの第一部分の合成の際に形成される。あるいは、ラベルプローブの第一
部分とリクルートリンカーが別個に造られ、次いで付着してもよい。例えば、相
補性の重なり合う区分があって、例えば、技術的に既知のプソラレンを使用する
ことにより、化学的に架橋し得る二本鎖核酸の区分を形成させてもよい。
The attachment of the recruitment linker to the first portion of the label probe (ie, the moiety that binds either directly or indirectly to the target analyte) depends on the composition of the recruitment linker, as will be appreciated by those skilled in the art. . When the recruitment linker is a nucleic acid, it is generally formed upon synthesis of the first part of the labeled probe, with the incorporation of the required ETM-containing nucleoside. Alternatively, the first portion of the label probe and the recruitment linker may be made separately and then attached. For example, there may be overlapping overlapping sections, for example, using psoralens known in the art, to form sections of double-stranded nucleic acid that can be chemically crosslinked.

【0253】 非核酸リクルートリンカーを使用する場合、リクルートリンカーのリンカー/
ポリマー付着は一般に、当業者が認識するような標準的化学技法を用いて実施さ
れる。例えば、アルキル−ベースのリンカーを使用する場合、付着は核酸への絶
縁体付着と同様である。
When a non-nucleic acid recruiting linker is used, the linker /
Polymer deposition is generally performed using standard chemical techniques as will be recognized by those skilled in the art. For example, when using an alkyl-based linker, attachment is similar to insulator attachment to nucleic acids.

【0254】 さらに、核酸と非核酸の混合物であるリクルートリンカーを、線状形態(すな
わち、核酸セグメントがアルキルリンカーとともに結合している)または分枝形
態(ETMを含み、かつ、さらに分枝していてもよいアルキル“分枝”をもつ核
酸)で入手することが可能である。
In addition, the recruitment linker, which is a mixture of nucleic acids and non-nucleic acids, may be in a linear form (ie, where the nucleic acid segments are joined together with an alkyl linker) or a branched form (including ETMs and further branched). ("Nucleic acids with alkyl" branches ").

【0255】 好適な態様において、例えば標的被検体が核酸である場合、ETMを担持する
のは、標識プローブのリクルートリンカーよりもむしろ標的配列それ自体である
。例えば、以下により詳しく説明するように、本発明の各ETMを含むヌクレオ
チド三リン酸を、例えば、ポリメラーゼ連鎖反応(PCR)に際し、増殖する核
酸に酵素的に加えることが可能である。当業者が認めるであろうように、幾つか
の酵素は修飾したヌクレオチドに対し一般に寛容(tolerate)であることが示され
ているが、本発明の修飾ヌクレオチドの一部、例えば、“ヌクレオシド置換”の
態様および恐らく一部リン酸エステルの付着は、増殖する核酸への取込みを可能
とする酵素により認識されることもあり、されないこともある。したがって、こ
の態様での好適な付着はヌクレオチドの塩基またはリボースに対するものである
In a preferred embodiment, for example, where the target analyte is a nucleic acid, it is the target sequence itself that carries the ETM rather than the recruiting linker of the labeled probe. For example, as described in more detail below, nucleotide triphosphates containing each ETM of the present invention can be enzymatically added to growing nucleic acids, for example, during the polymerase chain reaction (PCR). As the skilled artisan will appreciate, some enzymes have been shown to be generally tolerant to modified nucleotides, but some of the modified nucleotides of the invention, for example, "nucleoside substitutions" And possibly some phosphate ester attachment may or may not be recognized by enzymes that allow incorporation into growing nucleic acids. Thus, the preferred attachment in this embodiment is to a nucleotide base or ribose.

【0256】 このように、例えば、当業者周知のように、標的配列のPCR増幅は、その配
列に一般にランダムに取込まれたETMを含んでいる標的配列を与えることとな
る。本発明のシステムは、これらのETMを用いて検出可能となるように構成す
ることができる。
Thus, for example, as is well known to those of skill in the art, PCR amplification of a target sequence will result in a target sequence comprising an ETM that is generally randomly incorporated into the sequence. The system of the present invention can be configured to be detectable using these ETMs.

【0257】 別法として、より詳細に以下に説明するように、ETMを含んでなるヌクレオ
チドを核酸の末端、例えば、標的核酸に酵素的に付加することが可能である。こ
の態様においては、有効な“リクルートリンカー”を標的配列の末端に付加させ
、それを検出に使用することができる。このように、本発明は、捕獲プローブを
を有する単層を含む電極を利用する構成物、およびアッセイ複合体の成分にハイ
ブリッド形成することの可能な第一部分と、アッセイ複合体の成分にハイブリッ
ド形成せず、少なくとも1つの共有結合により付着した電子移動部分を含んでな
る第二部分とを含んでなる標的配列を提供する。同様に、これらの組成物を利用
する方法も提供する。
Alternatively, as described in more detail below, a nucleotide comprising the ETM can be enzymatically added to the end of the nucleic acid, eg, to the target nucleic acid. In this embodiment, an effective "recruiting linker" can be added to the end of the target sequence and used for detection. Thus, the present invention provides a composition utilizing an electrode comprising a monolayer having a capture probe, and a first portion capable of hybridizing to a component of an assay complex, and a hybridizable component of the assay complex. But not a second moiety comprising at least one covalently attached electron transfer moiety. Also provided are methods of utilizing these compositions.

【0258】 プローブ配列、すなわち、相補性配列にハイブリッド形成するように設計され
た配列(すなわち、メカニズム−1配列だが、これをメカニズム−2システムで
も使用することができるが)にETMを連接させることも可能である。このよう
に、ETMは非リクルートリンカーにも同様に付加させることができる。例えば
、アッセイ複合体の成分にハイブリッド形成するラベルプローブ断片、例えば、
第一部分に、または上記に記載の標的配列に付加したETMが存在してもよい。
これらのETMは一部の態様において電子移動検出に使用してもよく、あるいは
その位置とシステムによっては使用することができない。例えば、ある態様にお
いて、例えば、無作為に取込ませたETMを含有する標的配列が捕獲プローブに
直接ハイブリッド形成する場合には、捕獲プローブにハイブリッド形成する部分
にETMが存在する。もし捕獲プローブが伝導性オリゴマーを用いる電極に付着
するならば、これらのETMはすでに説明したように電子移動を検出するのに使
用することができる。あるいは、これらのETMは特異的に検出し得ない可能性
もある。
Linking the ETM to a probe sequence, ie, a sequence designed to hybridize to a complementary sequence (ie, a mechanism-1 sequence, but which can also be used in a mechanism-2 system) Is also possible. Thus, ETMs can be added to non-recruiting linkers as well. For example, a label probe fragment that hybridizes to a component of the assay complex, for example,
An ETM may be present in the first part or in addition to the target sequence described above.
These ETMs may be used in some embodiments for electronic movement detection, or cannot be used depending on their location and system. For example, in some embodiments, for example, where a target sequence containing a randomly incorporated ETM hybridizes directly to a capture probe, the ETM is present in the portion that hybridizes to the capture probe. If a capture probe attaches to an electrode using a conductive oligomer, these ETMs can be used to detect electron transfer as previously described. Alternatively, these ETMs may not be specifically detectable.

【0259】 同様に、ある態様においては、リクルートリンカーが核酸である場合、リクル
ートリンカーの一部またはすべてが二本鎖であることが、ある例(例えばメカニ
ズム−2システムなど)では望ましい。一態様においては、第二リクルートリン
カーが存在し、それが実質的に第一リクルートリンカーに相補的であり、第一リ
クルートリンカーにハイブリッド形成し得ることがある。好適な態様において、
第一リクルートリンカーは共有結合により付着したETMを含んでなる。別の態
様において、第二リクルートリンカーはETMを含み、第一リクルートリンカー
は含まず、ETMは第二リクルートリンカーが第一に対してハイブリッド形成す
ることによりその表面に集められる。さらにもう一つの態様においては、第一お
よび第二リクルートリンカー双方がETMを含んでなる。留意すべきことは、上
記のように、大量数のETMを含んでなる核酸は、同様にはハイブリッド形成し
ない、すなわち、ETMの付着部位と特性に依存してTmが低下することがある
。かくして、一般に、多数のETMが鎖のハイブリッド形成に用いられるとき、
すなわちメカニズム−1システムでは、一般には約5より小さく、好ましくは約
3より小さくする。あるいはETMは、介在するヌクレオチドが充分にハイブリ
ッド形成して良好な反応速度が可能となるように十分な空間距離をとるべきであ
る。
Similarly, in some embodiments, when the recruitment linker is a nucleic acid, it may be desirable in some instances (eg, the mechanism-2 system) that some or all of the recruitment linker is double-stranded. In one embodiment, there may be a second recruitment linker, which is substantially complementary to the first recruitment linker and capable of hybridizing to the first recruitment linker. In a preferred embodiment,
The first recruitment linker comprises an ETM attached by a covalent bond. In another embodiment, the second recruitment linker comprises an ETM and no first recruitment linker, and the ETM is collected on its surface by the second recruitment linker hybridizing to the first. In yet another embodiment, both the first and second recruitment linkers comprise an ETM. It should be noted that, as noted above, nucleic acids comprising a large number of ETMs do not hybridize as well, ie, the Tm may be reduced depending on the attachment site and properties of the ETM. Thus, in general, when multiple ETMs are used for strand hybridization,
That is, in a mechanism-1 system, it is generally less than about 5, preferably less than about 3. Alternatively, the ETM should have a sufficient spatial distance so that the intervening nucleotides hybridize sufficiently to allow good reaction rates.

【0260】 核酸システム用に、本発明のプローブは標的配列に相補性(下に説明するよう
に、サンプルの標的配列または他のプローブ配列に対し)となるように設計し、
標的配列と本発明プローブのハイブリダイゼーションが起こるようにする。下に
概説するように、この相補性は完全である必要はない;標的配列と本発明の一本
鎖核酸間のハイブリダイゼーションを阻害するような、相当数の塩基対ミスマッ
チがあってもよい。しかし、もし突然変異の数が多すぎて、最少の緊縮ハイブリ
ダイゼーション条件下でもハイブリダイゼーションが起こらないならば、その配
列は相補的標的配列ではない。このように、本明細書において“実質的に相補的
”とは、プローブが正常の反応条件下でハイブリダイズするために標的配列に十
分に相補的であることを意味する。
For nucleic acid systems, the probes of the present invention are designed to be complementary to a target sequence (to a target sequence or other probe sequence in a sample, as described below);
The hybridization between the target sequence and the probe of the present invention takes place. As outlined below, this complementarity need not be perfect; there may be a significant number of base pair mismatches that would inhibit hybridization between the target sequence and the single stranded nucleic acid of the invention. However, if the number of mutations is so large that no hybridization occurs under minimal stringent hybridization conditions, the sequence is not a complementary target sequence. Thus, "substantially complementary" as used herein means that the probe is sufficiently complementary to the target sequence to hybridize under normal reaction conditions.

【0261】 一般に、本発明の核酸組成物はオリゴヌクレオチドプローブとして有用である
。当業者には明らかなように、プローブの長さは、標的配列の長さおよびハイブ
リダイゼーションと洗浄条件により変わる。一般に、オリゴヌクレオチドプロー
ブは約8ないし約50ヌクレオチドの範囲であり、好ましくは約10ないし約3
0であり、特に好ましいのは約12ないし約25である。ある場合には、非常に
長いプローブ、例えば、50ないし200〜300ヌクレオチドの長さのものを
用いてもよい。このように、本明細書に描出した構造において、ヌクレオシドは
核酸と置換え得る。
Generally, the nucleic acid compositions of the present invention are useful as oligonucleotide probes. As will be appreciated by those skilled in the art, the length of the probe will vary with the length of the target sequence and the hybridization and washing conditions. Generally, oligonucleotide probes range from about 8 to about 50 nucleotides, preferably from about 10 to about 3 nucleotides.
0 and particularly preferred is about 12 to about 25. In some cases, very long probes may be used, for example, 50 to 200 to 300 nucleotides in length. Thus, in the structures depicted herein, nucleosides can replace nucleic acids.

【0262】 多様なハイブリダイゼーション条件が本発明において使用し得るが、高度、中
程度および低度の緊縮条件などである;例えば、Maniatis et al., Molecular C
loning: A Laboratory Manual, 2nd Edition, 1989, and Short Protocols in M
olecular Biology, ed. Ausubel, et al.(出典明示により本明細書の一部とす
る)参照。緊縮条件は配列依存性であり、異なる環境では異なってくる。配列が
長くなると、温度を上げて特異的にハイブリダイズさせる。核酸のハイブリダイ
ゼーションの詳細にわたる説明がTijssen, Techniques in Biochemistry and Mo
lecular Biology--Hybridization with Nucleic Acid Probes, "Overview of p
rinciples of hybridization and the strategy of nucleic acid assays"(1993
)にある。一般に、緊縮条件は、定めたイオン強度pHにおける特異的配列の熱
融点(Tm)より約5−10℃低い温度になるように選択する。Tmは(定めたイ
オン強度、pHおよび核酸濃度で)、標的に相補的なプローブの50%が、平衡
状態で標的配列にハイブリダイズする温度である(Tmで標的配列が過剰量存在
し、プローブの50%が平衡状態を占める)。緊縮条件は、pH7.0ないし8.
3で、塩濃度が約1.0ナトリウムイオン以下であり、典型的には約0.01ない
し1.0Mのナトリウムイオン濃度(または他の塩)であり、そして温度は、短プ
ローブ用(例えば10ないし50ヌクレオチド)では少なくとも約30℃であり、
長プローブ用(例えば50ヌクレオチド以上)では少なくとも約60℃であるよう
な条件である。緊縮条件は、ホルムアミドなどの非安定化剤の添加によっても実
現できる。
A wide variety of hybridization conditions can be used in the present invention, including high, moderate and low stringency conditions; for example, Maniatis et al., Molecular C
loning: A Laboratory Manual, 2nd Edition, 1989, and Short Protocols in M
See olecular Biology, ed. Ausubel, et al. (herein incorporated by reference). Stringency conditions are sequence-dependent and will be different in different circumstances. The longer the sequence, the higher the temperature and specifically hybridized. A detailed description of nucleic acid hybridization can be found in Tijssen, Techniques in Biochemistry and Mo
lecular Biology--Hybridization with Nucleic Acid Probes, "Overview of p
rinciples of hybridization and the strategy of nucleic acid assays "(1993
)It is in. Generally, stringent conditions are selected to be about 5-10 ° C. below the thermal melting point (Tm) of the specific sequence at a defined ionic strength pH. Tm (at a defined ionic strength, pH and nucleic acid concentration) is the temperature at which 50% of the probes complementary to the target will hybridize to the target sequence at equilibrium (at Tm, the target sequence is present in excess, Occupy equilibrium). Stringent conditions are pH 7.0-8.0.
3, the salt concentration is about 1.0 sodium ion or less, typically about 0.01 to 1.0 M sodium ion concentration (or other salt), and the temperature is for short probes (eg, 10 to 50 nucleotides) at least about 30 ° C.
For long probes (eg, 50 nucleotides or more), the conditions should be at least about 60 ° C. Stringent conditions can also be achieved with the addition of destabilizing agents such as formamide.

【0263】 他の実施態様では、より低度の緊縮ハイブリダイゼーション条件を使用する;
例えば、当業者に知られている、穏やかなまたは低度の緊縮条件を使用してもよ
い;Maniatis and Ausubel, supra, and Tijssen, supra参照。
In another embodiment, less stringent hybridization conditions are used;
For example, mild or low stringency conditions known to those skilled in the art may be used; see Maniatis and Ausubel, supra, and Tijssen, supra.

【0264】 ハイブリダイゼーション条件は技術上知られるように、非イオン性バックボー
ン、すなわちPNAを用いても変わり得る。さらに、架橋剤が標的結合に続いて
二本鎖のハイブリダイゼーション複合体を架橋する、すなわち、共有結合により
付着させるために加えられてもよい。
Hybridization conditions can also be varied using a non-ionic backbone, ie, PNA, as is known in the art. In addition, a cross-linking agent may be added to cross-link, ie, covalently attach, the double-stranded hybridization complex following target binding.

【0265】 当業者には明らかなように、本発明のシステムは、幾つかを図6および7に描
出したように、多数の異なる形状の上に乗せ得る。一般に、使用し得るシステム
には3つのタイプがある:(1)標的配列それ自体がETMで標識されるシステ
ム(図6A参照;一般的に核酸システムについて有用);(2)標識プローブが
直接標的配列に結合するシステム(図6C参照);および(3)標識プローブが
間接的に標的配列に、例えば、増幅プローブの使用を介して結合するシステム(
図6E参照)。
As will be apparent to those skilled in the art, the system of the present invention may be mounted on a number of different shapes, some of which are depicted in FIGS. In general, there are three types of systems that can be used: (1) systems in which the target sequence itself is labeled with an ETM (see FIG. 6A; generally useful for nucleic acid systems); A system that binds to the sequence (see FIG. 6C); and (3) a system where the labeled probe binds indirectly to the target sequence, for example, through the use of an amplification probe (
See FIG. 6E).

【0266】 これら3つのシステムすべてにおいて、要求されるというわけではないが、電
極表面に標的配列を固定するのが好ましい。これは捕獲結合リガンドと所望によ
り1つまたはそれ以上の捕獲伸長プローブを用いて好適に実施される;核酸の代
表的実施例については図3参照。捕獲プローブのみを利用する場合には、各標的
配列に対しユニークな捕獲プローブをもつことが必要である;すなわち、表面は
ユニークな捕獲プローブを含むように設計しなければならない。あるいは、捕獲
伸長プローブを使用することが可能であり、それが“普遍的”表面、すなわち、
全ての標的配列を検出するのに使用し得る単一タイプの捕獲プローブを含む表面
を可能とする。“捕獲伸長”プローブは一般的に図6Cなどに描出され、捕獲プ
ローブの全部または一部にハイブリダイズする第一部分と、標的配列の一部分に
ハイブリダイズする第二部分とをもつ。これが次いで設計された可溶性プローブ
の生成を可能とするが、当業者も認めるように、一般により簡単でコストも掛ら
ない。本明細書に示すように、2つの捕獲伸長プローブを使用し得る。これは一
般にアッセイ複合体を安定化するためになされる(例えば、標的配列が大きい場
合、または大きな増幅プローブ(特に、分枝または樹枝状増幅プローブ)が使用
される場合)。
In all three systems, it is preferred, but not required, to immobilize the target sequence on the electrode surface. This is preferably performed using a capture binding ligand and, optionally, one or more capture extension probes; see FIG. 3 for a representative example of a nucleic acid. If only capture probes are used, it is necessary to have a unique capture probe for each target sequence; that is, the surface must be designed to contain the unique capture probe. Alternatively, a capture extension probe can be used, which is a "universal" surface, ie,
Enables a surface containing a single type of capture probe that can be used to detect all target sequences. A "capture extension" probe is generally depicted, such as in FIG. 6C, having a first portion that hybridizes to all or a portion of the capture probe and a second portion that hybridizes to a portion of the target sequence. This then allows for the production of designed designed soluble probes, but, as the skilled artisan will appreciate, is generally simpler and less costly. As shown herein, two capture extension probes may be used. This is generally done to stabilize the assay complex (eg, if the target sequence is large, or if a large amplification probe is used, especially a branched or dendritic amplification probe).

【0267】 捕獲結合リガンドが核酸でない場合、捕獲伸長成分をなお使用し得る。一態様
において、図2Cに描出したように、捕獲結合リガンドが核酸の会合した捕捉エ
クステンダーをもち(当業者も認めるであろうが、同様に結合対の一部であって
もよい)、電極表面を標的とするために使用し得る。あるいは、さらなる捕獲伸
長成分を用いて、“一般的”表面を可能とする(図1参照)。
If the capture binding ligand is not a nucleic acid, a capture extension component may still be used. In one embodiment, as depicted in FIG. 2C, the capture binding ligand has an associated capture extender of nucleic acid (as will be appreciated by those skilled in the art, but may also be part of a binding pair) and the electrode surface Can be used to target Alternatively, an additional capture extension component is used to enable a “generic” surface (see FIG. 1).

【0268】 本明細書中の検討および図は、一般的に、核酸の実施態様を描出しているが、
同じ思想を非核酸標的被検体についても使用することができる。例えば、当業者
が必要とするときには、捕獲伸長リガンドを調製してもよい。例えば、核酸“テ
ール”を結合リガンドに加えてもよい。
Although the discussion and figures herein generally depict nucleic acid embodiments,
The same concept can be used for non-nucleic acid target analytes. For example, capture extension ligands may be prepared as needed by those skilled in the art. For example, a nucleic acid "tail" may be added to the binding ligand.

【0269】 好適な態様において、結合リガンドは以下に検討するSAMの形成後に加えら
れる(上記(4))。これは、当業者が認識するように種々の方法で実施し得る。一
態様において、末端官能基を有する伝導性オリゴマーは、活性化されたカルボン
酸エステルとイソチオシアン酸エステルを利用する好適な態様により調製される
が、それは、活性化されたカルボン酸エステルを用いる、存在するかまたは核酸
などの結合リガンドに取付けたかのいずれの一級アミンと反応する。これら二種
類の試薬は水溶液中で安定であるという利点をもち、さらに一級アルキルアミン
と反応する。しかし、塩基のうち、一級芳香族アミンおよび二級および三級アミ
ンは反応してはならず、そのようにして、表面への、核酸の部位特異的付加が可
能となるようにしなければならない。同様の技法を非核酸成分に使用することが
できる;例えば、上に概略のとおり、タンパク質の、金属キレートを含むSAM
への付着は、公知である;米国特許第5,620,850参照。これがその表面上に既知
方法(インクジェット、スポッティングなど)によるプローブ(捕獲プローブま
たは検出プローブのいずれか、または両方)のスポッティングを可能とする。
In a preferred embodiment, the binding ligand is added after the formation of the SAMs discussed below ((4) above). This can be implemented in various ways, as will be appreciated by those skilled in the art. In one embodiment, the conductive oligomer having terminal functional groups is prepared by a preferred embodiment utilizing an activated carboxylic acid ester and an isothiocyanate ester, which comprises an activated carboxylic acid ester. Or with a primary amine attached to a binding ligand such as a nucleic acid. These two reagents have the advantage of being stable in aqueous solution and further react with primary alkylamines. However, of the bases, the primary aromatic amines and the secondary and tertiary amines must not react, and thus must allow for the site-specific addition of nucleic acids to the surface. Similar techniques can be used for non-nucleic acid components; for example, SAMs containing metal chelates of proteins, as outlined above.
Attachment to is known; see US Patent No. 5,620,850. This allows spotting of probes (either capture probes or detection probes, or both) on the surface by known methods (inkjet, spotting, etc.).

【0270】 さらに、核酸を表面上に固定化するために用い得る多くの非核酸方法がある。
例えば、結合パートナー対が利用し得る;すなわち、一方の結合パートナーは伝
導性オリゴマーの末端に付着させ、他方は核酸の末端に付着させる。これはまた
核酸捕獲プローブを使用せずに実施し得る;すなわち、一方の結合パートナーは
捕獲プローブとして作用し、他方は標的配列または捕獲伸長プローブのいずれか
に付着する。すなわち、標的配列が結合パートナーを含むか、または標的配列に
ハイブリッド形成する捕獲伸長プローブが結合パートナーを含むかのいずれかで
ある。適切な結合パートナー対は、ビオチン/ストレプトアビジンなどのハプテ
ン対、抗原/抗体、NTA/ヒスチジンタグなどであるが、これらに限定される
ものではない。一般に、より小型の結合パートナーが好ましく、そのようにして
電子は核酸から伝導性オリゴマー中へ移動し、検出を可能とする。
In addition, there are many non-nucleic acid methods that can be used to immobilize nucleic acids on a surface.
For example, a pair of binding partners may be utilized; one binding partner is attached to the end of the conductive oligomer and the other is attached to the end of the nucleic acid. This can also be performed without the use of a nucleic acid capture probe; that is, one binding partner acts as a capture probe and the other attaches to either the target sequence or the capture extension probe. That is, either the target sequence contains a binding partner or the capture extension probe that hybridizes to the target sequence contains a binding partner. Suitable binding partner pairs include, but are not limited to, hapten pairs such as biotin / streptavidin, antigens / antibodies, NTA / histidine tags, and the like. In general, smaller binding partners are preferred, so that the electrons move from the nucleic acid into the conductive oligomer, allowing detection.

【0271】 好適な態様において、標的配列それ自体が修飾され結合パートナーを含む場合
、結合パートナーは標的配列に酵素的に付着し得る修飾ヌクレオチドを介して、
例えば、PCR標的増幅工程に際して付着する。あるいは、結合パートナーは標
的配列に容易に付着する。
In a preferred embodiment, when the target sequence itself is modified to include a binding partner, the binding partner is linked via a modified nucleotide that can be enzymatically attached to the target sequence.
For example, it attaches during the PCR target amplification step. Alternatively, the binding partner readily attaches to the target sequence.

【0272】 あるいは、標的にハイブリッド形成するための核酸部分並びに結合パートナー
を有する捕獲伸長プローブを利用してもよい(例えば、捕獲伸長プローブは結合
パートナーに付着するのに使用されるアルキルリンカーなどの非核酸部分を含ん
でいてもよい)。この態様においては、安定のために標的の二本鎖核酸と捕獲伸
長プローブとを、例えば、技術上既知のプソラレンを用い架橋することが望まし
い。
Alternatively, a capture extension probe having a nucleic acid moiety for hybridizing to a target and a binding partner may be utilized (eg, the capture extension probe may be a non-binding linker such as an alkyl linker used to attach to the binding partner). A nucleic acid moiety). In this embodiment, it is desirable to crosslink the target double-stranded nucleic acid and the capture extension probe using, for example, a psoralen known in the art for stability.

【0273】 好ましい実施態様として、標的配列自体がETMを含む。上記に検討したよう
に、このことは相当数の位置に取込まれたETMをもつ標的配列により実施し得
ることであり、上記概説のとおりである。この態様においては、このシステムの
その他について、プローブと標的の3’−5’配向が、ETM含有構造(すなわ
ち、リクルートリンカーまたは標的配列)が可能な限り単層の表面に接近するよ
うに、また、正しい配向となるように選択される。これは図面に一般的に示した
ように、絶縁体または伝導性オリゴマーを介する付着により実施することができ
る。さらに、当業者が認めるであろうように、複数の捕獲プローブは、捕獲プロ
ーブの5’−3’配向が異なる場合である図5Dに描出したような形状で、また
は複数の捕獲プローブを用いた場合に標的の“ループ”が生成する場所で利用す
ることができる。
In a preferred embodiment, the target sequence itself comprises an ETM. As discussed above, this can be done with a target sequence having an ETM incorporated at a significant number of positions, as outlined above. In this embodiment, for the rest of the system, the 3′-5 ′ orientation of the probe and target is such that the ETM-containing structure (ie, the recruitment linker or target sequence) is as close as possible to the surface of the monolayer, and , Are selected to have the correct orientation. This can be accomplished by deposition via an insulator or a conductive oligomer, as shown generally in the figures. Further, as one of skill in the art will appreciate, the multiple capture probes were in the shape as depicted in FIG. 5D, where the 5′-3 ′ orientation of the capture probes was different, or used multiple capture probes. It can be used where the target "loop" creates.

【0274】 好ましい実施態様として、図に一般的に描出したように、標識プローブが標的
配列に直接ハイブリダイズする。これらの態様において、標的配列は、好ましく
は、捕獲伸長プローブを含む捕獲プローブにより表面に固定する。次いで、標識
プローブを用い、単層の表面近傍にETMをもってくる。好適な態様においては
、複数の標識プローブを用いる;すなわち、標識プローブは標的配列にハイブリ
ダイズする部分が多数の異なる標識プローブに対して異なり得るように設計し、
その結果、シグナルの増幅が起こるが、その理由は複数の標識プローブがそれぞ
れの標識配列に結合し得るからである。このように、図に描出したように、nは
少なくとも1の整数である。所望の感度、標的配列の長さ、標識プローブ当たり
のETM数により、nの好適な範囲は1〜50、特に好ましくは約1ないし約2
0、そしてとりわけ好ましいのは約2ないし約5である。さらに、もし“一般の
”標識プローブが望ましいのであれば、増幅プローブの使用について一般的に下
に説明したように、標識伸長プローブを用いることができる。
In a preferred embodiment, the labeled probe hybridizes directly to the target sequence, as depicted generally in the figure. In these embodiments, the target sequence is preferably immobilized on the surface by a capture probe, including a capture extension probe. Next, an ETM is brought near the surface of the monolayer using a labeled probe. In a preferred embodiment, multiple labeled probes are used; that is, the labeled probes are designed such that the portion that hybridizes to the target sequence can be different for a number of different labeled probes;
The result is amplification of the signal because multiple labeled probes can bind to each labeled sequence. Thus, as depicted in the figure, n is an integer of at least one. Depending on the desired sensitivity, the length of the target sequence and the number of ETMs per labeled probe, a suitable range for n is from 1 to 50, particularly preferably from about 1 to about 2
0, and especially preferred is about 2 to about 5. In addition, if "generic" labeled probes are desired, labeled extension probes can be used, as described generally below for the use of amplification probes.

【0275】 上記のように、この態様においては一般に、システムの形状と標識プローブの
配置は単層表面に可能な限り近接してETMが集まるように設計する。 好適な態様において、標識プローブは間接的に標的配列にハイブリダイズさせ
る。すなわち、本発明はシグナル増幅技術と電極上での電子伝達検出との新規な
組合わせに用途を見出だすが、これは核酸実施態様について図(以下参照)に一般
的に描出したように、サンドイッチハイブリダイゼーションアッセイにとりわけ
有用である;同様のシステムを非核酸標的被検体について発展させることができ
る。これらの態様において、本発明の増幅プローブはサンプル中の標的配列に直
接または間接的に結合する。増幅プローブは、好ましくは標識プローブの結合に
利用し得る比較的多数の増幅配列を含むので、検出可能なシグナルが有意に増加
し、標的の検出限界が有意に改善され得る。これらの標識と増幅プローブ、およ
び本明細書に記載の検出方法は、本質的に既知の核酸ハイブリダイゼーションに
よるいずれかの方式、例えば、標的を直接固相に結合する方式で、または標的が
1つ以上の核酸に結合し、それが次いで固相に結合するサンドイッチハイブリダ
イゼーションアッセイにて、使用可能である。
As described above, in this embodiment, generally, the shape of the system and the arrangement of the labeled probes are designed so that the ETMs gather as close as possible to the monolayer surface. In a preferred embodiment, the labeled probe hybridizes indirectly to the target sequence. That is, the present invention finds use in a novel combination of signal amplification techniques and electron transfer detection on electrodes, which, as generally depicted in the figures (see below) for nucleic acid embodiments, Particularly useful for sandwich hybridization assays; similar systems can be developed for non-nucleic acid target analytes. In these embodiments, the amplification probes of the invention bind directly or indirectly to a target sequence in a sample. Since the amplification probe preferably contains a relatively large number of amplification sequences available for binding of the labeled probe, the detectable signal can be significantly increased and the detection limit of the target can be significantly improved. These labels and amplification probes, and the detection methods described herein can be used in any manner by essentially known nucleic acid hybridization, for example, by directly binding the target to a solid phase, or by using one target. It can be used in sandwich hybridization assays that bind to the above nucleic acids, which in turn bind to a solid phase.

【0276】 一般に、これらの態様は、核酸を特に参照して以下のように説明し得る。増幅
プローブは標的配列に直接または標識伸長プローブの使用を介してハイブリダイ
ズするが、これは“一般的な”増幅プローブの調製を可能とする。標的配列は、
好ましくは捕獲プローブを使用して電極上に固定するが、必ずしも必要ではない
。好ましくは、増幅プローブは多様な増幅配列を含むが、ある態様においては、
下記説明のように、増幅プローブは唯1つの増幅配列を含む。増幅プローブは多
くの異なる形状をとることができる;例えば、分枝立体配座、樹枝状立体配座、
または増幅配列の線状“ひも”などである。これらの増幅配列を使用して標識プ
ローブとのハイブリダイゼーション複合体を形成し、電極を用いてETMを検出
することができる。
In general, these embodiments may be described as follows, with particular reference to nucleic acids. Amplification probes hybridize directly to the target sequence or through the use of labeled extension probes, which allows for the preparation of "generic" amplification probes. The target sequence is
Preferably, it is immobilized on the electrode using a capture probe, but this is not necessary. Preferably, the amplification probe comprises a variety of amplification sequences, but in some embodiments,
As described below, the amplification probe contains only one amplification sequence. Amplification probes can take many different forms; for example, branched conformations, dendritic conformations,
Or a linear "string" of the amplified sequence. Using these amplified sequences, a hybridization complex with a labeled probe can be formed, and ETM can be detected using an electrode.

【0277】 したがって、本発明は少なくとも1つの増幅プローブからなるアッセイ複合体
を提供する。本明細書において“増幅プローブ”または“核酸多量体”または“
増幅多量体”または文法上の等価物とはシグナル増幅を容易にするために用いる
核酸プローブを意味する。増幅プローブは以下に定義するように、少なくとも1
つの一本鎖核酸プローブ配列、および少なくとも1つの一本鎖核酸増幅配列、好
ましくは多様な増幅配列を含んでいる。
Accordingly, the present invention provides an assay complex consisting of at least one amplification probe. As used herein, "amplification probe" or "nucleic acid multimer" or "
By "amplification multimer" or grammatical equivalent is meant a nucleic acid probe used to facilitate signal amplification. The amplification probe may have at least one as defined below.
It contains one single-stranded nucleic acid probe sequence and at least one single-stranded nucleic acid amplification sequence, preferably a variety of amplification sequences.

【0278】 増幅プローブは標識配列にハイブリダイズするために、直接または間接に使用
する第一プローブ配列を含む。すなわち、増幅プローブ自体が標的配列に実質的
に相補的である第一プローブ配列をもち得るか、またはそれが追加のプローブの
一部に実質的に相補的である第一プローブ配列をもち、その追加のプローブはこ
の場合標識伸長プローブと呼ばれるものであって、標的配列に実質的に相補的で
ある第一部分を有する。好適な態様において、増幅プローブの第一プローブ配列
は標的配列に実質的に相補的である。
An amplification probe contains a first probe sequence that is used, directly or indirectly, to hybridize to a labeled sequence. That is, the amplification probe itself may have a first probe sequence that is substantially complementary to a target sequence, or it may have a first probe sequence that is substantially complementary to a portion of an additional probe, and The additional probe, in this case called a labeled extension probe, has a first portion that is substantially complementary to the target sequence. In a preferred embodiment, the first probe sequence of the amplification probe is substantially complementary to the target sequence.

【0279】 一般に、本明細書のプローブすべてについて、第一プローブ配列は特異性と安
定性を与えるに十分な長さのものである。このように一般に、もう一つの核酸に
ハイブリダイズするように設計された本発明のプローブ配列(すなわち、プロー
ブ配列、増幅配列、より大きなプローブの部分またはドメイン)は少なくとも約
5個のヌクレオシドの長さであり、好ましくは少なくとも約10個であり、そし
て特に好ましくは少なくとも約15個である。
In general, for all probes herein, the first probe sequence is of sufficient length to provide specificity and stability. Thus, in general, a probe sequence of the invention designed to hybridize to another nucleic acid (ie, a probe sequence, an amplification sequence, a portion or domain of a larger probe) will have a length of at least about 5 nucleosides. , Preferably at least about 10, and particularly preferably at least about 15.

【0280】 好適な態様において、増幅プローブまたは本発明の他のプローブのいずれかは
、それら標的の不存在下でヘアピン基部−ループ構造を形成することがある。基
部二本鎖配列の長さは、ヘアピン構造が標的の存在下で有利とならないように選
択する。本発明のシステムにおいて、またはいずれかの核酸検出システムにおい
て、これらの型のプローブを使用すると非特異結合が有意に減少し、結果として
シグナル−ノイズ比が増大するに至る。
In a preferred embodiment, either the amplification probe or other probes of the invention may form a hairpin base-loop structure in the absence of their target. The length of the base duplex sequence is chosen such that the hairpin structure is not advantageous in the presence of the target. The use of these types of probes in the system of the present invention, or in any nucleic acid detection system, significantly reduces non-specific binding, resulting in an increased signal-to-noise ratio.

【0281】 一般に、これらのヘアピン構造は4つの成分を含む。その第一成分は標的結合
配列、すなわち、標的に相補的領域(サンプル標的配列であるか、または結合が
要望どおりである他のプローブ配列であってもよい)であって、約10個のヌク
レオチドの長さがあり、好ましくは約15個である。第二成分はループ配列であ
り、核酸ループの形成を容易にし得るものである。この観点で特に好ましいのは
GTCの反復であり、脆弱X症候群において屈曲部を形成するものとして同定さ
れている。(PNA類似体を使用する場合、屈曲部はプロリン残基を含むものが
好ましい)。一般に、3ないし5つの反復が用いられるが、4ないし5が好まし
い。第三の成分は自己相補性領域であり、これは標的配列領域の一部に相補的な
第一部分と標識プローブ結合配列の第一部分を含む第二部分を有する。第四の成
分は標識プローブ(または場合によっては他のプローブ)に実質的に相補的であ
る。第四の成分はさらに“付着末端”、すなわち、プローブの他の部分にハイブ
リダイズしない部分を含み、好ましくは、すべてではないが、ETMの殆どを含
む。当業者が認めるであろうように、本明細書に記載したプローブのいずれかま
たはすべてが、増幅、捕獲、捕獲伸長、標識、および標識伸長プローブを含め、
それらの標的不存在下でヘアピンを形成するように配列することができる。
In general, these hairpin structures contain four components. The first component is a target binding sequence, ie, a region complementary to the target (which may be a sample target sequence or other probe sequence for which binding is desired) and comprises about 10 nucleotides , Preferably about 15. The second component is a loop sequence, which can facilitate the formation of a nucleic acid loop. Particularly preferred in this regard are GTC repeats, which have been identified as forming bends in Fragile X Syndrome. (If a PNA analog is used, the bend preferably contains a proline residue). Generally, three to five repetitions are used, with four to five being preferred. The third component is a self-complementary region, which has a first portion that is complementary to a portion of the target sequence region and a second portion that includes a first portion of the labeled probe binding sequence. The fourth component is substantially complementary to a labeled probe (or, optionally, another probe). The fourth component further includes "sticky ends", ie, portions that do not hybridize to other portions of the probe, and preferably include most, but not all, of the ETM. As the skilled artisan will appreciate, any or all of the probes described herein may include amplification, capture, capture extension, label, and labeled extension probes, including:
They can be arranged to form a hairpin in the absence of their target.

【0282】 好適な態様においては、数種の異なる増殖プローブを用いるが、そのそれぞれ
が標的配列の異なる部分にハイブリダイズする第一プローブ配列をもつ。すなわ
ち、1以上の増幅レベルがある;増幅プローブは多数の標識事象によりシグナル
を増幅し、また、それぞれ多様な標識をもつ数種の異なる増幅プローブが各標的
配列に対して使用される。このように、好適な態様では少なくとも2種類の異な
る増幅プローブのプールを利用するが、それぞれのプールは標的配列の異なる部
分に対しハイブリダイズするための異なるプローブ配列をもつ;異なる増幅プロ
ーブの数に関して唯一実際の制限は、当初標的配列の長さであろう。さらに、一
般に好ましいことではないが、異なる増幅プローブが異なる増幅配列を含むこと
も可能である。
In a preferred embodiment, several different growth probes are used, each with a first probe sequence that hybridizes to a different portion of the target sequence. That is, there is more than one amplification level; the amplification probes amplify the signal by multiple labeling events, and several different amplification probes, each with a different label, are used for each target sequence. Thus, the preferred embodiment utilizes a pool of at least two different amplification probes, each pool having a different probe sequence for hybridizing to a different portion of the target sequence; The only practical limitation would be the length of the target sequence initially. Furthermore, it is possible, but not generally preferred, that different amplification probes include different amplification sequences.

【0283】 好適な態様において、増幅プローブはサンプルの標的配列と直接ハイブリダイ
ズしないが、代りに、標識伸長プローブの第一部分にハイブリダイズする。これ
は“一般的な”増幅プローブ、すなわち、様々な異なる標的と共に使用し得る増
幅プローブの使用を可能とするためにとりわけ有用である。これは増幅プローブ
の幾つかが特別の合成技術を必要とするという理由で望ましいことである。この
ように、標識伸長プローブとして比較的短いプローブを加えることが好ましい。
このように、増幅プローブの第一プローブ配列は、第一標識伸長一本鎖核酸プロ
ーブの第一部分またはドメインに実質的に相補性である。標識伸長プローブはま
た、標識配列の一部に実質的に相補性である第二部分またはドメインをも含む。
これらの部分双方が、好ましくは少なくとも約10ないし約50ヌクレオシドの
長さであり、好ましくは約15ないし約30の範囲である。“第一”および“第
二”という用語は標的またはプローブ配列の5’−3’配向に関して、配列の配
向を付与することを意味するものではない。例えば、相補標的配列の5’−3’
配向を仮定すると、第一部分は第二部分に対して5’に位置してもよく、あるい
は第二部分に対して3’に位置してもよい。本明細書では便宜上、プローブ配列
の順序を一般に左から右に示すこととする。
In a preferred embodiment, the amplification probe does not hybridize directly to the target sequence of the sample, but instead hybridizes to the first portion of the labeled extension probe. This is particularly useful to allow the use of "generic" amplification probes, ie, amplification probes that can be used with a variety of different targets. This is desirable because some of the amplification probes require special synthesis techniques. Thus, it is preferable to add a relatively short probe as the label extension probe.
Thus, the first probe sequence of the amplification probe is substantially complementary to the first portion or domain of the first labeled extended single-stranded nucleic acid probe. The label extension probe also includes a second portion or domain that is substantially complementary to a portion of the label sequence.
Both of these moieties are preferably at least about 10 to about 50 nucleosides in length, and preferably range from about 15 to about 30. The terms "first" and "second" are not meant to confer sequence orientation with respect to the 5'-3 'orientation of the target or probe sequence. For example, 5'-3 'of the complementary target sequence
Assuming orientation, the first portion may be located 5 'to the second portion, or may be located 3' to the second portion. In this specification, for convenience, the order of the probe sequences is generally shown from left to right.

【0284】 好適な態様において、1つ以上の標識伸長プローブ増幅プローブ対が使用され
る、すなわち、nは1以上である。すなわち、複数の標識伸長プローブを用い、
その各々が標的配列の異なる部分に実質的に相補性である部分をもつ;これはも
う一つの増幅レベルとして役立ち得る。このように、好適な態様では少なくとも
2つの標識伸長プローブのプールを利用するが、その上限は標的配列の長さによ
り決まる。
In a preferred embodiment, one or more labeled extension probe amplification probe pairs are used, ie, n is 1 or more. That is, using a plurality of labeled extension probes,
Each has a portion that is substantially complementary to a different portion of the target sequence; this can serve as another level of amplification. Thus, the preferred embodiment utilizes a pool of at least two labeled extension probes, the upper limit being determined by the length of the target sequence.

【0285】 好適な態様においては、図5Gに描出し、またUSP5,681,697(出典
明示により本明細書の一部とする)に一般的に概説されているように、1つ以上
の標識伸長プローブを単一の増幅プローブと共に用い、非特異結合を減少させる
。この態様において、第一標識伸長プローブの第一部分は標的配列の第一部分に
ハイブリダイズし、第一標識伸長プローブの第二部分は増幅プローブの第一プロ
ーブ配列にハイブリダイズする。第二標識伸長プローブの第一部分は標的配列の
第二部分にハイブリダイズし、第二標識伸長プローブの第二部分は増幅プローブ
の第二プローブ配列にハイブリダイズする。これらの形状構造は、ある場合に“
十字型”構造または形状といい、一般に、大型の分枝または樹枝状増幅プローブ
を用いる場合には、安定性を付与するために実施される。
In a preferred embodiment, one or more labels are depicted in FIG. 5G and as generally outlined in US Pat. No. 5,681,697 (hereby incorporated by reference). An extension probe is used with a single amplification probe to reduce non-specific binding. In this embodiment, a first portion of the first labeled extension probe hybridizes to a first portion of the target sequence, and a second portion of the first labeled extension probe hybridizes to a first probe sequence of the amplification probe. A first portion of the second labeled extension probe hybridizes to a second portion of the target sequence, and a second portion of the second labeled extension probe hybridizes to a second probe sequence of the amplification probe. In some cases, these features
This is referred to as a "cross-shaped" structure or shape, and is generally performed to provide stability when using large branched or dendritic amplification probes.

【0286】 さらに、当業者が認めるであろうように、標識伸長プローブは下記のように、
直接増幅プローブとよりもむしろプレ増幅プローブと相互作用する可能性がある
。 同様に、上記に概説したように、好適な態様では数種の異なる増幅プローブを
利用するが、それぞれが標識伸長プローブの異なる部分にハイブリダイズする第
一プローブ配列をもつ。さらに、上に概説したように、これは一般に好ましいこ
とではないが、異なる増幅プローブが異なる増幅配列を含むことも可能である。
Further, as will be appreciated by those skilled in the art, the labeled extension probe is as follows:
It may interact with the pre-amplification probe rather than the direct amplification probe. Similarly, as outlined above, the preferred embodiment utilizes several different amplification probes, each with a first probe sequence that hybridizes to a different portion of the labeled extension probe. Further, as outlined above, although this is not generally preferred, it is possible that different amplification probes include different amplification sequences.

【0287】 第一プローブ配列に加えて、増幅プローブはまた、少なくとも1つの増幅配列
を含んでいる。本明細書において“増幅配列”または“増幅セグメント”または
文法上の等価物とは、下記により詳しく説明するように、標識プローブの第一部
分に結合させるために、直接または間接に使用する配列を意味する。好ましくは
、増幅プローブは多様な増幅配列を含んでおり、好ましくは約3ないし約100
0からなり、特に好ましくは約10ないし約100からなり、そしてとりわけ好
ましいのは約50である。ある場合には、例えば、線状の増幅プローブを使用す
る場合、1ないし約20が好ましく、特に、約5ないし約10が好ましい。
[0287] In addition to the first probe sequence, the amplification probe also contains at least one amplification sequence. As used herein, "amplified sequence" or "amplified segment" or grammatical equivalent means a sequence used directly or indirectly to bind to a first portion of a labeled probe, as described in more detail below. I do. Preferably, the amplification probe contains a variety of amplification sequences, preferably from about 3 to about 100
0, particularly preferably about 10 to about 100, and especially preferred is about 50. In some cases, for example, when a linear amplification probe is used, 1 to about 20 is preferable, and about 5 to about 10 is particularly preferable.

【0288】 増幅配列は当業者が認めるであろうように、様々な様式で互いに結合すること
ができる。これらは互いに共有結合により直接結合するか、またはリン酸ジエス
テル結合、PNA結合などの核酸結合を介して、またはアミノ酸、炭水化物また
はポリオールブリッジなどの挿入結合剤を介して、または他の架橋剤または結合
パートナーを介して、介在配列もしくは化学的部分に結合してもよい。結合部位
はセグメントの末端であっても、および/または1つ以上の鎖内の内部ヌクレオ
チドであってもよい。好適な態様において、増幅配列は核酸結合を介して付着す
る。
[0288] Amplification sequences can be linked together in various ways, as will be appreciated by those skilled in the art. These may be directly linked to each other by covalent bonds, or via a nucleic acid bond such as a phosphodiester bond, a PNA bond, or via an insert binder such as an amino acid, carbohydrate or polyol bridge, or other crosslinker or bond Via a partner, it may be attached to an intervening sequence or chemical moiety. The binding site may be at the end of the segment and / or at an internal nucleotide in one or more chains. In a preferred embodiment, the amplification sequence is attached via a nucleic acid bond.

【0289】 好適な態様においては、USP5,124,246(出典明示により本明細書の
一部とする)に一般的に説明されているように、分枝状の増幅配列を使用する。
分枝状の増幅配列は“フォーク様”または“櫛様”の立体配座を採ることが可能
である。“フォーク様”分枝状増幅配列は一般に分枝状構造を形成する起点から
発生する3つ以上のオリゴヌクレオチドセグメントをもつ。起点とは、少なくと
も3つのセグメントが共有結合によりまたは堅固に結合し得るもう一つのヌクレ
オチドセグメントまたは多機能分子である。“櫛様”分枝状増幅配列とは、線状
の背骨をもち、その背骨から多数の側鎖オリゴヌクレオチドが伸び出しているも
のである。いずれの立体配座においても、張り出したセグメントは、通常、修飾
したヌクレオチドに、またはオリゴヌクレオチド付着用の適切な官能基をもつ他
の有機部分に左右される。さらに、いずれの立体配座においても、多数の増幅配
列が、検出プローブに直接もしくは間接に結合させるために利用し得る。一般に
、これらの構造は修飾した多機能ヌクレオチドを用い、とりわけUSP5,63
5,352および5,124,246に記載されているように、技術上既知として
調製される。
In a preferred embodiment, branched amplification sequences are used, as generally described in US Pat. No. 5,124,246 (hereby incorporated by reference).
Branched amplification sequences can adopt a "fork-like" or "comb-like" conformation. "Fork-like" branched amplification sequences generally have three or more oligonucleotide segments emanating from an origin forming a branched structure. An origin is another nucleotide segment or a multifunctional molecule to which at least three segments can be covalently or tightly linked. A "comb-like" branched amplification sequence has a linear spine from which a number of side-chain oligonucleotides extend. In either conformation, the overhanging segment usually depends on the modified nucleotide or other organic moiety with appropriate functionalities for oligonucleotide attachment. In addition, in any conformation, a large number of amplification sequences may be available for direct or indirect binding to a detection probe. In general, these structures use modified multifunctional nucleotides, particularly those described in US Pat.
Prepared as known in the art, as described in 5,352 and 5,124,246.

【0290】 好適な態様において、樹枝状増幅プローブは、USP5,175,270(出典
明示により本明細書の一部とする)に記載されているように使用する。樹枝状増
幅プローブはハイブリダイゼーションを介して付着する増幅配列をもち、その結
果、それらの構造の成分として二本鎖核酸の部分をもつ。樹枝状増幅プローブの
外表面は多様な増幅配列をもつ。
In a preferred embodiment, dendritic amplification probes are used as described in US Pat. No. 5,175,270 (hereby incorporated by reference). Dendritic amplification probes have amplification sequences that attach via hybridization and, as a result, have a portion of double-stranded nucleic acid as a component of their structure. The outer surface of the dendritic amplification probe has various amplification sequences.

【0291】 好適な態様においては、線状の増幅プローブを用いるが、これは個々の増幅配
列が末端−末端で直接結合するか、または短い介在配列と結合してポリマーを形
成する配列をもつ。他の増幅形状でのように、増幅配列間に追加の配列または部
分があってもよい。
In a preferred embodiment, a linear amplification probe is used, which has sequences where the individual amplification sequences are linked end-to-end directly or with short intervening sequences to form a polymer. As in other amplification configurations, there may be additional sequences or portions between the amplification sequences.

【0292】 一態様において、線状の増幅プローブは単一の増幅配列をもつ。これは、ハイ
ブリダイゼーション/解離のサイクルが起こって増幅プローブのプールを形成し
、それが標的にハイブリダイズして、次いで除去されてさらにプローブが結合す
るのを可能とする場合、または大量のETMを各プローブに対し使用する場合に
有用である。しかし、好適な態様においては、線状の増幅プローブは多様な増幅
配列を含む。
In one embodiment, the linear amplification probe has a single amplification sequence. This may be the case if a hybridization / dissociation cycle occurs to form a pool of amplified probes, which hybridizes to the target, and is then removed to allow more probes to bind, or a large amount of ETMs It is useful when used for each probe. However, in a preferred embodiment, the linear amplification probe contains various amplification sequences.

【0293】 さらに、増幅プローブは全体が線状であるか、全体が分枝であるか、全体が樹
枝状であるか、またはその組合わせであってもよい。 増幅プローブの増幅配列を直接または間接に用い、検出を可能とする標識プロ
ーブに結合させる。好適な態様において、増幅プローブの増幅配列は実質的に標
識プローブの第一部分に相補的である。あるいは、増幅伸長プローブを用いるが
、これは増幅配列に結合する第一部分と、標識プローブの第一部分に結合する第
二部分をもつ。
Furthermore, the amplification probe may be wholly linear, wholly branched, wholly dendritic, or a combination thereof. The amplification sequence of the amplification probe is used, directly or indirectly, to bind to a labeled probe that allows detection. In a preferred embodiment, the amplification sequence of the amplification probe is substantially complementary to the first portion of the labeled probe. Alternatively, an amplification extension probe is used, which has a first portion that binds to the amplification sequence and a second portion that binds to the first portion of the labeled probe.

【0294】 さらに、本発明の組成物は“プレ増幅”分子を含んでもよいが、これは標識伸
長分子と増幅プローブ間の架橋部分としての役割をもつ。この方法で、さらに多
くの増幅因子と、したがて、さらに多くのETMが最終的に検出プローブに結合
される。プレ増幅分子は線状であっても分枝状であってもよく、典型的には約3
0〜3000個の範囲でヌクレオチドを含む。
Further, the compositions of the present invention may include a “pre-amplification” molecule, which serves as a bridge between the label extension molecule and the amplification probe. In this way, more amplification factors, and thus more ETMs, are ultimately bound to the detection probe. The preamplified molecule may be linear or branched, typically about 3
It contains nucleotides in the range of 0-3000.

【0295】 本発明の組織収集装置は様々な方法で使用することができる。反応成分は同時
に加えてもよいし、何らかの順序で順番に加えてもよいが、好適な態様は以下に
概括するとおりである。
[0295] The tissue collection device of the present invention can be used in various ways. The reactants may be added simultaneously or in any order, but the preferred embodiments are as outlined below.

【0296】 本発明はこのように、一般に、標的配列、捕獲プローブ、および標識プローブ
(または標的被検体がETMで標識化されている場合は、アッセイ複合体は標的
配列と捕獲プローブを含む)を最小限に含んでいるアッセイ複合体を提供する。
本明細書で“アッセイ複合体”とは、被検体を含む付着またはハイブリダイゼー
ション複合体の集合体を意味し、検出を可能とする結合リガンドおよび標的およ
び少なくとも1つのETMを含む。アッセイ複合体の組成物は本明細書に概説し
た異なるプローブ成分の用途に依存するものである。このように、図6Aにおい
て、アッセイ複合体は捕獲プローブと標的配列を含む。好ましい実施態様は、捕
獲プローブ、標的配列、および標識プローブを利用するものである。アッセイ複
合体はまた、捕獲伸長プローブ、標識伸長プローブ、および増幅プローブを包含
するが、本明細書に概説するように、使用する形状に依る。
The invention thus generally relates to target sequences, capture probes, and labeled probes.
(Or, if the target analyte is labeled with an ETM, the assay complex includes a target sequence and a capture probe).
As used herein, "assay complex" refers to a collection of attachment or hybridization complexes that include an analyte and includes a binding ligand and target that allow for detection, and at least one ETM. The composition of the assay complex will depend on the use of the different probe components outlined herein. Thus, in FIG. 6A, the assay complex includes the capture probe and the target sequence. A preferred embodiment utilizes a capture probe, a target sequence, and a labeled probe. Assay complexes also include capture extension probes, labeled extension probes, and amplification probes, depending on the shape used, as outlined herein.

【0297】 このアッセイは、標的の存在下にのみ標識プローブ付着複合体の形成を可能と
する緊縮条件下に一般に実施する。緊縮は熱力学的変動である工程パラメーター
を変えることにより制御し得る。パラメーターは温度、ホルムアミド濃度、塩濃
度、カオトロピック塩濃度pH、有機溶媒濃度などであるが、これらに限定され
るものではない。緊縮には電気泳動段階の使用を含め、非特異的(すなわち低緊
縮)物質を駆動して検出電極から離すようにしてもよい。
[0297] This assay is generally performed under stringent conditions that allow the formation of labeled probe attachment complexes only in the presence of the target. Stringency can be controlled by changing process parameters, which are thermodynamic variations. The parameters include, but are not limited to, temperature, formamide concentration, salt concentration, chaotropic salt concentration pH, organic solvent concentration, and the like. Stringing, including the use of an electrophoresis step, may also drive non-specific (ie, low stringency) substances away from the detection electrode.

【0298】 これらのパラメーターは、USP5,681,697に一般的に概説されている
ように、核酸における非特異結合を制御するためにも使用することができる。こ
のように、一定の工程は高い緊縮条件で実施するのが望ましい;例えば、最初の
ハイブリダイゼーション工程が標的配列と標識エクステンダーと捕獲伸長プロー
ブの間で実施される場合である。特定の結合を優先させる条件でこの工程を実施
すると、非特異結合の減少が可能となる。
[0298] These parameters can also be used to control non-specific binding on nucleic acids, as generally reviewed in US Pat. No. 5,681,697. Thus, it is desirable that certain steps be performed under high stringency conditions; for example, when the first hybridization step is performed between the target sequence and the labeled extender and capture extension probe. Performing this step under conditions that prioritize particular binding allows for a reduction in non-specific binding.

【0299】 好適な核酸態様において、本明細書に概括した成分のすべてを使用する場合、
好適な方法は以下のとおりである。一本鎖標的配列はハイブリダイゼーション条
件下で捕獲伸長プローブおよび標識伸長プローブと培養する。好適な態様ではこ
の反応を電極の存在下に固定化捕獲プローブとで行うが、この反応は最初のイン
キュベーションと引続く電極への付加による2工程で実施してもよい。過剰の試
薬は洗浄除去し、次いで増幅プローブを添加する。もしプレ増幅プローブを用い
るならば、それらは増幅プローブの前に、または増幅プローブと同時に加えると
よい。過剰の試薬は洗浄除去し、次いで標識プローブを添加する。過剰の試薬は
洗浄除去し、下に概説するように検出を始める。
In a preferred nucleic acid embodiment, when using all of the components outlined herein,
The preferred method is as follows. The single-stranded target sequence is incubated with the capture extension probe and the labeled extension probe under hybridization conditions. In a preferred embodiment, the reaction is performed with an immobilized capture probe in the presence of an electrode, but the reaction may be performed in two steps by initial incubation and subsequent application to the electrode. Excess reagent is washed off and then the amplification probe is added. If preamplification probes are used, they may be added before or simultaneously with the amplification probes. Excess reagent is washed off and the labeled probe is then added. Excess reagent is washed off and detection is started as outlined below.

【0300】 一態様においては、標的配列の異なる部分にそれぞれ実質的に相補性である多
くの捕獲プローブ(または捕獲プローブと捕獲伸長プローブ)が使用される。 再度、本明細書に概説するように、増幅プローブを用いる場合、このシステム
は、一般に、標識プローブ結合に際し、ETMを含んでいるリクルートリンカー
が、伝導性オリゴマー(メカニズム−2)を含む単層表面の近接位にまたは検出プ
ローブの近接位に位置するように配置される。このように、例えば、メカニズム
−2システムについては、本明細書に概説するように、ETMが“樹枝状”型構
造を介して付着する場合、核酸の付着点からETMまでのリンカーの長さは、特
に、捕獲伸長プローブを用いる場合に捕獲プローブの長さと共に変わり得る。す
なわち、より長い捕獲プローブは、捕獲エクステンダーをもち、より短い捕獲プ
ローブにおいてよりも、表面からさらに離れて“保持”された標的配列となる。
プローブ核酸とETMの間に余分の連結配列を加えると、ETMが表面に空間的
に近接することとなり、より良好な結果を与える。同様に、メカニズム−1シス
テムについて、リクルートリンカーの長さ、検出プローブの長さ、およびそれら
の距離を最適化することができる。
In one embodiment, a number of capture probes (or capture and capture extension probes) are used, each of which is substantially complementary to a different portion of the target sequence. Again, when using an amplification probe, as outlined herein, the system generally involves the recruitment linker containing the ETM upon binding of the labeled probe to the monolayer surface containing the conductive oligomer (mechanism-2). Or in the vicinity of the detection probe. Thus, for example, for the mechanism-2 system, as outlined herein, when the ETM is attached via a "dendritic" type structure, the length of the linker from the point of attachment of the nucleic acid to the ETM is It can vary with the length of the capture probe, especially when using a capture extension probe. That is, a longer capture probe has a capture extender, resulting in a target sequence being "retained" further away from the surface than in a shorter capture probe.
Adding an extra linking sequence between the probe nucleic acid and the ETM will bring the ETM into spatial proximity to the surface and give better results. Similarly, for the mechanism-1 system, the length of the recruitment linker, the length of the detection probe, and their distance can be optimized.

【0301】 さらに、所望により、本発明に利用される核酸は検出に先立ち、もし適用可能
であれば、リガーゼ使用などの標準的分子生物学技法を用いることにより結合さ
せることもできる。同様に、安定性を望むのであれば、架橋剤を加え、構造を安
定させることが可能である。 当業者に認められるように、核酸について記載しているが、本明細書で概説し
たシステムは、他の標的非検体について同様に使用することができる。
In addition, if desired, the nucleic acids utilized in the present invention can be coupled prior to detection, if applicable, using standard molecular biology techniques, such as using ligase. Similarly, if stability is desired, it is possible to add a crosslinking agent to stabilize the structure. As will be appreciated by those skilled in the art, although described for nucleic acids, the systems outlined herein can be used for other target non-analytes as well.

【0302】 本発明の組成物は、一般に、下記および米国特許番号第5,591,578; 5,824,473
; 5,770,369; 5,705,348; 5,780,234および5,952,171号;WO98/20162; WO99/
37819; PCT/US98/12430, PCT/US99/01703; PCT/US98/12082; PCT/US99/14191; P
CT/US99/21683; PCT/US99/25464; PCT/US99/10104; およびU.S.S.N.s 09/135,18
3、09/295,691、および09/306,653(これらすべては出典明示により本明細書の一
部とする)に概説のように、一般に当分野で既知の方法を使用して合成する。当
業者に認められるように、下記に概説の多くの方法は、リボース−ホスフェート
主鎖を含む核酸に関する。しかしながら、上記に概説のように、多くの別の核酸
類似体を使用し得、そのいくつかは主鎖にリボースまたはホスフェートを含まな
い。これらの実施態様において、塩基以外の位置での結合に関して、結合は、主
鎖に依存して、当業者に認められるように行う。従って、例えば、結合はPNA
主鎖の炭素原子で、下記に記載のように、またはPNAのいずれかの末端で行う
ことができる。さらに、上記参照文献に一般的に概説されているように、非核酸
成分を利用するシステムを作成することもできる。
The compositions of the present invention are generally described below and in US Patent Nos. 5,591,578; 5,824,473.
5,770,369; 5,705,348; 5,780,234 and 5,952,171; WO98 / 20162; WO99 /
37819; PCT / US98 / 12430, PCT / US99 / 01703; PCT / US98 / 12082; PCT / US99 / 14191; P
CT / US99 / 21683; PCT / US99 / 25464; PCT / US99 / 10104; and USSNs 09 / 135,18
3, 09 / 295,691 and 09 / 306,653, all of which are incorporated herein by reference, and are synthesized using methods generally known in the art. As will be appreciated by those skilled in the art, many of the methods outlined below involve nucleic acids that include a ribose-phosphate backbone. However, as outlined above, many other nucleic acid analogs may be used, some of which do not contain ribose or phosphate in the backbone. In these embodiments, for conjugation at positions other than the base, conjugation is performed as recognized by those skilled in the art, depending on the backbone. Thus, for example, the binding is PNA
This can be done at the backbone carbon atom, as described below, or at either end of the PNA. In addition, systems can be created which utilize non-nucleic acid components, as generally outlined in the above references.

【0303】 本組成物はいくつかの方法で製造し得、使用する機構並びに成分によって変わ
る。好ましい方法は、まずヌクレオシドに結合した付着リンカーを合成し、更に
別のヌクレオシドを添加して捕獲プローブを形成させ、続いて電極へ結合させ、
合成する。あるいは、全捕獲プローブを製造し、次いで、完全な付着リンカーを
添加し、続いて電極に結合する。あるいは、付着リンカーの単層(そのいくつか
は、捕獲プローブの結合のための官能基を有する)を最初に電極に結合し、続い
て捕獲プローブを結合させる。後者の二つの方法は、使用する付着リンカーが、
溶媒中でおよび慣用的核酸合成の条件下で安定でないとき、好ましいことがある
The composition may be manufactured in a number of ways, depending on the mechanism and components used. A preferred method is to first synthesize an attached linker attached to the nucleoside, add another nucleoside to form a capture probe, and then attach to the electrode.
Combine. Alternatively, a full capture probe is made, then the complete attachment linker is added, followed by binding to the electrode. Alternatively, monolayers of the attached linker, some of which have functional groups for attachment of the capture probe, are first attached to the electrode, followed by attachment of the capture probe. In the latter two methods, the attachment linker used is
It may be preferred when it is not stable in solvents and under conditions of conventional nucleic acid synthesis.

【0304】 好ましい実施態様において、本発明の組成物は、最初に、ヌクレオシドに共有
結合した付着リンカーを形成し、続いて、さらにヌクレオシドを添加して捕獲プ
ローブ核酸を形成し、付着リンカーを電極へ添加することを含む最後の工程によ
り製造される。
In a preferred embodiment, the compositions of the present invention first form an attachment linker covalently linked to a nucleoside, followed by the addition of additional nucleosides to form a capture probe nucleic acid, and the attachment linker to the electrode. Manufactured by a final step including adding.

【0305】 付着リンカーのヌクレオシドへの結合はいくつかの方法で行い得る。好ましい
実施態様において、全てまたは一部の付着リンカーを、最初に合成し(一般に、
電極への結合のために官能基を末端に有する)、これを次いでヌクレオシドに結
合させる。次いで、さらにヌクレオシドを必要に応じて添加し、最後の工程で一
般に電極へ結合させる。あるいは、例えば付着リンカーが伝導性オリゴマーであ
る場合、オリゴマー単位を一度にヌクレオシドに添加し、さらにヌクレオシドを
添加し電極へ結合させる。多くの代表的な合成をWO98/20162、PCT US98/12430、PCT US98/12082、PCT US99/0
1705、PCT US99/01703およびU.S.S.N.S09/135,
183、60/105,875、および09/295,691の図面に示し、こ
れら全ては出典明示により本明細書の一部とする。
The attachment of the attachment linker to the nucleoside can be accomplished in several ways. In a preferred embodiment, all or some of the attached linkers are first synthesized (generally,
It has a functional group at the end for binding to the electrode), which is then bound to the nucleoside. Then, further nucleosides are added as needed, and in the last step generally coupled to the electrode. Alternatively, for example, where the attachment linker is a conductive oligomer, the oligomer units are added to the nucleoside at once, and the nucleoside is added and bound to the electrode. Many representative syntheses are described in WO98 / 20162, PCT US98 / 12430, PCT US98 / 12082, PCT US99 / 0.
1705, PCT US99 / 01703 and USSN 09/135.
183, 60/105, 875, and 09 / 295,691 are shown in the drawings, all of which are incorporated herein by reference.

【0306】 次いで、付着リンカーを、本明細書に記載のように結合した、1個(またはそ
れ以上の)オリゴマー単位を含み得るヌクレオシドに結合させる。
The attachment linker is then attached to a nucleoside, which may comprise one (or more) oligomer units, attached as described herein.

【0307】 好ましい実施態様において、結合は、アミドおよびアミン結合を含む、リボー
ス−ホスフェート主鎖のリボースにである。好ましい実施態様において、リボー
スに結合した窒素と伝導性オリゴマーの芳香族環の間に、少なくとも一つのメチ
レン基または他の短い脂肪族アルキル基(Z基として)が存在する。
In a preferred embodiment, the linkage is to the ribose of the ribose-phosphate backbone, including amide and amine linkages. In a preferred embodiment, there is at least one methylene group or other short aliphatic alkyl group (as a Z group) between the nitrogen attached to the ribose and the aromatic ring of the conductive oligomer.

【0308】 あるいは、PCT US97/20014で一般的に概説のとおり、結合はリ
ボース−ホスフェート主鎖のホスフェートを介している。
Alternatively, the linkage is through a phosphate of the ribose-phosphate backbone, as generally outlined in PCT US97 / 20014.

【0309】 好ましい実施態様において、結合は塩基を介している。好ましい実施態様にお
いて、保護基を、当業者に一般的に知られているように、伝導性オリゴマーの付
加の前に塩基に添加してもよい。加えて、パラジウム交差結合反応を変えて、二
量体化問題を防止することもできる;すなわち、二つの伝導性オリゴマーが、塩
基に結合せず、むしろ二量体化する。
In a preferred embodiment, the linkage is through a base. In a preferred embodiment, a protecting group may be added to the base prior to the addition of the conductive oligomer, as is generally known to those skilled in the art. In addition, the palladium cross-linking reaction can be altered to prevent the dimerization problem; that is, the two conductive oligomers do not bind to the base but rather dimerize.

【0310】 あるいは、塩基への結合を、一単位のオリゴマーを有するヌクレオシドを製造
し、続いて他を添加することによりなし得る。
Alternatively, conjugation to a base can be achieved by making a nucleoside having one unit of oligomer, followed by the addition of another.

【0311】 修飾ヌクレオシドを製造し、保護して活性化したら、電極への結合の前に、標
準合成法(Gait, Oligonucleotide Synthesis: A Practical Approach, IRL Pres
s, Oxford, UK 1984; Eckstein)により、成長しているオリゴヌクレオチドに、
幾通りかの方法でそれらを包含させ得る。
Once the modified nucleosides have been prepared, protected and activated, prior to coupling to the electrode, standard synthetic methods (Gait, Oligonucleotide Synthesis: A Practical Approach, IRL Pres
s, Oxford, UK 1984; Eckstein)
They can be included in several ways.

【0312】 一実施態様において、1またはそれ以上の修飾ヌクレオシドを三ホスフェート
形態に変形させ、成長しているオリゴヌクレオチド鎖に、酵素DNAポリメラー
ゼI、T4DNAポリメラーゼ、T7DNAポリメラーゼ、Taq DNAポリメ
ラーゼ、逆転写酵素およびRNAポリメラーゼを用いるなど、標準分子生物学手
法を用いて包含させる。3'修飾ヌクレオシドの核酸への包含には、末端デオキ
シヌクレオチジルトランスフェラーゼを使用し得る。(Ratliff, Terminal deoxy
nucleotidyltransferase.In The Enzymes, Vol. 14A. P. D. Boyer ed. pp 105-
118. Academic Press, San Diego, CA 1981)。従って、本発明は、共有結合した
ETMを含むデオキシリボヌクレオシド三ホスフェートを提供する。好ましい実
施態様は、一般に下記構造42および43に示すように、リボース(好ましくは
2'位で)などの塩基または主鎖へのETM結合を利用する。
In one embodiment, one or more modified nucleosides are transformed into a triphosphate form, and the growing oligonucleotide strand is added to the enzyme DNA polymerase I, T4 DNA polymerase, T7 DNA polymerase, Taq DNA polymerase, reverse transcriptase. And using standard molecular biology techniques, such as using RNA polymerase. For inclusion of the 3 'modified nucleoside in the nucleic acid, a terminal deoxynucleotidyl transferase may be used. (Ratliff, Terminal deoxy
nucleotidyltransferase.In The Enzymes, Vol. 14A.PD Boyer ed.pp 105-
118. Academic Press, San Diego, CA 1981). Accordingly, the present invention provides a deoxyribonucleoside triphosphate comprising a covalently linked ETM. Preferred embodiments utilize ETM binding to a base or backbone, such as ribose (preferably at the 2 'position), as generally shown in structures 42 and 43 below.

【0313】[0313]

【化42】 Embedded image

【0314】[0314]

【化43】 Embedded image

【0315】 従って、いくつかの実施態様において、ETMを含む核酸をその場で産生させ
ることができる。例えば、標的配列の末端をさらす、すなわち非ハイブリダイズ
するように、標的配列は捕獲プローブ(例えば、表面上の)にハイブリダイズし得
る。酵素とETMで標識した三ホスフェートヌクレオチドの添加により、その場
での標識の製造が可能となる。同様にポリメラーゼにより認識される標識ヌクレ
オチドを用いると、PCRと検出とを同時に行い得る;つまりその場で標的配列
が生成する。
Thus, in some embodiments, nucleic acids comprising ETMs can be produced in situ. For example, a target sequence can hybridize to a capture probe (eg, on a surface) such that the ends of the target sequence are exposed, ie, non-hybridized. The addition of the enzyme and ETM-labeled triphosphate nucleotides allows for the production of the label in situ. Similarly, with labeled nucleotides recognized by the polymerase, PCR and detection can occur simultaneously; that is, the target sequence is generated in situ.

【0316】 好ましい実施態様において、修飾ヌクレオシドをホスホルアミデイトまたはH
−ホスホネート形に変換し、これを次いでオリゴヌクレオチド合成の固相または
溶液合成に使用する。この方法で、リボースでの(すなわち、アミノ−またはチ
オール−修飾ヌクレオシド)または塩基での結合用の、修飾ヌクレオチドをオリ
ゴヌクレオチドに内部位置または5'末端で包含させる。これは、一般に、二つ
の方法の一つで行う。第一に、リボースの5'位を4',4−ジメトキシトリチル(
DMT)で保護し、続いて2−シアノエトキシ−ビス−ジイソプロピルアミノホ
スフィンとジイソプロピルアンモニウムテトラゾリド存在下で反応させるか、ま
たは2'−シアノエトキシホスフィンクロロジイソプロピルアミノと反応させ、
当分野で既知のようにホスホルアミデイトを得る;しかしながら、他の方法を当
業者に認められるように使用し得る。Gait 前掲; Caruthers, Science 230: 281 (1985)参照、両方とも出典明示により本明細書の一部とする。
In a preferred embodiment, the modified nucleoside is phosphoramidate or H
-Converted to the phosphonate form, which is then used for solid-phase or solution synthesis of oligonucleotide synthesis. In this way, the modified nucleotide is included in the oligonucleotide at an internal position or at the 5 'end for attachment at the ribose (ie, amino- or thiol-modified nucleoside) or at the base. This is generally done in one of two ways. First, the 5'-position of ribose is 4 ', 4-dimethoxytrityl (
DMT), followed by reaction with 2-cyanoethoxy-bis-diisopropylaminophosphine in the presence of diisopropylammonium tetrazolide or with 2'-cyanoethoxyphosphine chlorodiisopropylamino,
Obtain phosphoramidates as known in the art; however, other methods may be used as will be appreciated by those skilled in the art. See Gait supra; Caruthers, Science 230: 281 (1985), both of which are incorporated herein by reference.

【0317】 基の3'末端への結合のために、好ましい方法は制御孔ガラス(CPG)または
他のオリゴマー支持体への修飾ヌクレオシド(またはヌクレオシド代替物)の結
合を使用する。この実施態様において、修飾ヌクレオシドを5'末端でDMTで
保護し、次いで、無水コハク酸と活性化しながら反応させる。得られるスクシニ
ル化合物をCPGまたは当分野で既知の他のオリゴマー支持体に結合させる。更
に、修飾しているか、またはしていないホスホルアミデイトヌクレオシドを、脱
保護後に5'末端に結合させる。従って、本発明はCPGのような固体オリゴマ
ー支持体に結合したヌクレオシドに共有結合した伝導性オリゴマーまたは絶縁体
、および本発明のヌクレオシドのホスホルアミデイト誘導体を提供する。
For attachment of the group to the 3 'end, a preferred method uses the attachment of a modified nucleoside (or nucleoside substitute) to a controlled pore glass (CPG) or other oligomeric support. In this embodiment, the modified nucleoside is protected at the 5 'end with DMT and then reacted with succinic anhydride with activation. The resulting succinyl compound is attached to CPG or another oligomer support known in the art. In addition, phosphoramidate nucleosides, with or without modification, are attached to the 5 'end after deprotection. Accordingly, the present invention provides conductive oligomers or insulators covalently linked to nucleosides attached to a solid oligomer support such as CPG, and phosphoramidate derivatives of the nucleosides of the present invention.

【0318】 本発明はさらにETMを含むリクルートリンカーを有する標識プローブの製造
方法を提供する。当業者には明らかなように、これらの合成反応はリクルートリ
ンカーの特徴とETMの結合方法に依存する。核酸リクルートリンカーについて
、標識プローブは、本明細書で概説したように、1以上の位置でETMを包含さ
せて一般につくられる。遷移金属錯体をETMとして使用する場合、合成はいく
つかの方法で行われる。好ましい実施態様において、リガンド、続いて遷移金属
イオンをヌクレオシドに添加し、次いで、遷移金属錯体が結合しているヌクレオ
シドをオリゴヌクレオチドに添加する、つまり、核酸合成機に添加する。あるい
は、リガンドを結合させ、続いて成長しているオリゴヌクレオチド鎖に包含させ
、金属イオンを添加する。
The present invention further provides a method for producing a labeled probe having a recruitment linker containing ETM. As will be apparent to those skilled in the art, these synthetic reactions depend on the characteristics of the recruitment linker and the method of coupling the ETM. For nucleic acid recruitment linkers, the labeled probe is generally made to include an ETM at one or more positions, as outlined herein. When a transition metal complex is used as the ETM, the synthesis is performed in several ways. In a preferred embodiment, the ligand, followed by the transition metal ion, is added to the nucleoside, and then the nucleoside to which the transition metal complex is attached is added to the oligonucleotide, ie, to the nucleic acid synthesizer. Alternatively, the ligand is bound and subsequently incorporated into the growing oligonucleotide chain, and a metal ion is added.

【0319】 好ましい実施態様において、ETMをリボース−ホスフェート主鎖のリボース
に結合させる。これは、伝導性オリゴマーについて本明細書に概説したように通
常行われ、本明細書およびPCT公開WO95/15971に記載のように、ア
ミノ−修飾またはオキソ−修飾ヌクレオシドを使用して、リボースの2'または
3'位に行う。次いで、リガンドとして、例えば金属イオンの結合のための遷移
金属リガンドとして、または、例えばアミド結合を介した、他のリガンドまたは
有機ETMの結合に使用できる化学的官能基として、当分野で認められるように
、アミノ基を使用し得る。例えば、例として、リボースを介して結合した種々の
ETMを有するヌクレオシドの合成を記載する。
In a preferred embodiment, the ETM is attached to ribose in the ribose-phosphate backbone. This is usually done as outlined herein for conductive oligomers, and as described herein and in PCT Publication WO 95/15971, using amino-modified or oxo-modified nucleosides to form the 2 Perform 'or 3' position. It is then recognized in the art as a ligand, for example as a transition metal ligand for the binding of a metal ion, or as a chemical functional group that can be used for the binding of other ligands or organic ETMs, for example via an amide bond. In addition, an amino group may be used. For example, as an example, the synthesis of nucleosides with various ETMs linked via ribose is described.

【0320】 好ましい実施態様において、ETMはリボース−ホスフェート主鎖のホスフェ
ートに結合する。本明細書に概説のように、これは、ホスホルアミデイト結合の
ようなホスホジエステル類似体を使用して行われてもよく(一般に、PCT公開
WO95/15971参照)、またはPCT US97/20014に記載のも
のと同様の方法を使用し、但し、伝導性オリゴマーを遷移金属リガンドまたは錯
体または有機ETMと置きかえて行なうこともできる。
[0320] In a preferred embodiment, the ETM binds to the phosphate of the ribose-phosphate backbone. As outlined herein, this may be performed using a phosphodiester analog such as a phosphoramidate linkage (see generally PCT Publication WO 95/15971) or as described in PCT US 97/20014. Methods similar to those described are used, except that the conductive oligomer is replaced with a transition metal ligand or complex or an organic ETM.

【0321】 別の主鎖、例えば、ペプチド核酸または別のホスフェート結合への結合は、当
業者に認められるように行う。
The attachment to another backbone, such as a peptide nucleic acid or another phosphate bond, is performed as will be appreciated by those skilled in the art.

【0322】 好ましい実施態様において、ETMはヌクレオシドの塩基に結合する。これは
、種々の方法でなし得る。一実施態様において、天然に存在するか、または本明
細書に記載ように添加した(例えば、図参照)塩基のアミノ基を、遷移金属錯体の
リガンドとして、または例えば、アミド結合を介して他のリガンドをまたは有機
ETMを添加するのに使用できる化学的官能基として使用する。これは、当業者
に認められるように行う。あるいは、ヘテロ環式環に結合したハロゲン原子を含
むヌクレオシドは商品として入手可能である。アセチレン結合リガンドは、一般
的に既知のように、ハロゲン化塩基を使用して添加し得る;例えば、Tzalis et
al., Tetrahedron Lett. 36(34): 6017-6020 (1995); Tzalis et al., Tetrahed
ron Lett. 36(2): 3489-3490 (1995); およびTzalis et al., Chem. Communicat
ions (投稿中) 1996参照、全て出典明示により本明細書の一部とする。また、塩
基へのアセチレン結合を介して結合したメタロセン(この場合では、フェロセン
)の合成を記載した図面および実施例も参照。
In a preferred embodiment, the ETM binds to a nucleoside base. This can be done in various ways. In one embodiment, the amino group of a base that is naturally occurring or added as described herein (e.g., see the figure) can be used as a ligand for a transition metal complex or, for example, via another amide bond. Use the ligand or as a chemical functional group that can be used to add an organic ETM. This is done as will be appreciated by those skilled in the art. Alternatively, nucleosides containing a halogen atom attached to the heterocyclic ring are commercially available. Acetylene binding ligands can be added using a halogenated base, as is generally known; see, for example, Tzalis et.
al., Tetrahedron Lett. 36 (34): 6017-6020 (1995); Tzalis et al., Tetrahed.
ron Lett. 36 (2): 3489-3490 (1995); and Tzalis et al., Chem. Communicat.
ions (submitted) See 1996, all incorporated herein by reference. See also the Figures and Examples which describe the synthesis of metallocenes (in this case ferrocenes) linked via an acetylene bond to the base.

【0323】 一実施態様において、ヌクレオシドを、核酸に包含させた遷移金属リガンドを
有して製造し、次いで、遷移金属イオンおよび残りの必要なリガンドを当分野で
既知のように添加する。別の実施態様において、遷移金属イオンおよび付加的リ
ガンドを、核酸への包含前に添加する。
In one embodiment, a nucleoside is prepared with a transition metal ligand incorporated into a nucleic acid, and the transition metal ion and the remaining required ligand are then added as is known in the art. In another embodiment, the transition metal ion and additional ligand are added prior to inclusion in the nucleic acid.

【0324】 本発明の核酸を、共有結合した結合リンカー(つまり、絶縁体または伝導性オ
リゴマーのいずれか)を有して製造し、結合リンカーを電極に結合させる。本方
法は、使用する電極のタイプによって変化する。本明細書に記載のように、結合
リンカーは一般に末端“A”リンカーを有して製造され、電極への結合を促進す
る。本適用の目的のために、硫黄−金結合は共有結合とみなす。
The nucleic acids of the invention are prepared with a covalently attached linker (ie, either an insulator or a conductive oligomer), and the linker is attached to an electrode. The method depends on the type of electrode used. As described herein, binding linkers are generally made with a terminal "A" linker to facilitate binding to an electrode. For the purposes of this application, a sulfur-gold bond is considered a covalent bond.

【0325】 好ましい実施態様において、伝導性オリゴマー、絶縁体および結合リンカーは
硫黄結合を介して電極に共有結合する。しかしながら、驚くべきことに、分子の
金電極への結合に使用する慣用的保護基は、一般に、本明細書に記載の組成物の
合成およびオリゴヌクレオチド合成反応への包含の両方への使用に理想的でない
。従って、本発明は、図に記載のようなエチルピリジンおよびトリメチルシリル
エチルを含む、普通でない保護保護基を使用した、伝導性オリゴマーの金電極へ
の結合の新規方法を提供する。しかしながら、当業者が理解するように、伝導性
オリゴマーが核酸を含まないとき、アセチル基などの慣用的保護基を使用し得る
。参照、Greene et al.、前掲。
In a preferred embodiment, the conductive oligomer, insulator and binding linker are covalently attached to the electrode via a sulfur bond. However, surprisingly, conventional protecting groups used to attach molecules to gold electrodes are generally ideal for use in both the synthesis of the compositions described herein and their inclusion in oligonucleotide synthesis reactions. Not a target. Thus, the present invention provides a novel method of coupling conductive oligomers to gold electrodes using unusual protective protecting groups, including ethylpyridine and trimethylsilylethyl as illustrated. However, as will be appreciated by those skilled in the art, when the conductive oligomer is free of nucleic acids, conventional protecting groups such as acetyl groups may be used. See Greene et al., Supra.

【0326】 これは、いくつかの方法でなし得る。好ましい実施態様において、電極への結
合のために硫黄原子を含む伝導性オリゴマーのサブユニットをエチル−ピリジン
またはトリメチルシリルエチル基で保護する。前者に関して、これは一般に硫黄
原子(好ましくはスルフヒドリルの形で)を含むサブユニットをビニルピリジン基
またはビニルトリメチルシリルエチル基と、エチルピリジン基またはトリメチル
シリルエチル基が硫黄原子に添加されるような条件下で接触させることにより行
う。
This can be done in several ways. In a preferred embodiment, the conductive oligomer subunit containing a sulfur atom is protected with an ethyl-pyridine or trimethylsilylethyl group for attachment to an electrode. With respect to the former, this generally involves substituting a sulfur atom (preferably in the form of sulfhydryl) with a vinylpyridine or vinyltrimethylsilylethyl group and under conditions such that an ethylpyridine or trimethylsilylethyl group is added to the sulfur atom. This is done by contact.

【0327】 このサブユニットはまた、一般に、付加的サブユニットの結合のために官能部
を含み、従って、付加的サブユニットが結合して伝導性オリゴマーを形成する。
次いで、伝導性オリゴマーをヌクレオシドに結合させ、付加的ヌクレオシドが結
合する。保護基を次いで除去し、硫黄−金共有結合を行う。あるいは、伝導性オ
リゴマーの全てまたは一部を製造し、次いで、保護硫黄原子を含むサブユニット
を添加するか、硫黄原子を添加して、保護する。伝導性オリゴマーを次いでヌク
レオシドに結合させ、付加的ヌクレオチドを結合させる。あるいは、核酸に結合
した伝導性オリゴマーを製造し、次いで保護硫黄原子を含むサブユニットを添加
するか、硫黄原子を添加して、保護する。あるいは、エチルピリジン保護基を上
記のように使用してもよいが、1以上の工程の後に除去し、ジスルフィドのよう
な標準的な保護基に置き換える。このように、エチルピリジンまたはトリメチル
シリルエチル基は、合成反応のいくつかで保護基として作用し得、次いで、除去
して慣用的保護基に置き換えられる。
The subunit also generally contains a functional moiety for attachment of the additional subunit, so that the additional subunits combine to form a conductive oligomer.
The conductive oligomer is then attached to the nucleoside, and additional nucleosides are attached. The protecting group is then removed and a covalent sulfur-gold bond is performed. Alternatively, all or part of the conductive oligomer is prepared and then protected by adding a subunit containing a protected sulfur atom or by adding a sulfur atom. The conductive oligomer is then attached to the nucleoside and additional nucleotides are attached. Alternatively, a conductive oligomer attached to the nucleic acid is prepared and then protected by adding a subunit containing a protected sulfur atom or by adding a sulfur atom. Alternatively, the ethylpyridine protecting group may be used as described above, but is removed after one or more steps and replaced with a standard protecting group such as disulfide. Thus, an ethylpyridine or trimethylsilylethyl group can act as a protecting group in some of the synthetic reactions, and is then removed and replaced with a conventional protecting group.

【0328】 本明細書の伝導性ポリマーの“サブユニット”は、硫黄原子が結合する伝導性
オリゴマーの少なくとも一部を意味するが、伝導性オリゴマーの付加的成分の添
加を可能にする官能基、または伝導性オリゴマーの付加的成分を含む付加的原子
も存在し得る。従って、例えば、構造1のオリゴマーを使用するとき、サブユニ
ットは少なくとも第一Y基を含む。
A “subunit” of a conductive polymer herein refers to at least a portion of a conductive oligomer to which a sulfur atom is attached, but a functional group that allows for the addition of additional components of the conductive oligomer, Alternatively, additional atoms may be present, including additional components of the conductive oligomer. Thus, for example, when using an oligomer of structure 1, the subunit contains at least a first Y group.

【0329】 好ましい方法は、1)一般に、ビニルピリジンまたはトリメチルシリルエチル
基をスルフヒドリルに添加して行う、伝導性オリゴマーの第一サブユニットに結
合した硫黄原子への、エチルピリジンまたはトリメチルシリルエチル保護基の添
加;2)伝導性オリゴマーの形成のための付加的サブユニットの添加;3)少なく
とも第一ヌクレオシドの伝導性オリゴマーへの添加;4)核酸を形成するための
付加的ヌクレオシドの第一ヌクレオシドへの添加;4)伝導性オリゴマーの金電
極への結合を含む。これはまた実施例に記載のように、ヌクレオシドの不存在下
でも行い得る。
A preferred method is 1) the addition of an ethylpyridine or trimethylsilylethyl protecting group to the sulfur atom attached to the first subunit of the conductive oligomer, generally by adding a vinylpyridine or trimethylsilylethyl group to the sulfhydryl 2) addition of additional subunits for the formation of conductive oligomers; 3) addition of at least the first nucleoside to the conductive oligomer; 4) addition of additional nucleosides to the first nucleoside to form nucleic acids. 4) including binding of the conductive oligomer to the gold electrode. This can also be done in the absence of nucleosides, as described in the examples.

【0330】 上記の方法は、金電極への絶縁分子の結合にも使用し得る。The above method can also be used to attach insulating molecules to gold electrodes.

【0331】 好ましい実施態様において、(伝導性オリゴマーおよび絶縁体を含む)表面種
を含む単層を電極に添加する。一般に、添加の化学は、伝導性オリゴマーの電極
への添加と類似か同じであり、即ち、金電極への結合に硫黄原子を使用するなど
である。核酸に共有結合した伝導性オリゴマーに加えて、単層を含む組成物を、
少なくとも5つの方法の一つでなし得る:(1)単層の添加、続く結合リンカー−
核酸錯体の連続的添加;(2)結合リンカー−核酸錯体の添加、続く単層の添加;
(3)単層と結合リンカー−核酸錯体の同時添加;(4)完全な核酸の結合に適した
官能部で終了している結合リンカーを含む単層の形成(1,2または3のいずれか
を使用した);または(5)核酸合成に適した官能部で終了している結合リンカー
を含む単層の形成、即ち、核酸を当分野で既知のように単層表面で合成する。こ
のような適当な官能部は、ホスホルアミデイト添加のためのヌクレオシド、アミ
ノ基、カルボキシル基、保護硫黄部、またはヒドロキシル基を含むが、これらに
限定されない。例としては、好ましい方法(1)を用いた金電極上の単層の形成を
記載する。
In a preferred embodiment, a monolayer containing surface species (including conductive oligomers and insulators) is added to the electrode. Generally, the chemistry of the addition is similar or the same as the addition of the conductive oligomer to the electrode, ie, using a sulfur atom for attachment to the gold electrode. A composition comprising a monolayer, in addition to a conductive oligomer covalently linked to a nucleic acid,
It can be done in one of at least five ways: (1) the addition of a monolayer followed by a binding linker
(2) Addition of a linked linker-nucleic acid complex, followed by addition of a monolayer;
(3) Simultaneous addition of monolayer and binding linker-nucleic acid complex; (4) Formation of monolayer containing binding linker terminated with a functional moiety suitable for complete nucleic acid binding (any of 1, 2, or 3) Or (5) formation of a monolayer containing a binding linker terminated with a functional moiety suitable for nucleic acid synthesis, ie, nucleic acids are synthesized on a monolayer surface as is known in the art. Such suitable functionalities include, but are not limited to, nucleosides for phosphoramidate addition, amino groups, carboxyl groups, protected sulfur moieties, or hydroxyl groups. As an example, the formation of a single layer on a gold electrode using the preferred method (1) is described.

【0332】 好ましい実施態様において、核酸はペプチド核酸または類似体である。この実
施態様において、本発明は、少なくとも一つの共有結合したETMまたは結合リ
ンカーを有するペプチド核酸を提供する。好ましい実施態様において、これらの
部分はPNAの単量体サブユニットに共有結合する。本明細書の“PNAの単量
体サブユニット”は、−NH−CH2CH2−N(COCH2−塩基)−CH2−CO
−単量体またはPNAの誘導体(ここでは“ヌクレオシド”の定義内に含まれる)
を意味する。例えば、PNA主鎖の炭素原子の数を変え得る;一般に、PNA誘
導体の数を記載したNielsen et al., Chem. Soc. Rev. 1997, 73頁参照、出典明
示により本明細書の一部とする。同様に、塩基を主鎖に結合させるアミド結合を
変え得る;ホスホロアミドおよびスルファーアミド結合を使用し得る。あるいは
部分を内部単量体サブユニットに結合する。本明細書で“内部”は、単量体サブ
ユニットがN−末端単量体サブユニットまたはC−末端単量体サブユニットでな
いことを意味する。本実施態様において、部分を単量体サブユニットの塩基また
は主鎖に結合できる。塩基の結合は、本明細書に概説のように、または文献から
既知のように行う。一般に、部分を塩基に添加し、これを次いで本明細書に概説
のようにPNAに包含させる。塩基は、化学置換基の添加前またはその後に、P
NA合成反応への包含に必要なように保護されているか、包含されるように誘導
体化されている。塩基の保護および誘導体化をPCT US97/20014に
示す。塩基を次いで単量体サブユニットに包含できる。
[0332] In a preferred embodiment, the nucleic acid is a peptide nucleic acid or analog. In this embodiment, the invention provides a peptide nucleic acid having at least one covalently linked ETM or linking linker. In a preferred embodiment, these moieties are covalently linked to the monomeric subunit of PNA. "Monomeric subunit of PNA" herein, -NH-CH 2 CH 2 -N (COCH 2 - base) -CH 2 -CO
-Monomers or derivatives of PNA (herein included within the definition of "nucleoside")
Means For example, the number of carbon atoms in the PNA backbone can be varied; generally, see Nielsen et al., Chem. Soc. Rev. 1997, page 73, which describes the number of PNA derivatives, incorporated herein by reference. I do. Similarly, the amide bond attaching the base to the backbone can be altered; phosphoramide and sulfamide linkages can be used. Alternatively, the moiety is linked to an internal monomer subunit. As used herein, "internal" means that the monomer subunit is not an N-terminal monomer subunit or a C-terminal monomer subunit. In this embodiment, the moiety can be attached to the base or backbone of the monomer subunit. The coupling of the bases is performed as outlined herein or as known from the literature. Generally, a moiety is added to the base, which is then included in the PNA as outlined herein. The base is added to the P before or after the addition of the chemical substituent.
Protected as necessary for inclusion in the NA synthesis reaction or derivatized to be included. Base protection and derivatization is shown in PCT US97 / 20014. The base can then be included in the monomer subunit.

【0333】 好ましい実施態様において、部分はPNA単量体の主鎖に共有結合する。結合
は、一般に、単量体サブユニットの非置換炭素原子の一つ、好ましくは主鎖のα
−炭素に行われるが、1または2位の炭素、または塩基を主鎖に結合させるアミ
ド結合のα−炭素での結合もなし得る。PNA類似体の場合、他の炭素または原
子も同様に置換し得る。好ましい実施態様において、部分を、α−炭素原子に末
端単量体サブユニットまたは内部の末端単量体サブユニットへ添加する。
In a preferred embodiment, the moiety is covalently linked to the backbone of the PNA monomer. The bond is generally at one of the unsubstituted carbon atoms of the monomer subunit, preferably at the α of the backbone.
-At the carbon, but also at the α-carbon of the amide bond connecting the 1- or 2-position carbon, or the base to the main chain. In the case of PNA analogs, other carbons or atoms may be similarly substituted. In a preferred embodiment, a moiety is added to the terminal monomeric subunit at the α-carbon atom or to an internal terminal monomeric subunit.

【0334】 この実施態様において、修飾単量体サブユニットを、ETM、結合リンカーま
たはその結合のための官能基で合成し、次いで塩基を添加し、修飾単量体を成長
しているPNA鎖に包含させ得る。
In this embodiment, the modified monomer subunit is synthesized with an ETM, a linking linker or a functional group for its attachment, and then a base is added to attach the modified monomer to the growing PNA chain. May be included.

【0335】 製造した共有結合部分を有する単量体サブユニットを、Will et al., Tetrahe
dron 51(44): 12069-12082 (1995)およびVanderlaan et al., Tett. Let. 38: 2
249-2252 (1987)(両方ともその全体を出典明示により本明細書の一部とする)
に概説のような方法を使用して、PNAに包含させる。これらの方法は、ペプチ
ド核酸への化学置換基の添加を、化学置換基を破壊させることなく可能にする。
The prepared monomeric subunit having a covalent moiety was prepared according to Will et al., Tetrahe
dron 51 (44): 12069-12082 (1995) and Vanderlaan et al., Tett. Let.38: 2
249-2252 (1987) (both are hereby incorporated by reference in their entirety)
The PNA is incorporated using methods as outlined in These methods allow the addition of chemical substituents to peptide nucleic acids without destroying the chemical substituents.

【0336】 当業者に認められるように、電極は、核酸、伝導性オリゴマーおよび絶縁体の
任意の組み合わせを有するように製造し得る。
As will be appreciated by those skilled in the art, electrodes can be manufactured to have any combination of nucleic acids, conductive oligomers and insulators.

【0337】 本発明の組成物は、ETMに加えて、更に、一個以上の他の標識を任意の位置
で含み得る。本明細書での“標識”は、化合物の検出を可能にするために結合し
た元素(例えば、アイソトープ)または化学化合物を意味する。好ましい標識は放
射活性同位体標識、着色または蛍光色素、およびETMなどの電気化学標識であ
る。標識は、任意の位置で化合物に包含し得る。加えて、本発明の組成物は、架
橋剤のような他の部分も含み得、標的−プローブ錯体の架橋を促進する。例えば
、Lukhtanov et al., Nucl. Acids. Res. 24(4): 683 (1996)およびTabone et a
l., Biochem. 33: 375 (1994)参照、両方とも出典明示により本明細書の一部と
する。
The compositions of the present invention may further comprise, in addition to the ETM, one or more other labels at any position. As used herein, “label” refers to an element (eg, an isotope) or a chemical compound that has been attached to allow detection of the compound. Preferred labels are radioactive isotope labels, colored or fluorescent dyes, and electrochemical labels such as ETM. The label can be included in the compound at any position. In addition, the compositions of the present invention may also include other moieties, such as a cross-linking agent, to promote cross-linking of the target-probe complex. For example, Lukhtanov et al., Nucl. Acids. Res. 24 (4): 683 (1996) and Tabone et a.
l., Biochem. 33: 375 (1994), both of which are incorporated herein by reference.

【0338】 一旦製造されると、組成物は本明細書に記載のように、多くに適用されて使用
される。特に、本発明の組成物は、標的被検体検出(特に核酸標的配列)用の結合
アッセイで使用される。当業者には明らかなように、電極は、結合リガンドの単
一種、または多数の結合リガンドの種(すなわち、アレイフォーマット)を有する
ようにつくられ得る。
Once manufactured, the compositions are used in many applications, as described herein. In particular, the compositions of the invention are used in binding assays for target analyte detection, especially nucleic acid target sequences. As will be apparent to those skilled in the art, electrodes can be made to have a single species of binding ligand, or multiple species of binding ligand (ie, an array format).

【0339】 加えて、本明細書に概説のように、電極のような固体支持体の使用は、これら
の遺伝子アッセイのアレイ形での使用を可能にする。
In addition, the use of solid supports, such as electrodes, as outlined herein, allows the use of these genetic assays in an array.

【0340】 一般に、最小限1つの捕獲プローブ、1つの標的被検体と1つの標識プローブ
を含む本発明のアッセイ複合体が形成されると、検出が電子的イニシエーション
により進行する。メカニズムまたは理論に制限されなければ、検出は、ETMか
ら電極への電子伝達に基づいており、π軌道の介在を含んでいる。
In general, once an assay complex of the invention comprising at least one capture probe, one target analyte and one labeled probe is formed, detection proceeds by electronic initiation. Without being limited to a mechanism or theory, detection is based on electron transfer from the ETM to the electrode and involves the interposition of π orbitals.

【0341】 電子伝達の検出、すなわち、ETMの存在は一般に好適な電圧により電子的に
開始される。電位はアッセイ複合体に加える。加えられる電位の正確な制御と変
化はポテンショスタットおよび3つの電極システム(1つは参照用、1つはサン
プル用(または作業用)、1つは対向電極用)または2つの電極システム(1つ
はサンプル用、1つは対向電極用)による。これは一部ETMの選択に左右され
るシステム、また一部使用した伝導性オリゴマー、単層の組成と整合性、および
どのタイプの参照電極を使用したかに左右されるシステムのピーク電位に、印加
した電位がマッチすることを可能とする。
Detection of electron transfer, ie, the presence of the ETM, is generally initiated electronically by a suitable voltage. The potential is applied to the assay complex. Precise control and variation of the applied potential can be achieved with a potentiostat and a three-electrode system (one for reference, one for the sample (or working), one for the counter electrode) or a two-electrode system (one For the sample and one for the counter electrode). This depends, in part, on the peak potential of the system, which depends on the choice of ETM, and also on the conductive oligomer used, the composition and consistency of the monolayer, and the type of reference electrode used. It allows the applied potentials to match.

【0342】 好適な態様においては、共還元体または共酸化体(統合して、共酸化還元体)
を追加の電子源または吸込みとして用いる。一般的には、Sato et al., Bull. C
hem. Soc. Jpn 66: 1032 (1993); Uosaki et al., Electrochimica Acta 36: 17
99 (1991);and Alleman et al., J. Phys. Chem. 100: 17050 (1996)(これらす
べてを出典明示により本明細書の一部とする)参照。
In a preferred embodiment, the co-reductant or co-oxidant (integrally, the co-redox product)
Is used as an additional source or sink. In general, Sato et al., Bull. C
hem. Soc. Jpn 66: 1032 (1993); Uosaki et al., Electrochimica Acta 36: 17
99 (1991); and Alleman et al., J. Phys. Chem. 100: 17050 (1996), all of which are incorporated herein by reference.

【0343】 好ましい実施態様において、溶液中の入力源が電子伝達の開始に用いられる。
好ましくは、直流電流を用いてまたは拡散が制限されない交流周波数で開始およ
び検出がなされるときである。一般に、当業者はよくわかるように、好ましい実
施態様で“ホール”含有の単層を用いると、システムの短絡が回避できる。これ
はいくつかの一般的な方法で行うことができる。好ましい実施態様において、入
力電極源は、標識プローブのETMよりも低いか同じレドックス電位を有する。
このように、入力電子源のレドックス電位以上の電圧において、ETMおよび入
力電子源が酸化されて電子を与え得る。ETMは電極に電子を与え、入力源がE
TMに与える。例えば、実施例中に記載した本発明の組成物に結合したETMと
して、フェロセンは、水溶液中で大略200mVのレドックス電位を有する(フ
ェロセンが結合してもの、結合の方法およびなんらかの置換基の存在によって非
常に変化する)。電子源のフェロシアニドは、同様に約200mVのレドックス
電位を有する。従って、約200mVまたはそれ以上の電圧において、フェロセ
ンはフェリセニウムの変わり、電子を電極に伝達する。フェリシアニドを酸化し
て電子をETMに伝達することができる。この方法において、電子源(または同
時還元剤)はシステムに生じたシグナルを増幅するために働き、電子源分子が核
酸に結合したETMに電子を迅速に、かつ繰り返して伝達する。電子の供与・受
容の速度は、同時還元剤の拡散の速度すなわち同時還元剤とETMとの間の電子
伝達に制限される。電子伝達は濃度および大きさなどの影響を受ける。
In a preferred embodiment, an input source in solution is used to initiate electron transfer.
Preferably when initiation and detection is carried out using a DC current or at an AC frequency where diffusion is not limited. In general, as will be appreciated by those skilled in the art, short circuits in the system can be avoided by using a "hole" containing monolayer in a preferred embodiment. This can be done in several general ways. In a preferred embodiment, the input electrode source has a redox potential that is less than or equal to the ETM of the labeled probe.
Thus, at voltages above the redox potential of the input electron source, the ETM and the input electron source can be oxidized to provide electrons. The ETM provides electrons to the electrodes and the input source is E
Give to TM. For example, as an ETM bound to the compositions of the invention described in the Examples, ferrocene has a redox potential of approximately 200 mV in aqueous solution (depending on the method of binding and the presence of any substituents, even when ferrocene is bound). Very variable). The electron source ferrocyanide also has a redox potential of about 200 mV. Thus, at voltages of about 200 mV or more, ferrocene replaces ferricenium and transfers electrons to the electrodes. The ferricyanide can be oxidized to transfer electrons to the ETM. In this method, the electron source (or co-reducing agent) serves to amplify the signal generated in the system, and the electron source molecules rapidly and repeatedly transfer electrons to the ETM bound to the nucleic acid. The rate at which electrons are donated and accepted is limited to the rate of diffusion of the co-reducing agent, ie, electron transfer between the co-reducing agent and the ETM. Electron transfer is affected by density and size.

【0344】 他方、ETMよりも低いレドックス電位を有する入力電子源が用いられる。E
TMのレドックス電位よりも低いが、電子源のレドックスよりも高い電圧におい
て、フェロシアニドなどの入力源は酸化され得ず、ETMに電子を与え得ない。
すなわち電子伝達が起きない。フェロセンが酸化されると、電子の伝達経路がで
きる。
On the other hand, an input electron source having a redox potential lower than ETM is used. E
At a voltage lower than the redox potential of the TM, but higher than the redox of the electron source, an input source such as ferrocyanide cannot be oxidized and cannot provide electrons to the ETM.
That is, electron transfer does not occur. When ferrocene is oxidized, an electron transfer pathway is created.

【0345】 他の好ましい実施態様において、入力電子源は、標識プローブETMよりも高
いレドックス電位を有する。例えば、電子源のルミノールは大略720mVのレ
ドックス電位を有する。ETMのレドックス電位よりも低い電圧、すなわち20
0−720mVにおいては、電圧がルミノールのレドックス電位よりも低いので
、ETMはルミノール電子源から電子を受けることができない。しかし、ルミノ
ールのレドックス電位またはそれ以上で、ルミノールはETMに電子を伝達し、
迅速かつ反復の電子伝達を可能とする。この方法において、電子源(または同時
還元剤)はシステムで生じたシグナルを増幅するのに働き、電子源分子は標識プ
ローブのETMに迅速にかつ反復して電子を供与する。
In another preferred embodiment, the input electron source has a higher redox potential than the labeled probe ETM. For example, luminol, an electron source, has a redox potential of approximately 720 mV. A voltage lower than the redox potential of the ETM, ie, 20
At 0-720 mV, the ETM cannot accept electrons from the luminol electron source because the voltage is lower than the luminol redox potential. However, at or above the luminol redox potential, luminol transfers electrons to the ETM,
Enables quick and repetitive electron transfer. In this method, the electron source (or co-reducing agent) serves to amplify the signal generated in the system, and the electron source molecules donate electrons quickly and repeatedly to the ETM of the labeled probe.

【0346】 ルミノールは酸化に際して化学的発光種になるという別の利点もあり(参照Ji
rka et al.,Analytica Chemica Acta 284:345(1993))、ETMから電極への電子
伝達の光学的検出が可能となる。ルミノールが電極に直接接触しない限り、すな
わち電極への効率的な電子伝達経路がないようなETMの存在において、アッセ
イ複合体上のETMに電子を伝達することのみによりルミノールは酸化される。
ETMが存在していない(即ち、標的配列が本発明の組成物をハイブリダイズし
ない場合)と、ルミナールは顕著に酸化されないで、ルミノールからの低い光子
放出および低い(もしあれば)シグナル放出をもたらす。標的の存在で非常に大
きいシグナルが生じる。このように光子放出によるルミノール酸化の測定は、電
極に電子を与えるETMの能力についての間接的な測定となる。さらに、光子検
出は一般的に電子検出よりも感度がよいので、システムの感度が増大する。最初
の結果から、発光が過酸化水素濃度、pHおよびルミノール濃度(これは直線的
ではない)に依存していることが示唆される。
Luminol also has the additional advantage of becoming a chemiluminescent species upon oxidation (see Ji.
rka et al., Analytica Chemica Acta 284: 345 (1993)), which allows optical detection of electron transfer from the ETM to the electrode. As long as luminol does not directly contact the electrode, ie, in the presence of an ETM where there is no efficient electron transfer path to the electrode, luminol is oxidized only by transferring electrons to the ETM on the assay complex.
In the absence of ETM (ie, when the target sequence does not hybridize the composition of the present invention), luminal is not significantly oxidized, resulting in low photon emission and low (if any) signal emission from luminol. . Very large signals occur in the presence of the target. Thus, measuring luminol oxidation by photon emission is an indirect measure of the ETM's ability to donate electrons to the electrodes. In addition, photon detection is generally more sensitive than electronic detection, thus increasing the sensitivity of the system. Initial results suggest that luminescence is dependent on hydrogen peroxide concentration, pH and luminol concentration, which is not linear.

【0347】 適切な電子源分子は周知であり、フェリシアニドやルミノールが含まれるが、
これらに限定されない。
Suitable electron source molecules are well known and include ferricyanide and luminol,
It is not limited to these.

【0348】 他方、出力電子受容体を用いることができる。すなわち上記反応を逆に行う。
電極から電子を受けるメタロセンなどのETMを用いる。電子を迅速に繰り返し
受ける出力電子受容体でメタロセンをメタリセニウムに変える。この実施態様で
、コバルトイセニウムが好ましいETMである。
On the other hand, an output electron acceptor can be used. That is, the above reaction is performed in reverse.
ETM such as metallocene which receives electrons from the electrodes is used. An output electron acceptor that rapidly and repeatedly receives electrons converts metallocene to metallisenium. In this embodiment, cobalt isenium is the preferred ETM.

【0349】 単層の表面のETMの存在は、種々の方法によって検出することができる。光
学的検出には、これらに限定されるものではないが、例えばフルオレッセンス、
ホスホレッセンス、ルミニセンス、ケミルミニセンス、エレクトロルミニセンス
および屈折率がある。電子的検出には、これらに限定されるものではないが、ア
ンペロメトリー、ボルタメトリー、キャパシタンス、インピーダンスがある。こ
れらの方法には、交流または直流の電流に基づく時間・周波数依存法、パルス法
、ロックイン法、フィルター法(高パス、低パス、バンドパス)および時間分解
フルオレセンスなどの時間分解法がある。
The presence of ETM on the surface of the monolayer can be detected by various methods. Optical detection includes, but is not limited to, for example, fluorescein,
There are phosphorescens, luminescens, chemirminsens, electroluminescens and refractive indexes. Electronic detection includes, but is not limited to, amperometry, voltammetry, capacitance, and impedance. These methods include time- and frequency-dependent methods based on AC or DC current, pulse methods, lock-in methods, filter methods (high-pass, low-pass, bandpass) and time-resolved methods such as time-resolved fluoresence. is there.

【0350】 1つの実施態様において、ETMから電極への電子の効率的な伝達は、ETM
のレドックス状態での定型的変化をもたらす。ビピリジン、ピリジン、イミダゾ
ール環含有のルテニウム複合体を含む多くのETMでもって、レドックス状態に
おけるこれらの変化はスペクトルの変化に関連している。吸収の顕著な相違がこ
れらの分子について還元状態と酸化状態の間にみられる。例えば、参照、Fabbri
zzi et al.,Chem.Soc.Rev.1995 pp192-202。これらの相違は、分子光度計あるい
は光電子増倍管を用いて監視することができる。
In one embodiment, the efficient transfer of electrons from the ETM to the electrode is based on the ETM
In the redox state. With many ETMs, including ruthenium complexes containing bipyridine, pyridine, and imidazole rings, these changes in the redox state are related to changes in the spectrum. Significant differences in absorption are seen between the reduced and oxidized states for these molecules. For example, reference, Fabbri
zzi et al., Chem. Soc. Rev. 1995 pp192-202. These differences can be monitored using a molecular photometer or a photomultiplier.

【0351】 この実施態様において、電子供与体および受容体には、光学活性化すなわち開
始について上記したすべての誘導体が含まれる。好ましい電子供与体および受容
体は電子伝達を高感度で監視し得るレドックスについて大きいスペクタル変化を
特徴としている。好ましい例に、Ru(NH3)4pyおよびRu(bpy)zimがある。吸収によ
って監視される供給体または受容体のみが理想のスペクトル特性を有しているこ
とが理解されるべきである。
In this embodiment, the electron donor and acceptor include all derivatives described above for optical activation or initiation. Preferred electron donors and acceptors are characterized by a large spectral change in redox that allows sensitive monitoring of electron transfer. Preferred examples include Ru (NH 3 ) 4 py and Ru (bpy) zim. It should be understood that only the donor or receiver monitored by absorption has ideal spectral properties.

【0352】 好ましい実施態様において、電子伝達は蛍光定量で検出される。ルテニウムな
どの遷移金属複合体の多くが明白な蛍光性を有する。従って、核酸に結合した電
子供与体と受容体とのレドックス状態の電荷は、Ru(4,7−ビフェニル2
フェナントロリン)3 2+などによる蛍光を用いて、感度よく監視することができ
る。この化合物の生成は、標準的蛍光検出法によって容易に測定することができ
る。例えば、レーザー誘発蛍光は、標準的細胞蛍光定量、オンライン蛍光定量で
のフロー(例えばクロマトグラフィーに結合したもの)あるいは96ウエル・イ
ムノアッセイについて市販されているものに類似の多サンプル“プレートリーダ
ー”で記録することができる。
In a preferred embodiment, electron transfer is detected by fluorimetry. Many transition metal complexes, such as ruthenium, have apparent fluorescence. Therefore, the redox state of the electron donor bound to the nucleic acid and the receptor charge, Ru (4,7-biphenyl 2 -
Phenanthroline) 3 2+ using fluorescence due, can be monitored sensitively. The formation of this compound can be easily measured by standard fluorescence detection methods. For example, laser-induced fluorescence is recorded on a standard cell fluorimeter, on-line fluorimeter flow (eg, coupled to chromatography), or a multi-sample “plate reader” similar to that commercially available for 96-well immunoassays. can do.

【0353】 他方、蛍光は、溶液中の結合リガンドまたは光学繊維に結合した核酸プローブ
で光学結合センサーを用いて測定することができる。蛍光は光学繊維に結合した
光学増倍管または他の光検出器を用いて監視することができる。これについての
有利な点は、検出に用いられるサンプル量が極めて少量でよいことである。
On the other hand, fluorescence can be measured using an optical binding sensor with a binding ligand in solution or a nucleic acid probe bound to an optical fiber. Fluorescence can be monitored using an optical intensifier or other photodetector coupled to the optical fiber. The advantage of this is that the amount of sample used for detection can be very small.

【0354】 さらに、Molecular Dynamicから販売されているFluorlmagerなどの走査蛍光検
出器が固体表面に並んだ修飾核酸分子の蛍光を監視するのに非常に適している。
このシステムの利点は、何千もの別異の核酸プローブでカバーされたチップを一
度に用いて多数電子伝達プローブを走査できることである。
In addition, scanning fluorescence detectors such as Fluorlmager sold by Molecular Dynamic are well suited for monitoring the fluorescence of modified nucleic acid molecules lined up on solid surfaces.
The advantage of this system is that multiple electron transfer probes can be scanned at once using a chip covered with thousands of different nucleic acid probes.

【0355】 多くの遷移金属複合体が大きいStokesシフトでもって蛍光を現す。適当な例と
して、ルテニウムなどの遷移金属のビスおよびトリスフェナントロリン複合体、
およびビスおよびトリビピリジン複合体がある(参照、Juris, A., Balzani, V.
, et al. Coord. Chem. Rev., V.84, p.85-277, 1988)。好ましい例では、効率
的な蛍光(合理的に高い量子収量)および低い再構築エネルギーを示す。これら
には、Ru(4,7−ビフェニル2−フェナントロリン)3 2+、Ru(4,4’−
ジフェニル2,2’−ビピリジン)3 2+および白金複合体がある(参照、Cumming
s et al., J. Am. Chem. Soc. 118:1949-1960(1996)、出典明示により本明細書
の一部とする)。他方、ハイブリダイゼーションに関連する蛍光の低下は、これ
らのシステムを用いて測定できる。
Many transition metal complexes fluoresce with large Stokes shifts. Suitable examples include bis and trisphenanthroline complexes of transition metals such as ruthenium,
And bis and tribipyridine complexes (see Juris, A., Balzani, V.
, et al. Coord. Chem. Rev., V.84, p.85-277, 1988). Preferred examples show efficient fluorescence (reasonably high quantum yield) and low reconstruction energy. These include, Ru (4,7-biphenyl 2 - phenanthroline) 3 2+, Ru (4,4'-
There are diphenyl 2,2'-bipyridine) 3 2+ and platinum complexes (see, Cumming
s et al., J. Am. Chem. Soc. 118: 1949-1960 (1996), which is hereby incorporated by reference). On the other hand, the decrease in fluorescence associated with hybridization can be measured using these systems.

【0356】 別の実施態様において、電子化学発光が電子伝達検出の基礎として用いられる
。Ru2+(bpy)3などのETMのいくつかで直接発光に励起状態の低下がおきる。
この性質の変化は、核酸ハイブリダイゼーションに関連しており、簡単な光学増
倍管で監視することができる。(参照、Blackburn, G.F. Clin. Chem. 37:1534-
1539(1991);および Juris et al., 上記)。
In another embodiment, electrochemiluminescence is used as the basis for electron transfer detection. Some ETMs, such as Ru 2+ (bpy) 3 , have reduced excitation states in direct luminescence.
This change in property is related to nucleic acid hybridization and can be monitored with a simple optical intensifier. (See, Blackburn, GF Clin. Chem. 37: 1534-
1539 (1991); and Juris et al., Supra).

【0357】 好ましい実施態様において、電子検出に、アンペロメトリー、ボルタメトリー
、キャパシタンスおよびインピーダンスなどが用いられる。好ましい技法として
、これらに限定されるものでないが、電解重量分析、クーロメトリー(制御電位
クーロメトリーおよび一定カレント・クーロメトリーを含む)、ボルタメトリー
(サイクルボルタメトリー、パルスボルタメトリー(正常パルスボルタメトリー
、スクエア波ボルタメトリー、示差パルスボルタメトリー、オステリオウング・
スクエア波ボルタメトリー、静電量パルス法)、ストリッピング分析(アニオン
ストリッピング、カチオンストリッピング、スクエア波ストリッピングボルタメ
トリー)、伝導分析(電子的伝導、直接分析)、時間依存電子化学分析(クロノ
アンペロメトリー、クロノポテンショメトリー、サイクルクロノアンペロメトリ
ー、サイクルクロノポテンショメトリー、交流ポログラフィー、クロノガルバメ
トリー、クロノクロメトリー)、交流インピーダンス法、キャパシタンス法、交
流ボランタメトリー、光学電子化学法がある。
In a preferred embodiment, amperometry, voltammetry, capacitance and impedance are used for electron detection. Preferred techniques include, but are not limited to, electrogravimetric analysis, coulometry (including control potential coulometry and constant current coulometry), voltammetry (cycle voltammetry, pulse voltammetry (normal pulse voltammetry, square wave voltametry). Measurement, differential pulse voltammetry, osteo wing
Square wave voltammetry, electrostatic pulse method), stripping analysis (anion stripping, cation stripping, square wave stripping voltammetry), conduction analysis (electronic conduction, direct analysis), time-dependent electrochemical analysis (chronoan (Perometry, chronopotentiometry, cycle chronoamperometry, cycle chronopotentiometry, ac porography, chronogalvometry, chronochromometry), ac impedance method, capacitance method, ac voltammetry, opto-electrochemical method.

【0358】 好ましい実施態様において、電子伝達の監視はアンペロメトリー検出で行われ
る。この検出法において、望む標的遺伝子を含有するサンプル中の核酸結合電極
と対照(逆)電極との間の電位(単離された対照電極と比較して)が利用される
。相違する効率の電子伝達が標的核酸の存在または不存在によって生じる。すな
わち標的核酸の存在また不存在、および従って標識プローブ、が異なる電流をお
こす。
In a preferred embodiment, monitoring of electron transfer is performed with amperometric detection. In this detection method, the potential (as compared to an isolated control electrode) between a nucleic acid binding electrode and a control (reverse) electrode in a sample containing the desired target gene is utilized. Different efficiencies of electron transfer result from the presence or absence of the target nucleic acid. That is, the presence or absence of the target nucleic acid, and thus the labeled probe, produces different currents.

【0359】 アンペロメトリーで電子伝達を測定する器具は、感度のよい電流検出を含み、
電圧電位を制御する手段、常にポテンシオスタットを含む。この電圧は標識プロ
ーブ上の電子供与複合体の電位を参照することにより最適化される。電子供与複
合体には、鉄、オスミウム、白金、コバルト、レニウム、レテニウムの複合体に
ついて上記のものが含まれ、鉄複合体が最も好ましい。
Instruments for measuring electron transfer with amperometry include sensitive current detection,
Means for controlling the voltage potential, always including a potentiostat. This voltage is optimized by reference to the potential of the electron donor complex on the label probe. Electron-donating complexes include those described above for complexes of iron, osmium, platinum, cobalt, rhenium, and ruthenium, with iron complexes being most preferred.

【0360】 好ましい実施態様において、他の電子検出法が用いられる。例えばポテンシオ
メトリー(すなわちボルタメトリー)には、非ファラデー法(ネット電流なし)
が含まれ、pHや他のイオン検出器において通常用いられる。同様のセンサーが
ETMと電極との間の電子伝達を監視するために用いられる。さらに、絶縁体(
抵抗など)および導電体(導電、インピーダンス、キャピシタンス)などの他の
性質がETMと電極との間の電子伝達を監視するために用いられる。また、電流
を生じるいかなるシステム(電子伝達など)も小さい磁場を生じ、ある実施態様
で監視され得る。
In a preferred embodiment, other electron detection methods are used. For example, potentiometry (ie, voltammetry) requires the non-Faraday method (no net current).
And are commonly used in pH and other ion detectors. Similar sensors are used to monitor the electron transfer between the ETM and the electrodes. In addition, insulators (
Other properties such as resistance (such as resistance) and electrical conductors (conductivity, impedance, capacitance) are used to monitor electron transfer between the ETM and the electrodes. Also, any system that produces a current (such as electron transfer) produces a small magnetic field and can be monitored in certain embodiments.

【0361】 本発明の組成物で見られる電子伝達の速い速度がもたらす一つの利点は、時間
分解が吸収、蛍光あるいは電子流などによるモニターにおけるシグナル対ノイズ
結果を一般的に高め得ることである。本発明の電子伝達の速い速度は、高度のシ
グナルと電子伝達開始・完了間の定型的遅延とをもたらす。特定の遅延のシグナ
ルを増幅することにより、電子伝達のパルス開始および“ロックイン”増幅検出
およびフェーリエ変換がなされる。
One advantage provided by the fast rate of electron transfer found in the compositions of the present invention is that time resolution can generally enhance signal to noise results in monitors such as absorption, fluorescence or electron flow. The high speed of electron transfer of the present invention results in a high signal and a typical delay between electron transfer onset and completion. By amplifying the signal of a particular delay, the pulse onset of electron transfer and "lock-in" amplification detection and Fourier transformation occur.

【0362】 好ましい実施態様において、電子伝達は交流電流(AC)法を用いて始められ
る。理論に拘束されることなく、電極に連結したETMは、つながっている抵抗
とコンデンサーを流れる交流電圧に同様に反応する。基本的に、これらの抵抗と
コンデンサーとして働く複合体の性質を測定し得る方法は、検出の基本とするこ
とができる。驚くべきことに、従来からの電気化学理論、例えば、Laviron et a
l., J. Electroanal. Chem. 97:135(1979) および Laviron et al., J. Electro
anal. Chem. 105:35(1979)(出典明示により本明細書の一部とする)は、非常に
小さいEAC(10mV以下)および比較的多数の分子を除き、本明細書に記載のシ
ステムのモデルとはならない。すなわち、交流電流(I)は、Lavironの式に正
確には記載されていない。このことは、この理論が電子の限界のない源とシンク
を想定していることに部分的には由来するものであり、これは本発明のシステム
には当てはまらない。
In a preferred embodiment, electron transfer is initiated using an alternating current (AC) method. Without being bound by theory, an ETM coupled to an electrode responds similarly to an alternating voltage through a connected resistor and capacitor. Basically, any method by which the properties of the complex acting as these resistors and capacitors can be measured can be the basis of detection. Surprisingly, conventional electrochemical theory, such as Laviron et a
l., J. Electroanal. Chem. 97: 135 (1979) and Laviron et al., J. Electro.
.. anal Chem 105: 35 ( 1979) ( which is hereby incorporated by reference) is (hereinafter 10 mV) very small E AC and a relatively large number of molecules, except, the system described herein Does not become a model. That is, the alternating current (I) is not accurately described in Laviron's equation. This stems in part from this theory assuming an unlimited source and sink of electrons, which is not the case for the system of the present invention.

【0363】 これらのシステムのよいモデルとなるAC電圧理論は、O' Connor et al., J.
Electroanal. Chem. 466(2):197-202 (1999)(出典明示により本明細書の一部と
する)に概略説明されている。これらのシステムを予測する式を、式1として下
に示す: 式1
The AC voltage theory, which is a good model for these systems, is described by O 'Connor et al., J.
Electroanal. Chem. 466 (2): 197-202 (1999), which is hereby incorporated by reference. The equation for predicting these systems is shown below as Equation 1:

【数1】 式1中で、nはレドックス分子毎の酸化または還元電子数、fは適用振動数、
Fはファラデー定数、Nはレドックス分子の総数、E0はレドックス分子の形
式的電位、Rはガス定数、TはKelvin度数での温度、そしてEDcは電極電位であ
る。このモデルは実験データと非常によく適合している。ある場合に、電流が予
測より小さくなるが、これは、フェロセンの減少によるものであり、多くの方法
で回復させ得る。
(Equation 1) In Formula 1, n is the number of oxidation or reduction electrons for each redox molecule, f is the applied frequency,
F is the total number of Faraday constant, N total is the redox molecules, E 0 is the formal potential, R represents gas constant, T is the temperature in Kelvin degrees and E Dc is the electrode potential, the redox molecules. This model fits very well with the experimental data. In some cases, the current is lower than expected, but this is due to a decrease in ferrocene and can be restored in many ways.

【0364】 加えて、ファラデー電流も、式2に示すとおり、時間の関数として表わすこと
ができる: 式2
In addition, the Faraday current can also be expressed as a function of time, as shown in Equation 2:

【数2】 Fはファラデー電流であり、qeは電気素量である。(Equation 2) IF is the Faraday current and q e is the elementary charge.

【0365】 。しかし、電子伝達速度の影響も機器による因子も、式1に組み入れられてない
。電子伝達速度は、応用周波数に近いか、それより低いと、重要である。このよ
うに真のiACは下記の式12に示すような3因子の関数である。 式3 iAC=f(Nernst因子)f(kET)f(機器因子)
[0365] However, neither the effect of the electron transfer speed nor the instrumental factor is incorporated into Equation 1. The speed of electron transfer is important if it is near or below the applied frequency. Thus, the true i AC is a function of three factors as shown in Equation 12 below. Equation 3 i AC = f (Nernst factor) f (k ET ) f (instrument factor)

【0366】 これらの式は、交流素子および直流素子を含む入力シグナルを利用するシステ
ムにおける期待交流電流をモデル化し、予測できる。上記したように、驚くべき
ことに従来の理論は、非常に低電圧の場合以外は、これらのシステムをまったく
モデル化しない。
[0366] These equations can model and predict the expected AC current in systems utilizing input signals including AC and DC elements. As noted above, surprisingly, conventional theory does not model these systems at all except at very low voltages.

【0367】 一般に、非特異的結合標識プローブ/ETMは、ETMを含む標識プローブが
正確な方向に特異的に結合したときよりも、インピーダンスに相違を示す(すな
わち、高いインピーダンス)。好ましい実施態様において、非特異的結合物質を
洗い落とすと、無限大の効果的なインピーダンスをもたらす。このように、一般
的に下記するように交流検出はいくつかの利点があり、それには、感受性の増加
およびバックグラウンドのノイズを拙除する能力が含まれる。特に、インピーダ
ンスの変化(例えばバルクインピーダンスを含む)を、ETM含有プローブの非
特異的結合と標的特異的アッセイ複合体形成の差として監視できる。
In general, non-specifically bound labeled probes / ETMs show a difference in impedance (ie, higher impedance) than when the labeled probe containing the ETMs specifically bound in the correct direction. In a preferred embodiment, washing off non-specific binding substances results in an infinite effective impedance. Thus, alternating current detection has several advantages, generally described below, including increased sensitivity and the ability to eliminate background noise. In particular, changes in impedance (including, for example, bulk impedance) can be monitored as the difference between non-specific binding of the ETM-containing probe and target-specific assay complex formation.

【0368】 従って、AC開始および検出方法を用いると、システムの周波数応答がETM
存在の結果として変化する。“周波数応答”は、電極とETMとの間の電子伝達
の結果としてのシグナル修飾を意味する。この修飾はシグナル周波数に従って相
違する。周波数応答には、1以上の周波数での交流電流、位相シフト、直流オフ
セット電圧、ファラデーインピーダンス等が含まれる。
Therefore, using the AC initiation and detection method, the frequency response of the system is ETM
It changes as a result of being. "Frequency response" means a signal modification as a result of electron transfer between the electrode and the ETM. This modification differs according to the signal frequency. The frequency response includes AC current, phase shift, DC offset voltage, Faraday impedance, etc. at one or more frequencies.

【0369】 標的配列および標識プローブを含むアッセイ複合体がつくられると、第一入力
電子シグナルはシステムに用いられ、好ましくは少なくともサンプル電極(本発
明の複合体を含む)および逆電極を介してシステムに用いられ、電極とETMと
の電子伝達が開始される。電極システムも対照および実施電極に適用される電圧
で用いられる。第一入力シグナルは少なくとも1つの交流素子を含む。交流素子
は変化し得る振幅と周波数である。一般的に、本発明方法での使用において、交
流振幅は約1mV−1.1Vであり、約10mV−800mVが好ましく、特に
約10−500mVが好ましい。交流周波数は約0.01Hz−100KHzで
あり、約10Hz−10MHzが好ましく、約100Hz−20MHzが特に好
ましい。
Once an assay complex comprising the target sequence and the labeled probe is created, the first input electronic signal is used in the system, preferably via at least the sample electrode (including the complex of the invention) and the counter electrode. , And electron transfer between the electrode and the ETM is started. Electrode systems are also used at the voltages applied to the control and working electrodes. The first input signal includes at least one AC element. AC elements are of variable amplitude and frequency. Generally, for use in the method of the invention, the AC amplitude is about 1 mV-1.1 V, preferably about 10 mV-800 mV, particularly preferably about 10-500 mV. The AC frequency is about 0.01 Hz to 100 KHz, preferably about 10 Hz to 10 MHz, and particularly preferably about 100 Hz to 20 MHz.

【0370】 交流と直流シグナルとの組み合わせ使用は、驚くべき感受性とシグナル最大化
を含む種々の利点がある。
The combined use of AC and DC signals has various advantages, including surprising sensitivity and signal maximization.

【0371】 好ましい実施態様において第一入力シグナルは交流素子および直流素子を含む
。すなわち、サンプルと逆電極直流オフセット電圧は、ETM(例えば、フェロ
センを用いると、掃引は一般に0から500mV)(あるいは、作動電極をグラ
ウンドすると、対照電極は0から−500mVで掃引される)の電子化学的電位
を介して掃引される。この掃引はシステムの最大応答が見られる直流電圧を同定
するのに用いられる。これは一般にETMの電子化学的電位かその周辺である。
この電圧が測定されると、掃引または1以上のユニホーム直流オンセット電圧が
用いられる。直流オンセット電圧は約−1Vから+1.1Vであり、約−500
mVから+800mVが望ましく、約−300から500mVが特に望ましい。
好ましい実施態様において直流オンセット電圧はゼロではない。直流オンセット
電圧のトップで、変化し得る振幅および周波数のシグナル交流素子が適用される
。もしETMが存在して交流摂動に応答し得ると、電極とETMとの間の電子伝
達によって、交流電流が生じる。
In a preferred embodiment, the first input signal comprises an AC element and a DC element. That is, the DC offset voltage of the sample and the reverse electrode is the ETM (eg, with ferrocene, the sweep is typically 0 to 500 mV) (or, when the working electrode is grounded, the control electrode is swept from 0 to -500 mV). Swept through the chemical potential. This sweep is used to identify the DC voltage at which the maximum response of the system is seen. This is generally at or near the electrochemical potential of the ETM.
Once this voltage is measured, a sweep or one or more uniform DC onset voltages are used. The DC onset voltage is about -1V to + 1.1V, and about -500V.
mV to +800 mV is desirable, and about -300 to 500 mV is particularly desirable.
In a preferred embodiment, the DC onset voltage is not zero. At the top of the DC onset voltage, a signal AC element of variable amplitude and frequency is applied. If the ETM is present and can respond to an AC perturbation, the transfer of electrons between the electrode and the ETM will produce an AC current.

【0372】 確立したシステムにおいて、ETM(即ち標的配列の存在する)核酸の有無を
識別するのに、単一の入力シグナルを用いて十分である。他方、複数の入力シグ
ナルも適応される。これには、多くの種類があり、多重周波数、、多重交流振幅
あるいはこれらの組合せが用いられる。
In established systems, a single input signal is sufficient to identify the presence or absence of an ETM (ie, the presence of a target sequence) nucleic acid. On the other hand, multiple input signals are also adapted. There are many types, multiple frequencies, multiple AC amplitudes, or combinations thereof.

【0373】 このように好ましい実施態様において、多重直流オンセット電圧を用いると、
直流電圧掃引が好ましい。これは単一の周波数または2以上の周波数で行われる
Thus, in a preferred embodiment, using multiple DC onset voltages,
DC voltage sweeps are preferred. This can be done at a single frequency or at two or more frequencies.

【0374】 好ましい実施態様において、交流振幅は変更することができる。理論にとらわ
れることなく、振幅を上げると推進力が増すようである。高い振幅は高い過電位
をもたらし、電子伝達に速い速度を与える。一般的に同じシステムがその周波数
での高い過電位の使用を介して単一の周波数での応答を改善する(すなわち、よ
り早い出力シグナル)。振幅が高周波数で増すと、システムを通しての電子伝達
の速度を増し、感受性が大きくなる。さらに、例えば、これは、適当な空間のあ
る配置を有さないような遅いシステムでの応答を惹起するのに用いられる。
In a preferred embodiment, the AC amplitude can be varied. Without being bound by theory, increasing the amplitude seems to increase propulsion. Higher amplitudes result in higher overpotentials and give faster speeds of electron transfer. Generally, the same system improves response at a single frequency through the use of a high overpotential at that frequency (ie, a faster output signal). As the amplitude increases at higher frequencies, the speed of electron transfer through the system increases and sensitivity increases. In addition, for example, it can be used to provoke a response in a slow system that does not have a suitable spatial arrangement.

【0375】 好ましい実施態様において、システムの測定は、少なくとも2つの単離した振
幅または過電位でなされる。複数の振幅が好ましい。上記したように、振幅変化
の結果としての応答の変化は、システムの同定、校正および定量の基礎を形成す
る。さらに1以上の交流周波数が同様に用いることができる。
In a preferred embodiment, measurements of the system are made at at least two isolated amplitudes or overpotentials. Multiple amplitudes are preferred. As mentioned above, changes in response as a result of amplitude changes form the basis for system identification, calibration and quantification. Furthermore, one or more AC frequencies can be used as well.

【0376】 好ましい実施態様において、交流周波数は様々である。相違する周波数におい
て、異なる分子が異なる方法で応答する。当業者は分かるように、周波数が増す
と出力電流は一般に増加する。しかし、電極とETMに電子が行き来する速度よ
りも周波数が大きいときは、高い周波数は出力シグナルの喪失または低下をもた
らす。ある時点で周波数がETMと電極との間の電子伝達の速度よりも大きくな
り、出力シグナルも低下する。
In a preferred embodiment, the alternating frequency is varied. At different frequencies, different molecules respond in different ways. As those skilled in the art will appreciate, the output current generally increases with increasing frequency. However, when the frequency is higher than the speed at which electrons travel to and from the electrode and the ETM, the higher frequency results in a loss or reduction of the output signal. At some point, the frequency will be greater than the speed of electron transfer between the ETM and the electrode, and the output signal will also decrease.

【0377】 ある実施態様において、検出に単一周波数における出力シグナルの単一測定を
用いる。すなわち、標的配列の不存在と従ってETMを含む標識プローブの不存
在でのシステムの周波数応答はあらかじめ測定でき、特定の高周波数で非常に低
い。この情報を用いると、特定の周波数応答がアッセイ複合体の存在を示す。す
なわち、特定の周波数でのすべての応答はアッセイ複合体を特徴付ける。単一入
力高周波数を用いることのみが必要であり、すべての周波数応答のなんらかの変
化は、分析物が存在すること、標的配列が存在することを示す。
In some embodiments, a single measurement of the output signal at a single frequency is used for detection. That is, the frequency response of the system in the absence of the target sequence and thus the absence of the labeled probe containing the ETM can be pre-measured and is very low at certain high frequencies. With this information, a particular frequency response indicates the presence of the assay complex. That is, all responses at a particular frequency characterize the assay complex. It is only necessary to use a single input high frequency, and any change in all frequency responses is indicative of the presence of the analyte, the presence of the target sequence.

【0378】 さらに交流技法を用いると、ETM以外の物質によるすべての単一周波数での
バックグラウンドシグナルの顕著な低下をもたらす。すなわち、望まないシグナ
ルの“閉め出し”または“濾去”である。溶液中の電荷キャリヤーすなわちレド
ックス活性分子の周波数応答が、その拡散係数および電荷伝達係数によって制限
される。従って、高周波数では、電荷キャリヤーはその電荷を電極に伝達するの
に十分速く拡散し得ず、および/または電荷伝達速度が十分に速くない。このこ
とは、適切な単層を用いない場合あるいは部分的または不完全な単層を用いる場
合、すなわち溶媒が電極に到達し得ない場合に著しい。すでに概記したように、
直流技法において、電極に溶媒が到達し得る“ホール”の存在は、システムの“
短絡”溶媒電荷キャリヤーをもたらすことがある。すなわち、電極への到達およ
びバックグラウンドシグナルの生成である。しかし、現在の交流技法を利用する
と、1以上の周波数が選ばれて、単層の存在・不存在にかかわらず溶液中の1以
上の電荷キャリアーの周波数応答を防ぐ。このことは血液などの多くの生物体液
が、アンペロメトリー検出を妨害し得るレドックス活性分子を顕著な量で含有し
ているので、特に意味がある。
Further, the use of alternating current techniques results in a significant reduction in background signal at all single frequencies due to substances other than ETMs. That is, "closing out" or "filtration" of unwanted signals. The frequency response of a charge carrier or redox active molecule in solution is limited by its diffusion coefficient and charge transfer coefficient. Thus, at high frequencies, the charge carrier cannot spread its charge fast enough to transfer it to the electrodes and / or the charge transfer rate is not fast enough. This is especially true if no suitable monolayer is used or if a partial or incomplete monolayer is used, ie no solvent can reach the electrode. As already outlined,
In direct current techniques, the presence of "holes" through which the solvent can reach the electrodes depends on the "
Short-circuiting "may result in solvent charge carriers: reaching the electrodes and generating a background signal. However, using current alternating current techniques, one or more frequencies may be chosen to prevent the presence of a monolayer. Prevents the frequency response of one or more charge carriers in solution, whether in the absence or the presence of many biological fluids, such as blood, that contain significant amounts of redox-active molecules that can interfere with amperometric detection. So it's especially meaningful.

【0379】 好ましい実施態様において、システムの測定は少なくとも2つの単離された周
波数で行われ、複数の周波数の測定が好ましい。複数の周波数には走査がある。
例えば交流電流は、1−20Hzなどの低い入力周波数で、10−100kHz
などの高い周波数での出力シグナルに対する応答と比較すると、ETMの存在の
有無による周波数応答の相違を示す。好ましい実施態様において、周波数は少な
くとも2、好ましくは約5、さらに好ましくは少なくとも約10周波数で測定さ
れる。
In a preferred embodiment, measurements of the system are made at at least two isolated frequencies, with measurements at multiple frequencies being preferred. There are scans at multiple frequencies.
For example, the alternating current is 10-100 kHz at a low input frequency such as 1-20 Hz.
When compared with the response to an output signal at a higher frequency, such as the presence or absence of the ETM, the difference in the frequency response is shown. In a preferred embodiment, the frequency is measured at at least 2, preferably about 5, and more preferably at least about 10 frequencies.

【0380】 電子伝達を開始するために入力シグナルを伝導した後に、出力シグナルが受け
られ、すなわち検出される。出力シグナルの存在および増大は多くの因子に依存
する。すなわち、入力シグナルの過電位/振幅;入力交流シグナルの周波数;介
在媒体の組成物;直流オンセット;システムの環境;ETMの性質;溶媒;塩の
種類と濃度である。1つの与えられた入力シグナルにおいて、出力シグナルの存
在および増大は、一般的にETMの存在の有無、単層表面からのETMの位置と
距離および入力シグナルの性質に依存する。いくつかの実施態様において、標識
プローブの非特異的結合と標識プローブを含む標的特異的アッセイ複合体の形成
との相違をインピーダンスに基づき識別することは、可能である。
After conducting the input signal to initiate electron transfer, the output signal is received, ie, detected. The presence and increase of the output signal depends on many factors. Input signal overpotential / amplitude; input AC signal frequency; intervening medium composition; DC onset; system environment; ETM properties; For a given input signal, the presence and enhancement of the output signal generally depends on the presence or absence of the ETM, the location and distance of the ETM from the monolayer surface, and the nature of the input signal. In some embodiments, it is possible to discriminate, based on impedance, the difference between the non-specific binding of the labeled probe and the formation of a target-specific assay complex containing the labeled probe.

【0381】 好ましい実施態様において、出力シグナルは交流電流を含む。上記したように
、出力電流の大きさはパラメーターの数に依存する。これらのパラメーターを変
えると、数においてシステムが最適化される。
In a preferred embodiment, the output signal comprises an alternating current. As described above, the magnitude of the output current depends on the number of parameters. Changing these parameters will optimize the system in number.

【0382】 本発明で生じる交流電流は一般的に、約1femptoamp−約1milliampにあり、
約50femptoamp−約100microampが好ましく、約1picoamp−約1microampが
特に好ましい。
The alternating current produced by the present invention is generally at about 1 femptoamp to about 1 milliamp,
About 50 femptoamps to about 100 microamps are preferred, and about 1 picoamp to about 1 microamp are particularly preferred.

【0383】 好ましい実施態様において、出力シグナルは入力シグナルに比較すると交流素
子でシフトする位相である。理論にとらわれることなしに、本発明のシステムを
充分にユニホームにすると、位相シフトの検出が可能となるようである。すなわ
ち、本発明の電子伝達が起きるバイオ複合体は、均質に交流入力と反応し、これ
は標準の電子素子と同じであり、位相シフトが測定できる。このことは、ETM
の存在の有無の検出の基礎として、および/または標識プローブを含む標的特異
的アッセイ複合体の存在とシステム成分に対する物質の非特異的結合との差異と
して働く。
[0383] In a preferred embodiment, the output signal is a phase shifted by the AC element as compared to the input signal. Without being bound by theory, it appears that the uniformity of the system of the present invention allows for the detection of phase shifts. That is, the biocomposite in which electron transfer of the present invention occurs uniformly reacts with an AC input, which is the same as a standard electronic device, and the phase shift can be measured. This means that ETM
Serve as the basis for the detection of the presence or absence of, and / or the difference between the presence of a target-specific assay complex containing a labeled probe and the non-specific binding of a substance to a system component.

【0384】 出力シグナルはETMの存在を特徴とする。すなわち出力シグナルは、標識プ
ローブとETMを含む標的特異的アッセイ複合体の存在を特徴とする。好ましい
実施態様において、検出の基礎は、アッセイ複合体の形成の結果としてのシステ
ムのファラデーインピーダンスの相違にある。ファラデーインピーデンスは、電
極とETMの系のインピーデンスである。ファラデーインピーデンスはバルクす
なわち2電子インピーデンスとまったく異なり、バルクインピーデンスは電極間
のバルク溶液のインピーデンスである。多くの因子がバルクインピーデンスに作
用しないファラデーインピーデンスを変えることができ、その逆も可能である。
このように核酸を含む本系のアッセイ複合体は一定のファラデーインピーデンス
を有し、これはETMと電極の距離、その電子的性質、介在媒体の組成物などに
依存している。本発明方法で重要なことは、ETMと電極との間のファラデーイ
ンピーダンスが、ETMを含む標識プローブが電極に特異的または非特異的に結
合するかどうかにより非常に異なることである。
The output signal is characterized by the presence of ETM. That is, the output signal is characterized by the presence of a target-specific assay complex comprising the labeled probe and the ETM. In a preferred embodiment, the basis for detection is the difference in the Faraday impedance of the system as a result of the formation of the assay complex. Faraday impedance is the impedance of the electrode and ETM system. Faraday impedance is quite different from bulk or two-electron impedance, and bulk impedance is the impedance of the bulk solution between the electrodes. Many factors can change the Faraday impedance, which does not affect the bulk impedance, and vice versa.
Thus, the assay complex of the present system containing nucleic acids has a certain Faraday impedance, which depends on the distance between the ETM and the electrode, its electronic properties, the composition of the intervening medium, and the like. What is important in the method of the present invention is that the Faraday impedance between the ETM and the electrode is very different depending on whether the labeled probe containing the ETM binds specifically or non-specifically to the electrode.

【0385】 従って、本発明はさらに、本発明の組成物を用いて被検体を検出するための電
子器具または装置を提供する。この装置は、少なくとも第一測定すなわちサンプ
ル電極および第二測定または逆電極を有する、サンプル溶液受取用の試験室を含
む。3電極系も用いられる。第一および第二測定電極は試験サンプル受け領域に
接触し、液体試験サンプルの存在下で、2つの電気泳動電極は電子的に接触して
いてもよい。
Accordingly, the present invention further provides an electronic device or device for detecting a subject using the composition of the present invention. The apparatus includes a test chamber for receiving a sample solution having at least a first measurement or sample electrode and a second measurement or counter electrode. A three electrode system is also used. The first and second measurement electrodes contact the test sample receiving area, and in the presence of a liquid test sample, the two electrophoresis electrodes may be in electronic contact.

【0386】 好ましい実施態様において、第一測定電極は、取付リンカー、および上述の伝
導性オリゴマーを含む単層を介して共有結合した一本鎖核酸捕獲プローブを含む
In a preferred embodiment, the first measurement electrode comprises a mounting linker and a single-stranded nucleic acid capture probe covalently linked via a monolayer containing the conductive oligomer described above.

【0387】 装置は、試験室すなわち測定電極に電気的に連結した交流電圧源を含む。好ま
しくは、交流電圧源はオフセット電圧も同様に放出し得る。
The device includes an AC voltage source electrically connected to the test room or measurement electrode. Preferably, the AC voltage source may emit the offset voltage as well.

【0388】 好ましい実施態様において、装置はさらに、入力シグナルと出力シグナルとを
比較し得るプロセッサーを含む。プロセッサーは電極に結合しており、出力シグ
ナルを受けるように配置され、表面ヌクレオシドの存在を検出する。 従って本発明の組成物は、本明細書に略記したように、種々の研究、臨床、品
質管理、野外試験などに用いられる。
[0388] In a preferred embodiment, the device further comprises a processor capable of comparing the input signal and the output signal. A processor is coupled to the electrode and positioned to receive the output signal and detects the presence of a surface nucleoside. Accordingly, the compositions of the present invention may be used in various studies, clinical, quality control, field tests, etc., as abbreviated herein.

【0389】 本明細書中に引用したすべての参照文献は、参照によりそれらの全部を本書中
の記載として導入する。
All references cited herein are hereby incorporated by reference in their entirety.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1A】 容器を配置された組織収集装置を描出する。FIG. 1A depicts a tissue collection device with a container positioned.

【図1B】 容器を配置された組織収集装置を描出する。FIG. 1B depicts the tissue collection device with the container positioned.

【図1C】 容器を配置された組織収集装置を描出する。FIG. 1C depicts the tissue collection device with the container positioned.

【図1D】 容器を配置された組織収集装置を描出する。FIG. 1D depicts the tissue collection device with the container positioned.

【図2A】 検体の一部分を試験するための容器を有する組織収集装置を描
出する。
FIG. 2A depicts a tissue collection device having a container for testing a portion of a specimen.

【図2B】 検体の一部分を試験するための容器を有する組織収集装置を描
出する。
FIG. 2B depicts a tissue collection device having a container for testing a portion of a specimen.

【図3A】 相互接続装置90を有するキャップ20中にあるバイオセンサ
ー80の電極を描出する。
FIG. 3A depicts the electrodes of the biosensor 80 in the cap 20 with the interconnect device 90.

【図3B】 チューブ10の構成要素としてのバイオセンサー80の電極を
描出する。
FIG. 3B depicts the electrodes of the biosensor 80 as components of the tube 10.

【図3C】 チューブ10の構成要素としてのバイオセンサー80の電極を
描出する。
FIG. 3C depicts the electrodes of the biosensor 80 as components of the tube 10.

【図3D】 装置10の容器30中にあるバイオセンサー80を描出する。FIG. 3D depicts the biosensor 80 in the container 30 of the device 10.

【図4A】 付着リンカー106を介して連結している捕獲プローブ100
にハイブリダイズした標的配列120を描出する。
FIG. 4A. Capture probe 100 linked via an attachment linker 106.
Depict the target sequence 120 hybridized to.

【図4B】 単一捕獲伸長プローブ110の使用を描出する。FIG. 4B depicts the use of a single capture extension probe 110.

【図4C】 2個の捕獲伸長プローブ110および130の使用を描出する
FIG. 4C depicts the use of two capture extension probes 110 and 130.

【図5A】 標識プローブとETMとの結合の異なる可能な構造を描出する
FIG. 5A depicts different possible structures of binding of the labeled probe to the ETM.

【図5B】 標識プローブとETMとの結合の異なる可能な構造を描出する
FIG. 5B depicts different possible structures of binding of the labeled probe to the ETM.

【図5C】 標識プローブとETMとの結合の異なる可能な構造を描出する
FIG. 5C depicts different possible structures of binding of the labeled probe to the ETM.

【図5D】 標識プローブとETMとの結合の異なる可能な構造を描出する
FIG. 5D depicts different possible structures of binding of the labeled probe to the ETM.

【図5E】 標識プローブとETMとの結合の異なる可能な構造を描出する
FIG. 5E depicts different possible structures of binding between the labeled probe and the ETM.

【図6A】 本発明のある態様を描出する。FIG. 6A depicts one embodiment of the present invention.

【図6B】 本発明のある態様を描出する。FIG. 6B depicts one embodiment of the present invention.

【図6C】 標識配列120に直接的にハイブリダイズする標識プローブ1
45の使用を描出する。
FIG. 6C: Labeled probe 1 that hybridizes directly to labeling sequence 120
FIG. 45 depicts the use of 45.

【図6D】 本発明のある態様を描出する。FIG. 6D depicts one embodiment of the present invention.

【図6E】 標的とは直接的にはハイブリダイズせず、むしろ直接的(図6
E)または間接的(図6Fおよび図6G)に標的配列にハイブリダイズした増幅
プローブにハイブリダイズする標識ブローブ145を利用するシステムを描出す
る。
FIG. 6E does not hybridize directly to the target, but rather directly (FIG.
E) depicts a system utilizing a labeled probe 145 that hybridizes to an amplification probe that hybridizes to the target sequence, either indirectly (FIGS. 6F and 6G).

【図6F】 標的とは直接的にはハイブリダイズせず、むしろ直接的(図6
E)または間接的(図6Fおよび図6G)に標的配列にハイブリダイズした増幅
プローブにハイブリダイズする標識ブローブ145を利用するシステムを描出す
る。
FIG. 6F does not hybridize directly to the target, but rather directly (FIG. 6).
E) depicts a system utilizing a labeled probe 145 that hybridizes to an amplification probe that hybridizes to the target sequence, either indirectly (FIGS. 6F and 6G).

【図6G】 標的とは直接的にはハイブリダイズせず、むしろ直接的(図6
E)または間接的(図6Fおよび図6G)に標的配列にハイブリダイズした増幅
プローブにハイブリダイズする標識ブローブ145を利用するシステムを描出す
る。
FIG. 6G does not hybridize directly to the target, but rather directly (FIG.
E) depicts a system utilizing a labeled probe 145 that hybridizes to an amplification probe that hybridizes to the target sequence, either indirectly (FIGS. 6F and 6G).

【図6H】 多重標識プローブを利用するシステムを描出する。FIG. 6H depicts a system utilizing multiple labeled probes.

【図7A】 「メカニズム−1」検出系を描出する。FIG. 7A depicts a “Mechanism-1” detection system.

【図7B】 「メカニズム−1」検出系を描出する。FIG. 7B depicts a “mechanism-1” detection system.

【図7C】 「メカニズム−1」検出系を描出する。FIG. 7C depicts a “Mechanism-1” detection system.

【図7D】 「メカニズム−1」検出系を描出する。FIG. 7D depicts a “Mechanism-1” detection system.

【図7E】 「メカニズム−1」検出系を描出する。FIG. 7E depicts a “Mechanism-1” detection system.

【図7F】 直線状の増幅プローブ150を利用する同一物を描出する。FIG. 7F depicts the same utilizing a linear amplification probe 150.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G01N 21/78 G01N 27/22 B 4B029 27/02 27/28 P 4B063 27/22 27/48 301 27/28 311 27/416 33/483 F 27/48 301 33/53 M 311 33/543 595 33/483 33/566 33/53 33/58 A 33/543 595 C12N 15/00 A 33/566 G01N 27/46 386G 33/58 336G G S 1/28 J (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZW ),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU, TJ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ, BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,C U,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,GD ,GE,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN, IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,L K,LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK ,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO, RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,T M,TR,TT,UA,UG,UZ,VN,YU,ZA ,ZW Fターム(参考) 2G045 AA01 AA15 BB10 BB20 BB29 BB34 BB39 BB41 BB51 BB54 CA17 CA25 CB03 CB04 CB07 CB11 CB12 CB15 CB21 DA12 DA13 DA14 DA20 DA30 DA35 DA36 DA54 DA60 FA11 FA31 FA34 FB02 FB03 FB05 FB07 FB12 HA09 HA14 JA20 2G052 AA28 AB16 AD14 AD26 AD46 BA14 CA28 DA02 DA03 DA12 DA13 DA15 DA22 DA27 ED05 ED17 FC03 FC15 FD01 FD02 FD04 FD05 FD09 GA11 GA22 GA23 GA26 GA30 JA05 JA09 JA11 JA13 JA15 JA16 2G054 AA06 AB04 AB07 CA21 CD01 CD03 CE02 EA01 EA03 FA12 FA16 GA05 GB02 GE01 JA20 2G060 AA07 AD06 AE17 AF06 AF10 AG01 FA05 HA02 HA03 HE03 KA06 KA07 4B024 AA11 CA01 CA11 HA12 4B029 AA07 AA09 BB20 CC03 FA04 HA09 4B063 QA01 QA19 QQ03 QQ41 QR32 QR55 QR90 QS34 QX04 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat ゛ (Reference) G01N 21/78 G01N 27/22 B 4B029 27/02 27/28 P 4B063 27/22 27/48 301 27 / 28 311 27/416 33/483 F 27/48 301 33/53 M 311 33/543 595 33/483 33/566 33/53 33/58 A 33/543 595 C12N 15/00 A 33/566 G01N 27 / 46 386G 33/58 336G GS 1/28 J (81) Designated countries EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS) , MW, SD, SL SZ, TZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AE, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG , KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, UZ, VN, YU, ZA, ZWF terms (reference) 2G045 AA01 AA15 BB10 BB20 BB29 BB34 BB39 BB41 BB51 BB54 CA17 CA25 CB03 CB04 CB07 CB11 CB12 CB15 CB21 DA12 DA13 DA14 DA20 DA30 DA35 DA36 DA54 DA60 FA11 FA31 FA34 FB02 FB03 FB0 5 FB07 FB12 HA09 HA14 JA20 2G052 AA28 AB16 AD14 AD26 AD46 BA14 CA28 DA02 DA03 DA12 DA13 DA15 DA22 DA27 ED05 ED17 FC03 FC15 FD01 FD02 FD04 FD05 FD09 GA11 GA22 GA23 GA26 GA30 JA05 JA09 JA11 JA13 JA02 JA02 JA03 EA03 FA12 FA16 GA05 GB02 GE01 JA20 2G060 AA07 AD06 AE17 AF06 AF10 AG01 FA05 HA02 HA03 HE03 KA06 KA07 4B024 AA11 CA01 CA11 HA12 4B029 AA07 AA09 BB20 CC03 FA04 HA09 4B063 QA01 QA19 QQ03 QQ41 QR34 QR55

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電極を有する組織収集装置。1. A tissue collection device having an electrode. 【請求項2】 該電極が捕獲結合リガンドを含む、請求項1に記載の組織収
集装置。
2. The tissue collection device of claim 1, wherein said electrode comprises a capture binding ligand.
【請求項3】 該電極が a) 自己集合単層;および b) 捕獲結合リガンド を含む、請求項1または2に記載の組織収集装置。3. The tissue collection device according to claim 1, wherein the electrode comprises: a) a self-assembled monolayer; and b) a capture binding ligand. 【請求項4】 該捕獲結合リガンドが核酸捕獲プローブである、請求項2ま
たは3に記載の組織収集装置。
4. The tissue collection device according to claim 2, wherein the capture binding ligand is a nucleic acid capture probe.
【請求項5】 該自己集合単層が絶縁体を含む、請求項3または4に記載の
組織収集装置。
5. The tissue collection device according to claim 3, wherein the self-assembled monolayer includes an insulator.
【請求項6】 該自己集合単層が電路形成分子種(EFS)を含む、請求項
3、4、または5に記載の組織収集装置。
6. The tissue collection device according to claim 3, wherein the self-assembled monolayer contains an electrical path forming molecular species (EFS).
【請求項7】 該EFSが導電性オリゴマーである、請求項6に記載の組織
収集装置。
7. The tissue collection device according to claim 6, wherein the EFS is a conductive oligomer.
【請求項8】 さらに試薬を少なくとも1種含む、請求項1、2、3、4、
5、6または7に記載の組織収集装置。
8. The method according to claim 1, further comprising at least one reagent.
The tissue collection device according to 5, 6, or 7.
【請求項9】 該試薬が抗凝固剤、プローブ核酸および溶解剤から成る群か
ら選択される、請求項8に記載の組織収集装置。
9. The tissue collection device according to claim 8, wherein said reagent is selected from the group consisting of an anticoagulant, a probe nucleic acid and a lysing agent.
【請求項10】 該プローブ核酸が電子伝達部を含む、請求項4に記載の組
織収集装置。
10. The tissue collection device according to claim 4, wherein the probe nucleic acid includes an electron transfer unit.
【請求項11】 該電子伝達部がフェロセンである、請求項10に記載の組
織収集装置。
11. The tissue collection device according to claim 10, wherein said electron transfer unit is ferrocene.
【請求項12】 組織収集装置が血液収集装置である、請求項1、2、3、
4、5、6、7、8、9、10または11に記載の装置。
12. The method according to claim 1, wherein the tissue collection device is a blood collection device.
The apparatus according to 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, or 11.
【請求項13】 該電極がプリント回路基板(PCB)材料を含む基板上に
ある、請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11または12に記
載の組織収集装置。
13. The method of claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, or 12, wherein the electrodes are on a substrate comprising printed circuit board (PCB) material. Tissue collection device.
【請求項14】 a) i) 自己集合単層;および ii) 1) 捕獲結合リガンド; 2) 標的被検体;および 3) 電子伝達部; を含むアッセイ複合体; を含む電極を有する組織収集装置に開始シグナルを送ること;および b)該電極と該電子伝達部との間の電子移動を検出すること; を含む、検体内の標的被検体を検出する方法。14. A tissue collection device having an electrode comprising: a) an i) self-assembled monolayer; and ii) an assay complex comprising: 1) a capture binding ligand; 2) a target analyte; and 3) an electron transporter. And b) detecting electron transfer between the electrode and the electron transfer unit. 【請求項15】 該検体が血液である、請求項14に記載の方法。15. The method according to claim 14, wherein said sample is blood. 【請求項16】 該自己集合単層が絶縁体を含む、請求項14または15に
記載の方法。
16. The method of claim 14, wherein said self-assembled monolayer comprises an insulator.
【請求項17】 該自己集合単層がEFSを含む、請求項14、15または
16に記載の方法。
17. The method of claim 14, 15, or 16, wherein said self-assembled monolayer comprises EFS.
【請求項18】 該標的被検体が核酸である、請求項14、15,16また
は17に記載の方法。
18. The method of claim 14, 15, 16 or 17, wherein said target analyte is a nucleic acid.
【請求項19】 該捕獲結合リガンドが捕獲プローブである、請求項14、
15,16、17または18に記載の方法。
19. The method of claim 14, wherein said capture binding ligand is a capture probe.
The method according to 15, 16, 17 or 18.
【請求項20】 該アッセイ複合体が、該電子伝達部を含む標識プローブを
含む、請求項14、15,16、17,18または19に記載の方法。
20. The method of claim 14, 15, 16, 17, 18, or 19, wherein said assay complex comprises a labeled probe comprising said electron transfer moiety.
【請求項21】 該電子伝達部がフェロセンである、請求項20に記載の方
法。
21. The method according to claim 20, wherein said electron transfer unit is ferrocene.
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