CN105452467A - 用于靶标分析的荧光传感器、用于靶标分析的试剂盒、和使用其的靶标分析方法 - Google Patents

用于靶标分析的荧光传感器、用于靶标分析的试剂盒、和使用其的靶标分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供用于靶标分析的新型荧光传感器、用于靶标分析的试剂盒、和使用其的靶标分析方法。所述用于靶标分析的荧光传感器特征在于：包括具有形成G四联体结构的G四联体形成核酸区(D)和与靶标结合的结合核酸区(A)的核酸分子；在不存在靶标时，所述G四联体形成核酸区(D)导致的G四联体的形成被抑制；在靶标存在时，通过由所述靶标与所述结合核酸区(A)接触导致在所述G四联体形成核酸区(D)中形成所述G四联体结构，所述G四联体形成区(D)形成卟啉复合物，并且所述复合物产生荧光。

Description

用于靶标分析的荧光传感器、用于靶标分析的试剂盒、和使用其的靶标分析方法
技术领域
本发明涉及用于靶标分析的荧光传感器、用于靶标分析的试剂盒、和使用其的靶标分析方法。
背景技术
在各种领域如临床治疗领域、食品领域、和环境领域中，存在对靶标检测的需求。对于靶标的检测来说，通常，使用与靶标特异性结合的抗体的方法被广泛用作利用与靶标的相互作用的方法。这些年来，新开发了使用对靶标特异性的核酸分子(通常所说的适体(aptamer))代替抗体的方法。
作为使用适体的方法，例如，报道了在其中适体和DNA核酶(DNAzyme)连接的传感器。DNA核酶是一种DNA分子，当其形成G四联体(G-quartet)时，其与过氧化物酶等类似使氧化还原反应的催化活性激活。根据这种传感器，可以通过将靶标与适体结合并且测量在其中靶标与适体结合的传感器中DNA核酶的催化活性来间接检测靶标(非专利文献1)。
还报道了，G四联体形成的DNA核酶当其与卟啉形成复合物时产生荧光(非专利文献2和3)。因此，新报道的是不通过测量DNA核酶的氧化还原反应的催化活性而是通过测量由在其中适体和DNA核酶连接的传感器中复合物的形成而产生的荧光来检测靶标的方法。然而，需要提供具有更适合实际应用的新型结构的荧光传感器。
引用列表
非专利文献
非专利文献1：Teller等人，Anal.Chem.,2009,vol.81,pp.9114-9119
非专利文献2：JiangtaoRen等人，Anal.Bioanal.Chem.,2011,399,pp.2763-2770
非专利文献3：SeungSooOh等人，PNAS,2010,vol.107,32,pp.14053-14058
发明概述
本发明要解决的问题
因此，本发明意在提供用于靶标分析的新型荧光传感器、用于靶标分析的试剂盒、和使用其的靶标分析方法。
解决问题的手段
本发明提供用于靶标分析的荧光传感器，所述荧光传感器包括选自由以下(I)、(II)、(III)、(IV)、和(V)组成的组的至少一种核酸分子，所述核酸分子各自包含形成G四联体的G四联体形成区(D)和与靶标结合的结合区(A)，其中在不存在靶标的情况下，所述G四联体形成区(D)中G四联体的形成被抑制，并且在靶标的存在下，所述靶标与所述结合区(A)接触，由于所述接触而在所述G四联体形成区(D)中形成所述G四联体，所述G四联体形成区(D)和卟啉形成复合物，并且所述复合物产生荧光：
(I)单链核酸分子，所述单链核酸分子按此顺序包含所述G四联体形成区(D)、阻断区(B)、和所述结合区(A)，其中所述阻断区(B)与所述G四联体形成区(D)的部分区域(Dp)互补，并且在阻断区(B)侧的所述结合区(A)的末端区域(Ab)与所述G四联体形成区(D)的所述部分区域(Dp)的相邻区域(Df)互补并且还与在所述阻断区(B)侧的对侧的所述结合区(A)的末端区域(Af)互补；
(II)单链核酸分子，所述单链核酸分子按此顺序包含所述G四联体形成区(D)、阻断区(B)、所述结合区(A)、和稳定区(S)，其中所述阻断区(B)与所述G四联体形成区(D)的部分区域(Dp)互补，并且在结合区(A)侧的所述阻断区(B)的末端区域(Ba)与所述稳定区(S)互补；
(III)单链核酸分子，所述单链核酸分子包含所述G四联体形成区(D)、茎形成区(SD)、所述结合区(A)、和茎形成区(SA)，其中所述茎形成区(SD)包含与所述G四联体形成区(D)互补的序列，并且所述茎形成区(SA)包含与所述结合区(A)互补的序列；
(IV)单链核酸分子，所述单链核酸分子包含所述G四联体形成区(D)和所述结合区(A)，其中所述G四联体形成区(D)包含形成G四联体的第一区域(D1)和第二区域(D2)，并且所述第一区域(D1)位于所述结合区(A)的一个端侧并且所述第二区域(D2)位于所述结合区(A)的另一个端侧；以及
(V)双链核酸分子，所述双链核酸分子包含第一链(ss1)和第二链(ss2)，其中所述第一链(ss1)包含所述G四联体形成区(D)和所述结合区(A)，并且所述第二链(ss2)包含茎形成区(SD)和茎形成区(SA)，所述茎形成区(SD)包含与所述G四联体形成区(D)互补的序列，并且所述茎形成区(SA)包含与所述结合区(A)互补的序列。
本发明还提供用于靶标分析的试剂盒，所述试剂盒包括：传感器；和试剂，其中所述传感器是根据本发明所述的用于靶标分析的荧光传感器，并且所述试剂包括卟啉。
本发明还提供用于靶标分析的方法，所述方法包括下列步骤：使样品与根据本发明的用于靶标分析的荧光传感器接触；并且检测所述传感器中在卟啉的存在下由所述G四联体形成区(D)与卟啉的复合物产生的荧光以检测所述样品中的靶标。
本发明的效果
根据本发明的用于靶标分析的荧光传感器，可以通过利用荧光的产生以简单且有效的方式间接分析靶标。因此，例如，对于在各种领域如临床治疗领域、食品领域、和环境领域中的研究和试验来说，本发明是非常有用的。
附图简述
[图1]图1A至1C是示出本发明的传感器中的核酸分子的实例的示意图。
[图2]图2A至2C是示出本发明的传感器中的核酸分子的另一个实例的示意图。
[图3]图3A和3B是示出本发明的传感器中的核酸分子的又一个实例的示意图。
[图4]图4A和4B是示出本发明的传感器中的核酸分子的又一个实例的示意图。
[图5]图5是示出本发明的传感器中的核酸分子的又一个实例的示意图。
[图6]图6是示出本发明的传感器中的G四联体的实例的示意图。
[图7]图7A和7B是示出本发明的传感器中的核酸分子的又一个实例的示意图。
[图8]图8A和8B是示出本发明的实施例2中的荧光强度的图表；图8A示出了各自含有三聚氰胺传感器的反应溶液的结果；并且图8B示出了各自不含三聚氰胺传感器的反应溶液的结果。
[图9]图9A和9B是示出本发明的实施例3中的荧光强度的图表；图9A示出了各自含有三聚氰胺传感器的反应溶液的结果；并且图9B示出了各自不含三聚氰胺传感器的反应溶液的结果。
[图10]图10是示出本发明的实施例3中的含有三聚氰胺传感器的反应溶液的荧光强度与不含三聚氰胺传感器的反应溶液的荧光强度之间的差异的图表。
示例性实施方案描述
在根据本发明的荧光传感器中，例如，所述单链核酸分子(I)或(II)按此顺序包含所述G四联体形成区(D)、所述阻断区(B)、和来自5’侧的所述结合区(A)。
在根据本发明的荧光传感器中，例如，所述单链核酸分子(III)包含所述茎形成区(SD)和所述茎形成区(SA)作为所述茎形成区(S)，所述G四联体形成区(D)和所述茎形成区(SD)包含彼此互补的序列，并且所述结合区(A)和所述茎形成区(SA)包含彼此互补的序列。
在根据本发明的荧光传感器的单链核酸分子(III)中，例如，所述G四联体形成区(D)、所述茎形成区(SD)、所述结合区(A)、和所述茎形成区(SA)按以下顺序(1)、(2)、(3)、或(4)连接：
(1)按所述结合区(A)、所述茎形成区(SD)、所述G四联体形成区(D)、和所述茎形成区(SA)的顺序；
(2)按所述茎形成区(SA)、所述G四联体形成区(D)、所述茎形成区(SD)、和所述结合区(A)的顺序；
(3)按所述G四联体形成区(D)、所述茎形成区(SA)、所述结合区(A)、和所述茎形成区(SD)的顺序；或
(4)按所述茎形成区(SD)、所述结合区(A)、所述茎形成区(SA)、和所述G四联体形成区(D)的顺序。
在根据本发明的荧光传感器的单链核酸分子(IV)中，例如，所述第一区域(D1)和所述第二区域(D2)在所述结合区(A)的位置的对侧的末端处包含彼此互补的序列。
根据本发明的荧光传感器包括，例如，在所述G四联体形成区(D)和所述结合区(A)之间的接头序列。
根据本发明的荧光传感器还包括，例如，基底材料。所述核酸分子置于所述基底材料上。
在根据本发明的荧光传感器中，例如，所述核酸分子经由接头区与所述基底材料连接。
在根据本发明的荧光传感器中，例如，含有试剂的试剂部分进一步置于所述基底材料上，并且所述试剂包括卟啉。
在根据本发明的荧光传感器中，例如，所述卟啉是选自由下列各项组成的组的至少一种：N-甲基中卟啉、Zn-DIGP、ZnPP9、和TMPyP。
在根据本发明的分析试剂盒中，例如，所述传感器是在其中所述核酸分子置于基底材料上的传感器，并且含有所述试剂的试剂部分进一步置于所述基底材料上。
在根据本发明的分析试剂盒中，例如，所述卟啉是选自由下列各项组成的组的至少一种：N-甲基中卟啉、Zn-DIGP、ZnPP9、和TMPyP。
在根据本发明的分析方法中，例如，在所述检测步骤中的荧光的检测是荧光强度的测量。
在根据本发明的分析方法中，例如，所述样品是选自由下列各项组成的组的至少一种：原料奶、加工奶、和奶粉。
在根据本发明的分析方法中，例如，所述靶标是三聚氰胺。
1.用于靶标分析的荧光传感器
如上所述，根据本发明的用于靶标分析的传感器的特征在于其包括：选自由(I)、(II)、(III)、(IV)、和(V)组成的组的至少一种核酸分子，所述核酸分子各自包含形成G四联体的G四联体形成区(D)和与靶标结合的结合区(A)，其中在不存在靶标的情况下，所述G四联体形成区(D)中G四联体的形成被抑制，并且在靶标的存在下，所述靶标与所述结合区(A)接触，由于所述接触而在所述G四联体形成区(D)中形成所述G四联体，所述G四联体形成区(D)和卟啉形成复合物，并且所述复合物产生荧光。
在下文中，本发明的用于靶标分析的传感器也被称为传感器，并且所述区域也被称为核酸区。例如，本发明中的单链核酸分子可以被称为单链核酸元件。此外，在G四联体形成区(D)中，对G四联体形成的抑制也被称为断开(switching-OFF)(或关闭(turning-OFF))并且G四联体的形成也被称为开启(switching-ON)(打开(turning-ON))。
通常已知G四联体(也被称为G-tetrad)为由四个G(鸟嘌呤)碱基形成的平面结构。在本发明中，G四联体形成区(D)包含多个G碱基并且由在其中的多个G碱基形成G四联体。例如，在本发明中，G四联体可以是平行式的或反平行式的。优选的是，G四联体是平行式的。在本发明的传感器中的G四联体形成区(D)中形成的G四联体的数量没有特别地限定，并且可以是，例如，一个平面或两个以上平面。优选的是，G四联体形成区(D)形成在其中G四联体在彼此顶部堆叠的鸟嘌呤四倍体(也被称为G四倍体)。在本发明中，G四联体形成区(D)的序列可以是任何序列，只要其允许G四联体的形成即可。优选的是，G四联体形成区(D)具有允许鸟嘌呤四倍体形成的序列。
在卟啉的存在下形成G四联体的区域当其与卟啉形成复合物时产生荧光。根据本发明的传感器，在不存在靶标的情况下G四联体形成区(D)被抑制形成G四联体，并且G四联体形成区(D)中G四联体的形成的抑制由于靶标与结合区(A)之间的接触而消除，并且结合区(A)和G四联体形成区(D)在靶标的存在下形成G四联体。因此，根据本发明的传感器，在不存在靶标的情况下，因为G四联体形成区(D)不能形成G四联体，不产生归因于G四联体形成区(D)与卟啉的复合物的形成的荧光。另一方面，根据本发明的传感器，在靶标的存在下，G四联体形成区(D)形成G四联体，并且产生归因于G四联体形成区(D)与卟啉的复合物的形成的荧光。因此，例如，可以基于由G四联体形成区(D)与卟啉的复合物产生的荧光分析样品中存在或不存在靶标或者靶标的量。
作为形成G四联体的核酸分子，例如，已知产生酶的催化功能的核酸分子(催化性核酸分子)。催化功能没有特别地限定并且是，例如，氧化还原反应的催化功能。例如，氧化还原反应是在其中在由底物生成产物的过程中电子在两种底物之间转移的反应。对氧化还原反应的类型没有特别地限定。氧化还原反应的催化功能可以是，例如，与酶相似的活性并且具体是，例如，与过氧化物酶相似的活性(在下文中被称为“过氧化物酶样活性”)。过氧化物酶活性可以是，例如，辣根过氧化物酶(HRP)活性。在催化性核酸分子是DNA序列的情况下，其通常被称为DNA核酶(DNAenzyme或DNAzyme)。在催化性核酸分子是RNA序列的情况下，其通常被称为核酶(RNAenzyme或RNAzyme)。在本发明中，例如，可以使用这种催化性核酸分子作为G四联体形成区(D)。此外，在本发明中，G四联体形成区(D)可以是任何区域，只要其能够形成G四联体即可，并且没有限定存在或不存在催化功能。
DNA核酶的实例包括在以下文章(1)至(4)中公开的核酸分子；
(1)Travascio等人，Chem.Biol.,1998,vol.5,pp.505-517；
(2)Cheng等人，Biochemistry,2009,vol.48,pp.7817-7823；
(3)Teller等人，Anal.Chem.,2009,vol.81,pp.9114-9119；和
(4)Tao等人，Anal.Chem.,2009,vol.81,pp.2144-2149。
G四联体形成区(D)可以是，例如，单链核酸分子或双链核酸分子。例如，单链核酸分子可以在单链G四联体形成区(D)中形成G四联体。例如，双链核酸分子包含第一区域(D1)和第二区域(D2)，并且G四联体可以由第一区域(D1)和第二区域(D2)形成。后面的双链核酸分子可以是，例如，在其中第一区域和第二区域间接连接的结构，其将参照以下核酸分子(IV)被具体描述。
对单链G四联体形成区(D)的长度没有特别地限定。长度的下限是，例如，11聚体、13聚体、或15聚体。长度的上限是，例如，60聚体、36聚体、或18聚体。
在双链G四联体形成区(D)中，对第一区域(D1)和第二区域(D2)的长度没有特别地限定。第一区域(D1)的长度可以与第二区域(D2)的长度相同或不同。对第一区域(D1)的长度没有特别地限定。长度的下限是，例如，7聚体、8聚体、或10聚体。长度的上限是，例如，30聚体、20聚体、或10聚体。长度的范围是，例如，7至30聚体、7至20聚体、或7至10聚体。对第二区域(D2)的长度没有特别地限定。长度的下限是，例如，7聚体、8聚体、或10聚体。长度的上限是，例如，30聚体、20聚体、或10聚体。长度的范围是，例如，7至30聚体、7至20聚体、或7至10聚体。
在本发明的传感器中，对靶标没有特别地限定，并且可以选择任何靶标。此外，可以根据所选择靶标使用与靶标结合的结合核酸分子作为结合区(A)。
对靶标没有特别地限定，并且其实例包括低分子量化合物、微生物、病毒、食物过敏原、农药、真菌毒素、和抗体。低分子量化合物的实例包括三聚氰胺、抗生素、农药、和内分泌干扰化学物质。微生物的实例包括肠道沙门氏菌(Salmonellaenterica)、单核细胞增生李斯特氏菌(Listeriamonocytogenes)、大肠杆菌(Escherichiacoli)、和霉菌(mold)。病毒可以是，例如，诺如病毒(norovirus)。
对结合区(A)的长度没有特别地限定。长度的下限是，例如，12聚体、15聚体、或18聚体。长度的上限是，例如，140聚体、80聚体、或60聚体。长度的范围是，例如，12至140聚体、15至80聚体、或18至60聚体。
在本发明中，“序列与另一条序列互补”意指，例如，这些是在其之间可以产生退火的序列。退火也被称为茎形成。关于本发明中的“与……互补”，当将两条不同序列时比对，它们之间的互补性为，例如，至少90％、至少95％、至少96％、至少97％、至少98％、至少99％、或100％(即，完美互补)。此外，“序列与核酸分子中的另一条序列互补”意指从其5’侧向3’侧延伸的序列的碱基与从其3’侧向5’侧延伸的另一个序列的碱基，在将它们比较时互补。
下面描述本发明的传感器中的核酸分子(I)、(II)、(III)、(IV)、和(V)。除非另外指出，可以参照对其他核酸分子的描述来描述核酸分子中的每一个。
(1)核酸分子(I)
核酸分子(I)是单链核酸分子，其按此顺序包含G四联体形成区(D)、阻断区(B)、和结合区(A)。阻断区(B)与G四联体形成区(D)的部分区域(Dp)互补，并且在阻断区(B)侧的结合区(A)的末端区域(Ab)与G四联体形成区(D)的部分区域(Dp)的相邻区域(Df)互补并且还与在阻断区(B)侧的对侧的结合区(A)的末端区域(Af)互补。
在核酸分子(I)中，G四联体形成区(D)是，例如，单链核酸分子。
例如，基于以下机制，取决于存在或不存在靶标，控制核酸分子(I)中的G四联体形成区(D)中的G四联体的形成的断开或开启。然而，本发明不限于这种机制。通常认为，核酸序列在要形成的结构之间是热力学不稳定的，并且较高稳定性的核酸序列的丰度比高。此外，通常已知，结合核酸分子如适体在靶标的存在下由于与靶标接触而变为更稳定的构象，由此结合核酸分子与靶标结合。通常还已知，核酸分子如DNA核酶通过稳定构象如G四联体使催化活性激活。
在核酸分子(I)中，因为G四联体形成区(D)的部分区域(Dp)与阻断区(B)互补并且G四联体形成区(D)的相邻区域(Df)与结合区(A)的末端区域(Ab)互补，可以在这些互补关系下形成茎。因此，在不存在靶标的情况下，形成G四联体形成区(D)的部分区域(Dp)和阻断区(B)的茎并且形成G四联体形成区(D)的相邻区域(Df)和结合区(A)的末端区域(Ab)的茎。前一个茎的形成抑制了G四联体形成区(D)中G四联体的形成，导致G四联体形成区(D)与卟啉的复合物的形成的抑制(断开)。后一个茎的形成阻断了结合区(A)中更稳定构象的形成，从而维持了在其中结合区(A)不与靶标结合的阻断型结构。在这种状态下的分子结构也被称为阻断形式或非活性形式。另一方面，在靶标的存在下，由于结合区(A)和靶标之间的接触，结合区(A)变为更稳定的构象。据此，结合区(A)中茎的形成被释放，并且靶标通过分子内退火与已变为更稳定的构象的结合区(A)结合。之后，归因于根据结合区(A)中茎形成的释放的结合区(A)的构象的形成，还释放了G四联体形成区(D)中的茎的形成，从而G四联体形成区(D)通过分子内退火变为更稳定的构象，导致G四联体形成区(D)的区域内的G四联体的形成。作为结果，形成了G四联体形成区(D)和卟啉的复合物并且由该复合物产生了荧光(开启)。在这种状态下的结构也被称为活性形式。因此，根据本发明的传感器，因为在不存在靶标的情况下不产生归因于复合物的形成的荧光并且仅在靶标的存在下产生归因于复合物的形成的荧光，可以进行靶标分析如定性分析或定量分析。
核酸分子(I)还可以包含稳定区(S)。在这种情况下，优选的是，G四联体形成区(D)、阻断区(B)、结合区(A)、和稳定区(S)按此顺序连接。在下文中，在参照包含稳定区(S)的单链核酸分子描述核酸分子(I)的情况下，稳定区(S)是任选的并且核酸分子(I)可以不包含稳定区(S)。
例如，稳定区(S)是当结合区(A)与靶标结合时用于稳定结构的序列。例如，稳定区(S)与阻断区(B)互补或者与阻断区(B)的一部分互补。具体地，优选的是，稳定区(S)与在结合区(A)侧的阻断区(B)的末端区域(Ba)互补。在这种情况中，例如，当在靶标的存在下通过分子内退火形成结合区(A)的构象时，还由与结合区(A)连接的稳定区(S)和与结合区(A)连接的阻断区(B)的末端区域(Ba)形成茎。在与结合区(A)连接的区域中的这种茎的形成进一步稳定了与靶标结合的结合区(A)的构象。
在核酸分子(I)中，对G四联体形成区(D)、阻断区(B)、结合区(A)、和任选的稳定区(S)的顺序没有特别地限定，并且，例如，它们可以从5’侧开始按此顺序连接或者从3’侧开始按此顺序连接，并且前者是优选的。图1A至1C是示出了在前述区域从5’侧开始连接的状态下的单链核酸分子(I)作为核酸分子(I)的实例的示意图。图1A是示出序列的顺序的示意图。图1B是在不存在靶标的情况下的阻断形式的示意图。图1C是在靶标的存在下的活性形式的示意图。在图1A至1C中，D表示G四联体形成区(D)的构建单元(核苷酸)，B表示阻断区(B)的构建单元，A表示结合区(A)的构建单元，并且S表示稳定区(S)的构建单元。构建单元之间的线表示结合。图1A至1C示意性地示出了所述区域。对每个区域构建单元的数量(序列的长度)没有特别地限定并且稳定区(S)是任选的(在下文中，同样适用)。
如在图1A中所示，核酸分子(I)的实例按此顺序包含G四联体形成区(D)、阻断区(B)、结合区(A)、和任选的稳定区(S)。在核酸分子(I)中，在不存在靶标的情况下，例如，G四联体形成区(D)的一部分与阻断区(B)和结合区(A)的一部分结合以形成茎，从而形成如在图1B中所示的阻断型单链核酸分子。另一方面，在核酸分子(I)中，在靶标的存在下，例如，由于靶标和结合区(A)之间的接触，结合区(A)通过分子内退火形成构象。据此，如在图1C中所示，G四联体形成区(D)中茎的形成被释放并且G四联体形成区(D)通过分子内退火形成G四联体。此外，如在图1C中所示，例如，阻断区(B)和稳定区(S)之间的结合使得结合区(A)的构象更稳定。
在核酸分子(I)中，例如，G四联体形成区(D)、阻断区(B)、结合区(A)、和任选的稳定区(S)可以经由间隔序列间接连接。然而，优选的是，G四联体形成区(D)、阻断区(B)、结合区(A)、和任选的稳定区(S)在不涉及间隔序列的情况下直接连接。
如上所述，G四联体形成区(D)包含与阻断区(B)互补的序列和与结合区(A)的一部分互补的序列。此外，如上所述，阻断区(B)与G四联体形成区(D)的一部分互补，并且如果核酸分子(I)包含稳定区(S)，还与稳定区(S)互补。
阻断区(B)的序列和长度没有特别地限定，并且例如，可以根据G四联体形成区(D)的序列和长度适当地确定。
对阻断区(B)的长度没有特别地限定。长度的下限是，例如，1聚体、2聚体、或3聚体。长度的上限是，例如，20聚体、15聚体、或10聚体。长度的范围是，例如，1至20聚体、2至15聚体、或3至10聚体。
另一方面，例如，G四联体形成区(D)的部分区域(Dp)的长度如下。长度的下限是，例如，1聚体、2聚体、或3聚体。长度的上限是，例如，20聚体、15聚体、或10聚体。长度的范围是，例如，1至20聚体、2至15聚体、或3至10聚体。优选的是，例如，阻断区(B)的长度与G四联体形成区(D)的部分区域(Dp)相同。
在核酸分子(I)中，G四联体形成区(D)中的部分区域(Dp)的位置，即与G四联体形成区(D)中的阻断区(B)退火的区域没有特别地限定。在G四联体形成区(D)、阻断区(B)、结合区(A)、和任选的稳定区(S)按此顺序连接的情况下，例如，可以利用以下条件设定部分区域(Dp)。
部分区域(Dp)的阻断区(B)侧端和阻断区(B)的G四联体形成区(D)侧端之间的区域(Db)即G四联体形成区(D)中部分区域(Dp)的相邻区域的长度如下。长度的下限是，例如，3聚体、4聚体、或5聚体。长度的上限是，例如，40聚体、30聚体、或20聚体。长度的范围是，例如，3至40聚体、4至30聚体、或5至20聚体。
在阻断区(B)侧的对侧的G四联体形成区(D)的区域(Df)即部分区域(Dp)的相邻区域的长度如下。长度的下限是，例如，0聚体、1聚体、或2聚体。长度的上限是，例如，40聚体、30聚体、或20聚体。长度的范围是，例如，0至40聚体、1至30聚体、或2至20聚体。
如上所述，在阻断区(B)侧的结合区(A)的末端区域(Ab)与G四联体形成区(D)的相邻区域(Df)互补。结合区(A)的末端区域(Ab)可以与G四联体形成区(D)的相邻区域(Df)的整个区域互补或者可以与相邻区域(Df)的部分区域互补。在后一种情况中，优选的是，结合区(A)的末端区域(Ab)与在部分区域(Dp)侧的G四联体形成区(D)中的相邻区域(Df)的末端区域互补。
对与G四联体形成区(D)的相邻区域(Df)互补的结合区(A)的末端区域(Ab)的长度没有特别地限定。长度的下限是，例如，1聚体。长度的上限是，例如，20聚体、8聚体、或3聚体。长度的范围是，例如，1至20聚体、1至8聚体、或1至3聚体。
如上所述，例如，稳定区(S)与阻断区(B)或阻断区(B)的一部分互补。具体地，优选的是，稳定区(S)与在结合区(A)侧的阻断区(B)的末端区域(Ba)互补。
对稳定区(S)的序列和长度没有特别地限定。例如，可以根据阻断区(B)和结合区(A)的序列和长度确定稳定区(S)的序列和长度。稳定区(S)的长度的下限是，例如，0聚体或1聚体。长度的上限是，例如，10聚体、5聚体、或3聚体。长度的范围是，例如，0至10聚体、1至5聚体、或1至3聚体。另一方面，例如，当稳定区(S)与整个阻断区(B)互补时，阻断区(B)的长度与稳定区(S)的长度相同。此外，例如，当稳定区(S)与阻断区(B)的一部分互补时，阻断区(B)的部分，例如，末端区域(Ba)的长度，与稳定区(S)的长度相同。
对核酸分子(I)的全长没有特别地限定。长度的下限是，例如，25聚体、35聚体、或40聚体。长度的上限是，例如，200聚体、120聚体、或80聚体。长度的范围是，例如，25至200聚体、35至120聚体、或40至80聚体。
核酸分子(I)还可以包含添加至一端或两端的一个或多个接头区。在下文中，添加至一个或多个末端的一个或多个接头区也被称为一个或多个附加接头区。附加接头区的长度没有特别地限定并且，例如，在1至60聚体的范围内。
(2)核酸分子(II)
核酸分子(II)是单链核酸分子，其按此顺序包含G四联体形成区(D)、阻断区(B)、结合区(A)、和稳定区(S)。阻断区(B)与G四联体形成区(D)的部分区域(Dp)互补，并且在结合区(A)侧的阻断区(B)的末端区域(Ba)与稳定区(S)互补。
在核酸分子(II)中，G四联体形成区(D)是，例如，单链核酸分子。
在核酸分子(II)中，优选的是，结合区(A)具有单独不允许与靶标结合所需的分子内退火的序列。此外，在核酸分子(II)中，优选的是，结合区(A)、末端区域(Ba)、和稳定区(S)作为整体在靶标的存在下通过与结合区(A)和稳定区(S)相邻的阻断区(B)的末端区域(Ba)的退火而形成构象。
例如，基于以下机制，取决于存在或不存在靶标，控制核酸分子(II)中的G四联体形成区(D)中的G四联体的形成断开或开启。然而，本发明不限于这种机制。
在单链核酸(II)中，因为G四联体形成区(D)的部分区域(Dp)与阻断区(B)互补，可以在这些互补关系下形成茎。因此，在不存在靶标的情况下，形成G四联体形成区(D)的部分区域(Dp)和阻断区(B)的茎。这个茎的形成抑制了G四联体形成区(D)中G四联体的形成，导致G四联体形成区(D)与卟啉的复合物的形成的抑制(断开)。此外，因为结合区(A)具有单独不允许与靶标结合所需的分子内退火的序列，阻断了用于与靶标结合的更稳定构象的形成，从而维持了在其中结合区(A)不与靶标结合的状态。也就是说，在不存在靶标的情况下，核酸分子(II)维持了阻断型结构。在这种状态下的分子结构也被称为阻断形式或非活性形式。另一方面，在靶标的存在下，由于结合区(A)和靶标之间的接触，结合区(A)变为更稳定的构象。据此，阻断区(B)的末端区域(Ba)和G四联体形成区(D)的部分区域(Dp)的茎的形成被释放并且通过阻断区(B)的末端区域(Ba)和稳定区(S)的退火而新形成了茎。这个茎起到进行将结合区(A)与靶标结合所需的分子内退火的作用，茎和结合区(A)作为整体形成构象，并且靶标与结合区(A)结合。之后，由于阻断区(B)和G四联体形成区(D)的茎的形成的释放，G四联体形成区(D)通过分子内退火新形成了G四联体，导致G四联体形成区(D)与卟啉的复合物的形成，从而产生荧光(开启)。在这种状态下的结构也被称为活性形式。因此，根据本发明的传感器，因为在不存在靶标的情况下不产生归因于复合物的形成的荧光并且仅在靶标的存在下产生归因于复合物的形成的荧光，可能进行靶标分析如定性分析或定量分析。
在核酸分子(II)中，对G四联体形成区(D)、阻断区(B)、结合区(A)、和稳定区(S)的顺序没有特别地限定，并且，例如，它们可以从5’侧开始按此顺序连接或者从3’侧开始按此顺序连接，并且前者是优选的。图2A至2C是示出了在前述区域从5’侧开始连接的状态下的单链核酸分子(I)作为核酸分子(II)的实例的示意图。图2A是示出所述区域的顺序的示意图。图2B是在不存在靶标的情况下的阻断形式的示意图。图2C是在靶标的存在下的活性形式的示意图。在图2A至2C中，D表示G四联体形成区(D)的构建单元(核苷酸)，B表示阻断区(B)的构建单元，A表示结合区(A)的构建单元，并且S表示稳定区(S)的构建单元。构建单元之间的线表示结合。图2A至2C示意性地示出了所述区域。对每个区域构建单元的数量(序列的长度)没有特别地限定(在下文中，同样适用)。
如在图2A中所示，核酸分子(II)的实例按此顺序包含G四联体形成区(D)、阻断区(B)、结合区(A)、和稳定区(S)。在核酸分子(II)中，在不存在靶标的情况下，例如，G四联体形成区(D)的一部分与阻断区(B)结合以形成茎，从而形成如在图2B中所示的阻断型单链核酸。在此时，结合区(A)不形成构象。另一方面，在核酸分子(II)中，在靶标的存在下，例如，由于靶标和结合区(A)之间的接触，阻断区(B)和G四联体形成区(D)的茎的形成被释放，由阻断区(B)和稳定区(S)新形成了茎，由此结合区(A)、阻断区(B)、和稳定区(S)形成如在图2C中所示的构象。此外，例如，根据阻断区(B)和G四联体形成区(D)的茎的形成的释放，G四联体形成区(D)通过分子内退火形成G四联体。此外，如在图2C中所示，例如，阻断区(B)和稳定区(S)之间的结合使得由结合区(A)、阻断区(B)、和稳定区(S)形成的构象更稳定。
除非另外指出，对核酸分子(I)的描述可以适用于核酸分子(II)。例如，在核酸分子(II)中，G四联体形成区(D)、阻断区(B)、和稳定区(S)与对核酸分子(I)描述的那些相同。
如上所述，阻断区(B)包含与G四联体形成区(D)互补的序列和与稳定区(S)互补的序列。具体地，阻断区(B)与G四联体形成区(D)的部分区域(Dp)互补，并且在结合区(A)侧的阻断区(B)的末端区域(Ba)与稳定区(S)互补。
在阻断区(B)中，对与稳定区(S)互补的末端区域(Ba)的长度没有特别地限定。长度的下限是，例如，1聚体。长度的上限是，例如，15聚体、10聚体、或3聚体。长度的范围是，例如，1至10聚体、1至5聚体、或1至3聚体。
对核酸分子(II)的全长没有特别地限定。长度的下限是，例如，25聚体、35聚体、或40聚体。长度的上限是，例如，200聚体、120聚体、或80聚体。长度的范围是，例如，25至200聚体、35至120聚体、或40至80聚体。
(3)核酸分子(III)
核酸分子(III)是单链核酸分子，其包含G四联体形成区(D)、茎形成区(SD)、结合区(A)、和茎形成区(SA)。茎形成区(SD)包含与G四联体形成区(D)互补的序列并且茎形成区(SA)包含与结合区(A)互补的序列。
在核酸分子(III)中，G四联体形成区(D)是，例如，单链核酸分子。
例如，基于以下机制，根据存在或不存在靶标，控制核酸分子(III)中的G四联体形成区(D)中的G四联体的形成断开或开启。然而，本发明不限于这种机制。在核酸分子(III)中，在不存在靶标的情况下，G四联体形成区(D)中G四联体的形成被分子内的G四联体形成区(D)和茎形成区(SD)的退火抑制，导致抑制G四联体形成区(D)与卟啉的复合物的形成(断开)。此外，结合区(A)的结构通过分子内的结合区(A)和茎形成区(SA)的退火而固定。在这种状态下的分子结构也被称为非活性形式。另一方面，在核酸分子(III)中，在靶标的存在下，由于靶标和结合区(A)之间的接触，结合区(A)和茎形成区(SA)的退火被释放，并且结合区(A)的构象变为更稳定的构象。据此，G四联体形成区(D)和茎形成区(SD)的退火被释放并且在G四联体形成区(D)的区域内形成G四联体，导致G四联体形成区(D)与卟啉的复合物的形成，从而产生荧光(开启)。在这种状态下的分子结构也被称为活性形式。因此，根据核酸分子(III)，因为在不存在靶标的情况下不产生归因于复合物的形成的荧光并且仅在靶标的存在下产生归因于复合物的形成的荧光，可能进行靶标分析如定性分析或定量分析。
例如，优选的是，茎形成区(SD)的全部或一部分具有与G四联体形成区(D)的一部分互补的序列。例如，还优选的是，茎形成区(SA)的全部或一部分具有与结合区(A)的一部分互补的序列。
在核酸分子(III)中，区域的顺序可以是任何顺序，只要其允许分子内G四联体形成区(D)和茎形成区(SD)的退火以及结合区(A)和茎形成区(SA)的退火即可。区域的顺序的具体实例如下。
(1)5’-A-SD-D-SA-3’
(2)5’-SA-D-SD-A-3’
(3)5’-D-SA-A-SD-3’
(4)5’-SD-A-SA-D-3’
在前述形式(1)至(4)中，例如，如下进行G四联体的形成的开启和断开。在不存在靶标的情况下，结合核酸分子(A)和茎形成区(SA)形成茎并且G四联体形成分子(D)和茎形成区(SD)形成茎，从而抑制G四联体形成分子(D)中G四联体的形成。在靶标的存在下，由于靶标和结合核酸分子(A)之间的接触，释放了每个茎的形成，从而在G四联体形成分子(D)中形成G四联体。
在形式(1)和(3)中，优选的是，茎形成区(SD)与G四联体形成分子(D)的3’侧区互补并且茎形成区(SA)与结合核酸分子(A)的3’侧区互补。在形式(2)和(4)中，优选的是，茎形成区(SD)与G四联体形成分子(D)的5’侧区互补并且茎形成区(SA)与结合核酸分子(A)的5’侧区互补。
在核酸分子(III)中，例如，所述区域可以直接或间接连接。例如，直接连接意指一个区域的3’末端和另一个区域的5’末端直接结合。例如，间接连接意指一个区域的3’末端和另一个区域的5’末端经由介于中间的接头区结合。介于中间的接头区可以是，例如，核酸序列或非核酸序列，并且前者是优选的。
例如，优选的是，核酸分子(III)包含两个彼此不互补的介于中间的接头区作为介于中间的接头区。对两个介于中间的接头区的位置没有特别地限定。
在形式(1)至(4)各自还包含两个介于中间的接头区的情况下，区域的顺序的具体实例如下。在以下实例中，由(L1)表示与结合核酸分子(A)连接的介于中间的接头区并且由(L2)表示与G四联体形成分子(D)连接的介于中间的接头区。例如，核酸分子(II)可以包含(L1)和(L2)二者或(L1)和(L2)之一作为介于中间的接头区。
(1’)5’-A-L1-SD-D-L2-SA-3’
(2’)5’-SA-L2-D-SD-L1-A-3’
(3’)5’-D-L2-SA-A-L1-SD-3’
(4’)5’-SD-L1-A-SA-L2-D-3’
在形式(1’)至(4’)中，例如，如下进行G四联体的形成的开启和断开。在不存在靶标的情况下，例如，结合核酸分子(A)和茎形成区(SA)形成茎并且G四联体形成分子(D)和茎形成区(SD)形成茎，并且介于中间的接头区(L1)和介于中间的接头区(L2)在这两个茎之间形成内部环，从而抑制G四联体形成分子(D)中G四联体的形成。在靶标的存在下，由于靶标和结合核酸分子(A)之间的接触，释放了每个茎的形成，由此在G四联体形成分子(D)中形成G四联体。
关于形式(1’)至(4’)，在图3A和3B以及图4A和4B中示出了在不存在靶标的情况下的核酸分子(III)的状态的实例。图3A中所示的核酸分子(III)中的区域的顺序和图3B中所示的核酸分子(III)中的区域的顺序是相反的，并且图4A中所示的核酸分子(III)中的区域的顺序和图4B中所示的核酸分子(III)中的区域的顺序是相反的。图3A示出了形式(1’)，图3B示出了形式(2’)，图4A示出了形式(3’)，并且图4B示出了形式(4’)。
在图3A和3B以及图4A和4B中，A表示结合核酸分子(A)，L1表示介于中间的接头区(L1)，SD表示茎形成序列(SD)，D表示G四联体形成分子(D)，L2表示介于中间的接头区(L2)，并且SA表示茎形成序列(SA)。如在图3A和3B以及图4A和4B中所示，在不存在靶标的情况下，通过核酸分子(II)的自退火在两个位置形成茎并且在茎之间形成内部环。此外，在靶标的存在下，由于靶标和结合核酸分子(A)之间的结合，释放了两个茎的形成，导致G四联体形成分子(D)中G四联体的形成以及G四联体形成分子(D)和卟啉的复合物的形成，从而产生荧光。
在核酸分子(III)中，对茎形成序列(SA)和茎形成序列(SD)的长度没有特别地限定。茎形成序列(SA)的长度是，例如，1至60聚体、1至10聚体、或1至7聚体。茎形成序列(SD)的长度是，例如，1至30聚体、0至10聚体、1至10聚体、0至7聚体、或1至7聚体。茎形成序列(SA)的长度可以，例如，与茎形成序列(SD)的长度相同，或者前者可以长于后者，或者反之亦然。
对介于中间的接头区(L1)和(L2)的长度没有特别地限定。介于中间的接头区(L1)和(L2)中的每一个的长度是，例如，0至30聚体、1至30聚体、1至15聚体、或1至6聚体。例如，介于中间的接头区(L1)的长度可以与介于中间的接头区(L2)的长度相同或不同。在后一种情况中，介于中间的接头区(L1)的长度和介于中间的接头区(L2)的长度之间的差没有特别地限定，并且是，例如，1至10聚体、1-或2聚体、或1聚体。
对核酸分子(III)的长度没有特别地限定。核酸分子(II)的长度是，例如，40至120聚体、45至100聚体、或50至80聚体。
单链核酸分子(III)还可以包含在一端或两端的一个或多个附加接头区。附加接头区的长度没有特别地限定并且，例如，如上所述。
例如，核酸分子(III)的一端可以与基底材料经由附加接头区连接。
(4)核酸分子(IV)
核酸分子(IV)是单链核酸分子，其包含所述G四联体形成区(D)和所述结合区(A)。G四联体形成区(D)包含形成G四联体的第一区域(D1)和第二区域(D2)。第一区域(D1)位于结合区(A)的一个端侧并且第二区域(D2)位于结合区(A)的另一个端侧。
在核酸分子(IV)中，G四联体形成区(D)是，例如，双链型(在下文中，也被称为“拼合(split)型”)。拼合型G四联体形成分子(D)是包含成对形成G四联体的第一区域(D1)和第二区域(D2)的分子。在核酸分子(IV)中，第一区域(D1)和第二区域(D2)可以具有任何序列，只要它们形成G四联体即可。优选的是，第一区域(D1)和第二区域(D2)具有形成鸟嘌呤四倍体的序列。
例如，基于以下机制，根据存在或不存在靶标，控制核酸分子(IV)中的G四联体形成区(D)中的G四联体的形成断开或开启。然而，本发明不限于这种机制。如上所述，在核酸分子(IV)中，成对形成G四联体的第一区域(D1)和第二区域(D2)以经由结合区(A)以一个距离设置。因为第一区域(D1)和第二区域(D2)以这种方式以一个距离设置，在不存在靶标的情况下第一区域(D1)和第二区域(D2)的G四联体的形成被抑制，导致抑制G四联体形成分子(D)和卟啉的复合物的形成(断开)。在这种状态下的分子结构也被称为非活性形式。另一方面，在核酸分子(IV)中，在靶标的存在下，由于靶标和结合区(A)之间的接触，结合区(A)的构象变为具有茎环结构的更稳定的构象。根据结合区(A)的构象的这种变化，第一区域(D1)和第二区域(D2)彼此接近以形成G四联体，导致G四联体形成区(D)与卟啉的复合物的形成，从而产生荧光(开启)。在这种状态下的分子结构也被称为活性形式。因此，根据核酸分子(IV)，因为在不存在靶标的情况下不产生归因于复合物的形成的荧光并且仅在靶标的存在下产生归因于复合物的形成的荧光，可能进行靶标分析如定性分析或定量分析。
如上所述，核酸分子(IV)采用双链核酸分子作为G四联体形成区(D)，并且第一区域(D1)和第二区域(D2)经由结合区(A)设置。因此，例如，不需要由适体的类型设定条件，从而可以将所需的适体设定为结合区(A)。因此，核酸分子(IV)在通用多功能性方面优秀。
在核酸分子(IV)中，可以以任何方式设置第一区域(D1)和第二区域(D2)，只要它们经由结合区(A)设置即可。可以将第一区域(D1)或第二区域(D2)设置在结合区(A)的5’侧或3’侧。在下文中，为了方便，除非另外说明，将参照在其中将第一区域(D1)设置在结合区(A)的5’侧并且将第二区域(D2)设置在结合区(A)的3’侧的实例描述核酸分子(IV)。
在核酸分子(IV)中，例如，第一区域(D1)和结合区(A)可以直接或间接连接并且第二区域(D2)和结合区(A)可以直接或间接连接。例如，直接连接意指一个区域的3’末端和另一个区域的5’末端直接结合。例如，间接连接意指一个区域的3’末端和另一个区域的5’末端经由介于中间的接头区结合。具体地，其意指一个区域的3’端和介于中间的接头区的5’端直接结合并且介于中间的接头区的3’端和另一个区域的5’端直接结合。介于中间的接头区可以是，例如，核酸序列或非核酸序列，并且前者是优选的。
如上所述，优选的是，核酸分子(IV)包含在第一区域(D1)和结合区(A)之间的介于中间的接头区(第一接头区(L1))并且包含在第二区域(D2)和结合区(A)之间的介于中间的接头区(第二接头区(L2))。核酸分子(IV)可以包含第一接头区(L1)和第二接头区(L2)之一并且优选包含它们二者。在核酸分子(IV)包含第一接头区(L1)和第二接头区(L2)二者的情况下，它们的长度可以彼此相同或不同。
对接头区的长度没有特别地限定。长度的下限是，例如，1聚体、3聚体、5聚体、7聚体、或9聚体。长度的上限是，例如，20聚体、15聚体、或10聚体。
例如，优选的是，从5’端侧开始的第一接头区(L1)的碱基序列和从3’端侧开始的第二接头区(L2)的碱基序列彼此不互补。在这种情况下，在比对状态下，的第一接头区(L1)从5’端侧开始的碱基序列和第二接头区(L2)从3’端侧开始的碱基序列可以认为是在核酸分子(IV)的分子内形成内部环的区域。例如，当核酸分子(IV)在第一区域(D1)和结合区(A)之间以及第二区域(D2)和结合区(A)之间分别包含彼此不互补的第一接头区(L1)和第二接头区(D2)时，可以充分地保持第一区域(D1)和第二区域(D2)之间的距离。因此，例如，可以在不存在靶标的情况下充分地抑制第一区域(D1)和第二区域(D2)的G四联体的形成并且在不存在靶标的情况下充分地减少基于荧光的产生的背景。
关于包含第一接头区(L1)和第二接头区(L2)的核酸分子(IV)，将使用图5的示意图描述借助第一区域(D1)和第二区域(D2)的荧光产生的开启和断开。然而，本发明不限于此。图5是示出核酸分子(IV)中荧光产生的开启和断开的示意图。如在图5中的左图中所示，在不存在靶标的情况下，核酸分子(IV)采取了其中第一区域(D1)和第二区域(D2)的G四联体的形成被抑制的非活性形式。另一方面，在靶标的存在下，由于靶标和结合区(A)之间的接触，结合区(A)的构象改变。据此，第一区域(D1)和第二区域(D2)彼此接近并且核酸分子(IV)采取了其中第一区域(D1)和第二区域(D2)形成G四联体的活性形式。
例如，在核酸分子(IV)由“D1-W-D2”表示并且仅包含第一接头区(L1)作为接头的情况下，例如，式中的W从5’侧开始按此顺序包含第一接头区(L1)和结合区(A)。此外，例如，在核酸分子(IV)仅包含第二接头区(L2)的情况下，例如，式中的W从5’侧开始按此顺序包含结合区(A)和第二接头区(L2)。此外，例如，在核酸分子(IV)包含第一接头区(L1)和第二接头区(L2)二者的情况下，式中的W从5’侧开始按此顺序包含第一接头区(L1)、结合区(A)、和第二接头区(L2)。在这种情况下，由“D1-W-D2”表示的核酸分子(IV)也可以由“D1-L1-A-D2”、“D1-AL2-D2”、或“D1-L1-A-L2-D2”表示。
例如，在核酸分子(IV)中，优选的是，第一区域(D1)和第二区域(D2)在结合区(A)的位置的对侧的末端处包含彼此互补的序列。具体地，例如，在第一区域(D1)置于结合区(A)的5’侧的情况下，优选的是，第一区域(D1)和第二区域(D2)分别在第一区域(D1)的5’端和第二区域(D2)的3’端包含彼此互补的序列。此外，例如，在第一区域(D1)置于结合区(A)的3’侧的情况下，优选的是，第一区域(D1)和第二区域(D2)分别在第一区域(D1)的3’端和第二区域(D2)的5’端包含彼此互补的序列。当第一区域(D1)和第二区域(D2)以这种方式在它们的末端包含彼此互补的序列时，可能通过分子内退火形成这些序列的茎结构。因此，例如，在靶标的存在下，当第一区域(D1)和第二区域(D2)根据归因于靶标和结合区(A)之间的接触的结合区(A)的构象改变而彼此接近时，由于序列的茎结构的形成，变得容易形成第一区域(D1)和第二区域(D2)的G四联体。
核酸分子(IV)可以由，例如，如上所述的“D1-W-D2”表示。具体地，核酸分子(IV)可以由下式(I)表示。
[化学式I]
在式(I)中，在5’侧的序列(N)n1-GGG-(N)n2-(N)n3-是第一区域(D1)的序列(d1)并且在3’侧的序列-(N)m3-(N)m2-GGG-(N)m1是第二区域(D2)的序列(d2)。W表示第一区域(D1)和第二区域(D2)之间的区域，其包含结合区(A)。N表示碱基，并且n1、n2、n3、m1、m2、和m3表示碱基N的重复数量。
尽管式(I)示出了核酸分子(IV)中第一区域(D1)和第二区域(D2)的分子间排列的状态，这不过是用于示出第一区域(D1)的序列和第二区域(D2)的序列之间的关系的示意图。在本发明中，第一区域(D1)和第二区域(D2)不限于这种状态。
例如，在第一区域(D1)的序列(d1)和第二区域(D2)的序列(d2)中，优选的是，(N)n1和(N)m1满足以下条件(1)，(N)n2和(N)m2满足以下条件(2)，并且(N)n3和(N)m3满足以下条件(3)。
条件(1)
在(N)n1和(N)m1中，来自5’端侧的(N)n1的碱基序列与来自3’端侧的(N)m1的碱基序列互补，并且n1和m1二者均为0或相同的正整数。
条件(2)
在(N)n2和(N)m2中，来自5’端侧的(N)n2的碱基序列与来自3’端侧的(N)m2的碱基序列不互补，并且n2和m2是正整数并且可以彼此相同或不同。
条件(3)
在(N)n3和(N)m3中，n3和m3各自为3或4并且可以彼此相同或不同，并且(N)n3和(N)m3各自包含三个G碱基。在n3或m3是4的情况下，(N)n3和(N)m3中的每一个的第二个或第三个碱基是作为除G外的碱基的碱基H。
条件(1)是在比对第一区域(D1)和第二区域(D2)的情况下在5’端的(N)n1和在3’端的(N)m1的条件。在条件(1)中，来自5’端侧的(N)n1的碱基序列和来自3’端侧的(N)m1的碱基序列彼此互补并且具有相同的长度。因为(N)n1和(N)m1具有彼此互补的相同长度的序列，(N)n1和(N)m1可以认为是在比对状态下形成茎的茎区域。
n1和m1仅需要二者均为0或是相同的正整数。例如，n1和m1各自为0、1至10、1、2、或3。
条件(2)是在比对第一区域(D1)和第二区域(D2)的情况下的(N)n2和(N)m2的条件。在条件(2)中，(N)n2的碱基序列和(N)m2的碱基序列彼此不互补，并且n2和m2的长度可以彼此相同或不同。因为(N)n2和(N)m2是彼此不互补的序列，(N)n2和(N)m2可以认为是在比对状态下形成内部环的区域。
n2和m2是正整数，并且各自为，例如，1至10、1、或2。n2和m2可以彼此相同或不同。n2和m2可以满足，例如，n2＝m2、n2>m2、和n2<m2中的任一种，并且优选满足n2>m2或n2<m2。
条件(3)是在比对第一区域(D1)和第二区域(D2)的情况下的(N)n3和(N)m3的条件。在条件(3)中，(N)n3的碱基序列和(N)m3的碱基序列各自为包含三个G碱基的3聚体或4聚体序列并且可以彼此相同或不同。在n3或m3是4的情况下，(N)n3和(N)m3中的每一个的第二个或第三个碱基是作为除G外的碱基的碱基H。包含三个G的(N)n3和(N)m3中的每一个是与(N)n1和(N)n2之间的GGG以及(N)m1和(N)m2之间的GGG形成G四联体的G区域。
n3和m3可以满足，例如，n3＝m3、n3>m3、和n3<m3中的任何一种，并且优选满足n3>m3或n3<m3。
作为除G外的碱基的碱基H可以是A、C、T、或U。碱基H优选为A、C、或T。
条件(3)的具体实例包括以下条件(3-1)、(3-2)、和(3-3)。
条件(3-1)
来自5’侧的(N)n3和(N)m3中的一个的序列是GHGG并且来自5’侧的(N)n3和(N)m3中的另一个的序列是GGG。
条件(3-2)
来自5’侧的(N)n3和(N)m3中的一个的序列是GGHG并且来自5’侧的(N)n3和(N)m3中的另一个的序列是GGG。
条件(3-3)
(N)n3和(N)m3的序列中的每一个是GGG。
对第一区域(D1)的长度没有特别地限定。长度的下限是，例如，7聚体、8聚体、或10聚体。长度的上限是，例如，30聚体、20聚体、或10聚体。长度的范围是，例如，7至30聚体、7至20聚体、或7至10聚体。对第二区域(D2)的长度没有特别地限定。长度的下限是，例如，7聚体、8聚体、或10聚体。长度的上限是，例如，30聚体、20聚体、或10聚体。长度的范围是，例如，7至30聚体、7至20聚体、或7至10聚体。第一区域(D1)和第二区域(D2)的长度可以彼此相同或不同。
以下示出核酸分子(IV)中第一区域(D1)的序列(d1)和第二区域(D2)的序列(d2)的组合的实例。然而，本发明不限于此。在以下组合1至49中的每一个中，W表示核酸分子(IV)中序列(d1)和序列(d2)之间的区域，在5’端侧和3’端侧以小写书写的区域分别表示(N)n1和(N)m1，在5’端侧和3’端侧的下划线区域分别表示(N)n2和(N)m2，并且在W与5’端侧和3’端侧的下划线区域之间的区域分别表示(N)n3和(N)m3。
[表1]
在表1中总结的组合1至24是这样的序列，在其每一个中，将充当茎区域的(N)n1和(N)m1变为0至3聚体序列，将充当内部环区域的(N)n2和(N)m2分别设定为AC的2聚体序列和A的1聚体序列，将充当G区域的(N)n3和(N)m3分别设定为GGG的3聚体序列和GTGG的4聚体序列，并且对W不存在限制。
[表2]
在表2中总结的组合25至48是这样的序列，在其每一个中，将充当茎区域的(N)n1和(N)m1分别变为A的1聚体序列和T的1聚体序列，将充当内部环区域的(N)n2和(N)m2各自变为1或2聚体序列，将充当G区域的(N)n3和(N)m3分别设定为GAGG、GGAG、GCGG、或GTGG的4聚体序列和GGG的3聚体序列，并且对W不存在限制。在表2中总结的组合49是这样的序列，其中将充当茎区域的(N)n1和(N)m1分别设定为CA的2聚体序列和TG的2聚体序列，将充当内部环区域的(N)n2和(N)m2分别设定为T的1聚体序列和A的1聚体序列，将充当G区域的(N)n3和(N)m3分别设定为GAGG的4聚体序列和GGG的3聚体序列，并且对W不存在限制。
关于在靶标的存在下，由核酸分子(IV)中的第一区域(D1)和第二区域(D2)形成的G四联体，在图6中示出了组合24(SEQIDNO:24)作为实例。图6是示出组合24(SEQIDNO:24)的由单链核酸分子中的第一区域(D1)和第二区域(D2)形成的G四联体的示意图。如在图6中所示，形成了鸟嘌呤四倍体，其中在第一区域(D1)中的G和第二区域(D2)中的G之间G四联体的三个平面在彼此顶部堆叠。然而，本发明不限于这个实例。
对核酸分子(IV)的长度没有特别地限定。长度的下限是，例如，25聚体、30聚体、或35聚体。长度的上限是，例如，200聚体、100聚体、或80聚体。长度的范围是，例如，25至200聚体、30至100聚体、或35至80聚体。
核酸分子(IV)还可以包含在一端或两端的一个或多个附加接头区。附加接头区的长度没有特别地限定并且，例如，如上所述。
例如，核酸分子(IV)的一端可以与基底材料经由附加接头区连接。
(5)核酸分子(V)
核酸分子(V)是双链核酸分子，其包含第一链(ss1)和第二链(ss2)。第一链(ss1)按此顺序包含G四联体形成区(D)和结合区(A)并且第二链(ss2)按此顺序包含茎形成区(SD)和茎形成区(SA)。茎形成区(SD)和G四联体形成区(D)包含彼此互补的序列并且茎形成区(SA)和结合区(A)包含彼此互补的序列。
在核酸分子(V)中，G四联体形成区(D)是，例如，单链核酸分子。
例如，基于以下机制，根据存在或不存在靶标，控制核酸分子(V)中的G四联体形成区(D)中的G四联体的形成开启或断开。然而，本发明不限于这种机制。在核酸分子(V)中，在不存在靶标的情况下，G四联体形成区(D)中G四联体的形成被分子内第一链(ss1)的G四联体形成区(D)和第二链(ss2)的茎形成区(SD)的退火抑制，导致抑制G四联体形成区(D)与卟啉的复合物的形成(断开)。此外，结合区(A)的结构通过分子内第一链(ss1)的结合区(A)和第二链(ss2)的茎形成区(SA)的退火而固定。在这种状态下的分子结构也被称为非活性形式。另一方面，在核酸分子(V)中，在靶标的存在下，由于靶标和结合区(A)之间的接触，释放了结合区(A)和茎形成区(SA)的退火，并且结合区(A)的构象变为更稳定的构象。据此，G四联体形成区(D)和茎形成区(SD)的退火被释放并且在G四联体形成区(D)的区域内形成G四联体，导致G四联体形成区(D)与卟啉的复合物的形成，从而产生荧光(开启)。在这种状态下的分子结构也被称为活性形式。因此，根据核酸分子(V)，因为在不存在靶标的情况下不产生归因于复合物的形成的荧光并且仅在靶标的存在下产生归因于复合物的形成的荧光，可能进行靶标分析如定性分析或定量分析。
例如，优选的是，茎形成区(SD)的全部或一部分具有与G四联体形成区(D)的一部分互补的序列。例如，还优选的是，茎形成区(SA)的全部或一部分具有与结合区(A)的一部分互补的序列。
在核酸分子(V)中，区域的顺序可以是任何顺序，只要其允许分子内G四联体形成区(D)和茎形成区(SD)的退火以及结合区(A)和茎形成区(SA)的退火即可。区域的顺序的具体实例如下。
(1)ss15’-A-D-3’
ss23’-SA-SD-5’
(2)ss15’-D-A-3’
ss23’-SD-SA-5’
在形式(1)中，优选的是，茎形成区(SA)与结合核酸分子(A)的3’侧区互补并且茎形成区(SD)与G四联体形成分子(D)的5’侧区互补。在形式(2)中，优选的是，茎形成区(SD)与G四联体形成分子(D)的3’侧区互补并且茎形成区(SA)与结合核酸分子(A)的5’侧区互补。
在核酸分子(V)中，例如，所述区域可以直接或间接连接。例如，直接连接意指一个区域的3’末端和另一个区域的5’末端直接结合。例如，间接连接意指一个区域的3’末端和另一个区域的5’末端经由介于中间的接头区结合。介于中间的接头区可以是，例如，核酸序列或非核酸序列，并且前者是优选的。
例如，优选的是，核酸分子(V)在第一链(ss1)中的结合核酸分子(A)和G四联体形成分子(D)之间包含介于中间的接头区并且包含在第二链(ss2)中的茎形成区(SD)和茎形成区(SA)之间的介于中间的接头区。优选的是，第一链(ss1)中的介于中间的接头区(L1)和第二链(ss2)中的介于中间的接头区(L2)具有彼此不互补的序列。
在形式(1)和(2)各自在第一链(ss1)和第二链(ss2)中包含介于中间的接头区的情况下的区域的顺序的具体实例如下。在以下实例中的每一个中，由(L1)表示连接结合核酸分子(A)和G四联体形成分子(D)的介于中间的接头区并且由(L2)表示连接茎形成区(SD)和茎形成区(SA)的介于中间的接头区。例如，核酸分子(V)可以包含(L1)和(L2)二者或(L1)和(L2)之一作为介于中间的接头区。
(1’)ss15’-A-L1-D-3’
ss23’-SA-L2-SD-5’
(2’)ss15’-D-L1-A-3’
ss23’-SD-L2-SA-5’
例如，在形式(1’)和(2’)中，例如，如下进行G四联体的形成的开启和断开。在不存在靶标的情况下，例如，结合核酸分子(A)和茎形成区(SA)形成茎并且G四联体形成分子(D)和茎形成区(SD)形成茎，并且介于中间的接头区(L1)和介于中间的接头区(L2)在这两个茎之间形成内部环，从而抑制G四联体形成分子(D)中G四联体的形成。在靶标的存在下，由于靶标和结合核酸分子(A)之间的接触，释放了每个茎的形成，从而在G四联体形成分子(D)中形成G四联体。
关于形式(1’)和(2’)，在图7A和7B的示意图中示出了在不存在靶标的情况下的核酸分子(V)的状态的实例。图7A中所示的核酸分子(V)中的区域的顺序和图7B中所示的核酸分子(V)中的区域的顺序是相反的。图7A示出了形式(1’)并且图7B示出了形式(2’)。
在图7A和7B中，A表示结合核酸分子(A)，L1表示介于中间的接头区(L1)，SD表示茎形成序列(SD)，D表示G四联体形成分子(D)，L2表示介于中间的接头区(L2)，并且SA表示茎形成序列(SA)。如在图7A和7B中所示，在不存在靶标的情况下，通过核酸分子(IV)的第一链(ss1)和第二链(ss2)的退火在两个位置形成茎并且在茎之间形成内部环。此外，在靶标的存在下，由于靶标和结合核酸分子(A)之间的接触，释放了两个茎的形成，导致G四联体形成分子(D)中G四联体的形成以及G四联体形成分子(D)和卟啉的复合物的形成，从而产生荧光。
在核酸分子(V)中，对茎形成序列(SA)和茎形成序列(SD)的长度没有特别地限定。茎形成序列(SA)的长度是，例如，1至60聚体、1至10聚体、或1至7聚体。茎形成序列(SD)的长度是，例如，1至30聚体、0至10聚体、1至10聚体、0至7聚体、或1至7聚体。茎形成序列(SA)的长度可以，例如，与茎形成序列(SD)的长度相同，或者前者可以长于后者或者反之亦然。
对介于中间的接头区(L1)和(L2)的长度没有特别地限定。介于中间的接头区(L1)和(L2)中的每一个的长度是，例如，0至30聚体、1至30聚体、1至15聚体、或1至6聚体。例如，介于中间的接头区(L1)的长度可以与介于中间的接头区(L2)的长度相同或不同。在后一种情况中，介于中间的接头区(L1)的长度和介于中间的接头区(L2)的长度之间的差没有特别地限定，并且是，例如，1至10聚体、1或2聚体、或1聚体。
在核酸分子(V)中，对第一链(ss1)和第二链(ss2)的长度没有特别地限定。第一链(ss1)的长度是，例如，40至200聚体、42至100聚体、或45至60聚体。第二链(ss2)的长度是，例如，4至120聚体、5至25聚体、或10至15聚体。
单链核酸分子(V)还可以在第一链(ss1)和第二链(ss2)的一端或两端包含附加接头区。附加接头区的长度没有特别地限定并且，例如，如上所述。
例如，关于核酸分子(V)，第一链(ss1)或第二链(ss2)的一端可以与基底材料经由附加接头区连接。
(6)核酸分子(VI)
在本发明中，核酸分子可以是，例如，以下核酸分子(VI)。核酸分子(VI)是单链核酸分子，其按此顺序包含所述G四联体形成区(D)和所述结合区(A)。G四联体形成区(D)和结合区(A)包含彼此互补的序列。
在核酸分子(VI)中，G四联体形成区(D)是，例如，单链核酸分子。
例如，基于以下机制，根据存在或不存在靶标，控制核酸分子(VI)中的G四联体形成区(D)中的G四联体的形成开启或断开。然而，本发明不限于这种机制。在核酸分子(I)中，在不存在靶标的情况下，G四联体形成区(D)中G四联体的形成分子内G四联体形成区(D)和结合区(A)的退火抑制，导致抑制G四联体形成区(D)与卟啉的复合物的形成(断开)。在这种状态下的分子结构也被称为非活性形式。另一方面，在核酸分子(I)中，在靶标的存在下，由于靶标和结合区(A)之间的接触，结合区(A)的构象变为更稳定的构象。据此，所述区域内的G四联体形成区(D)和结合区(A)的退火被释放并且在G四联体形成区(D)的区域内形成G四联体，导致G四联体形成区(D)与卟啉的复合物的形成，从而产生荧光(开启)。在这种状态下的分子结构也被称为活性形式。因此，根据本发明的传感器，因为在不存在靶标的情况下不产生归因于复合物的形成的荧光并且仅在靶标的存在下产生归因于复合物的形成的荧光，可能进行靶标分析如定性分析或定量分析。
在核酸分子(VI)中，优选的是，来自5’侧的G四联体形成区(D)中的序列与来自3’侧的结合区(A)中的序列互补。G四联体形成区(D)中的互补序列和结合区(A)中的互补序列均可以被称为茎形成区(S)。前面的G四联体形成区(D)中的互补序列可以被称为与结合区(A)形成茎的茎形成区(SA)并且后面的结合区(A)中的互补序列可以被称为与G四联体形成区(D)形成茎的茎形成区(SD)。优选的是，G四联体形成区(D)的一部分是，例如，互补序列，即茎形成区(SA)，并且结合区(A)的一部分是，例如，互补序列，即茎形成区(SD)。对G四联体形成区(D)中互补序列的位置和结合区(A)中互补序列的位置没有特别地限定。
在核酸分子(VI)中，对G四联体形成分子(D)和结合核酸分子(A)之间的互补序列的长度没有特别地限定。互补序列中的每一个的长度是，例如，1至30聚体、1至10聚体、或1至7聚体。
在核酸分子(VI)中，例如，G四联体形成区(D)和结合区(A)可以直接或间接连接。例如，直接连接意指一个区域的3’末端和另一个区域的5’末端直接结合。例如，间接连接意指一个区域的3’末端和另一个区域的5’末端经由接头区结合。
在下文中，将区域连接的接头区也被称为介于中间的接头区。介于中间的接头区可以是，例如，核酸序列或非核酸序列，并且前者是优选的。介于中间的接头区的长度没有特别地限定，并且是，例如，0至20聚体、1至10聚体、或1至6聚体。
例如，核酸分子(VI)的一端可以与基底材料经由附加接头区连接。
对核酸分子(VI)的长度没有特别地限定。核酸分子(VI)的长度是，例如，40至120聚体、45至100聚体、或50至80聚体。
本发明的传感器可以是包含前述核酸分子的分子或由前述核酸组成的分子。
本发明的传感器是包含核苷酸残基的分子，并且可以是，例如，由核苷酸残基组成的分子或包含核苷酸残基的分子。核苷酸的实例包括核糖核苷酸、脱氧核糖核苷酸、及其衍生物。具体地，传感器可以是，例如，包含脱氧核糖核苷酸和/或其衍生物的DNA，包含核糖核苷酸和/或其衍生物的RNA，或包含前者和后者的嵌合体(DNA/RNA)。优选的是，传感器是DNA。
核苷酸可以包含，例如，天然碱基(非人造碱基)或非天然碱基(人造碱基)。天然碱基的实例包括A、C、G、T、和U及其修饰的碱基。修饰的实例包括甲基化、氟化、胺化、和硫化(thiation)。非天然碱基的实例包括2’-氟嘧啶和2’-O-甲基嘧啶，并且其具体实例包括2’-氟尿嘧啶、2’-氨基尿嘧啶、2’-O-甲基尿嘧啶、和2-硫尿嘧啶。核苷酸可以是，例如，修饰的核苷酸，并且修饰的核苷酸的实例包括2’-甲基化-尿嘧啶核苷酸残基、2’-甲基化-胞嘧啶核苷酸残基、2’-氟化-尿嘧啶核苷酸残基、2’-氟化-胞嘧啶核苷酸残基、2’-胺化-尿嘧啶-核苷酸残基、2’-胺化-胞嘧啶核苷酸残基、2’-硫化-尿嘧啶核苷酸残基、和2’-硫化-胞嘧啶核苷酸残基。例如，候选物分子可以包括非核苷酸如肽核酸(PNA)或锁核酸(LNA)。
对卟啉没有特别地限定，并且其实例包括未取代的卟啉及其衍生物。衍生物的实例包括取代的卟啉和通过形成卟啉与金属元素的复合物得到的金属卟啉。取代的卟啉的实例包括N-甲基中卟啉(NMM)、TMPyP(5,10,15,20-四(N-甲基吡啶-4-基)-21H,23H-卟啉,四(对甲苯磺酸盐))。金属卟啉可以是，例如，卟啉铁、卟啉锌等。金属卟啉的具体实例包括Zn-DIGP(四-(二异丙基-胍基)酞菁锌)和ZnPP9(锌(H)原卟啉D)。例如，卟啉优选为NMM。
例如，本发明的传感器可以处于其中核酸分子游离的状态或者处于其中核酸分子固定的状态。在后一种情况中，例如，核酸分子固定在基底材料上，其可以用作设备。基底材料的实例包括基板如板、片、膜、和拭子(swab)；容器如孔板和管；珠；粒子；和过滤器。例如，核酸分子的5’端或3’端可以是固定的。
对固定方法没有特别的限制，并且可以采用借助化学键的连接。具体地，固定方法可以是，例如，将链霉抗生物素蛋白或抗生物素蛋白与基底材料和核酸分子之一结合并将生物素与另一个结合并且利用前者和后者之间的结合的方法。
作为固定方法，例如，除了上述方法之外，可以采用已知的核酸固定方法。已知的核酸固定方法可以是，例如，利用光刻的方法。作为具体实例，所述方法可以参考美国专利号5,424,186的说明书。固定方法可以是，例如，在其中在基底材料上合成核酸分子的方法。这种方法可以是，例如，所谓的点滴法(spotmethod)。作为具体实例，所述方法可以参考美国专利号5,807,522或JPH10(1998)-503841A的说明书。
例如，核酸分子可以直接或间接固定在基底材料上。在前一种情况中，例如，优选的是，核酸分子的末端固定在基底材料上。在后一种情况中，例如，核酸分子可以经由用于固定的接头(liker)固定在基底材料上。接头可以是，例如，核酸序列或非核酸序列，并且可以是前述的附加接头区等。在核酸分子固定在基底材料上的情况下，核酸分子设置在其上的部位也被称为传感器中的检测部分。
例如，本发明的传感器可以包括多个检测部分。例如，在这种情况下，在传感器中，优选的是，基底材料的表面被分为矩阵(matrix)，并且每个部分区域(fractionregion)设置有上述检测部分中的每一个。在本发明的传感器中，对一个检测部分中布置的核酸传感器的数量没有特别地限定。
例如，本发明的传感器还可以包括含有试剂的试剂部分。例如，试剂包括卟啉。例如，试剂部分可以置于基底材料上。例如，基底材料的在其上设置试剂部分的位点可以与在其上设置核酸分子的部位相同或不同。例如，在后一种情况中，在其上设置试剂部分的位点可以是任何位置，只要试剂部分中的试剂通过添加样品与传感器接触即可。
本发明的传感器的用途没有特别地限定，并且可以用于如下的本发明的靶标分析方法。
2.靶标分析方法
如上所述，根据本发明的靶标分析方法的特征在于其包括下列步骤：使样品与根据本发明的用于靶标分析的荧光传感器接触；并且在卟啉的存在下检测所述传感器中由所述G四联体形成区(D)与卟啉的复合物产生的荧光，以检测所述样品中的靶标。
对样品没有特别地限定。样品可以是，例如，含有靶标的样品和在其中未知靶标存的样品之一。例如，样品优选为液体样品。在样本是，例如，液体的情况下，可以不经过加工即使用所述样本作为样品，或者可以使用通过将样本与溶剂混合得到的稀溶液作为样品。在样本是，例如，固体、粉末等的情况下，可以使用通过将样本与溶剂混合得到的混合物、通过使样本在溶剂中悬浮得到的悬浮液等作为样品。对溶剂没有特别地限定，并且其实例包括水和缓冲液。样本的实例包括从活体、土壤、海水、河水、废水、食物和饮料、净化水、和空气收集的那些。
样品的具体实例包括原料奶、加工奶、和奶粉。例如，在样品中的非蛋白质或非脂质是靶标的情况下，本发明的传感器允许在不进行从样品中移除蛋白质或脂质的预处理的情况下的分析靶标。
例如，当使用游离状态的核酸分子作为本发明的传感器时，优选的是，使得传感器和样品在容器中彼此接触。例如，当固定在基底材料上的核酸分子用作为本发明的传感器时，可以使得样品与传感器在基底材料上接触。
例如，检测步骤是在卟啉的存在下检测来自传感器的荧光的步骤。例如，可以视觉检测荧光或者可以检测荧光强度。
在荧光强度的检测中，激发波长是，例如，350至550nm、350至450nm、或399nm，并且发射波长是，例如，550至700nm、550至650nm、或605nm。
在本发明的分析方法中，例如，可以在接触步骤中使卟啉与传感器共存或者可以在随后的检测步骤中使其与传感器共存。在前一种情况中，例如，可以在使样品与传感器接触之前或在样品和传感器之间接触的同时将卟啉供给至传感器。在这种情况中，例如，可以将卟啉预先置于如上所述的传感器的试剂部分上。另一方面，在后一种情况中，可以在使样品与传感器接触之后将卟啉供给至传感器。
对当将其供给至传感器时的卟啉的形式没有特别地限定。例如，优选的是，以通过将卟啉与液体混合得到的试剂液体的形式将卟啉供给至传感器。例如，将要与卟啉混合的液体优选为缓冲液如Tris-HCl等。试剂液体中卟啉的浓度没有特别地限定并且是，例如，50至500mmol/L或100至300mmol/L。试剂液体的pH是，例如，6至9、或6.8至9。
接触步骤的时间没有特别地限定并且是，例如，1至30分钟。从接触步骤中传感器、样品、和卟啉之间的接触到检测步骤中荧光检测的处理时间是，例如，1至30分钟。接触步骤和检测步骤中的温度条件没有特别地限定并且是，例如，15℃至37℃。
本发明的分析方法还可以包括在接触步骤和检测步骤之间的洗涤步骤。例如，洗涤步骤是在使传感器与样品接触之后用洗涤液洗涤传感器的步骤。例如，洗涤步骤使得样品中含有的杂质被移除并且使得分析具有较好的准确性。对洗涤液没有特别地限定并且其实例包括水性溶剂如水、缓冲液等。例如，传感器优选为在其中核酸分子固定在基底材料上的传感器，因为这种结构允许洗涤步骤容易地进行。
如上所述在本发明中，在G四联体形成区(D)中形成G四联体，形成了G四联体形成区(D)与卟啉的复合物，并且检测了由复合物产生的荧光。因此，可以认为，在本发明中检测了传感器本身的光发射。因此，不同于在本领域中的传感器，例如，本发明不需要用于测量催化剂分子如DNA核酶等的催化活性的催化反应用底物。这种底物的实例包括显出颜色、荧光等的底物以及使其颜色、荧光等猝灭的底物。
3.分析试剂盒
如上所述，根据本发明的分析试剂盒的特征在于其包括：传感器；和试剂。传感器是根据本发明的用于靶标分析的荧光传感器，并且试剂包括卟啉。根据本发明的分析试剂盒的特征在于其包括传感器和卟啉，并且除此之外不存在对构造的限制。
除了传感器和卟啉之外，本发明的分析试剂盒还可以包括，例如，如缓冲液、基底材料等组分。
例如，在本发明的分析试剂盒中，例如，可以分开容纳传感器和试剂。例如，在本发明的分析试剂盒还包括如上所述的其他组分的情况下，可以与传感器分开容纳这些组分。例如，在传感器中，核酸分子可以固定在基底材料上或者核酸分子可以不是固定的。分析试剂盒还可以包括，例如，说明手册。
在下文中，将参照实施例详细描述本发明。然而，应指出的是，本发明不限于此。
实施例
实施例1
使用三聚氰胺适体作为结合核酸分子(A)和单链DNA核酶作为G四联体形成分子(D)制造用于三聚氰胺分析的荧光传感器。
制造与核酸分子(I)相对应的用于三聚氰胺分析的荧光传感器。以下示出荧光传感器的序列。在以下序列中，在5’侧的下划线部分是DNA核酶并且在3’侧的下划线部分是三聚氰胺适体。加框序列彼此互补。当在不存在三聚氰胺的情况下互补序列形成茎时，荧光传感器变为阻断形式。
[表3]
荧光传感器(SEQIDNO50)
5’-TGG CGG TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTGCGG-3’
实施例2
使用实施例1的用于三聚氰胺分析的荧光传感器进行牛奶中三聚氰胺的检测。
缓冲液A：50mmol/LTris-HCl(pH7.4)，
20mmol/LKCl，和
0.05％(w/v)TritonX-100
缓冲液B：50mmol/LTris-HCl(pH7.4)，
20mmol/LKCl，
0.05％(w/v)TritonX-100，和
50mmol/LEDTA
使荧光传感器在缓冲液B中悬浮以制备传感器试剂并且使NMM在缓冲液B中悬浮以制备NMM试剂。在可商购的牛奶(原料奶：100％，产品名称：MeijiOishiiGyunyu,MeijiHoldingsCo.,Ltd.)是100％样品的情况下，使用各自通过用实施例1的缓冲液A稀释可商购的牛奶得到的稀释溶液作为稀释样品。
首先，将传感器试剂加入至1.5mL的管中并且在95℃处理5分钟，接着在室温下温育15分钟。之后，将NMM试剂和25μL的样品加入至管中并且在室温下温育30分钟。在每个50μL的反应溶液中的中，传感器的终浓度是400nmol/L，NMM的终浓度是200nmol/L，并且牛奶的终浓度是0(不含牛奶)、10、20、30、40、或50％。将反应溶液分配至平板(产品名称：Greiner384FlatBottomBlackPolystyrol,Greiner)的孔中并且测量荧光强度。使用微孔板读数器(产品名称：TECANinfiniteM1000PRO,TECAN)利用在399nm的激发波长和在550至690nm的发射波长测量荧光强度。
结果在图8A和8B中示出。图8A和8B是示出在发射波长范围内的荧光强度的图表。图8A示出了各自含有传感器的反应溶液的结果。图8B示出了各自不含传感器的反应溶液的结果。在每个图表中，纵轴表示荧光强度，并且横轴表示发射波长。如在图8A和8B中所示，在605nm的发射波长下，图8A中所示的各自含有传感器的反应溶液显示出比图8B中所示的各自不含传感器的反应溶液高的峰。该结果显示，605nm的发射波长显示出最高的S/N比并且允许检测由传感器和牛奶中NMM的复合物产生的荧光。
实施例3
使用实施例1的用于三聚氰胺分析的荧光传感器进行牛奶中的三聚氰胺的检测。
在可商购的牛奶(原料奶：100％，产品名称：MeijiOishiiGyunyu,MeijiHoldingsCo.,Ltd.)是不含三聚氰胺的100％样品的情况下，使用各自通过用实施例1的缓冲液A稀释可商购的牛奶得到的稀释溶液作为不含三聚氰胺的稀释样品。此外，将三聚氰胺加入至不含三聚氰胺的100％样品中并且加入至各自不含三聚氰胺的稀释样品中以制备各自含有三聚氰胺的样品。除了使用各自不含三聚氰胺的样品和各自含有三聚氰胺的样品作为样品并且将激发波长设定为399nm并将发射波长设定为605nm作为测量条件之外，以与在实施例2中相同的方式测量各自含有传感器的反应溶液和各自不含传感器的反应溶液的荧光强度。在反应溶液中，牛奶的终浓度是0、10、20、30、40、或50％并且三聚氰胺的终浓度是0、1、2、3、或5mmol/L。
结果在图9A和9B中示出。图9A和9B是示出荧光强度的图表。图9A示出了各自含有传感器的反应溶液的结果。图9B示出了各自不含传感器的反应溶液的结果。在每个图表中，纵轴表示荧光强度。在每个图表中，横轴表示样品的类型。横轴示出了其中反应溶液中的牛奶的终浓度从左开始为0、10、20、30、40、和50％的样品组。在每个样品组中，五个条显示了从左开始具有0、1、2、3、和5mmol/L的三聚氰胺的终浓度的样品。如在图9B中所示，对于各自不含传感器的反应溶液来说，在其中牛奶浓度为标准化的每个样品组中荧光强度是常数，而无需考虑三聚氰胺浓度。相比之下，如在图9A中所示，对于各自含有传感器的反应溶液来说，荧光强度随着每个样品组中三聚氰胺浓度增加而增加。该结果显示，实施例的荧光传感器允许样品中三聚氰胺的浓度依赖性检测。
图9A中所示的每个样品组中的其中三聚氰胺浓度是0mmol/L的样品的荧光强度与图9B中所示的每个样品组中的不含传感器的反应溶液的荧光强度相当。这表明，在使用传感器时的背景低，并且例如可以通过从含有传感器的反应溶液的荧光强度中减去不含传感器的反应溶液的荧光强度来进行标准化。
因此，在图10中示出了通过从图9A中所示的含有传感器的每个反应溶液的荧光强度中减去图9B中所示的不含传感器的每个反应溶液的荧光强度得到的结果。
图10是示出荧光强度的图表，所述荧光强度是通过从含有传感器的每个反应溶液的荧光强度中减去不含传感器的每个反应溶液的荧光强度得到的值。横轴表示反应溶液中牛奶的终浓度并且每条曲线表示反应溶液中三聚氰胺的终浓度。如在图10中所示，在其每一个中的牛奶的终浓度是10％至50％的所有反应溶液中，由于三聚氰胺的存在，荧光强度显著增加。该结果显示，可以在无需考虑样品中牛奶的浓度的情况下检测三聚氰胺。
在市场上通常需要500ppm(4mmol/L)以上的三聚氰胺的检测。如在图11中所示，对于使用具有4mmol/L三聚氰胺浓度的100％牛奶作为样品的反应溶液(三聚氰胺的终浓度：2mmol/L，牛奶的终浓度50％)来说，得到了足够的荧光强度。这显示，充分地获得了市场上所需的准确性。
尽管以上已经参照说明性的实施方案描述了本发明，本发明绝不限于此。可以在本发明构造和细节方面做出对本领域技术人员来说可以变得显而易见的各种变化而不背离本发明的范围。
本申请基于并且要求来自2013年7月23日提交的日本专利申请号2013-152476的优先权的权益，其公开内容通过引用整体结合在本文中。
工业适用性
根据本发明的用于靶标分析的荧光传感器，可以通过利用荧光的产生以简单且有效的方式间接分析靶标。因此，例如，对于在各种领域如临床治疗领域、食品领域、和环境领域中的研究和试验来说，本发明是非常有用的。

Claims (17)

1.一种用于靶标分析的荧光传感器，所述荧光传感器包括选自由以下(I)、(II)、(III)、(IV)、和(V)组成的组的至少一种核酸分子，所述核酸分子各自包含形成G四联体的G四联体形成区(D)和与靶标结合的结合区(A)，其中
在不存在靶标的情况下，所述G四联体形成区(D)中G四联体的形成被抑制，并且
在靶标的存在下，所述靶标与所述结合区(A)接触，由于所述接触而在所述G四联体形成区(D)中形成所述G四联体，所述G四联体形成区(D)和卟啉形成复合物，并且所述复合物产生荧光：
(I)单链核酸分子，所述单链核酸分子按此顺序包含所述G四联体形成区(D)、阻断区(B)、和所述结合区(A)，其中
所述阻断区(B)与所述G四联体形成区(D)的部分区域(Dp)互补，并且
在阻断区(B)侧的所述结合区(A)的末端区域(Ab)与所述G四联体形成区(D)的所述部分区域(Dp)的相邻区域(Df)互补并且还与在所述阻断区(B)侧的对侧的所述结合区(A)的末端区域(Af)互补；
(II)单链核酸分子，所述单链核酸分子按此顺序包含所述G四联体形成区(D)、阻断区(B)、所述结合区(A)、和稳定区(S)，其中
所述阻断区(B)与所述G四联体形成区(D)的部分区域(Dp)互补，并且
在结合区(A)侧的所述阻断区(B)的末端区域(Ba)与所述稳定区(S)互补；
(III)单链核酸分子，所述单链核酸分子包含所述G四联体形成区(D)、茎形成区(SD)、所述结合区(A)、和茎形成区(SA)，其中
所述茎形成区(SD)包含与所述G四联体形成区(D)互补的序列，并且
所述茎形成区(SA)包含与所述结合区(A)互补的序列；
(IV)单链核酸分子，所述单链核酸分子包含所述G四联体形成区(D)和所述结合区(A)，其中
所述G四联体形成区(D)包含形成G四联体的第一区域(D1)和第二区域(D2)，并且
所述第一区域(D1)位于所述结合区(A)的一个端侧并且所述第二区域(D2)位于所述结合区(A)的另一个端侧；以及
(V)双链核酸分子，所述双链核酸分子包含第一链(ss1)和第二链(ss2)，其中
所述第一链(ss1)按此顺序包含所述G四联体形成区(D)和所述结合区(A)，并且
所述第二链(ss2)按此顺序包含茎形成区(SD)和茎形成区(SA)，所述茎形成区(SD)包含与所述G四联体形成区(D)互补的序列，并且所述茎形成区(SA)包含与所述结合区(A)互补的序列。
2.根据权利要求1所述的荧光传感器，其中
所述单链核酸分子(I)或(II)按此顺序包含所述G四联体形成区(D)、所述阻断区(B)、和来自5’侧的所述结合区(A)。
3.根据权利要求1所述的荧光传感器，其中
所述单链核酸分子(III)包含所述茎形成区(SD)和所述茎形成区(SA)作为所述茎形成区(S)，
所述G四联体形成区(D)和所述茎形成区(SD)包含彼此互补的序列，并且
所述结合区(A)和所述茎形成区(SA)包含彼此互补的序列。
4.根据权利要求3所述的荧光传感器，其中
在所述单链核酸分子(III)中，
所述G四联体形成区(D)、所述茎形成区(SD)、所述结合区(A)、和所述茎形成区(SA)按以下顺序(1)、(2)、(3)、或(4)连接：
(1)按所述结合区(A)、所述茎形成区(SD)、所述G四联体形成区(D)、和所述茎形成区(SA)的顺序；
(2)按所述茎形成区(SA)、所述G四联体形成区(D)、所述茎形成区(SD)、和所述结合区(A)的顺序；
(3)按所述G四联体形成区(D)、所述茎形成区(SA)、所述结合区(A)、和所述茎形成区(SD)的顺序；或
(4)按所述茎形成区(SD)、所述结合区(A)、所述茎形成区(SA)、和所述G四联体形成区(D)的顺序。
5.根据权利要求1所述的荧光传感器，其中
在所述单链核酸分子(IV)中，
所述第一区域(D1)和所述第二区域(D2)在所述结合区(A)的位置的对侧的末端处包含彼此互补的序列。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的荧光传感器，所述荧光传感器包括：
在所述G四联体形成区(D)和所述结合区(A)之间的接头序列。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的荧光传感器，所述荧光传感器还包含：
基底材料，其中
所述核酸分子置于所述基底材料上。
8.根据权利要求7所述的荧光传感器，其中
所述核酸分子经由接头区与所述基底材料连接。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的荧光传感器，其中
含有试剂的试剂部分进一步置于所述基底材料上，并且
所述试剂包括卟啉。
10.根据权利要求9所述的荧光传感器，其中
所述卟啉是选自由下列各项组成的组的至少一种：N-甲基中卟啉、Zn-DIGP、ZnPP9、和TMPyP。
11.一种用于靶标分析的试剂盒，所述试剂盒包括：
传感器；和
试剂，其中
所述传感器是根据权利要求1至10中任一项所述的用于靶标分析的荧光传感器，并且
所述试剂包括卟啉。
12.根据权利要求11所述的试剂盒，其中
所述传感器是在其中所述核酸分子置于基底材料上的传感器，并且
含有所述试剂的试剂部分进一步置于所述基底材料上。
13.根据权利要求11或12所述的试剂盒，其中
所述卟啉是选自由下列各项组成的组的至少一种：N-甲基中卟啉、Zn-DIGP、ZnPP9、和TMPyP。
14.一种用于靶标分析的方法，所述方法包括下列步骤：
使样品与根据权利要求1至10中任一项所述的用于靶标分析的荧光传感器接触；并且
检测所述传感器中在卟啉的存在下由所述G四联体形成区(D)与卟啉的复合物产生的荧光以检测所述样品中的靶标。
15.根据权利要求14所述的方法，其中
在所述检测步骤中的荧光的检测是荧光强度的测量。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中
所述样品是选自由下列各项组成的组的至少一种：原料奶、加工奶、和奶粉。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的方法，其中
所述靶标是三聚氰胺。
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