JP2002513592A - Electronic detection of nucleic acids using a monolayer - Google Patents

Electronic detection of nucleic acids using a monolayer

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JP2002513592A
JP2002513592A JP2000547270A JP2000547270A JP2002513592A JP 2002513592 A JP2002513592 A JP 2002513592A JP 2000547270 A JP2000547270 A JP 2000547270A JP 2000547270 A JP2000547270 A JP 2000547270A JP 2002513592 A JP2002513592 A JP 2002513592A
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etm
nucleic acid
labeled
target sequence
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シンシア・バムダッド
ユ・チャンジュン
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Clinical Micro Sensors Inc
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、自己集合単層を使用する核酸の電子的検出に関する。   (57) [Summary] The present invention relates to electronic detection of nucleic acids using a self-assembled monolayer.

Description

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

【0001】 本発明は、1998年5月6日付け米国特許出願番号60/084,509、
1998年5月6日付け60/084,425、および1998年8月17日付
け09/135,183の継続出願である。
[0001] The present invention relates to US patent application Ser. No. 60 / 084,509, filed May 6, 1998.
It is a continuation-in-part application of 60 / 084,425 dated May 6, 1998 and 09 / 135,183 dated August 17, 1998.

【0002】 発明の分野 本発明は、電子的に露出された端末を有する自己集合単層を使用して、電子的
に核酸を検出する方法およびその組成物に関する。
FIELD OF THE INVENTION [0002] The present invention relates to methods and compositions for electronically detecting nucleic acids using a self-assembled monolayer with electronically exposed terminals.

【0003】 発明の背景 特定核酸の検出は、診断医学および分子生物学研究にとって重要なツールであ
る。遺伝子プローブアッセイは、最近、細菌およびウイルスのような感染生物の
同定、通常遺伝子の発現探索および癌遺伝子のような変異遺伝子の同定、組織移
植の実施に適する組織の検査、法医学用の組織または血液サンプルの適合におい
て、そして異なる種の遺伝子間の相同性の探索に役割を担う。
BACKGROUND OF THE INVENTION [0003] The detection of specific nucleic acids is an important tool for diagnostic medicine and molecular biology research. Genetic probe assays have recently been used to identify infectious organisms such as bacteria and viruses, search for expression of genes and identify mutated genes such as oncogenes, examine tissues suitable for performing tissue transplantation, forensic tissues or blood. It plays a role in sample matching and in searching for homology between genes of different species.

【0004】 理想的には、遺伝子プローブアッセイは、感度が高く、特異的であり、容易に
自動化され得る(再調査として、Nickerson, Current Opinion in Biotechnology
4:48-51(1993))。必要とされる感度(すなわち、下方検出限界)が、下記に概略
するように分析前に特定核酸配列を研究者が指数関数的に増幅し得るポリメラー
ゼ連鎖反応(PCR)および他の増幅技術の発達により、非常に解決された。
[0004] Ideally, gene probe assays are sensitive, specific, and can be easily automated (as reviewed by Nickerson, Current Opinion in Biotechnology
4: 48-51 (1993)). The required sensitivity (i.e., lower detection limit) is dependent on the development of the polymerase chain reaction (PCR) and other amplification techniques that allow researchers to exponentially amplify a particular nucleic acid sequence prior to analysis, as outlined below. Was very solved.

【0005】 反対に、特異性については、現在利用できる多くの遺伝子プローブアッセイに
おいて問題が残ったままである。プローブと標的との間の分子相補性の度合いが
相互作用の特異性を決める。ハイブリダイゼーション媒質中のプローブ、標的お
よび塩の濃度、反応温度、およびプローブの長さを変えると、プローブ/標的相
互作用の特異性に変化または影響を与えることができる。
[0005] Conversely, specificity remains a problem in many currently available gene probe assays. The degree of molecular complementarity between the probe and the target determines the specificity of the interaction. Changing the concentration of the probe, target and salt in the hybridization medium, reaction temperature, and length of the probe can alter or affect the specificity of the probe / target interaction.

【0006】 ある程度限られた環境下では、完全な相補性を持つ標的とミスマッチを持つ標
的とを区別することが可能な場合もあるが、これは、古典的な技術を使用する場
合、反応条件の些細な変化がハイブリダイゼーションに変化を与えるため、一般
に非常に困難である。標準的なプローブを用いてミスマッチを検出するための新
らしい実験技術には、1つの点ミスマッチがライゲーションを妨げるDNAライ
ゲーションアッセイやミスマッチがプローブ切断部位を与えるプローブ消化アッ
セイがある。
[0006] In some limited circumstances, it may be possible to distinguish between targets with perfect complementarity and targets with mismatches, but this is not the case when using classical techniques. Are generally very difficult, since minor changes in the hybridization can alter the hybridization. New experimental techniques for detecting mismatches using standard probes include DNA ligation assays where one point mismatch prevents ligation and probe digestion assays where the mismatch provides a probe cleavage site.

【0007】 最終的に、遺伝子プローブアッセイの自動化は、現今の技術が欠いている領域
を残したままである。このようなアッセイは、一般に、標識化プローブの標的配
列へのハイブリダイゼーション、続く、ハイブリダイズしなかった遊離のプロー
ブの分離に頼るものである。この分離は、一般に、ゲル電気泳動または固相捕獲
と標的DNAの洗浄によって為され、一般に、手軽に自動化するのはかなり困難
である。
[0007] Ultimately, the automation of gene probe assays remains an area where current technologies lack. Such assays generally rely on the hybridization of a labeled probe to a target sequence, followed by the separation of unhybridized free probe. This separation is generally done by gel electrophoresis or solid phase capture and washing of the target DNA, and is generally quite difficult to automate easily.

【0008】 これらの分離工程には時間がかかるという性質から、2つの別個の開発手段が
導かれた。1つは、高速高処理量自動化電気泳動や他の分離技術の開発である。
もう1つは、非分離の均一系遺伝子プローブアッセイである。
The time-consuming nature of these separation steps has led to two separate development tools. One is the development of high speed, high throughput automated electrophoresis and other separation techniques.
Another is a non-separable homogeneous gene probe assay.

【0009】 核酸検出用のシグナル増幅技術に役立つ幾つかの手法が発達しつつある。“分
枝DNA”シグナル増幅は、あるプローブに付け得る標識の量を増加する機能を
有する核酸“アーム”の多様性を含む、分枝核酸の合成に依存する。この技術は
、通常、米国特許番号5,681,702、5,597,909、5,545,
730、5,594,117、5,591,584、5,571,670、5,
580,731、5,571,670、5,591,584、5,624,80
2、5,635,352、5,594,118、5,359,100、5,12
4,246および5,681,697に記載されており、それらはすべて引用に
よりこの文書に加える。
[0009] Several techniques are being developed that are useful for signal amplification techniques for nucleic acid detection. “Branched DNA” signal amplification relies on the synthesis of branched nucleic acids, including the diversity of nucleic acid “arms” that function to increase the amount of label that can be attached to a probe. This technique is generally described in U.S. Patent Nos. 5,681,702, 5,597,909, 5,545,
730, 5,594,117, 5,591,584, 5,571,670,5
580,731,5,571,670,5,591,584,5,624,80
2,5,635,352,5,594,118,5,359,100,5,12
Nos. 4,246 and 5,681,697, all of which are incorporated by reference into this document.

【0010】 同様に、核酸のデンドライマー(dendrimer)は、別の組成物であるが同様な概
念を用い、単一の分子に加え得る標識の量を非常に増大させる役割を担う。この
技術は、米国特許番号5,175,270およびNilsen et al., J. Theor. Bio
l. 187:273(1997)に記載されており、それらは両方とも引用によりこの文書に加
える。
Similarly, dendrimers of nucleic acids use another composition, but a similar concept, and serve to greatly increase the amount of label that can be added to a single molecule. This technique is disclosed in U.S. Patent No. 5,175,270 and Nilsen et al., J. Theor. Bio.
l. 187: 273 (1997), both of which are incorporated by reference into this document.

【0011】 PCT出願WO95/15971、PCT/US96/09769、PCT/
US97/09739,WO96/40712、およびWO98/20162は
、電極を含む、電子伝達部を含む核酸含有新規化合物について記載しており、そ
れにより核酸ハイブリダイゼーションの新規検出方法を行い得る。
[0011] PCT applications WO95 / 15971, PCT / US96 / 09969, PCT /
US 97/09739, WO 96/40712, and WO 98/20162 describe novel nucleic acid-containing compounds containing an electron transfer unit, including electrodes, which can provide a novel method for detecting nucleic acid hybridization.

【0012】 発明の要約 上に概説した目的に従い、本発明は伝導性オリゴマーを含む単層と捕獲プロー
ブからなる電極を含んでいる組成物を提供する。該組成物はさらに、捕獲プロー
ブにハイブリダイズし得る第一部分および捕獲プローブにハイブリダイズしない
第二部分を含む標的配列を含んでおり、かつ、少なくとも1つの共有結合により
付着した電子伝達部分を含んでいる。
SUMMARY OF THE INVENTION In accordance with the objects outlined above, the present invention provides a composition comprising an electrode consisting of a monolayer containing a conductive oligomer and a capture probe. The composition further includes a target sequence that includes a first portion capable of hybridizing to the capture probe and a second portion that does not hybridize to the capture probe, and includes at least one covalently attached electron transfer moiety. I have.

【0013】 付加的態様において、本発明は伝導性オリゴマーを含む単層と捕獲プローブを
含む電極を含む組成物を提供する。該組成物はさらに、アッセイ複合体成分にハ
イブリダイズし得る第一部分と、アッセイ複合体成分にハイブリダイズしないリ
クルートリンカーを含む第二部分を含む標識プローブを含んでおり、かつ、少な
くとも1つの共有結合により付着した電子伝達部分を含んでいる。
[0013] In an additional aspect, the invention provides a composition comprising a monolayer comprising a conductive oligomer and an electrode comprising a capture probe. The composition further comprises a labeled probe comprising a first portion capable of hybridizing to the assay complex component and a second portion comprising a recruitment linker that does not hybridize to the assay complex component, and at least one covalent bond. And an electron transfer portion attached thereto.

【0014】 さらなる態様において、本発明は、テストサンプル中の標的核酸配列を検出す
る方法であって、当該標的配列を伝導性オリゴマーの単層を含む電極に付着させ
ることを含む方法を提供する。標識プローブは標識配列に直接または間接に付着
し、アッセイ複合体を形成するが、その場合、標識プローブはアッセイ複合体の
成分にハイブリダイズし得る第一部分と、アッセイ複合体の成分にハイブリダイ
ズしないリクルートリンカーを含む第二部分を含んでおり、かつ、少なくとも1
つの共有結合により付着した電子伝達部分を含んでいる。本方法はさらに当該E
TMと当該電極間の電子伝達を検出することからなる。
[0014] In a further aspect, the invention provides a method of detecting a target nucleic acid sequence in a test sample, the method comprising attaching the target sequence to an electrode comprising a monolayer of a conductive oligomer. The labeled probe attaches directly or indirectly to the label sequence to form an assay complex, wherein the labeled probe does not hybridize to a first portion capable of hybridizing to a component of the assay complex and to a component of the assay complex. A second portion comprising a recruitment linker, and at least one
It contains an electron transfer moiety attached by two covalent bonds. The method further comprises the E
It consists of detecting electron transfer between the TM and the electrode.

【0015】 さらなる態様において、本方法は標的配列を電極に付着させ、少なくとも1つ
のETMを含む少なくとも1つの標識プローブの第一部分を該標的配列に直接ま
たは間接に付着させることを含む。本方法はさらに当該ETMと当該電極間の電
子伝達を検出することを含む。標的配列は、(1)捕獲プローブへのハイブリダ
イゼーションにより、(2)標的配列の第一部分を第一捕獲伸長プローブにハイ
ブリダイズし、次いで、電極上の捕獲プローブに第一捕獲伸長プローブの第二部
分をハイブリダイズすることにより、または(3)第一捕獲伸長プローブの第一
部分に標的配列の第一部分をハイブリダイズし、電極上の捕獲プローブ第一部分
に第一捕獲伸長プローブの第二部分をハイブリダイズし、第二捕獲伸長プローブ
の第一部分に標的配列の第二部分をハイブリダイズし、そして捕獲プローブの第
二部分に第二捕獲伸長プローブの第二部分をハイブリダイズすることにより、電
極に付着させる。
[0015] In a further aspect, the method comprises attaching a target sequence to the electrode and attaching, directly or indirectly, a first portion of at least one labeled probe comprising at least one ETM. The method further includes detecting electron transfer between the ETM and the electrode. The target sequence is (1) hybridized to the capture probe by (2) hybridizing the first portion of the target sequence to the first capture extension probe, and then to the capture probe on the electrode to the second of the first capture extension probe. (3) hybridizing the first portion of the target sequence to the first portion of the first capture extension probe and hybridizing the second portion of the first capture extension probe to the first portion of the capture probe on the electrode. Attach to the electrode by soybean, hybridizing the second portion of the target sequence to the first portion of the second capture extension probe, and hybridizing the second portion of the second capture extension probe to the second portion of the capture probe. Let it.

【0016】 標識プローブは様々な方法により標的配列に付着させるが、それらは例えば、
(1)標的配列の第一部分に当該標識プローブの当該第一部分をハイブリダイズ
すること、(2)標的配列の第一部分に増幅プローブの第一部分をハイブリダイ
ズし、そして少なくとも1つの標識プローブの第一部分に増幅プローブの少なく
とも1つの増幅配列をハイブリダイズすること、(3)標的配列の第一部分に第
一標識伸長プローブの第一部分をハイブリダイズし、増幅プローブの第一部分に
第一標識伸長プローブの第二部分をハイブリダイズし、そして少なくとも1つの
標識プローブの第一部分に増幅プローブの少なくとも1つの増幅配列をハイブリ
ダイズすること、(4)標的配列の第一部分に第一標識伸長プローブの第一部分
をハイブリダイズし、増幅プローブの第一部分に第一標識伸長プローブの第二部
分をハイブリダイズし、標的配列の第二部分に第二標識伸長プローブの第一部分
をハイブリダイズし、増幅プローブの第一部分に第二標識伸長プローブの第二部
分をハイブリダイズし、そして少なくとも1つの標識プローブの第一部分に増幅
プローブの少なくとも1つの増幅配列をハイブリダイズすることなどを含む。
[0016] Labeled probes can be attached to a target sequence by a variety of methods, including, for example,
(1) hybridizing the first portion of the labeled probe to the first portion of the target sequence; (2) hybridizing the first portion of the amplification probe to the first portion of the target sequence; and the first portion of at least one labeled probe. (3) hybridizing the first portion of the first labeled extension probe to the first portion of the target sequence, and hybridizing the first portion of the first labeled extension probe to the first portion of the amplification sequence. Hybridizing the two portions and hybridizing at least one amplification sequence of the amplification probe to a first portion of the at least one labeled probe; (4) hybridizing a first portion of the first labeled extension probe to a first portion of the target sequence. Soy and hybridize the second part of the first labeled extension probe to the first part of the amplification probe Hybridizing a first portion of a second labeled extension probe to a second portion of the target sequence, hybridizing a second portion of the second labeled extension probe to a first portion of the amplification probe, and a first portion of the at least one labeled probe. Hybridizing at least one amplification sequence of the amplification probe.

【0017】 本発明の組成物を含むキットおよび装置も提供される。[0017] Kits and devices comprising the compositions of the invention are also provided.

【0018】 発明の詳細な説明 核酸検出の分野は、特にアレイ方式での分野が、最も一般的な蛍光ベースの検
出システムと共に急速に広がりつつある。さらに、最近の新しい研究では電子伝
達に基づく検出を利用している。USP5,591,578参照。この電子伝達検
出は、電子伝達が二本鎖(ハイブリッド形成した)核酸のヘテロ環塩基の積層し
たπ軌道(“π−道”)を介して進行し、これによって一本鎖と二本鎖核酸間の
識別を可能とするという知見に基づいている。このように、核酸は共有結合によ
り付着したETMを含むように調製されるが、それが相補鎖にハイブリッド形成
すると、“π−道”を介する電子伝達がETM間に起こり、その結果、標的配列
の検出を可能とする。このシステムについてのさらなる改良がPCT/US97
/20014に記載されているが、このシスステムが伝導性オリゴマー、すなわ
ち、化学“電線”を用いる電極に核酸が付着するのを可能とし、その結果、ET
Mを含む二本鎖核酸の形成により、電子伝達がETMと電極間で進行するように
なり、かくして標的核酸の電子検出が可能となる。この以前の研究では、自己集
合単層(SAM)の使用が、電極を溶液成分から電子的に遮蔽し、電極への非特
異結合量を有意に減少させることを報告した。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The field of nucleic acid detection, especially in the array format, is expanding rapidly with the most common fluorescence-based detection systems. In addition, recent new research uses electron transfer-based detection. See USP 5,591,578. In this electron transfer detection, electron transfer proceeds via stacked π orbitals (“π-paths”) of heterocyclic bases of double-stranded (hybridized) nucleic acids, thereby providing single-stranded and double-stranded nucleic acids. It is based on the finding that it is possible to discriminate between them. Thus, a nucleic acid is prepared to contain an ETM attached covalently, but when it hybridizes to a complementary strand, electron transfer through the "π-way" occurs between the ETMs, resulting in a target sequence Can be detected. A further improvement on this system is PCT / US97
/ 22014, this system allows the attachment of nucleic acids to conductive oligomers, ie, electrodes using chemical "wires", so that ET
The formation of a double-stranded nucleic acid containing M allows electron transfer to proceed between the ETM and the electrode, thus enabling electron detection of the target nucleic acid. This previous work reported that the use of a self-assembled monolayer (SAM) electronically shielded the electrode from solution components and significantly reduced the amount of non-specific binding to the electrode.

【0019】 本発明は伝導性オリゴマーを用いてETMの存在または不存在が直接検出し得
るという発見に向けられたものである;すなわち、それはETMからの電子が、
シグナルを生成するために、積層したπ軌道中を移動する必要のないものである
。代りに、伝導性オリゴマーを含む、SAM表面上のETMの存在を直接検出し
得る。このように、標的配列のハイブリダイゼーションにより、ETM含有の標
識プローブがその表面にもたらされ、ETM検出が進み得るが、推定によれば、
これは伝導性オリゴマーを経て電極へ進む。本質的には、伝導性オリゴマーを含
むSAMの役割は、電極の電子表面を“励起する”ことであり、一方で溶液成分
から電極を遮蔽することの利益は変わりなく提供し、電極への非特異結合量を減
少させることである。異なる見解によれば、核酸の役割は該表面に対するETM
リクルートの特異性を提供することであるが、その場合、それらは電子的に露出
された端末をもつ伝導性オリゴマーにより検出し得る。
The present invention is directed to the discovery that the presence or absence of an ETM can be directly detected using conductive oligomers;
It is not necessary to move in the stacked π orbits to generate a signal. Alternatively, the presence of ETMs on the SAM surface, including conductive oligomers, can be detected directly. Thus, hybridization of the target sequence can result in a labeled probe containing ETMs on its surface and ETM detection can proceed, but by estimation,
This proceeds to the electrode via the conductive oligomer. In essence, the role of the SAM containing the conductive oligomer is to "excit" the electronic surface of the electrode, while still providing the benefit of shielding the electrode from solution components and providing non- The purpose is to reduce the amount of specific binding. According to different views, the role of nucleic acids is
To provide recruitment specificity, in which case they can be detected by conductive oligomers with electronically exposed terminals.

【0020】 したがって、本発明は核酸の検出に有用な方法と組成物を提供する。当業者が
認めるであろうように、本発明の組成物は図面に一般的に概説するように、多様
な配置を取り得る。以下にさらに詳しく概説するように、本発明の好適なシステ
ムは以下のように作用する。標的核酸配列は(ハイブリダイゼーションを介して
)伝導性オリゴマーを含む単層(単一分子層、monolayer)からなる電極に付着す
る。この付着は表面上の捕獲プローブに直接、または捕獲伸長プローブを用いて
間接的に起こる。次いで、標識プローブを加えてアッセイ複合体を形成させるが
、該複合体はアッセイ複合体成分にハイブリダイズし得る第一部分と、アッセイ
複合体成分にハイブリダイズしない第二部分とを有し、かつ、少なくとも1つの
共有結合により付着したETMを含んでいる。標識プローブの付着は直接的(す
なわち、標識配列の一部にハイブリダイゼーション)であっても、または間接的
(すなわち、標的プローブにハイブリダイズする増幅プローブにハイブリダイゼ
ーション)であってもよく、必要とする核酸のすべてがアッセイ複合体を形成す
る。標識プローブ第一部分のハイブリダイゼーションの結果として、ETM含有
標識プローブ(“リクルートリンカー”)の第二部分は電極上の伝導性オリゴマ
ー表面の空間的近接位置に搬送され、次いでETMの存在が電子的に検出され得
る。
Accordingly, the present invention provides methods and compositions useful for detecting nucleic acids. As those skilled in the art will appreciate, the compositions of the present invention can take a variety of configurations, as generally outlined in the drawings. As outlined in more detail below, the preferred system of the present invention operates as follows. The target nucleic acid sequence is attached (via hybridization) to an electrode consisting of a monolayer containing conductive oligomers. This attachment occurs directly to the capture probe on the surface or indirectly using a capture extension probe. The labeled probe is then added to form an assay complex, wherein the complex has a first portion capable of hybridizing to the assay complex component, a second portion that does not hybridize to the assay complex component, and It comprises at least one covalently attached ETM. The attachment of the labeled probe can be direct (ie, hybridize to a portion of the label sequence) or indirect (ie, hybridize to an amplification probe that hybridizes to the target probe), All of the nucleic acids that form the assay complex. As a result of hybridization of the first portion of the labeled probe, the second portion of the ETM-containing labeled probe ("recruitment linker") is transported to a spatially proximate location of the conductive oligomer surface on the electrode, and then the presence of the ETM is electronically determined. Can be detected.

【0021】 従って、好ましい実施態様として、組成物は単層を含む電極を含む。 本明細書での“電極”は、電子装置に接続したとき、電流または電荷を感知し
、それをシグナルに変換し得る構成物を意味する。あるいは、電極とは溶液中の
種に電位を与える得る、および/または種にまたは種から電子を受け渡しし得る
構成物と定義し得る。このように、電極とは本明細書に記載のETMである。好
適な電極は技術上既知であり、これらに限定されるものではないが、ある種の金
属およびその酸化物、例えば、金、白金、パラジウム、シリコン、アルミニウム
;金属酸化物電極、例えば、酸化白金、酸化チタン、酸化スズ、酸化スズインジ
ウム、酸化パラジウム、酸化けい素、酸化アルミニウム、酸化モリブデン(Mo 26)、酸化タングステン(WO3)および酸化ルテニウム;および炭素(ガラ
ス状電極、黒鉛およびカーボンペースト)などを包含する。好適な電極は金、け
い素、炭素および金属酸化物電極などであり、金が特に好ましい。
Thus, in a preferred embodiment, the composition comprises an electrode comprising a single layer. As used herein, an “electrode” senses a current or charge when connected to an electronic device.
, A construct capable of converting it to a signal. Alternatively, an electrode is
May impart a potential to the species and / or transfer electrons to or from the species
It can be defined as a constituent. Thus, an electrode is an ETM as described herein. Good
Suitable electrodes are known in the art and include, but are not limited to, certain types of gold.
Metal and its oxides, for example, gold, platinum, palladium, silicon, aluminum
A metal oxide electrode, for example, platinum oxide, titanium oxide, tin oxide, tin oxide indium
, Palladium oxide, silicon oxide, aluminum oxide, molybdenum oxide (Mo Two O6), Tungsten oxide (WOThree) And ruthenium oxide; and carbon
Electrode, graphite and carbon paste). Suitable electrodes are gold,
For example, silicon, carbon and metal oxide electrodes, with gold being particularly preferred.

【0022】 本明細書に記載の電極は平らな表面として図示しているが、これは電極の可能
な一形状であって、図式化を目的とするのみのものである。電極の形状は使用さ
れる検出法により変わる。例えば、平面状の電極は光検出法に好適であり、ある
いは合成および検出のために処理可能な位置を必要として連なった核酸を調製す
る場合に好適である。あるいは、伝導性オリゴマーと内部表面に結合した核酸を
含んでなるSAMの場合には、単一プローブ分析のために、電極をチューブの形
状とすることができる。これは少容量のサンプルに露出すべき核酸の表面積を最
大とするのを可能にする。
Although the electrodes described herein are shown as flat surfaces, this is one possible shape of the electrodes and is for illustration purposes only. The shape of the electrodes depends on the detection method used. For example, planar electrodes are suitable for photodetection, or for preparing linked nucleic acids that require a position that can be processed for synthesis and detection. Alternatively, in the case of a SAM comprising a conductive oligomer and a nucleic acid bound to an inner surface, the electrodes can be in the form of a tube for single probe analysis. This makes it possible to maximize the surface area of the nucleic acids to be exposed to small volumes of sample.

【0023】 検出電極は伝導性オリゴマーを含む単層を含む。本明細書での“単層”または
“自己集合単層”または“SAM”とは、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、そこでは分子が互いに略平行に、かつ、表面
に対し大まかに垂直に方向づけられている。分子それぞれは官能基を含み、それ
が表面に接着し、また、一部が単層中の隣接する分子と相互作用し、比較的秩序
だった配列を形成する。“まじりあった”単層は不均質の単層からなるが、すな
わち、そこでは少なくとも2つの異なる分子が単層を作り上げている。SAMは
伝導性オリゴマーのみであっても、あるいは伝導性オリゴマーと絶縁体の混合物
であってもよい。本明細書に概説するように、オリゴヌクレオチドのハイブリッ
ド形成効率は、分析対象物が電極から少し離れている場合に増大する。同様に、
核酸を包含する生体分子の電極への非特異的結合が、単層の存在する場合、一般
に減少する。このように、単層は電極表面から離れている核酸の維持を容易にす
る。さらに、単層は電極表面から離れている荷電種を保持するのに役立つ。この
ように、この層は電極とETM間または電極と溶媒内の荷電種間の電気的接触を
防止するのに役立つ。かかる接触はサンプル内に存在する可能性のある荷電種を
介して、直接の“短絡”または間接の短絡に至る。したがって、単層は、好まし
くは電極表面上の均一層にきっちりと詰込み、“ホール”が存在するのを最少に
する。このように、単層は電極への溶媒接近をブロックする物理的障壁として作
用する。
The detection electrode includes a monolayer containing a conductive oligomer. As used herein, "monolayer" or "self-assembled monolayer" or "SAM" refers to a relatively ordered collection of molecules that automatically chemisorb on a surface, where the molecules are mutually attached. It is oriented substantially parallel and roughly perpendicular to the surface. Each molecule contains a functional group, which adheres to the surface and some interacts with adjacent molecules in the monolayer to form a relatively ordered arrangement. A "mixed" monolayer consists of a heterogeneous monolayer, i.e., where at least two different molecules make up the monolayer. The SAM may be a conductive oligomer alone or a mixture of a conductive oligomer and an insulator. As outlined herein, the efficiency of oligonucleotide hybridization increases when the analyte is slightly away from the electrode. Similarly,
Non-specific binding of biomolecules, including nucleic acids, to electrodes is generally reduced when a monolayer is present. Thus, the monolayer facilitates the maintenance of nucleic acids away from the electrode surface. Further, the monolayer helps to retain charged species away from the electrode surface. Thus, this layer serves to prevent electrical contact between the electrode and the ETM or between the electrode and the charged species in the solvent. Such contact can lead to a direct "short circuit" or an indirect short circuit via charged species that may be present in the sample. Thus, the monolayer preferably packs tightly into a uniform layer on the electrode surface, minimizing the presence of "holes". Thus, the monolayer acts as a physical barrier that blocks solvent access to the electrodes.

【0024】 好適な態様において、単層は伝導性オリゴマーを含んでなる。本明細書におい
て“伝導性オリゴマー”は実質的に伝導性のオリゴマーを意味し、好ましくは線
状であり、そのある態様では文献上“分子線”という。本明細書において“実質
的に伝導性”とは該オリゴマーが100Hzで電子を移動し得ることを意味する
。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ETM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。
[0024] In a preferred embodiment, the monolayer comprises a conductive oligomer. As used herein, "conductive oligomer" means a substantially conductive oligomer, preferably linear, and in one embodiment is referred to in the literature as a "molecular beam." As used herein, "substantially conductive" means that the oligomer can transfer electrons at 100 Hz. 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, conductive oligomers can also be functionally defined by their ability to inject or accept electrons from the associated ETM. 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.

【0025】 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).

【0026】 伝導性オリゴマーの所望の性質は、高い伝導性、本発明組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)核酸合成の際(すなわち、
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
サイザーに加える際)、2)伝導性オリゴマーが電極に付着する際、または3)
ハイブリダイゼーションアッセイの際、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 good chemical resistance to the reaction. However, the reaction occurs only in 1) nucleic acid synthesis (ie,
When the nucleoside containing the conductive oligomer is added to the nucleic acid synthesizer in the synthesis of the composition of the present invention), 2) when the conductive oligomer is attached to the electrode, or 3).
During the hybridization assay. Further, conductive oligomers that promote the formation of a self-assembled monolayer are preferred.

【0027】 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。
[0027] The oligomer of the invention comprises at least two monomeric subunits, as described herein. As described in detail below, oligomers include homo- and hetero-oligomers, and also include polymers.

【0028】 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5】 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配位子に結合させるとき
、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 bound to electrodes, transition metal complexes, organic ETMs, and ETMs such as metallocenes, and to nucleic acids, or to some of these. Unless otherwise specified, the conductive oligomers shown here are:
The left side is connected to the electrode. That is, in the case of the structure 13, "Y" on the left side is connected to the electrode described in this specification. When attaching the conductive oligomer to the binding ligand, the "Y" on the right, if present, is attached to the nucleic acid, either directly or using a linker according to the invention.

【0029】 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、隣接する結合(本書中では“共役結合”と称す)と
共役し得る結合であり、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 conjugated to an adjacent bond (referred to as “conjugate bond” in this specification), and is preferably acetylene (BD is preferably selected from acetylene. Covalent bond), 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 a 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, as outlined below, sulfur derivatives are not preferred when a conductive oligomer is bound to a gold electrode.

【0030】 “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 (to make larger polycyclic ring structures). And carbocyclic ketone or thioketone derivatives thereof, wherein the carbon atom with its free valence 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.

【0031】 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 an oligomer of a single type of Y group or a plurality of types of Y groups.

【0032】 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.

【0033】 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 enhance 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 portion of the conductive oligomer 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 group depends on the average length of the molecules forming the monolayer, but on the first two or three oligomeric subunits. It means not binding to any.

【0034】 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.

【0035】 “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.

【0036】 “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 equivalents refers to the groups —NH 2 , —NHR and —NR 2 , where R is as defined herein.

【0037】 “ニトロ基”とは、−NO2基を意味する。“Nitro group” refers to the group —NO 2 .

【0038】 “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, and includes 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.

【0039】 “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.

【0040】 “エステル”とは、−COOR基を意味する。“Ester” refers to the group —COOR.

【0041】 “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.

【0042】 “アルデヒド”とは、−RCOH基を意味する。“Aldehyde” refers to a —RCOH group.

【0043】 “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.

【0044】 “アミド”とは、−RCONH−またはRCONR−基を意味する。“Amido” refers to the group —RCONH— or RCONR—.

【0045】 “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).

【0046】 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 alkoxy groups such as methyl, ethyl, propyl, —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.

【0047】 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.

【0048】 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.

【0049】 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 for R above.

【0050】 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.

【0051】 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、上記単層内ではある型のB−D結合が伝導性オリゴマー中に
存在でき、単層レベル上では別の型のB−D結合があるので、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
軟性を与えることができる。
As in the Y ring above, within any single conductive oligomer, a BD bond (or g =
D part 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 for the Y ring, one type of BD bond can exist in the conductive oligomer in the monolayer and another type of BD bond on the monolayer level, When nucleic acids are linked via conductive oligomers, greater flexibility can be imparted to nucleic acid hybridization.

【0052】 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、表面上で効率のよい核酸のハ
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
て起こるらしい、即ち、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
25Å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1
0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, it is likely that the hybridization occurs at a distance from the surface, ie, the hybridization rate is, in particular, 200 to 300
For longer base pair oligonucleotides, it will increase 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 more preferably about 25 ° to about 60 °. Thus, n varies depending on the size of the aromatic group, but is generally from about 1 to about 20, preferably from about 2 to about 15, and from about 3 to about 1
0 is particularly preferred.

【0053】 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 certain embodiments, for example, 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 a 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.

【0054】 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.

【0055】 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6】 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
E is 0, Y is pyrrole or substituted pyrrole; e is 0, Y is thiophene or substituted thiophene; e is 0, 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, there is structure 4 below). A preferred embodiment of Structure 2 is also that wherein e is 1 as shown in Structure 3 below:

【0056】 構造3Structure 3

【化7】 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.

【0057】 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 of the Structure 3 oligomers can be substituted with other structures herein, ie, Structure 1 or 8 oligomers, or other conductive oligomers, and the use of such Structure 3 is meant to limit the scope of the invention. do not have.

【0058】 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8】 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 are 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

【0059】 構造5Structure 5

【化9】 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—. 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 (D atom) can be the nitrogen of the amino-modified ribose), and the use of R groups to increase solubility.

【0060】 構造6Structure 6

【化10】 構造6の好ましい実施態様には、第1のnが2であり、第2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.

【0061】 構造7Structure 7

【化11】 構造7の好ましい実施態様には、第1のnが3であり、第2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.

【0062】 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12】 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 subunits, ie, oligomers 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, the 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.

【0063】 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 some embodiments, for example, in the absence of ETM, if m = 0, at least one G bond is an alkane bond.

【0064】 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13】 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.

【0065】 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.

【0066】 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.

【0067】 加えて、この単層は伝導性オリゴマーを含んでおり、少なくとも単層中の伝導
性オリゴマーのいくつかの末端は電子的にさらされている。本明細書中の“電子
的にさらされた”とは、末端に近接してETMを置くとき、および適切なシグナ
ル開始後に、ETMの存在に依存したシグナルが検出され得ることを意味する。
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により、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、それらは核酸がDNAまたはRNAである場合、ハイブリダイゼ
ーションを促進するために、核酸を表面の下に引くのに反発するか、妨げるよう
に、陰性荷電表面を形成するように、末端で陰性に荷電した基であり得る。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、−(OCH2CH2O)3H、お
よび−(OCH2CH2O)4Hが好ましい。
In addition, the monolayer contains a conductive oligomer, at least some of the ends of the conductive oligomer in the monolayer are electronically exposed. By "electronically exposed" herein is meant that when the ETM is placed close to the terminus and after proper signal initiation, a signal dependent on the presence of the ETM can be detected.
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 group may be altered for several reasons, for example to improve the electronic availability of the conductive oligomer for the detection of ETMs, or by other reasons, such as to prevent non-specific binding of the surface of the SAM. Can be used for For example, they are negative at the termini, when the nucleic acid is DNA or RNA, to form a negatively charged surface, to repel or prevent pulling the nucleic acid below the surface, to promote hybridization, to promote hybridization. May be a charged group. 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 CH 2 O) 3 H, and - (OCH 2 CH 2 O) 4 H being preferred.

【0068】 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.

【0069】 単層は異なる伝導性オリゴマー種を含み得るが、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、別のタイプの機能
によりETMを検出す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利用する。同様に、異なる伝導性オリゴマーを使
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
It will be appreciated that the monolayer may include different conductive oligomer species, but it is preferable to select different species so that reasonably identical SAMs can be formed.
Thus, for example, when a nucleic acid is covalently attached to an electrode using a conductive oligomer,
It is possible to bind nucleic acids using one type of conductive oligomer and detect ETMs by another type of function. 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, preferred embodiments utilize conductive oligomers that terminate below the surface of the remainder of the monolayer, ie, if used, under an insulating layer or under a particular fraction of other conductive oligomers. Similarly, different conductive oligomers can be used to facilitate the formation of a monolayer or to create a monolayer with different properties.

【0070】 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。
In a preferred embodiment, the monolayer may further include an insulating part. 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.

【0071】 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 a
l.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, preferably less than about 10 −8 Ω−1 cm −1. Generally, Gardner et a
l. See above.

【0072】 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 may 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.

【0073】 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-(CH2) n-,-(CRH) n- and-(CR2) n-, ethylene glycol or other heteroatoms instead of oxygen, ie nitrogen Or a derivative using sulfur (a sulfur derivative is not preferable when the electrode is gold), but is not limited thereto.

【0074】 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 can 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, rotational, 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 specifically on the surface of the monolayer.

【0075】 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、標的分
析物の結合(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、核酸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、核酸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 target analytes (eg, nucleic acid hybridization) appears to be more effective off 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 It is more accessible to solvents for hybridization. In some embodiments, the conductive oligomer to which the nucleic acid binds is shorter than a monolayer.

【0076】 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
、広範に変化し得る。一般に、3つの成分システムが好ましく、第1の種は、種
を含有する核酸(すなわち、以下で詳記するように、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得る捕獲プローブ)を含む。第2の種は伝
導性オリゴマーであり、第3の種は絶縁体である。この実施態様において、第1
の種は約90%から約1%を含み得、約20%から約40%が好ましく、さらに
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2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3
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。第1:第2:第3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. In general, a three component system is preferred, wherein the first species is a species-containing nucleic acid (ie, a capture probe that can bind to an electrode via either an insulator or a conductive oligomer, as described in more detail below). )including. The second species is a conductive oligomer and the third species is an insulator. In this embodiment, the first
May comprise from about 90% to about 1%, preferably from about 20% to about 40%, more preferably from about 30% to about 40% for short oligonucleotide targets, about 10%
To about 20% is preferred for long targets. The second species may include about 1% to about 90%,
About 20% to about 90% is preferred, and about 40% to about 60% is particularly preferred. Third
May comprise from about 1% to about 90%, preferably from about 20% to about 40%, with about 15%
% To about 30% is particularly preferred. Preferred ratios of the 1: 1: 2: 3 species are 2: 2: 1 for short targets and 1: 3: 1 for long targets, with total thiol concentrations ranging from 500 μM to 1 mM and 833 μM. preferable.

【0077】 好ましい実施態様として、第1種および第2種を含む2成分システムを使用す
る。この実施態様において、第1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2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。
In a preferred embodiment, a two-component system comprising the first and second species is used. In this embodiment, the first species may comprise about 1% to about 90%, and about 10%
To about 40%, with 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.

【0078】 伝導性オリゴマーと絶縁体の共有結合は、様々な方法で達成され、使用する電
極および絶縁体と伝導性オリゴマーの組成物に依存する。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。例えば、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、もう一方が電極に結合する。いくつかの実施態様に
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つ以上のヌクレオシドに結
合するのが望ましいが、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1
0において、“X”は伝導性オリゴマー、“I”は絶縁体であり、斜線の表面は
電極である:
The covalent bond between the conductive oligomer and the insulator can be achieved in various ways and depends on the electrode used and the composition of the insulator and the conductive oligomer. In a preferred embodiment, the binding linker covalently linked to the nucleoside or nucleic acid described herein comprises:
Covalently bonded to the electrode. For example, one end or end of a binding linker binds to a nucleoside or nucleic acid and the other binds to an electrode. In some embodiments, the linking linker binds at a position other than the terminus, or additionally, a branched linking linker binds to the electrode at one terminus and to two or more nucleosides at the other terminus. Although desirable, this is not preferred. Similarly, a binding linker may be attached to the electrode at two sites, as generally described in Structures 11-13. Generally, certain types of linkers are used, as shown below in Structure 10 as A. Structure 1
At 0, "X" is a conductive oligomer, "I" is an insulator, and the shaded surface is an electrode:

【0079】[0079]

【化14】 Embedded image

【0080】 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.

【0081】 本明細書には一つの部分としてしか記載していないが、絶縁体および伝導性オ
リゴマーは、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に記載のように、複数の硫黄
原子が、電極に伝導性オリゴマー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13にお
いて、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 described herein as only one part, the insulator and the conductive oligomer may be associated with the electrode at one or more “A” parts; the “A” parts may be the same or different. obtain. Thus, for example, when the electrode is a gold electrode and “A” is a sulfur atom or moiety, a plurality of sulfur atoms generally couple the conductive oligomer to the electrode, as described in Structures 11, 12 and 13 below. Can be used to As will be appreciated by those skilled in the art, such other structures can be manufactured. In structures 11, 12 and 13, the A portion is only a sulfur atom, but substituted sulfur moieties may be used.

【0082】[0082]

【化15】 Embedded image

【0083】[0083]

【化16】 Embedded image

【0084】[0084]

【化17】 Embedded image

【0085】 構造13と同様に、3つの硫黄部が電極に結合している一つの炭素原子で終了
する伝導性オリゴマー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、伝導性オリゴマーと絶縁体はまた“
Q”末端基を含み得る。
It should also be noted that, like Structure 13, it is possible to have a conductive oligomer where the three sulfur moieties terminate at one carbon atom attached to the electrode. Further, although not necessarily described herein, conductive oligomers and insulators may also be referred to as "
It may include a Q "end group.

【0086】 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に記載す
るが、本明細書に記載のすべての構造について、いずれの伝導性オリゴマーまた
は伝導性オリゴマーの組合せも使用し得る。同様にいずれの伝導性オリゴマーま
たは絶縁体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1
4はY芳香族基に結合した硫黄原子を示すが、当業者には明らかなように、B−
D基(つまり、アセチレン)にも同様に結合し得る。
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. Exemplary structures are described in Structure 14 using the conductive oligomer of Structure 3, but for all structures described herein, any conductive oligomer or combination of conductive oligomers may be used. Similarly, any conductive oligomer or insulator may include the end groups described herein. Structure 14 describes that the “A” linker contains only sulfur atoms, but other atoms may be present (ie, a linker from sulfur to a conductive oligomer or to a substituent). Further, Structure 1
4 represents a sulfur atom bonded to the Y aromatic group, and as apparent to those skilled in the art, B-
The D group (ie, acetylene) can be similarly attached.

【0087】[0087]

【化18】 Embedded image

【0088】 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 glassy 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.

【0089】[0089]

【化19】 Embedded image

【0090】[0090]

【化20】 Embedded image

【0091】 構造16において、酸素原子は酸化金属電極のオキサイド由来である。Si原
子は他の原子を含み得る、すなわち、置換基を含むシリコン部であり得る。SA
Mについて他の電極への他の結合は、当業者に既知である。参照、例えば、Napi
er et al., Langmuir, 1997。酸化インジウムスズ電極への結合に関して、およ
びまた酸化インジウムスズ電極へのリン酸塩の化学吸着に関して(H. Holden Tho
rpe, CHI conference, May 4-5, 1998による講演)。
In structure 16, the oxygen atoms are derived from the oxide of the metal oxide electrode. The Si atom can include other atoms, ie, can be a silicon moiety that includes a substituent. SA
Other couplings of M to other electrodes are known to those skilled in the art. Reference, for example, Napi
er et al., Langmuir, 1997. For binding to indium tin oxide electrodes and also for chemisorption of phosphates on indium tin oxide electrodes (H. Holden Tho
rpe, CHI conference, May 4-5, 1998).

【0092】 好ましい実施態様として、伝導性オリゴマーを含む単層を含む電極は、さらに
核酸および捕獲プローブを含む。本明細書で「核酸」または「オリゴヌクレオチ
ド」またはそれらと均等内容の語は、一緒に共有結合されている少なくとも2個
のヌクレオチドを意味する。本発明の核酸は一般にホスホジエステル結合を含む
が、場合によっては、下記で概説されている通り、交互のバックボーンを有し得
る核酸類似体が含まれ、例えばホスホルアミド(Beaucageら、Tetrahedoron 4
9(10):1925(1993)およびそれに記載された参考文献、Letsinge
r, J. Org. Chem. 35:3800(1970)、Sprinzlら、Eur. J. Biochem.
81:579(1977)、Letsingerら、Nucl. Acids Res. 14:3487
(1986)、Sawaiら、Chem. Lett. 805(1984)、Letsingerら、J.
Am. Chem. Soc. 110:4470(1988)、およびPauwelsら、Chemica Sc
ripta 26:141 91986))、ホスホロチオエート(Magら、Nucleic Ac
ids Res. 19:1437(1991)、および米国特許第5644048号)
、ホスホロジチオエート(Briuら、J. Am. Chem. Soc. 111:2321(19
89)、O−メチルホスホルアミダイト連鎖(Eckstein、Oligonucleotides and
Analogues: A Practical Approach、オクスフォード・ユニバーシティー・プレ
ス参照)、およびペプチド核酸バックボーンおよび連鎖(Egholm、J. Am. Chem.
Soc. 114:1895(1992)、Meierら、Chem. Int. Ed. Engl.、31
:1008(1992)、Nielsen、Nature、365:566(1993)、Car
issonら、Nature 380:207(1996)参照、これら全てを引用して説明
の一部とする)が含まれる。他の類似核酸には、正のバックボーン(Denpcyら、
Proc. Natl. Acad. Sci. USA、92:6097(1995))、非イオン性バッ
クボーン(米国特許第5386023,5637684,5602240,521
6141および4469863号、Kiedrowshiら、Angew. Chem. Intl. Ed. Eng
lish、30:423(1991)、Letsingerら、J. Am. Chem. Soc.、110:
4470(1988)、Letsingerら、Nucleoside & Nucleotide、13:159
7(1994)、2および3章、ASCシンポジウムシリーズ580、“Carboh
ydrate Modifications in Antisense Research”、Y.S. SanghuiおよびP. Dan C
ook編、Mesmaekerら、Bioorganic & Medicinal Chem. Lett.、4:395(19
94)、Jeffsら、J. Biomolecular NMR、34:17(1994)、Tetrahedro
n Lett.37:743(1996))および非リボースバックボーンを伴うもの
、例えば米国特許第5235033および5034506号、および6および7
章、ASCシンポジウムシリーズ580、“Carbohydrate Modifications in An
tisense Research”、Y.S. SanghuiおよびP. Dan Cook編記載のものがある。ま
た、1個またはそれ以上の炭素環状糖類を含む核酸も核酸の定義内に含まれる(
Jenkinsら、Chem. Soc. Rev.(1995)169−176頁参照)。幾つかの核
酸類似体は、Rawls、C & E News 1997年6月2日号、35頁に報告されてい
る。これらの参考文献は全て特に引用して説明の一部とする。リボース−リン酸
バックボーンにこれらの修飾を加えることにより、ETMの付加が簡易化され、
または生理学的環境における上記分子の安定性および半減期が増加され得る。
[0092] In a preferred embodiment, the electrode comprising a monolayer comprising a conductive oligomer further comprises a nucleic acid and a capture probe. As used herein, the term "nucleic acid" or "oligonucleotide" or equivalents means at least two nucleotides covalently linked together. The nucleic acids of the invention generally contain phosphodiester linkages, but optionally include nucleic acid analogs that may have alternating backbones, as outlined below, such as phosphoramides (Beaucage et al., Tetrahedoron 4).
9 (10): 1925 (1993) and references described therein, Letsinge.
r, J. Org. Chem. 35: 3800 (1970); Sprinzl et al., Eur. J. Biochem.
81: 579 (1977); Letsinger et al., Nucl. Acids Res. 14: 3487.
(1986); Sawai et al., Chem. Lett. 805 (1984); Letsinger et al.
Am. Chem. Soc. 110: 4470 (1988), and Pauwels et al., Chemica Sc.
ripta 26: 141 91986)), phosphorothioate (Mag et al., Nucleic Ac).
ids Res. 19: 1437 (1991), and U.S. Patent No. 5,644,048).
, Phosphorodithioates (Briu et al., J. Am. Chem. Soc. 111: 2321 (19
89), O-methyl phosphoramidite chain (Eckstein, Oligonucleotides and
Analogues: A Practical Approach, see 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), Nielsen, Nature, 365: 566 (1993), Car
Isson et al., Nature 380: 207 (1996), all of which are incorporated herein by reference). Other similar nucleic acids include a positive backbone (Denpcy et al.,
Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 92: 6097 (1995)), non-ionic backbone (US Pat. No. 5,386,023, 5637684, 5602240, 521).
6141 and 446963, Kiedrowshi et al., Angew. Chem. Intl. Ed. Eng.
lish, 30: 423 (1991); Letsinger et al., J. Am. Chem. Soc., 110:
4470 (1988); Letsinger et al., Nucleoside & Nucleotide, 13: 159.
7 (1994), Chapters 2 and 3, ASC Symposium Series 580, "Carboh
ydrate Modifications in Antisense Research ”, YS Sanghui and P. Dan C
ook, Mesmaeker et al., Bioorganic & Medicinal Chem. Lett., 4: 395 (19
94), Jeffs et al., J. Biomolecular NMR, 34:17 (1994), Tetrahedro.
n Lett. 37: 743 (1996)) and with a non-ribose backbone, for example, US Pat.
Chapter, ASC Symposium Series 580, “Carbohydrate Modifications in An
tisense Research ", edited by YS Sanghui and P. Dan Cook. Nucleic acids containing one or more carbocyclic saccharides are also included in the definition of nucleic acid (
Jenkins et al., Chem. Soc. Rev. (1995) pp. 169-176). Some nucleic acid analogs are reported in Rawls, C & E News, June 2, 1997, page 35. All of these references are specifically incorporated by reference. Adding these modifications to the ribose-phosphate backbone simplifies the addition of ETMs,
Alternatively, the stability and half-life of the molecule in a physiological environment may be increased.

【0093】 当業界の技術者が認めるように、これらの核酸類似体は全て本発明で使用され
得る。さらに、天然に存する核酸および類似体の混合物が製造され得る。例えば
、伝達性オリゴマーまたはETM結合部位では、類似構造が使用され得る。別法
として、異なる核酸類似体の混合物、および天然核酸および類似体の混合物も製
造され得る。
As will be appreciated by 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 produced. For example, analogous structures may be used at the transmitting oligomer or ETM binding site. Alternatively, a mixture of different nucleic acid analogs, and a mixture of naturally occurring nucleic acids and analogs can be produced.

【0094】 特に好ましいのは、ペプチド核酸類似体を含むペプチド核酸(PNA)である
。天然に存する核酸の高荷電ホスホジエステルバックボーンとは対照的に、これ
らのバックボーンは中性条件下では実質的に非イオン性である。これによって、
2つの利点が得られる。まず、PNAバックボーンは、改善されたハイブリダイ
ゼーション速度論を呈する。PNAは、誤対合対完全適合塩基対において融解温
度(Tm)のより大きな変化を有する。DNAおよびRNAは、内部誤対合の場
合典型的にはTmの2−4℃降下を呈する。非イオン性PNAバックボーンの場
合、降下は7−9℃に近い。これによって、誤対合が検出され易くなる。同様に
、それらの非イオン的性質故に、これらのバックボーンに結合された塩基のハイ
ブリダイゼーションは、塩濃度に対して比較的非感受性である。還元塩ハイブリ
ダイゼーション溶液は、生理学的塩溶液よりも(150ミリモルの範囲で)低い
ファラデー電流を有するため、これは本発明のシステムでは特に有利である。
[0094] Particularly preferred are peptide nucleic acids (PNA), including peptide nucleic acid analogs. In contrast to the highly charged phosphodiester backbones of naturally occurring nucleic acids, these backbones are substantially non-ionic under neutral conditions. by this,
Two advantages are obtained. First, the PNA backbone exhibits improved hybridization kinetics. PNA has a greater change in melting temperature (Tm) at mismatched versus perfectly matched base pairs. DNA and RNA typically exhibit a 2-4 ° C drop in Tm in case of internal mismatch. For a non-ionic PNA backbone, the drop is close to 7-9 ° C. This makes it easier to detect a mismatch. Similarly, due to their non-ionic nature, hybridization of bases attached to these backbones is relatively insensitive to salt concentration. This is particularly advantageous in the system of the present invention because the reduced salt hybridization solution has a lower Faraday current (in the 150 mM range) than the physiological salt solution.

【0095】 核酸は、明記されている通り1本または2本鎖であるか、または2本鎖または
1本鎖の両配列の一部を含み得る。核酸は、DNA、ゲノム性およびcDNAの
両方、RNAまたはハイブリッドであり得、その場合核酸はデオキシリボ−およ
びリボ−ヌクレオチドの任意の組み合わせ、並びにウラシル、アデニン、チミン
、シトシン、グアニン、イノシン、キサンチン、ヒポキサンチン、イソシトシン
、イソグアニンなどを含む塩基の任意の組み合わせを含む。好ましい態様は、米
国特許第5681702号で総括的に記載されている通り、非特異的ハイブリダ
イゼーションを低減化するために、標的配列ではなく、他のプローブと相補的に
なるように設計された核酸においてイソシトシンおよびイソグアニンを用いる。
ここで使用されている、「ヌクレオシド」の語は、ヌクレオチド並びにヌクレオ
シドおよびヌクレオチド類似体、および修飾ヌクレオシド、例えばアミノ修飾ヌ
クレオシドを包含する。さらに、「ヌクレオシド」は、非天然的類似構造を包含
する。すなわち、例えば各々塩基を含む、ペプチド核酸の個々の単位は、ここで
はヌクレオシドと称される。
The nucleic acids may be single or double stranded, as specified, or may include portions of both double stranded or single stranded sequence. The nucleic acid can be DNA, both genomic and cDNA, RNA or hybrid, where the nucleic acid is any combination of deoxyribo- and ribo-nucleotides, and uracil, adenine, thymine, cytosine, guanine, inosine, xanthine, hypo Includes any combination of bases including xanthine, isocytosine, isoguanine, and the like. A preferred embodiment is a nucleic acid designed to be complementary to other probes rather than the target sequence to reduce non-specific hybridization, as described generally in US Pat. No. 5,681,702. Use isocytosine and isoguanine.
As used herein, the term "nucleoside" includes nucleotides and nucleosides and nucleotide analogs, as well as modified nucleosides, such as amino-modified nucleosides. Further, "nucleoside" includes non-naturally occurring analogous structures. That is, individual units of a peptide nucleic acid, for example, each containing a base, are referred to herein as a nucleoside.

【0096】 捕獲プローブ核酸は共有結合により電極に付着している。この付着は伝導性オ
リゴマーを介してまたは絶縁体を介していてもよい。本明細書にて“捕獲プロー
ブ”または“アンカープローブ”とは、本明細書に定義したアッセイ複合体の成
分を意味し、標的配列が検出目的で電極に付着するのを可能とするものである。
以下により詳しく概説するように、捕獲プローブに対する標的配列の付着は直接
的(すなわち、標識配列が捕獲プローブにハイブリダイズする)であっても、ま
たは間接的(すなわち、1つ以上の捕獲伸長プローブが使用される)であっても
よい。本明細書にて“共有結合により付着”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、シグマ結合、パイ結合および配位結合
を包含する。さらに、以下により詳しく概説するように、捕獲プローブは核酸部
分および非核酸部分両方を有していてもよい。このように、例えば、ポリエチレ
ングリコールリンカーを含むアルキル基などの柔軟性のあるリンカーは、電極表
面から捕獲プローブの核酸部分を離して置くのに使用してもよい。これは、標的
配列が大きい場合、例えば、ゲノムDNAまたはrRNAが標的である場合にと
りわけ有用である。柔軟性のあるエチレングリコールリンカーからなる捕獲プロ
ーブの使用例が実施例13に示されている。
[0096] The capture probe nucleic acid is covalently attached to the electrode. This attachment may be through a conductive oligomer or through an insulator. As used herein, "capture probe" or "anchor probe" refers to a component of an assay complex as defined herein, which allows a target sequence to be attached to an electrode for detection purposes. .
As outlined in more detail below, the attachment of the target sequence to the capture probe can be direct (ie, the label sequence hybridizes to the capture probe) or indirect (ie, one or more capture extension probes are Used). As used herein, “covalently attached” means that the two moieties are attached by at least one bond, and includes sigma bonds, pi bonds, and coordination bonds. Further, as outlined in more detail below, the capture probe may have both a nucleic acid portion and a non-nucleic acid portion. Thus, for example, a flexible linker, such as an alkyl group including a polyethylene glycol linker, may be used to keep the nucleic acid portion of the capture probe away from the electrode surface. This is particularly useful when the target sequence is large, for example, when genomic DNA or rRNA is the target. An example of the use of a capture probe consisting of a flexible ethylene glycol linker is shown in Example 13.

【0097】 捕獲プローブ核酸は、“付着リンカー”(伝導性オリゴマーまたは絶縁体)を介
して電極と共有結合している。従って、結合リンカーの一方の端は核酸に結合し
、もう一方の端(当業者には明らかであるが、いずれかに的確な末端である必要
はない)は電極に結合する。従って、本明細書に記載のいずれの構造もさらに、
末端基として核酸を有効に含み得る。従って、本発明は、一般的に下記の構造2
9に記載されるように電極に共有結合する核酸を含む組成物を提供する。
[0097] The capture probe nucleic acid is covalently linked to the electrode via an "attachment linker" (conductive oligomer or insulator). Thus, one end of the binding linker binds to the nucleic acid and the other end (which will be apparent to those skilled in the art, but need not be the exact terminus at either) binds to the electrode. Thus, any of the structures described herein further include:
It may effectively include a nucleic acid as a terminal group. Therefore, the present invention generally relates to the following structure 2
A composition comprising a nucleic acid covalently linked to an electrode as described in item 9.

【0098】[0098]

【化21】 Embedded image

【0099】 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。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は核酸に伝導性オリゴマーまたは絶縁体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. F1 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". F2 is a bond that covalently attaches the conductive oligomer or insulator to the nucleic acid, and may be a bond, an atom, or a bond as described herein. F2 can be part of a conductive oligomer, part of an insulator, part of a nucleic acid, or for example, "Z" herein.
Can be exogenous to both as defined for

【0100】 好ましい実施態様において、捕獲プローブ核酸は、伝導性オリゴマーを介して
電極に共有結合する。核酸と伝導性オリゴマーの共有結合は、いくつかの方法で
達成し得る。好ましい実施態様において、結合は、ヌクレオシドの塩基への結合
を介して、核酸の主鎖backboneへの結合(リボース、ホスフェートまたは核酸類
似体主鎖の類似基のいずれかへ)を介して、または下記に示すように遷移金属配
位子を介する。下記に概説される技術は、一般に天然に存在する核酸について記
載しているが、当業者には明らかなように、同様の技術が核酸類似体を用いて使
用される。
[0100] In a preferred embodiment, the capture probe nucleic acid is covalently linked to the electrode via a conductive oligomer. Covalent attachment of the nucleic acid to the conductive oligomer can be achieved in several ways. In a preferred embodiment, the linkage is via linkage to the base of the nucleoside, via linkage to the backbone of the nucleic acid (either to ribose, phosphate or a similar group of the nucleic acid analog backbone), or Via a transition metal ligand as shown in FIG. Although the techniques outlined below generally describe naturally occurring nucleic acids, similar techniques will be used with nucleic acid analogs, as will be apparent to those skilled in the art.

【0101】 好ましい実施態様において、伝導性オリゴマーを核酸のヌクレオシドの塩基に
結合させる。これは、下記のように、オリゴマーによっていくつかの方法で行わ
れる。一実施態様において、オリゴマーを末端ヌクレオシド、つまり核酸の3’
または5’ヌクレオシドのいずれかに結合させる。あるいは、伝導性オリゴマー
を内部ヌクレオシドに結合させる。
In a preferred embodiment, the conductive oligomer is attached to the nucleoside base of the nucleic acid. This is done in several ways by the oligomer, as described below. In one embodiment, the oligomer is a terminal nucleoside, ie, 3 'of the nucleic acid.
Or linked to either the 5 'nucleoside. Alternatively, a conductive oligomer is attached to an internal nucleoside.

【0102】 塩基への結合点は、塩基によって変わる。通常、どの位置にも結合可能である
。いくつかの実施態様において、例えば、ETMを含有するプローブをハイブリ
ダイゼーションに使用するとき、相補性塩基との水素結合に関与しない位置に結
合させるのが好ましい。そのため、例えば、一般に、ウリジン、シトシンおよび
チミンなどのピリミジンの5または6位に結合させる。アデニンやグアニンなど
のプリンの場合、好ましくは8位で連結させる。非標準塩基には、それに相当な
位置で結合させるのが好ましい。
The point of attachment to a base varies with the base. Usually, it can be connected to any position. In some embodiments, for example, when a probe containing an ETM is used for hybridization, it is preferred to bind to a position that does not participate in hydrogen bonding with a complementary base. Thus, for example, it is generally attached at the 5- or 6-position of pyrimidines such as uridine, cytosine and thymine. In the case of purines such as adenine and guanine, they are preferably linked at the 8-position. It is preferable to bind to a non-standard base at a substantial position.

【0103】 一実施態様では、直接結合であり、即ち、伝導性オリゴマーと塩基との間にな
んの原子も挟まない。この実施態様では、例えば、末端アセチレン結合を有する
伝導性オリゴマーを塩基に直接結合させる。構造18はこの結合の例であり、構
造3の伝導性オリゴマーと塩基としてウリジンを用いているが、当業者ならば明
らかなように、他の塩基および伝導性オリゴマーも使用できる:
In one embodiment, the bond is direct, ie, no atoms are sandwiched between the conductive oligomer and the base. In this embodiment, for example, a conductive oligomer having a terminal acetylene linkage is directly attached to the base. Structure 18 is an example of this linkage, using uridine as the base and the conductive oligomer of structure 3, but other bases and conductive oligomers can be used, as will be apparent to those skilled in the art:

【0104】[0104]

【化22】 Embedded image

【0105】 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.

【0106】 加えて、塩基は、例えばPCT/US97/20014の図18Aに記載の様
に、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。これは、ヨウ素化処理塩基へカップリ
ングするだけでなく伝導性オリゴマーの有意な2量体化を防ぐのに必要とされ得
る。さらに、パラジウム反応の成分の変更もまた好ましい。R基は、溶解性を上
げる為に長い伝導性オリゴマー上にあるのが好ましい。
In addition, the base may optionally contain further modifications, as described, for example, in FIG. 18A of PCT / US97 / 20014, ie to alter or protect the carbonyl or amine group. You can also. This may be required to prevent significant dimerization of the conductive oligomer as well as coupling to the iodinated base. Furthermore, changing the components of the palladium reaction is also preferred. The R groups are preferably on long conductive oligomers to increase solubility.

【0107】 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 as the base and an oligomer of Structure 3:

【0108】[0108]

【化23】 Embedded image

【0109】 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。
[0109] 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, for example, as is well known, are homo- or heterobifunctional linkers (1994 Pierce Chemical Company catalog,
technical section on cross-linker, pages 155-200, incorporated herein by reference). 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.

【0110】 好ましい実施態様では、核酸と伝導性オリゴマーの結合は、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 conductive oligomer is via 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.

【0111】 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.

【0112】 好ましい実施態様では、伝導性オリゴマーをリボース−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): 7
14 (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.
Chem. 513-519 (1993); McGee et al., Nucleosides & Nucleotides 14 (6): 1
329 (1995)、全て出典明示により本明細書の一部とする)。次いで、伝導性オリ
ゴマ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, the conductive oligomer is attached to the ribose of the ribose-phosphate backbone. This can be implemented in several ways. As is known in the art, nucleosides modified at either the 2 'or 3' position of ribose with an amino, sulfur, silicon, phosphorus, or oxo group can be made (Imazawa et al.
., J. Org. Chem., 44: 2039 (1979); Hobbs et al., J. Org. Chem. 42 (4): 7
14 (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.
Chem. 513-519 (1993); McGee et al., Nucleosides & Nucleotides 14 (6): 1
329 (1995), all of which are incorporated herein by reference). These modified nucleosides are then used to add conductive oligomers.

【0113】 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、伝導性オリゴマ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 conductive oligomer. 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.

【0114】 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)。
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).

【0115】[0115]

【化24】 Embedded image

【0116】 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.

【0117】 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:

【0118】[0118]

【化25】 Embedded image

【0119】 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(PCT/US97/20014)。
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 (PCT / US97 / 20014).

【0120】[0120]

【化26】 Embedded image

【0121】 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.

【0122】 別の実施態様では、伝導性オリゴマーを、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。
[0122] In another embodiment, the conductive oligomer is a ribose-phosphate backbone of the nucleic acid.
(Or an analog) to the nucleic acid via a phosphate. In this embodiment, the linkage is direct or utilizes a linker or amide linkage. Structure 23 shows a direct bond and structure 24 shows a bond via an amide bond (
Both utilize conductive oligomers of structure 3, but conductive oligomers of structure 8 are also possible). Structures 23 and 24 show the conductive oligomer at the 3 'position, but the 5' position is also possible. Further, while structures 23 and 24 both show natural phosphodiester linkages, non-standard analogs of phosphodiester linkages can be used, as will be apparent to those skilled in the art.

【0123】[0123]

【化27】 Embedded image

【0124】 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.

【0125】 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 illustrates a preferred embodiment wherein the terminal BD bond is an amide bond, there is no terminal Y, and Z is a linker as defined above.

【0126】[0126]

【化28】 Embedded image

【0127】 好ましい実施態様では、伝導性オリゴマーは、遷移金属配位子を介して核酸に
共有結合する。本実施態様では、伝導性オリゴマーを遷移金属に1以上の配位原
子を提供する配位子に共有結合させる。一実施態様では、下記構造25に総括的
に示したように、伝導性オリゴマーが結合する配位子には、核酸も結合している
。あるいは、下記構造26に総括的に示したように、伝導性オリゴマーは1つの
配位子に結合しており、核酸は別の配位子に結合している。よって、遷移金属の
存在下で伝導性オリゴマ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、2つの代表的な構造を示す:
In a preferred embodiment, the conductive oligomer is covalently linked to the nucleic acid via a transition metal ligand. In this embodiment, the conductive oligomer is covalently linked to a ligand that provides one or more coordination atoms to the transition metal. In one embodiment, a nucleic acid is also attached to the ligand to which the conductive oligomer is attached, as shown generally in Structure 25 below. Alternatively, the conductive oligomer is attached to one ligand and the nucleic acid is attached to another ligand, as shown generally in Structure 26 below. Thus, the conductive oligomer is covalently bound to the nucleic acid in the presence of the transition metal. 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:

【0128】[0128]

【化29】 Embedded image

【0129】[0129]

【化30】 Embedded image

【0130】 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。
[0130] In the structures described herein, M is a metal atom, preferably a transition metal. 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), iridium (Ir), and the like, 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.

【0131】 Lは補助配位子であり、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、補助配位子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配位子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つの配位子によって与えられる場合)から4(全ての補助配
位子が一座配位の場合)の範囲であろう。従って、一般に、金属イオンの配位数
および他の配位子の選択に依存してrは0ないし8であるであろう。
L is an ancillary ligand that 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 polydentate auxiliary ligand may be used at any position. So, for example,
If the metal has a coordination number of 6, L from the end of the conductive oligomer, L provided from the nucleic acid, and r are added up to 6. Therefore, when the metal has six coordination numbers, r is 0.
(When all coordinating atoms are provided by the other two ligands) to 4 (when all ancillary 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.

【0132】 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
マーに付着した配位子および核酸に付着した配位子は、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配位子は
2量体である)または2(2つの一座配位補助配位子が使用される)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; That is, r is preferably 0, 1 (ie, the remaining auxiliary ligand is a dimer) or 2 (two monodentate auxiliary ligands are used).

【0133】 技術的に認識されるように、補助配位子は同一であっても異なってもよい。適
切な配位子は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配位子、およびメタロセン配位子などの有機金属配位子(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。適切な窒素供与配位子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(cyc
lam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、Compre
hensive Coordination Chemistry, Ed. Wilkinson et al., Pergammon Press, 1
987, 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 recognized in the art, the auxiliary ligands can be the same or different. Suitable ligands fall into two categories: nitrogen, oxygen, sulfur, carbon or phosphorus as coordinating atoms (generally referred to in the literature as sigma (σ) donors). Ligands using atoms; and organometallic ligands such as metallocene ligands (generally referred to as pi (π) donors in the literature and are denoted by L m in this specification). Suitable nitrogen donating ligands are well known in the art, the following is not intended to be limited to these include those: 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; 1,4,5,8,9,12
-Hexaazatriphenylene (abbreviated as hat); 9,10-phenanthrenequinone diimine (abbreviated as phi); 1,4,5,8-tetraazaphenanthrene (
tap); 1,4,8,11-tetra-azacyclotetradecane (cyc
lam)), EDTA, EGTA and isocyanides. 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, Compre
hensive Coordination Chemistry, Ed. Wilkinson et al., Pergammon Press, 1
987, 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.

【0134】 炭素、酸素、イオウおよびリンを用いる適切なシグマ供与配位子は技術上既知
である。例えば、適切なシグマ炭素供与体はCotton and Wilkenson, Advanced O
rganic 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
な酸素配位子は、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3
8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 O
rganic Chemistry, 5th Edition, John Wiley & Sons, 1988, which is incorporated herein by reference; see, eg, page 38. Similarly, suitable oxygen ligands include crown ethers, water, and others known in the art. Phosphine and substituted phosphines are also suitable; Cotton and Wilkenson's 3
See page 8.

【0135】 酸素、イオウ、リンおよび窒素−供与配位子は、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.

【0136】 好適な態様においては、有機金属配位子を用いる。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−結合有機配位子との種々の遷移金属配位複合体に加えて、π−結合有機
配位子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 Inorg
anic Chemistry, 5th Ed., Cotton & Wilkinson, John Wiley & Sons, 1988, Ch
apter 26; Organometallics, A Concise Introduction, Elschenbroich et 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, Chapters 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
機金属配位子は、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. So
c., 104: 1882-1893 (1982); およびGassman et al., J. Am. Chem. Soc., 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 Organomet
allic Chemistry 23: 1-93; およびGeiger et al., Advances in Organometalli
c 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配位子は、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−結合配位子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、かかる配位子はすべて他のπ−結合およびδ
−結合配位子と連携して、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。架橋有機配位子およびさらなる非架橋配位子を有し、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. In addition to pure organic compounds used as redox moieties, and various transition metal coordination complexes with δ-bonded organic ligands having donor atoms as heterocyclic or exocyclic substituents, π-bonded organic ligands A variety of transition metal organometallic compounds are available (Advanced Inorg
anic Chemistry, 5th Ed., Cotton & Wilkinson, John Wiley & Sons, 1988, Ch
apter 26; Organometallics, A Concise Introduction, Elschenbroich et al.,
2nd Ed., 1992, VCH; and Comprehensive Organometallic Chemistry II, A
Review of the Literature 1982-1994, Abel et al. Ed., Vol. 7, Chapters 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) ions and the like, a group of bis (cyclopentadienyl) metal compounds (
Ie, metallocenes); see, for example, Robins et al., J. Am. Chem. So
c., 104: 1882-1893 (1982); and Gassman et al., J. Am. Chem. Soc., 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), incorporated by reference). And electrochemical (Geiger et al., Advances in Organomet
allic Chemistry 23: 1-93; and Geiger et al., Advances in Organometalli
c Chemistry 24:87, incorporated herein by reference) Examples of prototypes used in electron transfer or "redox" reactions. Various first,
Metallocene derivatives of the second and third row transition metals are strong 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, where the bis (benzene) chromium is It is an example of a prototype. Other acyclic π-bonded ligands such as the allyl (-1) ion or butadiene potentially produce suitable organometallic compounds, all such ligands containing other π-bonds and δ
Cooperate with the binding ligands to form a general class of organometallic compounds having metal-carbon bonds. Electrochemical studies of various dimers and oligomers of such compounds, with bridged organic ligands and additional non-bridged ligands, as well as with and without metal-metal bonds, are promising in nucleic acid analysis. It is a candidate redox part.

【0137】 1種以上の補助配位子が有機金属配位子である場合、該配位子は一般に有機金
属配位子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配位子
に対し他の原子を介してであってもよい。好適な有機金属配位子は、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配位子を包含する(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
のメタロセン配位子の誘導体、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つのメタロセン配位子の1つ
のみが誘導化される。
When the one or more ancillary ligands is an organometallic ligand, the ligand will generally be attached via one of the carbon atoms of the organometallic ligand, provided that the attachment is heterocyclic It may be via another atom to the ligand. Suitable organometallic ligands include substituted derivatives and metallocene ligands, including metallocene ophane (see Cotton and
See Wilkenson, p. 1174). For example, a metallocene ligand derivative such as methylcyclopentadienyl, preferably pentamethylcyclopentadienyl having a plurality of methyl groups, may 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.

【0138】 本明細書に記載のように、配位子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)全配位子が窒素供与配位子である;b)全配位子が有機金属配
位子である;そしてc)伝導性オリゴマーの末端の配位子がメタロセン配位子で
あり、核酸により提供される配位子は窒素投与配位子であることを含み、必要に
より、他の配位子と一緒であり、それは窒素供与配位子またはメタロセン配位子
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
配位子として使用して)、28(フェロッセンを金属−配位子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配位子として使
用して)に記載する。 構造27
[0138] 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) terminal ligands of the conductive oligomer are metallocene coordination ligands. And the ligand provided by the nucleic acid is a nitrogen-administering ligand, including a nitrogen-administering ligand, if necessary, together with another ligand, which may be a nitrogen-donating ligand or a metallocene ligand or a ligand thereof. It is a mixture. These combinations are described in Representative Examples Using Conducting Oligomers of Structure 3 and include 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31】 構造28Embedded image Structure 28

【化32】 構造29Embedded image Structure 29

【化33】 Embedded image

【0139】 好ましい態様において、本発明で使用する配位子は、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.

【0140】 下記により詳細に示すような、好ましい態様において、核酸に結合した配位子
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。本配位子は、金属イオンに結合する多座配位子を形成するように、
多くのアミノ基を含み得る。他の好ましい配位子は、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 of the ribose-phosphate backbone. This ligand forms a polydentate ligand that binds to the metal ion,
It may contain many amino groups. Other preferred ligands include cyclopentadiene and phenanthroline.

【0141】 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伝導性オリゴマーに結びつ
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された二本鎖の核酸の量と比較し
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 metal ions are used to link nucleic acids to conductive oligomers, a redox potential different from the redox potential of the ETM used in the rest of the system will be applied to this metal, as described below. It is usually desirable that the ionic 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.

【0142】 好ましい実施態様において、捕獲プローブ核酸を絶縁体を介して電極に共有結
合させる。アルキル基などの絶縁体への核酸の結合はよく知られており、これら
の部分を含有する主鎖のリボースまたはホスフェートを含む塩基または主鎖、ま
たは核酸類似体の別の主鎖に結合する。
[0142] In a preferred embodiment, the capture probe nucleic acid is covalently attached to the electrode via an insulator. The binding of nucleic acids to insulators, such as alkyl groups, is well known and binds to the base or backbone containing ribose or phosphate of the backbone containing these moieties, or to another backbone of a nucleic acid analog.

【0143】 好適な態様においては、図面に一般的に描出したように、表面には1つ以上の
異なる捕獲プローブ種が存在してもよい。ある態様においては、以下により詳し
く説明するように、そこに1タイプの捕獲プローブが存在してもよいし、1タイ
プの捕獲プローブエクステンダーが存在してもよい。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つの捕獲プローブを使用し
てもよい。同様に、比較的短いプローブ配列を含む補助捕獲プローブを用いるこ
とが望ましく、それを用いてシステムの成分、例えば、リクルートリンカーを“
取押さえ”、表面でのETM濃度を上げることができる。
In preferred embodiments, one or more different capture probe species may be present on the surface, as generally depicted in the figures. In some embodiments, as described in more detail below, there may be one type of capture probe or one type of capture probe extender. Alternatively, different capture probes, or one capture probe with a variety of different capture extension probes, may be used. Similarly, it may be desirable to use an auxiliary capture probe that includes a relatively short probe sequence, which may be used to connect a component of the system, eg, a recruitment linker to “
"Erase", the ETM concentration on the surface can be increased.

【0144】 このように、本発明は、伝導性オリゴマーと捕獲プローブを含む単層を含む、
核酸検出システムに有用な電極を提供する。好適な態様において、該組成物はさ
らに標識プローブを含む。標識プローブは核酸であり、一般には一本鎖であるが
、以下により詳しく概説するように、二本鎖部分を含んでいてもよい。標識プロ
ーブは下記定義のアッセイ複合体成分にハイブリダイズし得る第一部分と、アッ
セイ複合体成分にハイブリダイズしない第二部分を含み、かつ、かつ、少なくと
も1つの共有結合により付着したETMを含む。
Thus, the present invention comprises a monolayer comprising a conductive oligomer and a capture probe,
An electrode useful for a nucleic acid detection system is provided. In a preferred embodiment, the composition further comprises a labeled probe. Labeled probes are nucleic acids, generally single-stranded, but may include double-stranded portions, as outlined in more detail below. The labeled probe comprises a first portion capable of hybridizing to an assay complex component as defined below and a second portion that does not hybridize to the assay complex component, and includes at least one covalently attached ETM.

【0145】 このように、共有結合により付着したETMを有する標識プローブが提供され
る。本明細書において“電子供与体部分”、“電子受容体部分”、および“ET
M”(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 labeled probe having an ETM attached by a covalent bond is provided. As used herein, "electron donor moiety", "electron acceptor moiety", and "ET
The term M "(ETM) or grammatical equivalent refers to a molecule capable of electron transfer under certain conditions. It is to be understood that the acceptability of electron donors and acceptors is relative. That is, a molecule that loses electrons under certain experimental conditions can accept electrons under different experimental conditions, the number of possible electron donor and electron acceptor moieties is very large, and It should also be understood that those skilled in the art of electron transfer compounds will be able to utilize many compounds in the present invention.
Suitable ETMs include, but are not limited to, transition metal complexes, organic ETMs, and electrodes.

【0146】 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、技術上周知の適切
な遷移金属複合体となる。
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 known in the art.

【0147】 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; phenosafranine, 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 these.

【0148】 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。
[0148] In one embodiment, the electron donor and acceptor are redox proteins known in the art. However, in many embodiments, redox proteins are not preferred.

【0149】 特異ETMの選択は、下に一般的に概説するように、使用した電子移動検出の
タイプに影響される。好適なETMはメタロセンであり、フェロセンが特に好ま
しい。
The choice of a specific ETM is influenced by the type of electron transfer detection used, as outlined generally below. A preferred ETM is metallocene, with ferrocene being particularly preferred.

【0150】 好適な態様においては、複数のETMが使用される。実施例に記載の通り、多
数のETMを使用することはシグナルの増幅を提供し、その結果、より感度のよ
い検出限度を可能とする。下記のとおり、相補鎖にハイブリッド形成する核酸上
の多数ETMの使用は、付着の数、部位、および複数ETM間の空間に依存して
ハイブリッド形成複合体のTm減少を引起す一方、ETMがリクルートリンカー
上にある場合、これは相補配列にハイブリッド形成しないので、ファクターでは
ない。したがって、複数のETMが好ましく、補充リンカー当たり少なくとも約
2ETMが好ましく、少なくとも約10個が特に好ましく、少なくとも約20な
いし50個がとりわけ好ましい。ある場合には、非常に多数のETM(100な
いし1000個)を使用することができる。
In a preferred embodiment, multiple ETMs are used. As described in the Examples, the use of multiple ETMs provides amplification of the signal, thereby allowing for more sensitive detection limits. As described below, the use of multiple ETM on nucleic acids that hybridize to complementary strands, the number of attachment, whereas to cause the T m decreased hybridization complexes depending site, and the space between the plurality ETM, ETM is When on the recruiting linker, this is not a factor, as it does not hybridize to the complementary sequence. Thus, multiple ETMs are preferred, with at least about 2 ETMs per supplemental linker being preferred, at least about 10 being particularly preferred, and at least about 20 to 50 being particularly preferred. In some cases, a very large number of ETMs (100-1000) can be used.

【0151】 当業者が認識するように、ETMを含むラベルプローブ(またはある態様にお
いては標的)の部分(本明細書においては“リクルートリンカー”または“シグ
ナル担体”と呼称する)は核酸であるか、またはそれはETMにラベルプローブ
の第一ハイブリッド形成可能な部分を結合する非核酸リンカーであってもよい。
すなわち、ラベルプローブのこの部分はハイブリッド形成を必要としないので、
容易に合成がなし得るとしても、それが核酸である必要はない。ある態様におい
て、以下により詳細に説明するように、リクルートリンカーは二本鎖部分を含ん
でなることができる。かくして、当業者が認識するように、使用し得る構成は様
々である。好適な態様において、リクルートリンカーは核酸(類似体を含む)で
あり、ETMの付着は以下を介して可能である:(1)塩基;(2)リボース、
リン酸エステル、または核酸類似体に匹敵する構造を含むバックボーン;(3)
下記のヌクレオシド置換体;または(4)下記のメタロセンポリマー。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、ETM置換基を含むメタロセ
ンポリマーまたはアルキル型ポリマー(下により詳細に説明するように、ヘテロ
アルキルを含む)のいずれかである。これらの選択肢は図中に一般的に図示する
As the skilled artisan will appreciate, is the portion of the label probe (or in some embodiments the target) comprising the ETM (referred to herein as a "recruitment linker" or "signal carrier") a nucleic acid? Alternatively, it may be a non-nucleic acid linker that connects the first hybridizable portion of the label probe to the ETM.
That is, since this part of the label probe does not require hybridization,
It is not necessary that it be a nucleic acid, even if it can be easily synthesized. In certain embodiments, as described in more detail below, the recruitment linker can comprise a double-stranded moiety. Thus, as the skilled artisan will appreciate, there are a variety of configurations that can be used. In a preferred embodiment, the recruitment linker is a nucleic acid (including analogs) and attachment of the ETM is possible via: (1) base; (2) ribose,
A backbone containing a structure comparable to a phosphate ester or a nucleic acid analog; (3)
The following nucleoside substitution products; or (4) the following metallocene polymers. In a preferred embodiment, the recruitment linker is non-nucleic acid and is either a metallocene polymer or an alkyl-type polymer containing ETM substituents (including heteroalkyl, as described in more detail below). These options are generally illustrated in the figures.

【0152】 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、などであり、後者が
好ましいが、これらに限定されるものではない。
[0152] In a preferred embodiment, the recruiting linker is a nucleic acid, comprising a covalently attached ETM. ETMs may be attached to nucleosides in nucleic acids at various locations. 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, the latter being preferred, but not limited thereto.

【0153】 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。これは一般的に図16Hに図示される;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 recruitment 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 generally illustrated in FIG. 16H; this is similar to the use of an amplifier probe, except where both the first and second label probes comprise an ETM.

【0154】 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.

【0155】 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。
[0155] Covalent attachment to a base depends on the moiety on the ETM chosen, but is generally similar to the attachment of 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.

【0156】 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.

【0157】 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 a metal ion and other necessary ligands; although structure 30 illustrates uridine, other bases can be used throughout this specification. is there.

【0158】[0158]

【化34】 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 L a is a ligand, including nitrogen, oxygen, organometallic ligands such as 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.

【0159】 同様に、伝導性オリゴマーとしては、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, for conductive oligomers, the linkage is made using a linker, which 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 shown generally in Structure 31 below. Again, uridine is used here as a base, but other bases can be used as described above.

【化35】 Embedded image

【0160】 この態様において、Lは上記定義のリガンドであり、Lと同様、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 like L, M is as defined above. Preferably, L is amino, phen, byp and terpy
It is.

【0161】 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36】 Embedded image

【0162】 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.

【0163】 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 known to those skilled in the art. In this aspect,
A linker 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.

【0164】 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。
In a preferred embodiment, the metallocene acts as an ETM and is attached via an amide bond as illustrated in Structure 33 below. The examples outline the synthesis of suitable compounds where the metallocene is ferrocene.

【化37】 Embedded image

【0165】 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38】 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.

【0166】 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39】 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.

【0167】 他のヘテロ原子を利用する結合も可能である。[0167] Bonds utilizing other heteroatoms are also possible.

【0168】 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40】 Embedded image

【0169】 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 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.

【0170】 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。図面に一般的に示すように、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
(内部ETMを同様に使用することもできるが)。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、ETMに加えることができる。この分枝点は
内部または末端の何れのものでもよく、化学的分枝点またはヌクレオシド分枝点
の何れでもよい。
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. As shown generally in the figures, alkyl-based linkers can be used to create multiple branched structures comprising one or more ETMs at the end of each branch.
(Although the internal ETM could be used as well). 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 and can be added to the ETM as generally performed below for nucleoside substitution and metallocene polymer reactions. The branch point may be internal or terminal, and may be a chemical branch point or a nucleoside branch point.

【0171】 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 substituent” 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 may 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. In general, air-stable metallocenes are preferred, including metallocenes utilizing ruthenium and cobalt as metals.

【0172】[0172]

【化41】 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 will be described in more detail below, such that minimal perturbation of the double-stranded nucleic acid is effected. Thus, methylene, ethylene,
Ethylene glycol, propylene and butylene are all preferred, and ethylene and ethylene glycol are 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.

【0173】[0173]

【化42】 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.

【0174】 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 Addition can be possible. In particular, preferred in this aspect 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.

【0175】 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 the backbone of a nucleic acid; 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 attached to the backbone, ie, via ribose, phosphate esters, and the like. That is, each of two nucleic acids made from a traditional nucleic acid or analog, where the nucleic acid comprises a single nucleoside, can be covalently attached to each other via a metallocene. In a different aspect, a metallocene derivative or substituted metallocene is provided, wherein each of the two aromatic rings of the metallocene has a nucleic acid substituent.

【0176】 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。
Furthermore, 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.

【0177】 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, because these nucleoside substitutions are generally a portion of a substantially complementary nucleic acid, e.g., a probe sequence to be hybridized to a target sequence or another probe sequence, a substituent is 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.
Furthermore, these substituents can be attached via a linker as well,
Generally not preferred.

【0178】 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
The redox properties of M may be changed. Thus, for example, in some 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 for the discrimination of two different ETMs.

【0179】 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。
Intermediate components are 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43】 Embedded image

【0180】 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, generally a group suitable for nucleic acid synthesis, with DMT, MMT, TMT, and the like all being suitable. 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.

【0181】 構造40はフェロセン誘導体を図示する:Structure 40 illustrates a ferrocene derivative:

【化44】 Embedded image

【0182】 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。
[0182] These phosphoramidite analogs can be added to standard oligonucleotide synthesis known in the art.

【0183】 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、図面と実施例内に表示される。
Structure 41 illustrates a ferrocene peptide nucleic acid (PNA) monomer, which can be added to the synthesis of PNA known in the art, and is shown in the figures and examples.

【化45】 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.

【0184】 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。
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.

【0185】 好適な態様において、ETM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US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ETM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、特にフェロセンについて本明細書に描写した“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、図12に一般的に描出したように、“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, the ETM is a polymer, for example, a metallocene polymer, as described in this specification and US Pat. No. 5,124,246. In a "branched" configuration, the modified functionalized nucleotide is attached using. 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 ester (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, yielding free hydroxy. An ETM, such as a metallocene ETM, is added based on the addition of a phosphoramidite ETM, such as a metallocene, as described above in structures 39 and 40. Additional phosphoramidite ETMs such as metallocenes can be added to form "ETM polymers", including the "metallocene polymers" depicted herein for ferrocene, in particular. In addition, in some embodiments, the solubility of the polymer is increased by adding a “capping” group to a terminal ETM in the polymer, eg, a final phosphate group to the metallocene, as generally depicted in FIG. Desirably. Other suitable solubility-enhancing "capping" groups will be recognized by those skilled in the art. Note that these solubility-enhancing groups can be added to the polymer at the ligand ring, eg, at other positions of the metallocenes discussed herein.

【0186】 この一般的な着想の好適な態様を図面に概説する。この態様において、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。
A preferred embodiment of this general idea is outlined in the drawings. In this embodiment, the 2 'position of the ribose of the phosphoramidite nucleotide is first functionalized to include a hydroxy group protected in this case via an oxo bond, but with regard to the number of linkers, Any number may be used as generally described in the textbook. The protected modified nucleotide is then incorporated into the growing nucleic acid by standard phosphoramidite chemistry. The protecting group is removed and the phosphoramidite metallocene, such as ferrocene, is added using the free hydroxy group and again using standard phosphoramidite chemistry. 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.

【0187】 このように、本発明は図12および13に一般的に図示したように、メタロセ
ンポリマーの“分枝”を含んでなる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 a recruitment linker for nucleic acids comprising a “branch” of a metallocene polymer, as generally illustrated in FIGS. 12 and 13. In a preferred embodiment, the length of the metallocene is from 1 to about 50, preferably from about 5 to about 20
And particularly preferably about 5 to about 10 metallocene polymers are utilized.

【0188】 さらに、リクルートリンカーが核酸である場合、ETMの組合わせがなされる
。 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。
Further, when the recruitment linker is a nucleic acid, a combination of ETMs is made. In a preferred embodiment, the recruitment linker is not a nucleic acid, but may instead 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 In general, the polymer or linker should be reasonably soluble and should contain appropriate functionalities for ETM addition.

【0189】 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。
[0189] 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 the ETM. 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.

【0190】 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に組込まれている)。
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, for example, well-known homo- or hetero-bifunctional linkers. (See Pierce Chemical Company's 1994 catalog, section on techniques for crosslinkers, pages 155 to 200, which is hereby incorporated by reference).

【0191】 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。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. Other suitable polyamino acids are 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.

【0192】 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。 リクルートリンカーのラベルプローブ第一部分への付着は、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、一般にそれは、要求されるETM含有ヌクレオシドの取込みとともに、
ラベルプローブ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してもよい。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。
In a preferred embodiment, the recruitment linker comprises a metallocene polymer as described above. The attachment of the recruiting linker to the first part of the label probe depends on the composition of the recruiting linker, as will be appreciated by those skilled in the art. When the recruiting linker is a nucleic acid, it generally has the required incorporation of the ETM-containing nucleoside,
It is formed during the synthesis of the first part of the label probe. 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 that form sections of double-stranded nucleic acid that can be chemically cross-linked, for example, by using psoralens known in the art. When using a non-nucleic acid recruiting linker, the linker / polymer attachment of the recruiting linker is generally performed using standard chemistry 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.

【0193】 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 attached with an alkyl linker) or in a branched form (including ETMs and further branched). (A nucleic acid having an alkyl "branch").

【0194】 好適な態様において、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, it is the target sequence itself that carries the ETM, rather than the recruitment linker of the labeled probe. For example, as described in more detail below, nucleotide triphosphates containing each ETM of the 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, e.g., "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.

【0195】 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、図16A、16Bおよび16Dに一般的に描出したよ
うに、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 the 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, as generally depicted in FIGS. 16A, 16B and 16D.

【0196】 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、伝導性オリゴマ
ーの単層と捕獲プローブを含んでなる電極を利用する組成物、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, nucleotides comprising an ETM can be enzymatically added to the end of a nucleic acid, eg, to a 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 of a conductive oligomer and a capture probe, and a first portion capable of hybridizing to components of an assay complex; A target sequence which does not hybridize to the component and comprises a second moiety comprising at least one covalently attached electron transfer moiety. Also provided are methods of utilizing these compositions.

【0197】 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
た配列に連接したETMを入手す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、図16
Aに図示したように、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。
It is also possible to obtain an ETM linked to a probe sequence, ie, a sequence designed to hybridize to a complementary sequence. Thus, ETMs can be added to non-recruiting linkers as well. For example, there may be a label probe fragment that hybridizes to a component of the assay complex, eg, an ETM added to the first portion or 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 one embodiment, for example, FIG.
As shown in A, when a target sequence containing a randomly incorporated ETM directly hybridizes 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.

【0198】 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ET
M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、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 is desirable in some instances 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 covalently attached. 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 are ET
M. It should be noted that, as noted above, nucleic acids comprising large numbers of ETMs do not hybridize as well, ie, the Tm may be reduced depending on the attachment site and properties of the ETM. Thus, generally, when multiple ETMs are used for strand hybridization, they will generally be less than about 5, preferably less than about 3. Alternatively, the ETM should have sufficient spatial distance so that the intervening nucleotides hybridize sufficiently to allow good reaction rates.

【0199】 一態様においては、非共有結合により付着したETMを使用してもよい。一態
様において、ETMはハイブリッド形成の指標である。ハイブリッド形成の指標
は、ミランらの方法と同様に、通常は逆に、二本鎖核酸と優先的に会合するET
Mが添加されたときに作動する(Millan et al., Anal. Chem. 65: 2317-2323 (
1993); Millan et al., Anal. Chem. 66: 2943-2948 (1994); 両文献を特に参照
により本明細書に取込む)。この態様において、表面での二重鎖核酸とETMハ
イブリッド形成の指標との会合によるETMの局部的濃度上昇は伝導性オリゴマ
ーを含んでなる単層を用いてモニターすることができる。ハイブリッド形成の指
標は挿入剤と小溝および/または主溝結合部分を含んでいる。好適な態様におい
ては挿入剤を用いてもよい;挿入は一般に二本鎖核酸の存在下にのみ起こるので
、二本鎖核酸の存在下においてのみETMが集中する。遷移金属複合体ETMの
挿入は技術的に既知である。同様に、主溝または小溝結合部分、例えば、メチレ
ンブルーを本態様において使用してもよい。
In one embodiment, non-covalently attached ETMs may be used. In one aspect, the ETM is an indicator of hybridization. Indices of hybridization, as in the method of Milan et al., Are usually reversed, and ETs preferentially associate with double-stranded nucleic acids.
Activated when M is added (Millan et al., Anal. Chem. 65: 2317-2323 (
1993); Millan et al., Anal. Chem. 66: 2943-2948 (1994); both references are specifically incorporated herein by reference). In this embodiment, a local increase in ETM concentration due to the association of the double-stranded nucleic acid at the surface with an indicator of ETM hybridization can be monitored using a monolayer comprising a conductive oligomer. Indicators of hybridization include the intercalating agent and the minor and / or major groove binding portions. In a preferred embodiment, an intercalating agent may be used; since the insertion generally only occurs in the presence of double-stranded nucleic acid, the ETM concentrates only in the presence of double-stranded nucleic acid. Insertion of the transition metal complex ETM is known in the art. Similarly, a major or minor groove binding portion, eg, methylene blue, may be used in this embodiment.

【0200】 同様に、本発明のシステムは非共有結合により付着したETMを利用し得るが
、これは一般的に Napier et al., Bioconj. Chem. 8: 906 (1997)(特に参照に
より本明細書に取込む)に記載されている。この態様において、DNA存在の結
果としてある分子のレドックス状態が変化することは(すなわち、ルテニウム複
合体によるグアニン酸化)、同様に伝導性オリゴマーを含んでなるSAMを用い
検出することができる。
Similarly, the systems of the present invention may utilize non-covalently attached ETMs, which are generally described by Napier et al., Bioconj. Chem. 8: 906 (1997) (particularly by reference herein. In the book). In this embodiment, a change in the redox state of a molecule as a result of the presence of DNA (ie, guanine oxidation by a ruthenium complex) can be detected using a SAM that also comprises a conductive oligomer.

【0201】 このように、本発明は伝導性オリゴマーからなり、一般に捕獲プローブ、およ
び標的配列またはETM含有のリクルートリンカーを含み標識プローブを含む単
層を含んでいる電極を提供する。好適な態様において、本発明の組成物はサンプ
ル中の標的配列を検出するために使用する。本明細書において“標的配列”とい
う用語または文法的等価物は一本鎖核酸上の核酸配列を意味する。標的配列は、
遺伝子の部分、調節配列、ゲノムDNA、cDNA、mRNAとrRNAを含む
RNA、その他であってよい。長さは任意であるが、配列が長い程より特異性が
増すことは理解される。当業者が認めるであろうように、相補標的配列は多くの
形状を取り得る。例えば、それはより大きな核酸配列内に、すなわち、とりわけ
、遺伝子またはmRNAのすべてまたは部分、プラスミドまたはゲノムDNAの
制限フラグメント内に含まれていてもよい。以下により詳細に概説するように、
プローブは標的配列にハイブリダイズするように調製し、サンプル中標的配列の
存在または不存在を決める。一般に、この用語は当業者が理解するところである
。標的配列は異なる標的ドメインから構成されていてもよい;例えば、サンプル
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にハ
イブリダイズしてもよく、第二標的ドメインは増幅プローブの一部、標識プロー
ブ、または異なる捕獲もしくは捕獲伸長プローブなどにハイブリダイズしてもよ
い。標的ドメインは隣接していても、離れたいてもよい。“第一”および“第二
”という用語は標的配列の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
、第一標的ドメインは第二ドメインに対して5’に位置してもよく、あるいは第
二ドメインに対して3’に位置してもよい。
Thus, the present invention provides an electrode comprising a conductive oligomer and generally comprising a capture probe and a monolayer comprising a target sequence or a recruitment linker containing an ETM and a labeled probe. In a preferred embodiment, the compositions of the invention are used to detect a target sequence in a sample. As used herein, the term "target sequence" or grammatical equivalent refers to a nucleic acid sequence on a single-stranded nucleic acid. The target sequence is
It may be a part of a gene, a regulatory sequence, genomic DNA, cDNA, RNA including mRNA and rRNA, and others. It is understood that the length is arbitrary, but longer sequences are more specific. As the skilled artisan will appreciate, the complementary target sequence can take many forms. For example, it may be contained within a larger nucleic acid sequence, ie, inter alia, all or part of a gene or mRNA, a plasmid or a restriction fragment of genomic DNA. As outlined in more detail below,
Probes are prepared to hybridize to the target sequence and determine the presence or absence of the target sequence in the sample. Generally, this term is understood by those skilled in the art. The target sequences may be comprised of different target domains; for example, a first target domain of a sample target sequence may hybridize to a portion of a capture probe or a capture extension probe, and a second target domain may comprise a portion of an amplification probe. In part, it may hybridize to a labeled probe, or a different capture or capture extension probe. The target domains may be adjacent or separate. The terms "first" and "second" are not meant to confer sequence orientation with respect to the 5'-3 'orientation of the target sequence. For example, assuming a 5'-3 'orientation of the complementary target sequence, the first target domain may be located 5' to the second domain, or may be located 3 'to the second domain. Good.

【0202】 要すれば、標的配列は既知技術を用い調製する。例えば、サンプルは細胞溶解
のために既知の溶解バッファー、エレクトロポレーションなどにより処理し、必
要により精製および/またはPCRなどの増幅を行うが、当業者が認めるとおり
である。
If desired, the target sequence is prepared using known techniques. For example, the sample is treated with a known lysis buffer, electroporation or the like for cell lysis, and if necessary, purification and / or amplification such as PCR is performed, as will be recognized by those skilled in the art.

【0203】 本発明のプローブは標的配列に相補的であるように設計し(以下に説明するよ
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)、その結果、標的配
列と本発明プローブとのハイブリダイゼーションが起こる。以下に概説するよう
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相当数の塩基対ミスマッチが存在する可能性が
ある。しかし、もし突然変異の数が多すぎて最少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り得ないならば、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。
The probes of the present invention are designed to be complementary to the target sequence (as described below, relative to the target sequence or other probe sequences in the sample), so that the target sequence and the probe of the present invention are Hybridization occurs. As outlined below, this complementarity need not be perfect; there may be a significant number of base pair mismatches that inhibit hybridization between the target sequence and the single stranded nucleic acid of the invention. However, if the number of mutations is too large to allow hybridization to occur under minimally 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.

【0204】 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
。当業者が認めるであろうように、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と共に変わる。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
30であり、特に好ましいのは約12ないし約25である。一部の事例では、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 the skilled artisan will appreciate, the length of the probe will vary with the length of the target sequence and hybridization and washing conditions. Generally, oligonucleotide probes range from about 8 to about 50 nucleotides, preferably from about 10 to about 30, and most preferably from 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.

【0205】 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。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。
A 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). 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, attach covalently, the double-stranded hybridization complex following target binding.

【0206】 当業者が認めるであろうように、本発明のシステムは、図面に一般的に描出し
たように、多数の異なる形状を取り得る。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1
6A、16Bおよび16D参照);(2)標識プローブが直接標的配列にハイブ
リダイズするシステム(図16Cおよび16H参照);(3)標識プローブが間
接的に標的配列に、例えば、増幅プローブを介してハイブリダイズするシステム
(図16E、16Fおよび16G参照)。
As will be appreciated by those skilled in the art, the system of the present invention may take many different forms, as generally depicted in the drawings. In general, there are three types of systems that can be used: (1) systems where the target sequence itself is labeled with ETM (FIG. 1).
6A, 16B and 16D); (2) a system in which the labeled probe hybridizes directly to the target sequence (see FIGS. 16C and 16H); (3) the labeled probe indirectly binds to the target sequence, eg, via an amplification probe. Hybridizing system (see FIGS. 16E, 16F and 16G).

【0207】 これらのシステムの全3つで、好適な態様において、これは要求されるもので
はないが、標的配列は電極の表面に固定化する。これは、好ましくは、捕獲プロ
ーブを用い、任意には1種以上の捕獲伸長プローブを用い実施する。捕獲プロー
ブのみを利用する場合、それぞれの標的配列に対しユニーク捕獲プローブを得る
ことが必要である;すなわち、その表面はユニーク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用いることができるが、
それは“普遍的”表面、すなわち、標的配列を検出するのに使用し得る単一型の
捕獲プローブを含む表面を可能とする。“捕獲エクステンダー”プローブは図1
5に一般的に図示されるが、捕獲プローブの全部または一部にハイブリッド形成
する第一の部分および標的配列の第一部分にハイブリッド形成する第二の部分を
もつ。これは次いで設計された可溶性プローブの生成を可能とし、それは当業者
が認識するように、一般にはより簡単で費用もかさまない。本明細書に示すよう
に(例えば図15C)、2つの捕獲伸長プローブが使用し得る。これは一般にアッ
セイ複合体を安定化するために、例えば、標的配列が大きい場合に、あるいは大
きなアンプリファイアープローブ(特に、分枝したまたは樹状プローブ)を用い
る場合に実施されている。
In all three of these systems, in a preferred embodiment, this is not required, but the target sequence is immobilized on the surface of the electrode. This is preferably performed using a capture probe, optionally using one or more capture extension probes. If only capture probes are used, it is necessary to obtain a unique capture probe for each target sequence; that is, its surface must be designed to contain the unique capture probe. Alternatively, a capture extension probe can be used,
It allows for a "universal" surface, ie, a surface that contains a single type of capture probe that can be used to detect the target sequence. Figure 1 shows the “Capture Extender” probe
5, generally with a first portion that hybridizes to all or a portion of the capture probe and a second portion that hybridizes to a first portion of the target sequence. This then allows for the generation of designed soluble probes, which, as the skilled artisan will appreciate, is generally simpler and less expensive. As shown herein (eg, FIG. 15C), two capture extension probes can be used. This is generally done to stabilize the assay complex, for example, when the target sequence is large, or when using large amplifier probes, especially branched or dendritic probes.

【0208】 好適な態様において、核酸は以下に検討する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、該
エステルは、活性化されたカルボン酸エステルを用いる図6に一般的に図示した
ように、核酸に取付けた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
、塩基の一級芳香族アミンと二級および三級アミンは反応せず、それによって核
酸がその表面に部位特異的に付加するのを可能とする。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 nucleic acid is added after the formation of the SAMs discussed below ((4) above). This may 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, wherein the ester uses an activated carboxylic acid ester. Reacts with the primary amine attached to the nucleic acid, as shown generally in FIG. These two reagents have the advantage of being stable in aqueous solution and further react with primary alkylamines. However, the primary aromatic amine of the base and the secondary and tertiary amines do not react, thereby allowing the nucleic acid to be site-specifically added to its surface. This allows spotting of probes (either capture probes or detection probes, or both) by known methods (inkjet, spotting, etc.) on its surface.

【0209】 さらに、核酸を表面上に固相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し、他方は核酸末端に付着する。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、それにより電子が核酸
から伝導性オリゴマーに渡り、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 binding partner pair may be utilized; that is, one binding partner is attached to the end of the conductive oligomer and the other is attached to the nucleic acid end. This can also be done without using 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 hapten pairs such as biotin / streptavidin,
Antigen / antibody, NTA / histidine tag, etc., but are not limited thereto. In general, smaller binding partners are preferred, so that electrons can pass from the nucleic acid to the conductive oligomer and allow for detection.

【0210】 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, where the target sequence itself is modified to include a binding partner, the binding partner is modified 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.

【0211】 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 binding to a target and a binding partner may be utilized (eg, the capture extension probe may be a non-binding moiety 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.

【0212】 一態様において、該標的は捕獲プローブを用いる電極表面に結合しない。この
態様において重要なことは、本明細書のすべてのアッセイについて、過剰のラベ
ルプローブは検出前に除去すべきであり、アッセイ複合体(補充リンカー)は表面
に接近させるべきことである。当業者が認識するように、これは他の方法で実施
するのがよい。例えば、アッセイ複合体は、単層を含んでなる電極に付加される
ビーズ上に存在してもよい。ETMを含む補充リンカーは、表面上へのビーズの
重力沈降、ビーズ成分と表面間の静電気的または磁気的相互作用などの当技術分
野で周知の技法を用い、上述の結合パートナー付着を用いて伝導性オリゴマー表
面に近接して設置することができる。あるいは、過剰のラベルプローブなどの過
剰の試薬を除去した後、アッセイ複合体を、例えば、アッセイ複合体を表面に押
し込むのに充分な電圧をもつシステムにパルス送達することにより、表面に送り
込むことが可能である。
In one embodiment, the target does not bind to the electrode surface using a capture probe. What is important in this embodiment is that for all assays herein, the excess label probe should be removed prior to detection and the assay complex (supplementary linker) should be close to the surface. As one skilled in the art will recognize, this may be implemented in other ways. For example, the assay complex may be on beads that are added to an electrode comprising a monolayer. Supplemental linkers containing ETMs can be conducted using techniques well known in the art, such as gravity settling of beads onto a surface, electrostatic or magnetic interactions between bead components and a surface, and using the binding partner attachment described above. Can be placed close to the surface of the hydrophilic oligomer. Alternatively, after removal of excess reagents, such as excess label probe, the assay complex can be pumped to the surface, for example, by pulsed delivery to a system with sufficient voltage to push the assay complex to the surface. It is possible.

【0213】 しかし、好適な態様では、核酸捕獲プローブを介して付着したアッセイ複合体
を利用する。
However, a preferred embodiment utilizes an assay complex attached via a nucleic acid capture probe.

【0214】 好適な態様においては、標的配列それ自体が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。代表的な例を図16A、16Bおよ
び16Dに描出する。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
向が異なる場合に図16D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。
[0214] In a preferred embodiment, the target sequence itself comprises an ETM. As discussed above, this can be done with target sequences having an ETM incorporated at a significant number of positions, as outlined above. Representative examples are depicted in FIGS. 16A, 16B and 16D. 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 insulators or conductive oligomers, as generally shown in the figures. Further, as will be appreciated by those skilled in the art, the multiple capture probes may be in the shape depicted in FIG. 16D when the capture probes have different 5′-3 ′ orientations, or when multiple capture probes are used. Can be used where the target "loop" is created.

【0215】 好適な態様において、標識プローブは、図16Cに一般的に描出したように、
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が、必ずし
も必要ではない。次いで、標識プローブを用い、伝導性オリゴマーからなる単層
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(図で
は141と標示)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
20、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。
[0215] In a preferred embodiment, the labeled probe is, as generally depicted in FIG. 16C,
Hybridizes directly to the target sequence. In these embodiments, the target sequence is preferably, but not necessarily, fixed to the surface by a capture probe, including a capture extension probe. Next, an ETM is brought near the surface of the conductive oligomer monolayer using a labeled probe. In a preferred embodiment, a plurality of labeled probes are used; that is, the labeled probes are designed such that the portion that hybridizes to the target sequence (labeled 141 in the figure) can be different for a number of different labeled probes; Amplification of the signal occurs because multiple labeled probes can bind to each labeled sequence. Thus, as depicted in the figure, n
Is an integer of at least 1. 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 20, and particularly preferred from 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.

【0216】 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する
。すなわち、本発明は電極上でのシグナル増幅技術と電子伝達検出との新規な組
合わせ用途を見出だすが、これは図16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。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 noted above, in this embodiment, generally, the geometry of the system and the labeling probe 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, while the present invention finds a novel combination of signal amplification technology on an electrode and electron transfer detection, it is particularly useful for sandwich hybridization assays, as depicted generally in FIG. is there. 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.

【0217】 一般に、これらの態様は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(例えば、図16E)または標識伸長プローブの使用を介して(例えば、図
16Fおよび16G)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 aspects can be described as follows. Amplification probes hybridize directly to the target sequence (eg, FIG. 16E) or through the use of labeled extension probes (eg, FIGS. 16F and 16G), which allows for the preparation of “generic” amplification probes. . The target sequence is preferably, but not necessarily, immobilized on the electrode using a capture probe. Preferably, the amplification probe comprises a variety of amplification sequences, but in certain embodiments, as described below, the amplification probe comprises only one amplification sequence. Amplification probes can take many different forms; for example, branched, dendritic, or linear "strings" of amplified sequences.
Using these amplified sequences, a hybridization complex with a labeled probe can be formed, and ETM can be detected using an electrode.

【0218】 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。
Thus, 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.
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.

【0219】 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(例えば、図16E)、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(例えば、図16F)。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り
、それを図16Eに一般的に描出してある。
[0219] The 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 the target sequence (eg, FIG. 16E) or a first probe sequence that is substantially complementary to a portion of an additional probe. With a probe sequence, the additional probe, in this case called a labeled extension probe, has a first portion that is substantially complementary to the target sequence (eg, FIG. 16F). In a preferred embodiment, the first probe sequence of the amplification probe is substantially complementary to the target sequence, which is generally depicted in FIG. 16E.

【0220】 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。
Generally, 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.

【0221】 好適な態様において、図14に描出するように、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, as depicted in FIG. 14, 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.

【0222】 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。一般構造を図14に描出する。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 include 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 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. The general structure is depicted in FIG. As the skilled artisan will appreciate, any or all of the probes described herein form a hairpin in the absence of their target, including amplification, capture, capture extension, label, and labeled extension probes. It can be arranged as follows.

【0223】 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; 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.

【0224】 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、図16Fに一般的に描出したように、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3
0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, as generally depicted in FIG. 16F. This is the "common" amplification probe,
It is particularly useful to allow the use of 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, preferably about 15 to about 3
It is in the range of 0. 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, assuming a 5'-3 'orientation of the complementary target sequence, the first portion may be located 5' to the second portion, or may be located 3 'to the second portion. In the present specification, for convenience, the order of the probe sequences is generally shown from left to right.

【0225】 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, multiple labeled extension probes are used, each with 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.

【0226】 好適な態様においては、図16G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. 16G 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. These geometries are sometimes referred to as “cross-shaped” structures or geometries, and are generally implemented to provide stability when using large branched or dendritic amplification probes.

【0227】 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. Furthermore, as outlined above, although this is not generally preferred, it is also possible that different amplification probes include different amplification sequences.

【0228】 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。
[0228] In addition to the first probe sequence, the amplification probe also includes at least one amplification sequence. As used herein, "amplified sequence" or "amplified segment" or grammatical equivalents 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 preferred, and about 5 to about 10 is particularly preferred.

【0229】 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。
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.

【0230】 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 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 will usually depend 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.

【0231】 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.

【0232】 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。さらに、本明細書に概説するように、線状の増幅プローブは
図14に描出したように、ヘアピン基部−ループ構造を形成してもよい。
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. Further, as outlined herein, the linear amplification probe may form a hairpin base-loop structure, as depicted in FIG.

【0233】 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 to remove large amounts of ETMs. It is useful when used for each probe. However, in a preferred embodiment, the linear amplification probe contains various amplification sequences.

【0234】 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。
In addition, 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.

【0235】 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。
In addition, 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 factor, and thus more ETM, is ultimately bound to the detection probe. The pre-amplified molecule may be linear or branched, typically about 3
It contains nucleotides in the range of 0-3000.

【0236】 以下に概括する反応は、当業者が認めるであろうように様々な方法で実施する
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。さらに、この反応はアッ
セイに含まれてもよい種々の他の試薬を含んでもよい。これらは塩、バッファー
、中性タンパク質、例えば、アルブミン、洗剤などの試薬類を含み、最適なハイ
ブリダイゼーションと検出を容易にし、および/または非特異もしくはバックグ
ランド相互作用を減少させるために使用することができる。他の条件でアッセイ
効率を改善する試薬として、例えば、プロテアーゼ阻害剤、ヌクレアーゼ阻害剤
、抗微生物剤などを、サンプル調製方法および標的の純度に応じて使用してもよ
い。
The reactions outlined below can be performed in various ways, as will be appreciated by those skilled in the art. The reactants may be added simultaneously or in any order, but the preferred embodiments are as outlined below. In addition, the reaction may include various other reagents that may be included in the assay. These include reagents such as salts, buffers, neutral proteins, eg, albumin, detergents, etc., to facilitate optimal hybridization and detection and / or to be used to reduce non-specific or background interactions. Can be. As reagents that improve assay efficiency under other conditions, for example, protease inhibitors, nuclease inhibitors, antimicrobial agents, etc. may be used depending on the sample preparation method and the purity of the target.

【0237】 一般に、方法は以下のとおりである。好適な態様においては、先ず標的を電極
に固定するか付着させる。一態様において、これは捕獲プローブと標的配列の一
部分との間にハイブリダイゼーション複合体を形成させることにより実施する。
好適な態様では捕獲伸長プローブを利用する;この態様において、ハイブリダイ
ゼーション複合体は標的配列の一部分と捕獲伸長プローブの第一部分との間に形
成され、また、さらなるハイブリダイゼーション複合体が捕獲伸長プローブの第
二部分と捕獲プローブの一部分との間に形成される。さらなる好適な態様ではさ
らなる捕獲プローブを利用し、かくして、標的配列の一部分と第二捕獲伸長プロ
ーブの第一部分との間にハイブリダイゼーション複合体を、また、第二捕獲伸長
プローブの第二部分と捕獲プローブの第二部分との間にさらなるハイブリダイゼ
ーション複合体を形成する。
Generally, the method is as follows. In a preferred embodiment, the target is first fixed or attached to the electrode. In one embodiment, this is performed by forming a hybridization complex between the capture probe and a portion of the target sequence.
A preferred embodiment utilizes a capture extension probe; in this embodiment, a hybridization complex is formed between a portion of the target sequence and a first portion of the capture extension probe, and a further hybridization complex is formed between the capture extension probe and the probe. Formed between the second portion and a portion of the capture probe. A further preferred embodiment utilizes an additional capture probe, thus capturing the hybridization complex between a portion of the target sequence and the first portion of the second capture extension probe, and capturing the hybridization complex with the second portion of the second capture extension probe. An additional hybridization complex is formed with the second portion of the probe.

【0238】 別法として、電極に対する標的配列の付着は他の反応と同時に実施する。 この方法は、もし利用するのであれば、増幅プローブの導入で始める。好適な
態様においては、増幅プローブは標的配列の一部分に実質的に相補的な第一プロ
ーブ配列と、少なくとも1つの増幅配列を含む。
Alternatively, attachment of the target sequence to the electrode is performed simultaneously with other reactions. The method starts with the introduction of an amplification probe, if used. In a preferred embodiment, the amplification probe comprises a first probe sequence substantially complementary to a portion of the target sequence and at least one amplification sequence.

【0239】 一態様において、増幅プローブの第一プローブ配列は標的配列にハイブリダイ
ズし、ハイブリッド未形成の増幅プローブは除かれる。これは技術上既知のとお
りに実施されるが、アッセイのタイプに依存する。標的配列が電極などの表面に
固定化されると、過剰の試薬の除去は一般に、当業者が認めるであろうように、
1回以上の洗浄工程により実施される。この態様において、標的は固形支持体上
に固定される可能性がある。標的配列が表面に固定されない場合、本発明プロー
ブなど、過剰の試薬の除去は、該プローブに相補的な配列を含むビーズ(すなわ
ち、固形の支持体粒子)を添加することにより実施することができるが、その場
合、過剰のプローブはビーズに結合する。次いで、ビーズは、例えば、遠心分離
、濾過、磁場または静電場の適用などにより除去し得る。
In one embodiment, the first probe sequence of the amplification probe hybridizes to the target sequence and the unhybridized amplification probe is excluded. This is performed as known in the art, but depends on the type of assay. Once the target sequence is immobilized on a surface, such as an electrode, removal of excess reagents will generally be appreciated by those skilled in the art,
It is performed by one or more washing steps. In this embodiment, the target may be immobilized on a solid support. If the target sequence is not immobilized on the surface, removal of excess reagent, such as the probe of the present invention, can be performed by adding beads (ie, solid support particles) containing a sequence complementary to the probe. However, in that case, the excess probe binds to the beads. The beads can then be removed, for example, by centrifugation, filtration, application of a magnetic or electrostatic field, and the like.

【0240】 次いで、反応混合物は、増幅プローブが標的配列から解離する条件(温度、高
濃度塩、pH変化など)に付し、増幅プローブを取得する。次いで、増幅プロー
ブは増幅プローブ用の捕獲プローブからなる電極に加え、標識プローブを添加し
、次いで検出を実施する。
Next, the reaction mixture is subjected to conditions under which the amplification probe dissociates from the target sequence (temperature, high concentration salt, pH change, etc.) to obtain an amplification probe. The amplification probe is then added to an electrode consisting of a capture probe for the amplification probe, a labeled probe is added, and detection is performed.

【0241】 好適な態様においては、標的配列にさらに増幅プローブを添加することにより
、より大きなプローブ・プールが生成し、ハイブリダイゼーション/解離反応が
繰返され、増幅プローブのより大きなプールを生成する。この増幅プローブのプ
ールは、次いで、増幅捕獲プローブからなる電極に添加し、標識プローブを添加
し、次いで検出を始める。
In a preferred embodiment, the addition of an amplification probe to the target sequence produces a larger probe pool, and the hybridization / dissociation reaction is repeated, producing a larger pool of amplification probes. This pool of amplification probes is then added to the electrode consisting of the amplification capture probe, the labeled probe is added, and detection is started.

【0242】 この態様においては、本明細書に記載の方法を用い、電極を含む固形支持体上
に標的配列を固定化するのが好ましい;当業者が認めるところであるが、代りの
固形支持体付着技術、例えば、ガラス、ポリマーなどへの付着技術を用いてもよ
い。1つの固形支持体上で反応を行い、次いでプールした増幅プローブを検出用
の電極に加えることも可能である。
In this embodiment, it is preferred to immobilize the target sequence on a solid support containing the electrodes using the methods described herein; as will be appreciated by those skilled in the art, alternative solid support attachments Techniques, for example, techniques for deposition on glass, polymers, etc. may be used. It is also possible to carry out the reaction on one solid support and then add the pooled amplification probes to the electrodes for detection.

【0243】 好適な態様において、増幅プローブは多様な増幅配列を含む。 一態様において、増幅プローブの第一プローブ配列は標的配列にハイブリダイ
ズし、ハイブリッド非形成増幅プローブを除去する。再度、好適な態様では固定
化した標的配列を利用するが、ここでは電極に付着した捕獲プローブとのハイブ
リダイゼーションにより固定化するか、または捕獲伸長プローブにハイブリッド
形成し、それを次いで本明細書に記載のように固定化した捕獲プローブとハイブ
リダイズさせることにより固定化する。一般に、これらの態様においては、捕獲
プローブと検出プローブを電極上、一般には同一の“アドレス”に固定する。
[0243] In a preferred embodiment, the amplification probes include a variety of amplification sequences. In one embodiment, the first probe sequence of the amplification probe hybridizes to the target sequence, removing the non-hybridized amplification probe. Again, the preferred embodiment utilizes an immobilized target sequence, wherein it is immobilized by hybridization with a capture probe attached to an electrode or hybridized to a capture extension probe, which is then described herein. The immobilization is performed by hybridizing with the immobilized capture probe as described. Generally, in these embodiments, the capture and detection probes are immobilized on an electrode, typically at the same "address."

【0244】 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少なくとも一つの標
識伸長プローブの第一部分にハイブリダイズし、標識伸長プローブの第二部分は
標的配列の一部分にハイブリダイズする。他の好適な態様では1を超える標識伸
長プローブを利用する。 好適な態様において、増幅プローブの増幅配列は、少なくとも1つの標識プロ
ーブ配列にハイブリダイズさせることにより、直接検出に使用する。
In a preferred embodiment, the first probe sequence of the amplification probe hybridizes to the first portion of at least one labeled extension probe, and the second portion of the labeled extension probe hybridizes to a portion of the target sequence. Other preferred embodiments utilize more than one labeled extension probe. In a preferred embodiment, the amplification sequence of the amplification probe is used for direct detection by hybridizing to at least one labeled probe sequence.

【0245】 本発明はこのように標的配列と標識プローブを最小限に含んでいるアッセイ複
合体を提供する。本明細書の“アッセイ複合体”とは、プローブと標的を含む核
酸からなるハイブリダイゼーション複合体の集合体を意味し、それが少なくとも
1つのETMを含み、その結果検出を可能とする。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。このように、図16A
、16Bおよび16C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。アッセイ複合体はまた、標識プローブ、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 present invention thus provides an assay complex that minimally includes a target sequence and a labeled probe. As used herein, "assay complex" refers to a collection of hybridization complexes consisting of a nucleic acid comprising a probe and a target, which comprises at least one ETM, and thus allows for detection. The composition of the assay complex will depend on the use of the different probe components outlined herein. Thus, FIG.
, 16B and 16C, the assay complex comprises a capture probe and a target sequence. Assay complexes also include labeled probes, capture extension probes, labeled extension probes, and amplification probes, depending on the shape used, as outlined herein.

【0246】 アッセイは標的の存在下にのみ標識プローブハイブリダイゼーション複合体の
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。
Assays are generally performed under stringent conditions that allow formation of labeled probe hybridization 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.

【0247】 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、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。
[0247] These parameters can also be used to control non-specific binding, as generally outlined in US Pat. No. 5,681,697. Thus, it is desirable to perform certain steps 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.

【0248】 好適な態様において、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 embodiment, when using all of the components outlined herein, a 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 begun as outlined below.

【0249】 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
が単層表面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、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。
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, as outlined herein, when using an amplification probe, the system is generally positioned such that the recruitment linker containing the ETM is located proximal to the monolayer surface upon label probe binding. . Thus, for example, when the ETMs are attached via a “dendritic” type structure, as outlined herein, the length of the linker from the point of attachment of the nucleic acid to the ETMs, in particular, can affect the capture extension probe. When used, it can vary with the length of the capture 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.

【0250】 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。
In addition, if desired, the nucleic acids utilized in the present invention can be attached prior to detection, if applicable, by 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.

【0251】 本発明の組成物は、一般に、下記に概説のように、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。
The compositions of the present invention are generally synthesized using methods generally known in the art, as outlined below. As will be appreciated by those skilled in the art, many of the methods outlined below
It relates to a nucleic acid comprising 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 bond may be at a carbon atom of the PNA backbone, as described below, or
At either end.

【0252】 本組成物はいくつかの方法で製造し得る。好ましい方法は最初にヌクレオシド
に結合した伝導性オリゴマーを、更にヌクレオシドを添加して捕獲プローブを形
成し、続いて電極へ結合させて、合成する。あるいは、全捕獲プローブを製造し
、次いで、完全な伝導性オリゴマーを添加し、続いて電極に結合する。あるいは
、伝導性オリゴマーの単層(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する。後者の二
つの方法は、使用する伝導性オリゴマーが、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 several ways. A preferred method is to synthesize a conductive oligomer that is first attached to a nucleoside by adding more nucleosides to form a capture probe and then attaching it to an electrode. Alternatively, a full capture probe is made, then the complete conductive oligomer is added, followed by binding to the electrode. Alternatively, monolayers of conductive oligomers, some of which have functional groups for capture probe attachment, are first attached to the electrode, followed by attachment of the capture probe. The latter two methods may be preferred when the conductive oligomer used is not stable in solvents and under conditions of conventional nucleic acid synthesis.

【0253】 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
結合した伝導性オリゴマーを形成し、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、伝導性オリゴマ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 a conductive oligomer covalently linked to a nucleoside, followed by the addition of additional nucleosides to form a capture probe nucleic acid, and the conductive oligomer Manufactured by a final step that includes adding to the electrodes.

【0254】 伝導性オリゴマ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、全てまたは一部の伝導性オリゴマーを、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、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PCT US97/20014の図面に示し、出典明示により本明細書の一
部とする。
[0254] The attachment of the conductive oligomer to the nucleoside can be accomplished in several ways. In a preferred embodiment, all or some of the conductive oligomer is 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, the oligomer unit is added to the nucleoside at one time, and then the nucleoside is added and bound to the electrode. Many representative syntheses are shown in the drawings of PCT US97 / 20014, which are hereby incorporated by reference.

【0255】 次いで、伝導性オリゴマーを、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 conductive oligomer is then attached to a nucleoside, which may comprise one (or more) oligomer units, attached as described herein.

【0256】 好ましい実施態様において、結合はリボース−ホスフェート主鎖のリボースに
である。従って、アミドおよびアミン結合を介した結合は可能である(参照、P
CT US97/20014の図1および2)。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。代表的な
合成をPCT US97/20014の図16に示す。
In a preferred embodiment, the linkage is to the ribose of the ribose-phosphate backbone. Thus, linkage via amide and amine bonds is possible (see, P.
Figures 1 and 2 of CT US97 / 20014). 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. A representative synthesis is shown in FIG. 16 of PCT US97 / 20014.

【0257】 あるいは、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。
二つの合成の図式の例をPCT US97/20014の図4および図5に示す
。両方の図はリボースの3'位での結合を示すが、結合はまた2'位を介してもな
し得る。図5において、Zはエチレンリンカーであるが、同業者に認められるよ
うに、他のリンカーも同様に使用し得る。
Alternatively, the linkage is through the phosphate of the ribose-phosphate backbone.
Examples of two synthetic schemes are shown in FIGS. 4 and 5 of PCT US97 / 20014. Although both figures show a linkage at the 3 'position of ribose, the linkage can also be made through the 2' position. In FIG. 5, Z is an ethylene linker, but other linkers may be used as well, as will be appreciated by those skilled in the art.

【0258】 好ましい実施態様において、結合は塩基を介している。一般的な図式を、ヌク
レオシドとしてウリジンを、そしてフェニレン−アセチレン伝導性オリゴマーを
使用してPCT US97/20014の図3に記載する。同業者に認められる
ように、アミド結合も、当分野で既知の方法を使用して、可能である。好ましい
実施態様において、保護基を、PCT US97/20014の図10および1
1に一般的に概説のように、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 attachment is via a base. The general scheme is described in FIG. 3 of PCT US97 / 20014 using uridine as the nucleoside and phenylene-acetylene conductive oligomer. As will be appreciated by those skilled in the art, amide linkages are also possible using methods known in the art. In a preferred embodiment, the protecting group is attached to PCT US97 / 20014 FIGS. 10 and 1.
One may add to the base prior to the addition of the conductive oligomer, as generally outlined in 1. 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.

【0259】 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.

【0260】 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 attachment 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.

【0261】 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 contains the enzymes 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.

【0262】[0262]

【化46】 Embedded image

【0263】[0263]

【化47】 Embedded image

【0264】 従って、いくつかの実施態様において、で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.

【0265】 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1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. Gait supra; Caruthers, Science 230: 281
(1985), both of which are incorporated herein by reference.

【0266】 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 a group to the 3 'end, a preferred method uses 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.

【0267】 本発明はさらにETMを含む補充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補充リンカーの特徴
とETMの結合方法に依存する。核酸補充リンカーについて、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、配位子、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、配位子を結合させ
、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 supplemental linker comprising ETM. As will be apparent to those skilled in the art, these synthetic reactions depend on the characteristics of the supplemental linker and the manner in which the ETMs are coupled. For nucleic acid replenishment linkers, the labeled probe is
As outlined herein, it is generally made to include an ETM at one or more positions. When a transition metal complex is used as the ETM, the synthesis is performed in several ways. In a preferred embodiment, the ligand is added to the nucleoside followed by the transition metal ion, 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.

【0268】 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、配位子として、例えば金属イオンの結合のための遷移金
属配位子として、または、例えばアミド結合を介した、他の配位子または有機E
TM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 the ribose of the ribose-phosphate backbone. This is normally done as outlined herein for conductive oligomers and, as described herein and in PCT Publication WO 95/15971, uses amino- or oxo-modified nucleosides to form the ribose 2 Perform 'or 3' position. Then, as a ligand, for example as a transition metal ligand for the binding of a metal ion, or, for example, via an amide bond, another ligand or an organic E
As a chemical functional group that can be used to attach the TM, an amino group can be used, as is recognized in the art. For example, by way of example, various ETMs linked via ribose
The synthesis of a nucleoside having the formula:

【0269】 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、(一般に、PCT公開WO9
5/15971参照)、またはPCT US97/20014の図4および5に記
載のものと同様の方法で行うこともでき、ここで、伝導性オリゴマーは実施例で
概説するように、遷移金属配位子または錯体もしくは有機ETMに置き換わる。
In a preferred embodiment, the ETM binds to the phosphate of the ribose-phosphate backbone. As outlined herein, this is done using phosphodiester analogs such as phosphoramidate linkages (generally described in PCT Publication WO9
5/15971) or in a manner similar to that described in FIGS. 4 and 5 of PCT US 97/2002, wherein the conductive oligomer is a transition metal ligand as outlined in the Examples. Or by a complex or organic ETM.

【0270】 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。
Linkage to another backbone, for example, a peptide nucleic acid or another phosphate bond, is performed as will be appreciated by those skilled in the art.

【0271】 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
配位子として、または例えば、アミド結合を介して他の配位子をまたは有機ET
M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。アセチレン結合配位子は、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., T
etrahedron Lett. 36(34): 6017-6020 (1995); Tzalis et al., Tetrahedron Le
tt. 36(2): 3489-3490 (1995); およびTzalis et al., Chem. Communications (
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, either naturally occurring or added as described herein (e.g., see the figure), as a ligand of the transition metal complex or, for example, via an amide bond Other ligand or organic ET
Used as a chemical functional group that can be used to add M. 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. The acetylene binding ligand may be added using a halogenated base, as is generally known; see, for example, Tzalis et al., T.
etrahedron Lett. 36 (34): 6017-6020 (1995); Tzalis et al., Tetrahedron Le
tt.36 (2): 3489-3490 (1995); and Tzalis et al., Chem. Communications (
(Submitted) 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.

【0272】 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配位子を有
して製造し、次いで、遷移金属イオンおよび残りの必要な配位子を当分野で既知
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配位子
を、核酸への包含前に添加する。
In one embodiment, the nucleoside is prepared with a transition metal ligand incorporated into the nucleic acid, and then the transition metal ion and the remaining required ligand are added as is known in the art. I do. In another embodiment, the transition metal ion and additional ligand are added prior to inclusion in the nucleic acid.

【0273】 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。
A nucleic acid of the invention is prepared having 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.

【0274】 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.

【0275】 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.

【0276】 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.

【0277】 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1Y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.

【0278】 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1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1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1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 a first nucleoside to the conductive oligomer; 4) addition of additional nucleosides to the first nucleoside to form a nucleic acid. 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.

【0279】 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.

【0280】 好ましい実施態様において、伝導性オリゴマー(および選択的に絶縁体)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 a conductive oligomer (and optionally an insulator) 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. In addition to conductive oligomers covalently linked to nucleic acids, compositions comprising a monolayer can be accomplished in one of at least five ways: (1) the addition of a monolayer, followed by the sequential addition of a binding linker-nucleic acid complex; (2) Addition of binding linker-nucleic acid complex followed by addition of 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 was used. 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.

【0281】 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は、PCT US97/20014
の図24−27に示す。塩基を次いでPCT US97/20014の図28に
示すように、単量体サブユニットに包含できる。PCT US97/20014
の図29および30は、二つの異なる化学置換基、ETMおよび塩基で結合した
伝導性オリゴマーを示す。図29は、ウラシル塩基に結合したフェロセンでのP
NA単量体サブユニットの代表的合成を示す。図30は、ウラシル塩基に結合し
た3ユニット伝導性オリゴマーの合成を記載する。
In a preferred embodiment, the nucleic acids are peptide nucleic acids or analogs. 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. The “monomer subunit of PNA” herein is —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 changed; 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 are described in PCT US97 / 20014.
FIGS. 24-27 of FIG. The base can then be included in the monomer subunit, as shown in FIG. 28 of PCT US97 / 20014. PCT US97 / 20014
Figures 29 and 30 show conductive oligomers attached with two different chemical substituents, ETM and base. FIG. 29 shows P with ferrocene attached to uracil base.
1 shows a representative synthesis of the NA monomer subunit. FIG. 30 describes the synthesis of a three-unit conductive oligomer attached to a uracil base.

【0282】 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(図31および32に記載のとおり)、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。PN
A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.
Performed on carbon (as described in FIGS. 31 and 32), but at the 1- or 2-position carbon,
Alternatively, the bond at the α-carbon of the amide bond for connecting the base to the main chain may be formed. PN
For A 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.

【0283】 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。PCT US97/20014の図31は、
PNA単量体サブユニットの主鎖に共有結合した伝導性オリゴマーの合成を記載
し、PCT US97/20014の図32は単量体サブユニットの主鎖に結合
したフェロセンの合成を記載する。
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. FIG. 31 of PCT US97 / 20014,
The synthesis of conductive oligomers covalently attached to the backbone of the PNA monomer subunit is described, and FIG. 32 of PCT US97 / 20014 describes the synthesis of ferrocene attached to the backbone of the monomer subunit.

【0284】 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.

【0285】 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 may be manufactured to have any combination of nucleic acids, conductive oligomers and insulators.

【0286】 本発明の組成物は、更に、一個以上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 al., 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 include one or more labels at any location. 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,
It is a colored or fluorescent dye. 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 al., Biochem. 33: 375 (1994), both of which are hereby incorporated by reference.

【0287】 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、ハイブリダイゼーション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、核酸の単一の種、つまり単一核酸配列
または多数の核酸の種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 hybridization assays. As will be apparent to those skilled in the art, the electrodes can be made to have a single species of nucleic acid, ie, a single nucleic acid sequence or multiple nucleic acid species.

【0288】 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
の遺伝子プローブの配列形での使用を可能にする。オリゴヌクレオチド配列の使
用は、当分野で既知である。加えて、電極内に位置を“アドレッシング”するた
め、および電極の表面修飾のための方法は既知である。従って、好ましい実施態
様において、異なる核酸の配列は、電極の下に置かれ、その各々は伝導性リンカ
ーを介して電極に共有結合する。この実施態様において、オリゴヌクレオチドの
多くの異なる種のプローブは、1から数千に広く変化し得、好ましくは約4から
約100,000、および特に好ましくは約10から約10,000である。
In addition, as outlined herein, the use of a solid support such as an electrode allows for the use of these gene probes in an array. The use of oligonucleotide sequences is known in the art. In addition, methods for "addressing" locations within electrodes and for surface modification of electrodes are known. Thus, in a preferred embodiment, different nucleic acid sequences are placed beneath the electrodes, each of which is covalently linked to the electrode via a conductive linker. In this embodiment, probes of many different species of oligonucleotides can vary widely from one to several thousand, preferably from about 4 to about 100,000, and particularly preferably from about 10 to about 10,000.

【0289】 一旦、本発明のアッセイ複合体(最小でも標的配列と標識プローブとを含む)
が調製されると、電子的開始によって検出が進む。メカニズムまたは理論で限定
する意図はないが、検出はETMから電極への電子伝達に基づいている。
Once the assay complex of the invention (minimally contains the target sequence and the labeled probe)
Is prepared, detection proceeds by electronic initiation. Without intending to be limited by mechanism or theory, detection is based on electron transfer from the ETM to the electrodes.

【0290】 電子伝達の検出、即ちETMの存在下は、一般的に好ましい電圧で電子的に開
始される。電位がアッセイ複合体に適用される。適用電位における厳密なコント
ロールおよび変形は、電位および3電極システム(1つの対照、1つのサンプル
(すなわち作動)、1つの逆電極)または2電極システム(1つのサンプル、1
つの逆電極)を介している。このことで応用電位がシステムのピーク電子伝達電
位にマッチされる。このシステムは、一部がETMの選択に、一部が用いた伝導
性オリゴマーに、単層の組成および完全性、対照電極に使用の型に依存している
ものである。記載のように、フェロセンが好ましいETMである。
Detection of electron transfer, ie, in the presence of an ETM, is initiated electronically at a generally preferred voltage. An electric potential is applied to the assay complex. Tight control and variation in applied potential is based on the potential and the three-electrode system (one control, one sample (i.e. actuation), one reverse electrode) or two-electrode system (one sample, one sample).
Through two opposite electrodes). This matches the applied potential to the peak electron transfer potential of the system. This system relies in part on the choice of ETM, in part on the conductive oligomer used, the composition and integrity of the monolayer, and the type of use for the control electrode. As noted, ferrocene is the preferred ETM.

【0291】 好ましい実施態様において、同時還元剤または同時酸化剤(合せて、同時レド
ックス剤)が追加の電子源として用いられる(参照、Sato et al., Bull. Chem.
Soc. Jpn 66:1032(1993); Uosaki et al., Electrochimica Acta 36:1799 (199
1);および Alleman et al., J. Phys. Chem 100:17050(1996)、出典明示により
本明細書の一部とする)。
In a preferred embodiment, a co-reducing or co-oxidizing agent (together a co-redox agent) is used as an additional electron source (see Sato et al., Bull. Chem.
Soc. Jpn 66: 1032 (1993); Uosaki et al., Electrochimica Acta 36: 1799 (199
1); and Alleman et al., J. Phys. Chem 100: 17050 (1996), which is hereby incorporated by reference.

【0292】 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. Generally, 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 by 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.

【0293】 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.

【0294】 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.

【0295】 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 invention), luminal is not significantly oxidized, resulting in low photon emission from luminol and low (if any) signal emission. . 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.

【0296】 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 source molecules are well known and include ferricyanide and luminol,
It is not limited to these.

【0297】 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.

【0298】 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.

【0299】 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, efficient transfer of electrons from the ETM to the electrode
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.

【0300】 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 large spectral changes in redox that allow for 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.

【0301】 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。
[0301] 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 on a multi-sample “plate reader” similar to those commercially available for 96-well immunoassays. can do.

【0302】 他方、蛍光は、溶液中の結合配位子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.

【0303】 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。
Further, scanning fluorescence detectors, such as Fluorlmager, available from 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.

【0304】 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.

【0305】 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 excited 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).

【0306】 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, etc. are used for electron detection. Preferred techniques include, but are not limited to, electrogravimetric analysis, coulometry (including controlled 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.

【0307】 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.

【0308】 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 sensing,
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.

【0309】 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) includes 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 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.

【0310】 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, pulse initiation of electron transfer and "lock-in" amplification detection and Fourier transformation occur.

【0311】 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。
[0311] In a preferred embodiment, electron transfer is initiated using an alternating current (AC) method. Without being bound by theory, the ETM coupled to the electrode responds similarly to the alternating voltage flowing through the 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) (hereby incorporated by reference), except for a very small E AC (<10 mV) and a relatively large number of molecules, 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 the theory assuming an unlimited source and sink of electrons, which is not the case for the system of the present invention.

【0312】 従って、Nernstの式と最初の原理を用いて、結果に密接に適合するモデルを開
発するために、別の式をつくりだした。これは次の通りである。Nernst式、下記
の式1は、同じ酸化電位ですべての分子が酸化されるわけでないので、与えられ
た電圧と温度における酸化分子(O)の還元分子(R)に対する比(分子数=n
)を示す。 式1
Thus, using the Nernst equation and the first principles, another equation was created to develop a model that closely fits the results. This is as follows. The Nernst equation, Equation 1 below, indicates that not all molecules are oxidized at the same oxidation potential, so the ratio of oxidized molecules (O) to reduced molecules (R) at a given voltage and temperature (number of molecules = n
). Equation 1

【数1】 (1) EDOは電極電位、E0は金属複合体の形式的電位、Rはガス定数、TはKelvin度
数での温度、nは伝達された電子の数、Fはファラデー定数、[O]は酸化分子
の温度、[R]は還元分子の濃度である。
(Equation 1) (1) E DO is the electrode potential, E 0 is the formal potential of the metal complex, R is the gas constant, T is the temperature in Kelvin degrees, n is the number of transmitted electrons, F is the Faraday constant, [O] Is the temperature of the oxidized molecule and [R] is the concentration of the reduced molecule.

【0313】 Nernst式は式2および3に書き改めることができる。 式2The Nernst expression can be rewritten as Expressions 2 and 3. Equation 2

【数2】 (2) EDOは電位の直流素子である。 式3(Equation 2) (2) E DO is an electric potential DC element. Equation 3

【数3】 (3)(Equation 3) (3)

【0314】 式3は式4、5、6に、単純化のために1に等しい濃度に正常化することによ
り書き改めることができる。次に分子の全数を掛けることを要す。 式4 [O]+[R]=1 式5 [O]=1−[R] 式6 [R]=1−[O]
Equation 3 can be rewritten in Equations 4, 5, and 6 by normalizing to a concentration equal to 1 for simplicity. Next we need to multiply the total number of molecules. Formula 4 [O] + [R] = 1 Formula 5 [O] = 1- [R] Formula 6 [R] = 1- [O]

【0315】 式5および6を式3に挿入し、nF/RTが38.9V-1に等しいことから、n
=1とすると、[O]および[R]をそれぞれ定義する式7および8は次の通りであ
る。 式7
Inserting Equations 5 and 6 into Equation 3, nF / RT is equal to 38.9 V −1 , so n
Assuming = 1, Equations 7 and 8, which define [O] and [R], respectively, are as follows: Equation 7

【数4】 (4) 式8(Equation 4) (4) Equation 8

【数5】 (5)(Equation 5) (5)

【0316】 交流ファラデー電流の発生を考慮して、与えられる電位での[O]/[R]比を検
定しなければならない。応用EACを有する特定のEDCは、本明細書で一般的に記
載されるように、EACの最大値で、表面の電圧がEDC+EACになるので、より多
くの分子が酸化状態になり、EACの最小値で、電圧が低くなるのでより還元され
る。従って、与えられたEDCでの交流電流(AC)は、Nernst曲線と同様に交流
および直流電圧の両方によって検出される。特定的に交流サイクル最小での酸化
分子の数を交流サイクル最大時の値から引くと、その交流サイクルにおける全変
化が式9に記載のように得られる。次いで2で割ると、交流振幅が得られる。 式9
[0316] Considering the occurrence of AC Faraday current, the [O] / [R] ratio at a given potential must be tested. The particular E DC with the applied E AC is, as described generally herein, at the maximum value of E AC , where the surface voltage is E DC + E AC , so more molecules are in the oxidation state , And at the minimum value of E AC , the voltage is reduced, so that it is further reduced. Thus, the alternating current (AC) at a given E DC is detected by both AC and DC voltages, similar to the Nernst curve. Specifically, when the number of oxidized molecules at the minimum AC cycle is subtracted from the value at the maximum AC cycle, the total change in the AC cycle is obtained as shown in Equation 9. Then divide by 2 to get the AC amplitude. Equation 9

【数6】 式10で交流電流が得られる。 式10(Equation 6) Equation 10 gives an alternating current. Equation 10

【数7】 (6)(Equation 7) (6)

【0317】 式11に示すように、全交流電流は、レドックス分子数C)、ファラデー定数
(F)、交流周波数(ω)、0.5(交流振幅を考慮するため)、式7に上記し
た比率から導かれる。交流電圧は大略、平均振幅EAC2/πである。 式11
As shown in Equation 11, the total AC current is represented by the number of redox molecules C), Faraday constant (F), AC frequency (ω), 0.5 (to take into account AC amplitude), and Equation 7 Derived from the ratio. The AC voltage is approximately the average amplitude E AC 2 / π. Equation 11

【数8】 (7)(Equation 8) (7)

【0318】 式11を用いて、過電位(交流電圧)を増して、シュミレーションを行った。
PCT US97/20014の図22Aはそのシュミレーションの1つを示す
。図22Bは従来理論に基づくシュミレーションを示す。図23Aおよび23B
は、シュミレーションで、PCT US97/20014の実施例7のEc−w
ireをプロットして、実際の実験データを表したものであり、モデルが実験結
果によく一致していることが分かる。ある場合には電流が予測よりも小さいが、
大抵は改善され得るフェロセン変性によるものであることが分かる。しかし、電
子伝達速度の影響も機器による因子も、式11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i AC は下記の式12に示すような3因子の関数である。 式12 iAC=f(Nernst因子)f(kET)f(機器因子)
Using Equation 11, the simulation was performed with the overpotential (AC voltage) increased.
FIG. 22A of PCT US97 / 20014 shows one of its simulations
. FIG. 22B shows a simulation based on the conventional theory. Figures 23A and 23B
Is a simulation, Ec-w of Example 7 of PCT US97 / 2002.
ire is plotted to represent actual experimental data.
It can be seen that the results match well. In some cases the current is smaller than expected,
It turns out to be mostly due to ferrocene modification which can be improved. However,
Neither the effect of the child transmission speed nor the instrumental factor is incorporated into Equation 11. Electronic transmission
Speed is important when it is near or below the application frequency. Thus true i AC Is a function of three factors as shown in Equation 12 below. Equation 12 iAC= F (Nernst factor) f (kET) f (Equipment factor)

【0319】 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。
These equations can model and predict 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.

【0320】 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 exhibit 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.

【0321】 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。
Thus, 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 the 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.

【0322】 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1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1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 a target sequence and a labeled probe has been created, the first input electronic signal is used in the system, preferably via at least a sample electrode (including the complex of the invention) and a 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 present invention, the AC amplitude is about 1 mV-1.1 V, preferably about 10 mV-800 mV, especially 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.

【0323】 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.

【0324】 好ましい実施態様において第1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。
[0324] 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.

【0325】 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.

【0326】 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れ
る。
Thus, in a preferred embodiment, using multiple DC onset voltages,
DC voltage sweep is preferred. This can be done at a single frequency or at two or more frequencies.

【0327】 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. A high amplitude results in a high overpotential, giving a fast speed 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. Further, for example, this may be used to elicit a response in a slow system that does not have an arrangement with adequate space.

【0328】 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.

【0329】 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 variable. 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.

【0330】 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 one embodiment, 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 and the presence of the target sequence.

【0331】 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, using the alternating current technique results in a significant reduction in the background signal at all single frequencies by substances other than ETM. 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 diffuse fast enough to transfer its charge to the electrodes, and / or the rate of charge transfer 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 or not present, which means that many biological fluids, such as blood, contain significant amounts of redox-active molecules that can interfere with amperometric detection. So it's especially meaningful.

【0332】 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, an alternating current is 10-100 kHz at a low input frequency such as 1-20 Hz.
When compared to the response to an output signal at a higher frequency, such as the presence or absence of ETM, the difference in 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.

【0333】 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.

【0334】 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。
[0334] 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. Varying these parameters will optimize the system in number.

【0335】 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.

【0336】 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。
[0336] 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 making the system of the present invention sufficiently uniform allows for phase shift detection. That is, the biocomposite in which the electron transfer of the present invention occurs uniformly reacts with the 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.

【0337】 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 that 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.

【0338】 従って、本発明はさらに、交流検出法を用いて核酸検出のための装置を提供す
る。この装置は、少なくとも第1測定すなわちサンプル電極および第2測定すなわ
ち逆電極を有する試験室を含む。3電極系も用いられる。第1および第2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つの電極は電子
的に接触し得る。
Thus, the present invention further provides an apparatus for nucleic acid detection using an alternating current detection method. The apparatus includes a test chamber 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 electrodes contact the test sample receiving area, and in the presence of a liquid test sample, the two electrodes can make electronic contact.

【0339】 好ましい実施態様において、第1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 a conductive oligomer as described above.

【0340】 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 alternating voltage source electrically connected to the test room or measurement electrode. Preferably, the AC voltage source may emit the offset voltage as well.

【0341】 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、種々の研究、臨床、品質管理、野外試験などに用い
られる。
In a preferred embodiment, the device further comprises a processor capable of comparing the input signal with 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. Therefore, the composition of the present invention is used for various researches, clinical studies, quality control, field tests, and the like.

【0342】 好ましい実施態様において、これらのプローブは遺伝子診断に使用される。例
えば、本明細書中に開示した技術を使用して、プローブを、例えば、非茸腫結腸
癌遺伝子、BRCA1胸部癌遺伝子、各種の癌関連遺伝子であるP53、アルツ
ハイマー病の最大リスク指標であるアポE4遺伝子、などの標的配列を検出する
ために調製し、患者の前駆症状スクリーニング、全身性繊維症遺伝子変異、ある
いはその他の当技術分野で周知のすべてを容易にすることができる。
In a preferred embodiment, these probes are used for genetic diagnosis. For example, using the techniques disclosed herein, probes can be used to probe, for example, non-mushroom colon oncogenes, BRCA1 breast oncogenes, various cancer-related genes, P53, and Apo, a maximum risk index for Alzheimer's disease. It can be prepared to detect a target sequence, such as the E4 gene, to facilitate prodromal screening of patients, systemic fibrosis gene mutations, or anything else well known in the art.

【0343】 別の実施態様では、ウイルスおよびバクテリアの検出は、本発明の複合体を使
用して実施できる。この実施態様では、プローブは、各種ウイルスおよびバクテ
リアから標的配列を検出するためにデザインされる。例えば、現今の血液スクリ
ーニングは坑HIV抗体の検出に依存している。本明細書中に開示した方法は、
臨床サンプルのHIV核酸配列、殊に高度に保存性のHIV配列を検出する直接
スクリーニングを可能とする。さらにこれは、坑ウイルス治療の効果を評価する
改良方法として、患者の体内を循環しているウイルスを直接モニターすることを
可能とする。同様に、リューケミア関連ウイルス、HLTV−IやHLTV−II
をこの方法で検出することができる。バクテリア感染症、例えば、結核、クリミ
ディアおよび他の性的伝染症も、例えば標的配列としてリボソーマルRNA(r
RNA)を使用して検出できる。
In another embodiment, detection of viruses and bacteria can be performed using the complexes of the present invention. In this embodiment, probes are designed to detect target sequences from various viruses and bacteria. For example, current blood screenings rely on the detection of anti-HIV antibodies. The method disclosed herein comprises:
It allows direct screening for the detection of HIV nucleic acid sequences, especially highly conserved HIV sequences, in clinical samples. In addition, this allows direct monitoring of the virus circulating in the patient's body as an improved method of assessing the efficacy of antiviral therapy. Similarly, leukemia-related viruses, HLTV-I and HLTV-II
Can be detected in this way. Bacterial infections, such as tuberculosis, Crimidia and other sexually transmitted diseases, may also be used, for example, as ribosomal RNA (r
RNA).

【0344】 好ましいある実施態様では、本発明の各核酸は、水あるいは食品サンプルのス
クリーニングにおいて毒性バクテリアのプローブとしても使用される。例えば、
各サンプルは、バクテリアを溶解処理してその核酸(殊にrRNA)を遊離させ
、次いでバクテリア株を認識するようにプローブをデザインする。但し、該バク
テリアは、Salmonella, Campylobacter, Vibrio cholerae, Leishmania, 腸毒
性のE. Coli株、およびレジオネア病バクテリア、などの病原性株を含むがそれ
らに限定はされない。同様にして、本発明の組成物を使用して生体治癒戦術を、
評価できる。
In certain preferred embodiments, each nucleic acid of the present invention is also used as a probe for toxic bacteria in screening water or food samples. For example,
For each sample, the bacteria are lysed to release their nucleic acids (particularly rRNA), and then the probe is designed to recognize the bacterial strain. However, the bacteria include, but are not limited to, pathogenic strains such as Salmonella, Campylobacter, Vibrio cholerae, Leishmania, enterotoxic E. Coli strains, and Legionaire's disease bacteria. Similarly, biohealing tactics using the compositions of the present invention,
Can be evaluated.

【0345】 さらなる実施態様では、犠牲者や容疑者から採取したサンプルについて、犯罪
−現場を一致させる法医学的「DNA指紋鑑定」に使用される。
In a further embodiment, samples taken from victims or suspects are used in a forensic "forensic" DNA fingerprinting test.

【0346】 さらなる実施態様では、あるアレイ配列のプローブは、ハイブリダイゼーショ
ンによる配列決定に使用される。
In a further embodiment, probes of an array sequence are used for sequencing by hybridization.

【0347】 このように、本発明は、ある実施態様においては、ハイブリダイズしていない
プローブを除去することなく標的配列を検出し得る、極めて特異的で感受性の高
いプローブを提供するものである。これは、自動化遺伝子プローブアッセイの形
成に有用である。
Thus, the present invention, in one embodiment, provides extremely specific and sensitive probes that can detect a target sequence without removing unhybridized probes. This is useful for forming automated gene probe assays.

【0348】 あるいは、本発明の組成物は、PCRにおける成功した遺伝子増幅を検出する
のに有用であり、かくして成功したPCR反応を標的配列の存在または不存在の
指標とすることができる。PCRはこのような手法で数種の方法に使用される。
例えば、ある実施態様では、このPCR反応は当技術分野で知られているように
して実施され、次いで、標的核酸とETMとを含む本発明の組成物に加え、伝導
性オリゴマーを介して電極に共有結合させ、続いて標的配列を検出する。あるい
は、ETMで標識化したヌクレオチドを用い、電極の存在下にまたは続いて電極
を加えるかのいずれかで、伝導性オリゴマー及び標的核酸とともにPCRを実施
する。ETMを含有するPCR生成物の電極組成物との結合は、電子移動により
検出される。最終的に、伝導性ポリマーを介して電極に結合した核酸は、ETM
で標識化した第二プライマーの添加により、PCRプライマーの1種となるだろ
う。伸長させると、ETMおよび共有結合した電極を有する2本鎖核酸を生じる
。このような方法で、本発明は各標的配列のPCR検出に使用される。
Alternatively, the compositions of the present invention are useful for detecting successful gene amplification in PCR, and thus a successful PCR reaction can be an indicator of the presence or absence of a target sequence. PCR is used in several ways in this manner.
For example, in one embodiment, the PCR reaction is performed as is known in the art, and then added to a composition of the invention comprising a target nucleic acid and an ETM, and via a conductive oligomer to an electrode. Covalent binding followed by detection of the target sequence. Alternatively, PCR is performed with a conductive oligomer and a target nucleic acid, using nucleotides labeled with ETM, either in the presence of an electrode or subsequently adding an electrode. Binding of the ETM-containing PCR product to the electrode composition is detected by electron transfer. Finally, the nucleic acid bound to the electrode via the conductive polymer is
The addition of a second primer labeled with will result in one of the PCR primers. Upon extension, a double-stranded nucleic acid having an ETM and a covalently bonded electrode is generated. In this way, the invention is used for PCR detection of each target sequence.

【0349】 好ましいある実施態様では、これらの配列はmRNA検出に使用される。好ま
しいある実施態様は、これらのmRNAの3’ポリアデニル化末端近くにハイブ
リダイズする捕獲プローブまたは捕獲伸長プローブのいずれかを利用するもので
ある。これにより、標的結合プローブの1種、即ち、mRNA標的のポリ−A末
端と結合するポリ−T部分を含有するプローブ、を標的に使用することが可能と
なる。一般的に、このプローブは、好ましくは非ポリ−Tであり、検出プローブ
(または他のプローブ)と結合する第二部分、を含有する。これにより、1種標
的結合プローブの調製、および、異種プローブ合成実施量の減少が可能となる。
In certain preferred embodiments, these sequences are used for mRNA detection. One preferred embodiment utilizes either a capture probe or a capture extension probe that hybridizes near the 3 'polyadenylation end of these mRNAs. This allows one type of target binding probe to be used for the target, ie, a probe containing a poly-T moiety that binds to the poly-A end of the mRNA target. Generally, the probe is preferably non-poly-T and contains a second moiety that binds to the detection probe (or other probe). This makes it possible to prepare one type of target binding probe and reduce the amount of heterologous probe synthesis.

【0350】 好ましいある実施態様では、制限酵素およびライゲーション手法を使用するこ
とにより、「ユニバーサル」アレイ配列の創製が可能となる。この実施態様では
、PCT US97/20014の第7図に一般的に示した、制限エンドヌクレ
アーゼ末端を含む捕獲プローブを含む単層である。核酸の相補的部分を利用する
ことにより、「粘着性末端」を残しつつ、制限エンドヌクレアーゼ部位のすべて
を含むアレイ配列が調製される。これらの制限エンドヌクレアーゼの1種または
それ以上で標的サンプルを処理することにより、それらの標的をアレイ配列に結
合させることが可能となる。これは、標的の配列を知らなくても実施できる。そ
れらの標的は、所望により、標準的手法例えばリガーゼを用いてライゲートされ
得、そして標準的標識または本発明方法のいずれかを使用して標的配列を検出で
きる。
In certain preferred embodiments, the use of restriction enzymes and ligation techniques allow the creation of “universal” array sequences. In this embodiment, a monolayer comprising a capture probe comprising a restriction endonuclease terminus, shown generally in FIG. 7 of PCT US97 / 2002. By utilizing the complementary portion of the nucleic acid, an array sequence is prepared that includes all of the restriction endonuclease sites, while leaving "sticky ends". Treating a target sample with one or more of these restriction endonucleases allows those targets to bind to the array sequence. This can be done without knowing the sequence of the target. The targets can be ligated, if desired, using standard techniques, such as ligase, and the target sequence can be detected using either standard labels or the methods of the invention.

【0351】 本発明は、核酸類を感受性よく検出し得る方法を提供するものである。好まし
い実施態様では、約10×106以下、好ましくは約10×105以下、より好ま
しくは約10×104以下、特に好ましくは約10×103以下、最も好ましくは
約10×102以下の分子が検出される。これは標的配列とレポーター分子との
1:1相関を推認するものであり、もし各標的配列に対して1以上のレポーター
分子(即ち、電子伝達分子)を使用すれば、感受性がより高くなるはずであるこ
とは、当業者には明かであろう。
The present invention provides a method capable of detecting nucleic acids with high sensitivity. In a preferred embodiment, up to about 10 × 10 6 , preferably up to about 10 × 10 5 , more preferably up to about 10 × 10 4 , particularly preferably up to about 10 × 10 3 , most preferably up to about 10 × 10 2. Of molecules are detected. This infers a 1: 1 correlation between the target sequence and the reporter molecule, and should be more sensitive if more than one reporter molecule (ie, electron transfer molecule) is used for each target sequence. Will be apparent to those skilled in the art.

【0352】 現今、検出限界は刊行物発表されたDNAを介しての電子伝達率に基づいて評
価されており、それは大まかに言って、8ベースペア分離につき1×106電子
/秒/デュープレックスであり(Meade et al., Angw. Chem. Eng. Ed., 34:352
(1995)参照) 、高い推進力、約100kHzのAC振動数を可能とするもので
ある。予試験結果が示しているように、これらのシステムを介しての電子伝達は
、極めて効率的であり、ほぼ100×103電子/秒に達し、非常に僅かの分子
に対しても有力でフェムトアンプな感受性をもたらす。
At present, the limit of detection has been estimated based on published electron transfer rates through DNA, which is roughly 1 × 10 6 electrons / sec / duplex per 8 base pair separations. Yes (Meade et al., Angw. Chem. Eng. Ed., 34: 352
(1995)), enabling high propulsion and AC frequencies of about 100 kHz. Preliminary results show that electron transfer through these systems is extremely efficient, reaching nearly 100 × 10 3 electrons / sec, and is a powerful and femto Brings the amplifier sensitivity.

【0353】 以下の実施例は、上記本発明の使用方法をより詳しく記述しようとするもので
あり、また、本発明の各種態様を実施するために最良と思われる方法を記載する
ものである。これらの実施例は、如何なる意味においても本発明の真の範囲を限
定しようとするものではなく、例示説明の目的で記載したものと理解されるべき
である。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。
The following examples are intended to describe the methods of use of the present invention in more detail, and to describe the methods believed to be the best for carrying out the various aspects of the present invention. It is to be understood that these examples are not intended to limit the true scope of the invention in any way and are set forth for illustrative purposes. All references cited herein are hereby incorporated by reference in their entirety.

【0354】 実施例 実施例1 2’位でフェロセンにより修飾したヌクレオシドの合成EXAMPLES Example 1 Synthesis of Nucleosides Modified at the 2 'Position with Ferrocene

【0355】 N6の製造を記載する。The preparation of N6 is described.

【0356】 化合物N6.フェロセン(20g、108mmol)および4−ブロモブチルクロ
リド(20g、108mmol)を、450mLのジクロロメタンに溶解し、次いで
無水AlCl3(14.7g、11mmol)を加える。反応混合物を室温で1時間
40分攪拌し、次いで600mLの氷を加えて急冷する。有機層を分離し、水層
が中性(pH=5)近くになるまで水洗する。有機層はNa2SO4で乾燥し、濃
縮する。粗製生成物を、50/50ヘキサン/ジクロロメタン、続いて30/7
0ヘキサン/ジクロロメタン/により300gmのシリカゲル上で溶出するフラ
ッシュクロマトグラフィーで精製し、標題の化合物を26.4gm(73%)得
る。
Compound N6. Ferrocene (20 g, 108 mmol) and 4-bromo-butyl chloride (20 g, 108 mmol) was dissolved in dichloromethane 450 mL, then added anhydrous AlCl 3 (14.7g, 11mmol). The reaction mixture is stirred at room temperature for 1 hour and 40 minutes, then quenched by adding 600 mL of ice. Separate the organic layer and wash with water until the aqueous layer is near neutral (pH = 5). The organic layer is dried over Na 2 SO 4 and concentrated. The crude product is treated with 50/50 hexane / dichloromethane followed by 30/7
Purify by flash chromatography, eluting with 0 hexane / dichloromethane / over 300 gm of silica gel to give 26.4 gm (73%) of the title compound.

【0357】 化合物N2.化合物N1(6g、18mmol)を丸底フラスコ中のトルエン12
0mLに溶解する。亜鉛(35.9g、55mmol)、塩化水銀(3.3g、12
mmol)および水(100mL)を順次加える。それからHCl溶液(12M、8
0mL)を滴下する。反応混合物を16時間室温で攪拌する。有機層を分離し、
水(2×100mL)で洗い、濃縮する。さらに270gmのシリカゲル上でフ
ラッシュクロマトグラフィー(ヘキサン)によって精製し、目的の化合物を褐色
の固形物として(3.3g、58%)得る。
Compound N2. Compound N1 (6 g, 18 mmol) was added to toluene 12 in a round bottom flask.
Dissolve in 0 mL. Zinc (35.9 g, 55 mmol), mercury chloride (3.3 g, 12
mmol) and water (100 mL) are added sequentially. Then the HCl solution (12M, 8
0 mL) is added dropwise. The reaction mixture is stirred for 16 hours at room temperature. Separate the organic layer,
Wash with water (2 × 100 mL) and concentrate. Further purification by flash chromatography (hexane) on 270 gm of silica gel gives the desired compound as a brown solid (3.3 g, 58%).

【0358】 化合物N3.乾燥DMF400mL中にアデノシン13.6gm(51mmol)
を含む混合物を氷水浴中で10分間冷却してから、NaH(60%)3.0gm
(76mmol)を加える。反応混合物を0℃で1時間攪拌してから、化合物N2(
16.4g、51mmol)を加える。次いで、温度を緩やかに上げて30℃とし、
反応混合物をこの温度に4時間保持してから、氷100mlで急冷する。溶媒を
真空で蒸発させる。得られたゴム状物を水300mLと酢酸エチル300mLと
に溶解する。水層を完全に抽出する(酢酸エチル3×300mL)。集めた有機
抽出物を濃縮し、粗製生成物を、270gのシリカゲル上でフラッシュクロマト
グラフィーで精製する。このカラムを20%酢酸エチル/ジクロロメタン、50
%酢酸エチル/ジクロロメタン、70%酢酸エチル/ジクロロメタン、酢酸エチ
ル、1%メタノール/酢酸エチル、3%メタノール/酢酸エチル、および5%メ
タノール/酢酸エチルで溶出する。所望の画分を濃縮して目的化合物(6.5g
、25%)得る。
Compound N3. Adenosine 13.6 gm (51 mmol) in 400 mL of dry DMF
Was cooled in an ice-water bath for 10 minutes and then 3.0 gm of NaH (60%)
(76 mmol) are added. The reaction mixture was stirred at 0 ° C. for 1 hour before compound N2 (
16.4 g, 51 mmol) are added. Next, the temperature was gradually increased to 30 ° C.
The reaction mixture is kept at this temperature for 4 hours and then quenched with 100 ml of ice. Evaporate the solvent in vacuo. The obtained gum is dissolved in 300 mL of water and 300 mL of ethyl acetate. Completely extract the aqueous layer (ethyl acetate 3 × 300 mL). The combined organic extracts are concentrated and the crude product is purified by flash chromatography on 270 g of silica gel. The column was washed with 20% ethyl acetate / dichloromethane, 50%
Elute with 70% ethyl acetate / dichloromethane, 70% ethyl acetate / dichloromethane, ethyl acetate, 1% methanol / ethyl acetate, 3% methanol / ethyl acetate, and 5% methanol / ethyl acetate. The desired fraction is concentrated to give the desired compound (6.5 g).
, 25%).

【0359】 化合物N4.化合物N3(6.5g、12.8mmol)を乾燥ピリジン150m
L中に溶解し、TMSCl(5.6g、51.2mmol)を加える。反応混合物を
室温で1.5時間攪拌する。次いで、フェノキシアセチルクロリド(3.3g、
19.2mmol)を0℃で加える。次いで、反応混合物を室温で4時間攪拌し、0
℃で水100mLを加えて急冷する。溶媒を減圧下に除去し、粗製ゴム状物をさ
らに90gのシリカゲル上でフラッシュクロマトグラフィー精製する。(1%メ
タノール/ジクロロメタン)(2.3g、28%)
Compound N4. Compound N3 (6.5 g, 12.8 mmol) was dried in 150 ml of pyridine.
Dissolve in L and add TMSCl (5.6 g, 51.2 mmol). The reaction mixture is stirred at room temperature for 1.5 hours. Then, phenoxyacetyl chloride (3.3 g,
19.2 mmol) at 0 ° C. The reaction mixture was then stirred at room temperature for 4 hours,
Quench at 100C with 100 mL of water. The solvent is removed under reduced pressure and the crude gum is flash chromatographed on a further 90 g of silica gel. (1% methanol / dichloromethane) (2.3 g, 28%)

【0360】 化合物N5.化合物N4(2.2g、3.4mmol)およびDMAP(200m
g、1.6mmol)を乾燥ピリジン150mL中に溶解し、DMTCl(1.4g
、4.1mmol)を加える。反応混合物を室温で1夜、アルゴン気流中で攪拌する
。溶媒を減圧下に除去し、残査を250mLのジクロロメタンに溶解する。有機
溶液を5%NaHCO3溶液(3×250mL)で洗い、Na2SO4上で乾燥し
、それから濃縮する。さらに55gのシリカゲル上でフラッシュクロマトグラフ
ィー(1%TEA/50%ヘキサン/ジクロロメタン)によって精製し、目的の
化合物(1.3g、41%)を得る。
Compound N5. Compound N4 (2.2 g, 3.4 mmol) and DMAP (200 m
g, 1.6 mmol) in 150 mL of dry pyridine and DMTCl (1.4 g).
, 4.1 mmol). The reaction mixture is stirred at room temperature overnight in a stream of argon. The solvent is removed under reduced pressure and the residue is dissolved in 250 ml of dichloromethane. Wash the organic solution with a 5% NaHCO 3 solution (3 × 250 mL), dry over Na 2 SO 4 and then concentrate. Further purification by flash chromatography (1% TEA / 50% hexane / dichloromethane) on 55 g of silica gel gives the desired compound (1.3 g, 41%).

【0361】 化合物N6.ジクロロメタン150mL中にN5(3.30gm、3.50mm
ol)を含有する溶液中に、ジイソプロピルエチルアミン(4.87mL、8.0
eq.)およびDMAPの触媒量(200mg)を加える。混合物を0℃に保ち、N,
N−ジイソプロピルアミノ シアノエチル フォスフォンアミジン酸クロリド(
2.34mL、10.48mmol)を加える。反応混合物を加温し、室温で1夜攪
拌する。ジクロロメタン150mLおよび5%NaHCO3水溶液250mLを
加えて希釈したのち、有機層を分離し、5%NaHCO3(250mL)で洗い
、Na2SO4上で乾燥し、それから濃縮する。粗製生成物を66gのシリカゲル
を1%TEAヘキサン溶液を用いて充填したフラッシュカラムで精製する。溶出
溶媒は、1%TEAヘキサン溶液(500mL)、1%TEAおよび10%ジク
ロロメタンのヘキサン溶液(500mL)、1%TEAおよび20%ジクロロメ
タンのヘキサン溶液(500mL)、1%TEAおよび50%ジクロロメタンの
ヘキサン溶液(500mL)である。目的化合物を含む画分を集め、濃縮して、
目的の化合物(3gm、75%)を得る。
Compound N6. N5 (3.30 gm, 3.50 mm
ol) in a solution containing diisopropylethylamine (4.87 mL, 8.0).
eq.) and a catalytic amount of DMAP (200 mg). Keep the mixture at 0 ° C.,
N-diisopropylamino cyanoethyl phosphonamidic acid chloride (
2.34 mL, 10.48 mmol). The reaction mixture is warmed and stirred at room temperature overnight. After dilution by adding 150 mL of dichloromethane and 250 mL of 5% aqueous NaHCO 3 , the organic layer is separated, washed with 5% NaHCO 3 (250 mL), dried over Na 2 SO 4 and then concentrated. The crude product is purified on a flash column packed with 66 g of silica gel using a 1% solution of TEA in hexane. The elution solvent was 1% TEA in hexane (500 mL), 1% TEA and 10% dichloromethane in hexane (500 mL), 1% TEA and 20% dichloromethane in hexane (500 mL), 1% TEA and 50% dichloromethane in hexane. Solution (500 mL). The fraction containing the target compound is collected, concentrated,
This gives the desired compound (3 gm, 75%).

【0362】 実施例2「 分枝した」ヌクレオシドの合成Example 2 Synthesis of “Branched” Nucleosides

【0363】 図11Aに示す、N17の製造を記載する。The production of N17, shown in FIG. 11A, is described.

【0364】 化合物N14の合成.第三級ブチルジメチルシリルクロリド(33.38g、
0.22mol)のジクロロメタン300mL溶液中に、イミダゾール(37.6
9g、0.55mol)を加える。直ちに大量の沈殿が生成する。2−ブロモエタ
ノール(27.68g、0.22mol)を室温でゆっくり加える。反応混合物を
この温度で3時間攪拌する。有機層を水(200mL)、5%NaHCO3(2
×250mL)、および水(200mL)で洗う。溶媒を除去し、標題の化合物
52.52gを得る(99%)。
Synthesis of Compound N14. Tertiary butyldimethylsilyl chloride (33.38 g,
0.22 mol) of imidazole (37.6) in a 300 mL solution of dichloromethane.
9 g, 0.55 mol). A large amount of precipitate forms immediately. 2-Bromoethanol (27.68 g, 0.22 mol) is added slowly at room temperature. The reaction mixture is stirred at this temperature for 3 hours. The organic layer was washed with water (200 mL), 5% NaHCO 3 (2
× 250 mL) and water (200 mL). Removal of the solvent gives 52.52 g of the title compound (99%).

【0365】 化合物N15の合成.DMF1.0L中にアデノシン(40g、0.15mol)
を分散させた液中に、0℃でNaH(60%鉱物油溶液を8.98gm、0.2
2mol)を加える。混合物を0℃で1時間攪拌し、N14(35.79gm、0
.15mol)を加える。反応混合物を30℃で1夜攪拌する。氷水100mLを
加えて急冷する。溶媒を高真空下に除去する。残留する泡状物を800mlの酢
酸エチルと水700mLの混合液に溶解させる。水層をさらに酢酸エチル(3×
200mL)で抽出する。集めた有機層をNa2SO4上で乾燥し、濃縮する。粗
製生成物を、300gのシリカゲルを1%TEAヘキサン溶液を用いて充填した
フラッシュカラムで精製する。溶出溶媒は、ジクロロメタン(500mL)、3
%MeOHジクロロメタン溶液(500mL)、5%MeOHジクロロメタン溶
液(500mL)、8%MeOHジクロロメタン溶液(2000mL)である。
目的の画分を集め、濃縮して、標題の化合物11.70g(19%)を得る。
Synthesis of Compound N15. Adenosine (40 g, 0.15 mol) in 1.0 L of DMF
Was dispersed at a temperature of 0 ° C. in NaH (a mineral oil solution at 60% in 8.98 gm, 0.2
2 mol) are added. The mixture was stirred at 0 ° C. for 1 hour and N14 (35.79 gm, 0
. 15 mol). The reaction mixture is stirred at 30 ° C. overnight. Add 100 mL of ice water and quench. The solvent is removed under high vacuum. The remaining foam is dissolved in a mixture of 800 ml of ethyl acetate and 700 ml of water. The aqueous layer was further extracted with ethyl acetate (3 ×
200 mL). The combined organic layers were dried over Na 2 SO 4, and concentrated. The crude product is purified on a flash column packed with 300 g of silica gel with 1% TEA in hexane. The elution solvent is dichloromethane (500 mL), 3
% MeOH in dichloromethane (500 mL), 5% MeOH in dichloromethane (500 mL), and 8% MeOH in dichloromethane (2000 mL).
The desired fractions are collected and concentrated to give 11.70 g (19%) of the title compound.

【0366】 化合物N16の合成.0℃に冷却したN15(11.50gm、27.17mm
ol)の乾燥ピリジン300mL溶液中に、トリメチルシリルクロリド(13.7
1mL、0.11mol、4.0)を加える。混合物を0℃で40分間攪拌する。
フェノキシアセチルクロリド(9.38mL、67.93mmol)を加える。反応
混合物を0℃で2.5時間攪拌する。混合物を次いでジクロロメタン700mL
と水100mLの混合液に移す。混合物をよく振り混ぜ、有機層を分離する。5
%NaHCO3(2×300mL)で2回洗浄したのち、ジクロロメタンをロー
トベーパーで除去する。残査に水200mLを加え、得られたピリジン混合物を
室温で2時間攪拌する。次いで、溶媒を高真空下に除去する。ゴム状生成物をピ
リジン100mLとともに共留蒸発させる。残査を乾燥ピリジン250mL中に
0℃で溶解させ、4,4’−ジメトキシトリチルクロリド(11.02gm、3
2.60mmol)を加える。反応物を室温で1夜攪拌する。溶液をジクロロメタン
700mLと5%NaHCO3500mLとの混合液に移す。よく振り混ぜたの
ち、有機層を分離し、さらに5%NaHCO3(2×200mL)で洗浄し、次
いで濃縮する。粗製生成物を、270gのシリカゲルを1%TEA/30%CH 2 Cl2/ヘキサン溶液を用いて充填したフラッシュカラムで精製する。溶出溶媒
は、1%TEA/50%CH2Cl2/ヘキサン(1000mL)、1%TEA/
CH2Cl2(2000mL)である。目的生成物を含有する画分を集め、濃縮し
て、標題の化合物10.0g(43%)を得る。
Synthesis of Compound N16. N15 cooled to 0 ° C. (11.50 gm, 27.17 mm
ol) in a 300 mL solution of dry pyridine in trimethylsilyl chloride (13.7).
1 mL, 0.11 mol, 4.0). The mixture is stirred at 0 ° C. for 40 minutes.
Add phenoxyacetyl chloride (9.38 mL, 67.93 mmol). reaction
The mixture is stirred at 0 ° C. for 2.5 hours. The mixture is then 700 mL of dichloromethane
And a mixture of 100 mL of water. Shake the mixture well and separate the organic layer. 5
% NaHCOThree(2 x 300 mL), then wash with dichloromethane
Remove with tvapor. 200 mL of water was added to the residue, and the resulting pyridine mixture was
Stir at room temperature for 2 hours. Then the solvent is removed under high vacuum. Rubbery product
Co-evaporate with 100 mL of lysine. Residue in 250 mL dry pyridine
The solution was dissolved at 0 ° C. and 4,4′-dimethoxytrityl chloride (11.02 gm, 3
2.60 mmol). The reaction is stirred overnight at room temperature. Solution in dichloromethane
700 mL and 5% NaHCOThreeTransfer to a mixture with 500 mL. Shake well
Then, the organic layer was separated, and 5% NaHCOThree(2 x 200 mL), then
And concentrate. The crude product was washed with 270 g of silica gel in 1% TEA / 30% CH. Two ClTwoPurify on a flash column packed with a / hexane solution. Elution solvent
Is 1% TEA / 50% CHTwoClTwo/ Hexane (1000 mL), 1% TEA /
CHTwoClTwo(2000 mL). The fractions containing the desired product are collected, concentrated and
To give 10.0 g (43%) of the title compound.

【0367】 化合物N17の合成.N16(10.0gm、11.60mmol)のジクロロメ
タン300mL溶液中に、ジイソプロピルエチルアミン(16.2mL)および
触媒量のN,N−ジメチルアミノピリジン(200mg)を加える。混合物を氷水
浴中で冷却し、N,N−ジイソプロピルアミノ シアノエチル フォスフォンア
ミジン酸クロリド(7.78mL、34.82mmol)を加える。反応混合物を室
温で1夜攪拌する。反応混合物にジクロロメタン250mLおよび5%NaHC
3250mLを加えて希釈する。よく振り混ぜたのち、有機層を分離し、同量
の5%NaHCO3水溶液でもう一度洗い、Na2SO4上で乾燥し、濃縮する。
粗製生成物を120gのシリカゲルを1%TEAおよび10%ジクロロメタンの
ヘキサン溶液使用して充填したフラッシュカラムで精製する。溶出溶媒は、1%
TEAおよび10%ジクロロメタンのヘキサン溶液(500mL)、1%TEA
および20%ジクロロメタンのヘキサン溶液(500mL)、および、1%TE
Aおよび40%ジクロロメタンのヘキサン溶液(1500mL)である。該当画
分を集め、濃縮して、最終目的物(7.37gm、60%)を得る。
Synthesis of Compound N17. To a solution of N16 (10.0 gm, 11.60 mmol) in 300 mL of dichloromethane is added diisopropylethylamine (16.2 mL) and a catalytic amount of N, N-dimethylaminopyridine (200 mg). The mixture is cooled in an ice-water bath and N, N-diisopropylamino cyanoethylphosphonamidic acid chloride (7.78 mL, 34.82 mmol) is added. The reaction mixture is stirred overnight at room temperature. 250 mL of dichloromethane and 5% NaHC were added to the reaction mixture.
Dilute by adding 250 mL of O 3 . After shaking well, the organic layer is separated, washed once more with an equal volume of 5% aqueous NaHCO 3 , dried over Na 2 SO 4 and concentrated.
The crude product is purified on a flash column packed with 120 g of silica gel using a solution of 1% TEA and 10% dichloromethane in hexane. Elution solvent is 1%
TEA and 10% dichloromethane in hexane (500 mL), 1% TEA
And 20% dichloromethane in hexane (500 mL), and 1% TE
A and 40% dichloromethane in hexane (1500 mL). The relevant fractions are collected and concentrated to give the final product (7.37 gm, 60%).

【0368】 分枝に使用する他の2種のヌクレオチドの合成を、Lev保護基を用いる場合
について図11Bおよび11Cに示す。これらの分枝ヌクレオチドは、リボース
(N17)よりむしろフォスフェートから分枝し、いくらか良い結果を生じるよ
うである。
The synthesis of the other two nucleotides used for branching is shown in FIGS. 11B and 11C when using the Lev protecting group. These branched nucleotides appear to branch off from the phosphate rather than ribose (N17) and produce somewhat better results.

【0369】 実施例3 ETMを含有するトリフォスフェートヌクレオチドの合成Example 3 Synthesis of Triphosphate Nucleotides Containing ETM

【0370】 AFTPの合成を記載する。The synthesis of AFTP is described.

【0371】 N3(1.00g、1.97mmol)を15mLのトリエチルフォスフェートに
溶解し、ジイソプロピルエチルアミン(0.69mL、3.9mmol)を加える。
混合物を0℃に保ちながら、フォスフェラスオキシクロリド(0.45g、2.
93mmol)を加える。反応混合物を0℃で4時間、次に4℃で1夜攪拌する。ビ
ス(トリブチル)アンモニウムフォスフェート(3.24g、5.91mmol)を
加え、反応混合物を0℃で6時間、次に4℃で1夜攪拌する。反応液中に生成し
た白色沈殿を濾去する。濾液を水(20mL)で処理すると、黄色の沈殿が生成
する。沈殿を濾取し高真空下に乾燥し、標題化合物の黄色固形物0.63gを得
る。
Dissolve N3 (1.00 g, 1.97 mmol) in 15 mL of triethyl phosphate and add diisopropylethylamine (0.69 mL, 3.9 mmol).
While maintaining the mixture at 0 ° C., phosphorous oxychloride (0.45 g, 2.
93 mmol) are added. The reaction mixture is stirred at 0 ° C. for 4 hours and then at 4 ° C. overnight. Bis (tributyl) ammonium phosphate (3.24 g, 5.91 mmol) is added and the reaction mixture is stirred at 0 ° C. for 6 hours and then at 4 ° C. overnight. The white precipitate formed in the reaction solution is filtered off. Treatment of the filtrate with water (20 mL) produces a yellow precipitate. The precipitate is collected by filtration and dried under high vacuum to give 0.63 g of the title compound as a yellow solid.

【0372】 実施例4 フォスフェートを介してフェロセンを結合しているヌクレオシドの合成Example 4 Synthesis of Nucleosides Linking Ferrocene via Phosphate

【0373】 Y63の合成を記載する。The synthesis of Y63 is described.

【0374】 C102の合成:10.5gm(32.7mmol)のN2、16gmの酢酸カリ
ウム、および350mlのDMFからなる反応混合物を、100℃で2.5時間
攪拌する。反応混合物を室温まで放冷し、次いで400mlのエーテルと800
mlの水の混合液中に注ぎ込む。混合物を振り混ぜ、有機層を分離する。水層を
2回エーテルで抽出する。エーテル抽出液を合わせ、硫酸ナトリウム上で乾燥し
、次いでカラムクロマトグラフィーのために濃縮する。シリカゲル(160gm
)を1%TEA/ヘキサンを用いて充填する。粗製物を負荷し、カラムを1%T
EA/0−100%CH2Cl2/ヘキサンで溶出する。目的物を含有する画分を
集め、濃縮してC102を5.8g(59.1%)得る。
Synthesis of C102: A reaction mixture consisting of 10.5 gm (32.7 mmol) of N 2, 16 gm of potassium acetate and 350 ml of DMF is stirred at 100 ° C. for 2.5 hours. The reaction mixture was allowed to cool to room temperature, then 400 ml of ether and 800
Pour into a mixture of ml of water. Shake the mixture and separate the organic layer. The aqueous layer is extracted twice with ether. The ether extracts are combined, dried over sodium sulfate and then concentrated for column chromatography. Silica gel (160 gm
) With 1% TEA / hexane. Load the crude and load the column with 1% T
Eluting with EA / 0-100% CH 2 Cl 2 / hexane. The fractions containing the desired product are collected and concentrated to obtain 5.8 g (59.1%) of C102.

【0375】 Y61の合成:C102を5.1gm(17.0mmol)含有するフラスコにジ
オキサン30mlを加える。この溶液に1MのNaOH少量を2.5時間を要し
て、または加水分解が完了するまで加える。加水分解後、生成物をヘキサンで抽
出する。集めた抽出液を硫酸ナトリウム上で乾燥し、クロマトグラフィーのため
に濃縮する。シリカゲル(100gm)を10%EtOAc/ヘキサンを用いて
充填する。粗製物溶液を負荷し、カラムを10%ないし50%EtOAcのヘキ
サン溶液で溶出する。目的物を含有する画分を集め、濃縮してY61を4.20
gm(96.1%)得る。
Synthesis of Y61: To a flask containing 5.1 gm (17.0 mmol) of C102 is added 30 ml of dioxane. To this solution is added a small amount of 1 M NaOH over 2.5 hours or until hydrolysis is complete. After hydrolysis, the product is extracted with hexane. The combined extracts are dried over sodium sulfate and concentrated for chromatography. Fill silica gel (100 gm) with 10% EtOAc / hexane. Load the crude solution and elute the column with 10% to 50% EtOAc in hexane. The fraction containing the desired product was collected and concentrated to give Y61 4.20.
gm (96.1%).

【0376】 Y62の合成:Y61を4.10gm(15.9mmol)含有するフラスコに、
ジクロロメタン200ml、7.72mlのDIPEA、および4.24gm(
15.9mmol)のビス(ジイソプロピルアミノ)クロロフォスフィンを加える。
この反応混合物をアルゴンの存在下に1夜攪拌する。反応混合物をもとの容量の
3分の1に濃縮したのち、ヘキサン200mlを加え、次いで反応混合物を再度
もとの容量の3分の1に濃縮する。この操作をもう一度繰り返す。沈殿した塩を
濾去し、溶液を濃縮して粗製のY62を8.24gm得る。この生成物は、さら
に精製することなく次の段階に使用する。
Synthesis of Y62: In a flask containing 4.10 gm (15.9 mmol) of Y61,
200 ml of dichloromethane, 7.72 ml of DIPEA, and 4.24 gm (
15.9 mmol) of bis (diisopropylamino) chlorophosphine are added.
The reaction mixture is stirred overnight in the presence of argon. After concentrating the reaction mixture to one third of its original volume, 200 ml of hexane are added and the reaction mixture is again concentrated to one third of its original volume. Repeat this operation again. The precipitated salt is filtered off and the solution is concentrated to give 8.24 gm of crude Y62. This product is used for the next step without further purification.

【0377】 Y63の合成:N−PACデオキシ−アデノシン1.0gm(1.45mmol)
、1.77gの粗製Y62、および125mgのN,N−ジイソプロピルアンモ
ニウムテトラゾリド、および100mlのジクロロメタンを含有する反応混合物
。この反応混合物を室温で1夜攪拌する。次いで、この反応混合物を100ml
のCH2Cl2および100mの5%NaHCO3溶液で希釈する。有機相を分離
し、硫酸ナトリウム上で乾燥する。次いで、溶液をカラムクロマトグラフィーの
ために濃縮する。シリカゲル(35gm)を10%TEA/ヘキサンを用いて充
填する。粗製物を1%TEA/10−40%CH2Cl2/ヘキサンで溶出する。
生成物を含有する画分を集め、濃縮して標題生成物0.25gmを得る。
Synthesis of Y63: N-PAC deoxy-adenosine 1.0 gm (1.45 mmol)
A reaction mixture containing 1.77 g of crude Y62, and 125 mg of N, N-diisopropylammonium tetrazolide, and 100 ml of dichloromethane. The reaction mixture is stirred overnight at room temperature. The reaction mixture is then added to 100 ml
With CH 2 Cl 2 and 100 m of a 5% NaHCO 3 solution. Separate the organic phase and dry over sodium sulfate. The solution is then concentrated for column chromatography. Fill silica gel (35 gm) with 10% TEA / hexane. The crude product eluting with 1% TEA / 10-40% CH 2 Cl 2 / hexane.
The fractions containing the product are collected and concentrated to give 0.25 gm of the title product.

【0378】 実施例5 エチレングリコール末端化ワイヤーW71の合成Example 5 Synthesis of ethylene glycol-terminated wire W71

【0379】 W55の合成:フラスコに、第3級ブチルジフェニルクロロシラン7.5gm
(27.3mmol)、トリ(エチレングリコール)25.0gm(166.5mmol
)、および乾燥DMF50mlをアルゴン雰囲気下に加える。混合物を攪拌し、
氷水浴中で冷却する。このフラスコに、別の漏斗から5.1gm(30.0mmol
)のAgNO3をDMF80mlに溶かした澄明な溶液を滴下する。添加完了後
、混合物を室温に温まるまで放置し、さらに30分間攪拌する。褐色のAgCl
沈殿を濾取し、DMF(3×10mL)で洗浄する。減圧下に溶媒を除去すると
、粘凋なシロップ様液体生成物が得られるので、これを約80mLのCH2Cl2 に溶解する。溶液を水(6×100mL)で洗浄し、未反応の原料物質、即ちト
リス(エチレングリコール)を除去し、次いでNa2SO4上で乾燥する。CH2
Cl2を除去すると、〜10.5gの粗製物が得られ、このものを50%CH2
2/ヘキサンを用いて充填したシリカゲル104gを含有するカラムで精製す
る。このカラムは3−5%MeOH/CH2Cl2で溶出する。目的物を含有する
画分を集め、濃縮し、精製した標題生成物8.01gm(75.5%)を得る。
Synthesis of W55: 7.5 gm of tertiary butyldiphenylchlorosilane in a flask
(27.3 mmol), 25.0 gm of tri (ethylene glycol) (166.5 mmol)
), And 50 ml of dry DMF are added under an argon atmosphere. Stir the mixture,
Cool in an ice-water bath. 5.1 gm (30.0 mmol) from another funnel was added to the flask.
A) A clear solution of AgNO 3 in 80 ml of DMF is added dropwise. After the addition is complete, the mixture is allowed to warm to room temperature and is stirred for a further 30 minutes. Brown AgCl
The precipitate is collected by filtration and washed with DMF (3 × 10 mL). Removal of the solvent under reduced pressure gives a viscous syrup-like liquid product, which is dissolved in about 80 mL of CH 2 Cl 2 . The solution is washed with water (6 × 100 mL) to remove unreacted starting material, ie, tris (ethylene glycol), and then dried over Na 2 SO 4 . CH 2
Removal of Cl 2, the crude product ~10.5g is obtained, the ones 50% CH 2 C
Purify on a column containing 104 g of silica gel packed with l 2 / hexane. The column is eluted with 3-5% MeOH / CH 2 Cl 2 . The fractions containing the desired product are collected and concentrated to obtain 8.01 gm (75.5%) of the purified title product.

【0380】 W68の合成:8.01gm(20.60mmol)のW55を含有するフラスコ
に、8.56gm(25.8mmol)のCBr4および60mlのCH2Cl2を加
える。混合物を氷水浴中で攪拌する。この溶液にゆっくりと8.11gm(31
.0mmol)のPPh3を含むCH2Cl215ml溶液を加える。混合物を0℃で
約35分間攪拌し、そして室温に温まるまで放置する。混合物の容積を約10.
0mlまで減らし、エーテル75mlを加える。沈殿を濾取し、エーテル2×7
5で洗浄する。エーテルを留去すると約15gの粗製物が得られるのでこれを精
製に用いる。ヘキサンを用いてシリカゲル(105gm)を充填する。サンプル
溶液を負荷したのち、カラムを50%CH2Cl2/ヘキサン、次いでCH2Cl2 で溶出する。目的の画分を集め、濃縮し、精製した標題生成物8.56gm(7
2.0%)を得る。
Synthesis of W68: To a flask containing 8.01 gm (20.60 mmol) of W55, add 8.56 gm (25.8 mmol) of CBr 4 and 60 ml of CH 2 Cl 2 . The mixture is stirred in an ice water bath. 8.11 gm (31
. Add CH 2 Cl 2 15 ml solution containing PPh 3 of 0 mmol). The mixture is stirred at 0 ° C. for about 35 minutes and left to warm to room temperature. Mix volume of about 10.
Reduce to 0 ml and add 75 ml of ether. The precipitate is collected by filtration, and ether 2 × 7
Wash with 5. The ether is distilled off to obtain about 15 g of a crude product, which is used for purification. Fill silica gel (105 gm) with hexane. After loading the sample solution, the column is eluted with 50% CH 2 Cl 2 / hexane and then with CH 2 Cl 2 . The desired fraction was collected, concentrated and purified to 8.56 gm of the title product (7.
2.0%).

【0381】 W69の合成:5.2gm(23.6mmol)の4−ヨードフェノールを含有す
る乾燥DMF50ml溶液を、Ar下氷水浴中で冷却する。この混合液に1.0
gmのNaH(鉱物油中60%、25.5mmol)を少しづつ加える。混合物を約
5分間同温度で攪拌し、さらに室温で30分間攪拌する。8.68gm(19.
2mmol)のW68を含有するDMF20ml溶液を、アルゴン雰囲気でフラスコ
に加える。このフラスコをアルミニウムホイルで覆い、混合物を50℃で12時
間攪拌する。DMFを減圧下に除去する。残査を300mlの酢酸エチルに溶解
し、溶液を水(6×50mL)で洗浄する。酢酸エチルを減圧下に除去し、残査
を精製のために、30%CH2Cl2/ヘキサンで充填した100gのシリカゲル
カラム中に負荷する。カラムを30−100%CH2Cl2/ヘキサンで溶出する
。目的生成物を含有する画分を集め、濃縮し、標題生成物9.5gm(84.0
%)を得る。
Synthesis of W69: A solution of 5.2 gm (23.6 mmol) of 4-iodophenol in 50 ml of dry DMF is cooled in an ice-water bath under Ar. 1.0 to this mixture
gm of NaH (60% in mineral oil, 25.5 mmol) are added in portions. The mixture is stirred at the same temperature for about 5 minutes and further at room temperature for 30 minutes. 8.68 gm (19.
A solution of 2 mmol) of W68 in 20 ml of DMF is added to the flask under an argon atmosphere. The flask is covered with aluminum foil and the mixture is stirred at 50 ° C. for 12 hours. DMF is removed under reduced pressure. The residue is dissolved in 300 ml of ethyl acetate and the solution is washed with water (6 × 50 ml). The ethyl acetate is removed under reduced pressure and the residue is loaded for purification into a 100 g silica gel column packed with 30% CH 2 Cl 2 / hexane. The column eluting with 30-100% CH 2 Cl 2 / hexane. The fractions containing the desired product were collected and concentrated to give 9.5 gm of the title product (84.0
%).

【0382】 W70の合成:6.89gm(11.6mmol)のW69を含有する100ml
容丸底フラスコに、30mlのTBAF THF溶液を加える。溶液を室温で5
時間攪拌する。THFを除去し、残査をCH2Cl2150mlに溶解する。溶液
をH2O(4×25mL)で洗浄する。溶媒を除去すると10.5gmの半固体
が得られる。50%CH2Cl2/ヘキサンを用いてシリカゲル(65gm)を充
填する。サンプル溶液を負荷したのち、カラムを0−3%CH3OH/CH2Cl 2 で溶出する。各画分をTLC(CH3OH:CH2Cl2=5:95)で同定する
。目的生成物を含有する画分を集め、濃縮し、標題生成物4.10gm(99.
0%)を得る。
Synthesis of W70: 100 ml containing 6.89 gm (11.6 mmol) of W69
To a volume round bottom flask, add 30 ml of the TBAF THF solution. Solution at room temperature 5
Stir for hours. The THF was removed and the residue was CHTwoClTwoDissolve in 150 ml. solution
To HTwoWash with O (4 × 25 mL). 10.5 gm semi-solid after removing solvent
Is obtained. 50% CHTwoClTwo/ Silica gel (65 gm) using hexane
Refill. After loading the sample solution, the column was set to 0-3% CH.ThreeOH / CHTwoCl Two Elute at Each fraction was subjected to TLC (CHThreeOH: CHTwoClTwo= 5: 95)
. The fractions containing the desired product were collected and concentrated to give 4.10 gm of the title product (99.
0%).

【0383】 W71の合成:1.12gm(3.18mmol)のW70、0.23g(0.8
8mmol)のPPh3、110mg(0.19mmol)のPd(dba)2、110m
g(0.57mmol)のCul、および0.75g(3.2mmol)のY4(1ユニ
ットワイヤー)をフラスコに加える。このフラスコにアルゴンをフラッシュし、
次いで乾燥DMF65ml、続けてジイソプロピルアミン25mlを導入する。
混合物を55℃で2.5時間攪拌する。全溶媒を減圧下に除去する。残査をCH 2 Cl2100mlに溶解し、溶液を飽和EDTA溶液(2×100mL)で完全
に洗浄する。CH2Cl2を除去すると2.3g粗製物が得られる。50%CH2
Cl2/ヘキサンを用いてシリカゲル(30gm)を充填し、サンプル溶液を負
荷したのち、カラムを10%酢酸エチル/CH2Cl2で溶出する。目的生成物を
含有する画分を濃縮し、標題生成物1.35gm(2.94mmol)を得る。この
ものはさらに熱ヘキサン溶液から再結晶して精製すると無色結晶となる。
Synthesis of W71: 1.12 gm (3.18 mmol) of W70, 0.23 g (0.8
8 mmol) PPhThree, 110 mg (0.19 mmol) of Pd (dba)Two, 110m
g (0.57 mmol) of Cul and 0.75 g (3.2 mmol) of Y4 (1 unit)
Wire) to the flask. Flush the flask with argon,
Then 65 ml of dry DMF and subsequently 25 ml of diisopropylamine are introduced.
The mixture is stirred at 55 ° C. for 2.5 hours. All solvents are removed under reduced pressure. CH for residue Two ClTwoDissolve in 100 ml and complete the solution with saturated EDTA solution (2 × 100 mL)
Wash. CHTwoClTwoIs removed to give 2.3 g of crude product. 50% CHTwo
ClTwoSilica gel (30 gm) is filled with hexane / hexane and the sample solution is
After loading, the column was loaded with 10% ethyl acetate / CHTwoClTwoElute at The desired product
Concentrate the containing fractions to give 1.35 gm (2.94 mmol) of the title product. this
The product is further recrystallized from a hot hexane solution and purified to be colorless crystals.

【0384】 実施例6 絶縁体に結合したヌクレオシドの合成Example 6 Synthesis of Insulator-Bound Nucleosides

【0385】 C108の合成:フラスコに、2’−アミノ−5’−O−DMTウリジン2.
0gm(3.67mmol)、1.63gm(3.81mmol)のC44、TEA5m
l、およびジクロロメタン100mlを加える。この反応混合物を室温で72時
間攪拌する。溶媒を除去し、少量のCH2Cl2に溶解する。2%CH3OH/1
%TEA/CH2Cl2を用いてシリカゲル(35gm)を充填し、サンプル溶液
を負荷したのち、カラムを同溶媒系で溶出する。目的物を含有する画分を集め、
濃縮し、標題生成物2.5gm(80.4%)を得る。
Synthesis of C108: In a flask, 2′-amino-5′-O-DMT uridine
0 gm (3.67 mmol), 1.63 gm (3.81 mmol) of C44, TEA 5 m
1 and 100 ml of dichloromethane. The reaction mixture is stirred at room temperature for 72 hours. Remove the solvent and dissolve in a small amount of CH 2 Cl 2 . 2% CH 3 OH / 1
After filling silica gel (35 gm) with% TEA / CH 2 Cl 2 and loading the sample solution, the column is eluted with the same solvent system. Collect the fraction containing the target substance,
Concentrate to give 2.5 gm (80.4%) of the title product.

【0386】 C109の合成:フラスコに、2.4gm(2.80mmol)のC108、ジイ
ソプロピルエチルアミン4ml、およびCH2Cl280mlを、アルゴンの存在
下に加える。この反応混合物を氷水浴で冷却する。一度冷却後、2−シアノエチ
ルジイソプロピルクロロ−フォスフォルアミド2.10gm(8.83mmol)を
加える。次いで混合物を1夜攪拌する。反応混合物を10mlのメタノールおよ
び150mlのCH2Cl2を加えて希釈する。この混合物を5%NHCO3溶液
で洗浄し、硫酸ナトリウム上で乾燥し、次いでカラムクロマトグラフィーのため
に濃縮する。1%TEAおよびヘキサンを用いてシリカゲル65gmを充填する
。粗製物を負荷し、カラムを1%TEA/0−20%CH2Cl2/ヘキサンで溶
出する。目的物を含有する画分を集め、濃縮し、標題生成物2.69gm(90
.9%)を得る。
Synthesis of C109: To a flask are added 2.4 gm (2.80 mmol) of C108, 4 ml of diisopropylethylamine, and 80 ml of CH 2 Cl 2 in the presence of argon. The reaction mixture is cooled in an ice water bath. After cooling once, 2.10 gm (8.83 mmol) of 2-cyanoethyldiisopropylchloro-phosphoramide is added. The mixture is then stirred overnight. The reaction mixture is diluted by adding 10 ml of methanol and 150 ml of CH 2 Cl 2 . The mixture is washed with a 5% NHCO 3 solution, dried over sodium sulfate and then concentrated for column chromatography. Pack 65 gm of silica gel with 1% TEA and hexane. The crude was loaded to elute the column with 1% TEA / 0-20% CH 2 Cl 2 / hexane. The fractions containing the desired product were collected and concentrated to give 2.69 gm (90%) of the title product.
. 9%).

【0387】 実施例7 各種ETM結合物の比較Example 7 Comparison of Various ETM Conjugates

【0388】 図1に示した各種ETM結合物を比較した。表1に示すように検出プローブは
電極表面に結合させた(表中ワイヤーを含む配列)。ポジティブ(即ち検出プロ
ーブに相補的なプローブ)およびネガティブ(即ち検出プローブに相補的でない
プローブ)コントロール標識プローブを添加した。
The various ETM conjugates shown in FIG. 1 were compared. As shown in Table 1, the detection probe was bonded to the electrode surface (array including wires in the table). Positive (ie, a probe complementary to the detection probe) and Negative (ie, a probe not complementary to the detection probe) control label probes were added.

【0389】 本発明の各種組成物を含有する電極を調製し、AC検出法に使用した。実験は
下記のようなランであった。ワーキング(サンプル)電極と対照電極との間のD
Cオフセット電圧を、フェロセンの電気化学的ポテンシャルで消去すると、典型
的には0ないし500mVであった。DCオフセットのトップで、振幅および振
動数可変のACシグナルを適用した。励起振動数におけるAC電流をDCオフセ
ットに対してプロットした。
Electrodes containing the various compositions of the present invention were prepared and used for AC detection. The experiment was a run as follows. D between working (sample) electrode and reference electrode
When the C offset voltage was erased with the electrochemical potential of ferrocene, it was typically 0 to 500 mV. At the top of the DC offset, a variable amplitude and frequency AC signal was applied. The AC current at the excitation frequency was plotted against the DC offset.

【0390】 その結果を表2に示すが、Y63、VIおよびIV化合物が最良結果を示した。The results are shown in Table 2, where the Y63, VI and IV compounds showed the best results.

【0391】[0391]

【表1】 不明:ポジティブコントロールとネガティブコントロールとの間に相違がない。
ND:測定せず。
[Table 1] Unknown: no difference between positive and negative controls.
ND: Not measured.

【0392】 異なる金属錯体を含むオリゴヌクレオチドの表Table of oligonucleotides containing different metal complexes

【表2】 [Table 2]

【0393】 実施例8 本発明の好ましい実施態様Example 8 A preferred embodiment of the present invention

【0394】 各種の系を実験し、以下に概要を示したように、いずれも好適に実施できた。
全化合物を図19で参照した。一般的にこれらの系は以下のように実施した。前
述したように、電極、結合リンカーを介して付着させた捕獲プローブ、伝導性オ
リゴマー、および絶縁体を含む、各表面を調製した。この系の、標的配列、捕獲
伸長プローブ、および標識プローブを含む、他の構成成分は、混入し、一般的に
90℃で5分間アニール処理し、その後1時間で室温まで放冷した。混合物を次
いで電極に加え、AC検出を実施した。
A variety of systems were tested and all were successfully implemented as outlined below.
All compounds were referenced in FIG. In general, these systems were performed as follows. As described above, each surface was prepared, including the electrodes, the capture probe attached via the binding linker, the conductive oligomer, and the insulator. Other components of the system, including target sequences, capture extension probes, and labeled probes, were incorporated and annealed, typically at 90 ° C. for 5 minutes, and then allowed to cool to room temperature in 1 hour. The mixture was then added to the electrodes and AC detection was performed.

【0395】 捕獲プローブ、捕獲伸長プローブ、非標識標的配列、及び標識プローブ: 実施例16の方法を使用して、25塩基配列を含む捕獲プローブD112を、
伝導性オリゴマーY5およびM44絶縁体と、2:2:1の割合で混合した。2
4塩基配列を含み完全にD112捕獲プローブと相補的であり、24塩基配列を
含み完全に2tar標的と相補的な、シングルベースにより分離した捕獲伸長プ
ローブD179を、2tar標的とともに加える。このD179分子は、電極に
最も近い末端にフェロセンを保持(塩基に対しC15連結を用いて)している。
結合リンカーが伝導性オリゴマーである場合、この位置またはそれに近接する位
置にETMを使用すると、D179分子の存在の証明を可能とする。この位置の
フェロセンは、検出に用いた各ETMとは異なるレドックスポテンシャルを有す
る。標的配列のある部分と完全に相補的な18塩基配列、13塩基配列のリンカ
ー、および枝分かれ配位を用いて結合している4つのフェロセンを含む、標識プ
ローブD309(デンドリマー)を加える。代表的なスキャンを図20Aに示す
。2tar標的を加えなかった場合、代表的なスキャンを図20Bに示す。
Capture Probe, Capture Extension Probe, Unlabeled Target Sequence, and Labeled Probe : Using the method of Example 16, capture probe D112 containing a 25 base sequence was
It was mixed with the conductive oligomers Y5 and M44 insulator at a ratio of 2: 2: 1. 2
A single base-separated capture extension probe D179 containing a 4-base sequence and completely complementary to the D112 capture probe and containing a 24-base sequence and completely complementary to the 2tar target is added along with the 2tar target. This D179 molecule retains ferrocene at the end closest to the electrode (using a C15 linkage to the base).
Where the linking linker is a conductive oligomer, the use of an ETM at or near this position allows for the demonstration of the presence of the D179 molecule. Ferrocene at this position has a different redox potential from each ETM used for detection. A labeled probe D309 (dendrimer) is added that contains an 18 base sequence that is completely complementary to a portion of the target sequence, a 13 base sequence linker, and four ferrocenes linked using a branched coordination. A representative scan is shown in FIG. 20A. If no 2tar target was added, a representative scan is shown in FIG. 20B.

【0396】 捕獲プローブおよび標識した標的配列の使用 実施例A :上記したように、捕獲プローブD94を、Y5およびM44伝導性オ
リゴマーとともに、2:2:1の割合で、合計チオール濃度833μMで、電極
上に加える。D94捕獲プローブと完全に相補的な15塩基配列、14塩基リン
カー配列、およびN6化合物を介して連結している6つのフェロセン、を含む標
的配列(D336)を使用した。代表的なスキャンを図20Cに示す。標的配列
とのホモロジーを有しない、異なる捕獲プローブ、D109の使用は、ネガティ
ブコントロールとして働く:代表的なスキャンを図20Dに示す。
Use of Capture Probes and Labeled Target Sequences Example A : As described above, capture probe D94 was used with Y5 and M44 conductive oligomers in a ratio of 2: 2: 1 at a total thiol concentration of 833 μM at the electrode. Add on top. A target sequence (D336) was used that contained a 15 base sequence completely complementary to the D94 capture probe, a 14 base linker sequence, and six ferrocenes linked via an N6 compound. A representative scan is shown in FIG. 20C. The use of a different capture probe, D109, which has no homology with the target sequence, serves as a negative control: a representative scan is shown in FIG. 20D.

【0397】実施例B :上記したように、捕獲プローブD94を、Y5およびM44伝導性オ
リゴマーとともに、2:2:1の割合で、合計チオール濃度833μMで、電極
上に加える。D94捕獲プローブと完全に相補的な15塩基配列、N6化合物を
介して連結している6つのフェロセンにフックしているC131エチレングリコ
ールリンカー、を含む標的配列(D429)を使用した。代表的なスキャンを図
20Eに示す。標的配列とのホモロジーを有しない、異なる捕獲プローブ、D1
09の使用は、ネガティブコントロールとして働く:代表的なスキャンを図20
Fに示す。
Example B : As described above, capture probe D94 is applied on electrodes with Y5 and M44 conductive oligomer at a ratio of 2: 2: 1 at a total thiol concentration of 833 μM. A target sequence (D429) containing a 15 base sequence completely complementary to the D94 capture probe, a C131 ethylene glycol linker hooked to six ferrocenes linked via an N6 compound was used. A representative scan is shown in FIG. 20E. A different capture probe, D1, which has no homology with the target sequence
Use of 09 serves as a negative control: a representative scan is shown in FIG.
Shown in F.

【0398】 捕獲プローブ、捕獲伸長プローブ、非標識標的配列、および、標的結合配列と 各ETMとの間に長いリンカーを有する2種の標識プローブの使用 上記したように、捕獲プローブD112、Y5伝導性オリゴマー、M44絶縁
体、および捕獲伸長プローブD179を使用する。2種の標識プローブ:標的配
列のある部分と完全に相補的な18塩基配列、15塩基配列リンカー、および図
23に示すようにN6連結を用いて結合している6つのフェロセン、を含むD2
95、を加える。D297は、その18塩基配列が標的配列の他の部分とハイブ
リダイズしていること以外は同一である。代表的なスキャンを図20Gに示す。
2tar標的を加えなかった場合、代表的なスキャンを図20Hに示す。
Use of a capture probe, a capture extension probe, an unlabeled target sequence, and two labeled probes with a long linker between the target binding sequence and each ETM. As described above, capture probe D112, Y5 conductivity The oligomer, M44 insulator, and capture extension probe D179 are used. D2 including two labeled probes: an 18 base sequence that is completely complementary to a portion of the target sequence, a 15 base sequence linker, and six ferrocenes linked using an N6 linkage as shown in FIG.
95. D297 is identical except that its 18 base sequence hybridizes to the rest of the target sequence. A representative scan is shown in FIG. 20G.
If no 2tar target was added, a representative scan is shown in FIG. 20H.

【0399】 捕獲プローブ、捕獲伸長プローブ、非標識標的配列、および、標的結合配列と 各ETMとの間に短いリンカーを有する2種の標識プローブの使用 上記したように、捕獲プローブD112、Y5伝導性オリゴマー、M44絶縁
体、および捕獲伸長プローブD179を使用する。2種の標識プローブ:標的配
列のある部分と完全に相補的な18塩基配列、5塩基配列リンカー、および図2
3に示すようにN6連結を用いて結合している6つのフェロセン、を含むD29
6、を加える。D298は、その18塩基配列が標的配列の他の部分とハイブリ
ダイズしていること以外は同一である。代表的なスキャンを図20Iに示す。2
tar標的を加えなかった場合、代表的なスキャンを図20Jに示す。
Use of a capture probe, a capture extension probe, an unlabeled target sequence, and two labeled probes with a short linker between the target binding sequence and each ETM. As described above, capture probe D112, Y5 conductivity The oligomer, M44 insulator, and capture extension probe D179 are used. Two labeled probes: an 18-base sequence that is completely complementary to a portion of the target sequence, a 5-base sequence linker, and FIG.
D29 comprising six ferrocenes linked using an N6 linkage as shown in FIG.
Add 6. D298 is identical except that its 18 base sequence hybridizes to the rest of the target sequence. A representative scan is shown in FIG. 2
If no tar target was added, a representative scan is shown in FIG. 20J.

【0400】 2種の捕獲プローブ、2種の捕獲伸長プローブ、非標識大型標的配列、および 、標的結合配列と各ETMとの間に長いリンカーを有する2種の標識プローブの 使用 このテストは、rRNA検出を目的とした。上記したように、Y5伝導性オリ
ゴマー、M44絶縁体、および、2種の捕獲配列D417およびEU1と相補的
な1種の表面プローブD350を使用した。D350、Y5及びM44は、0.
5:4.5:1の比率で加えた。2種の捕獲伸長プローブ:D350捕獲プロー
ブと相補的な16塩基、および標的配列と相補的な21塩基を有するD417、
および、D350捕獲プローブと相補的な16塩基、および標的配列の他の部分
と相補的な23塩基を有するEU1、を使用した。 2種の標識プローブ:標的配列のある部分と完全に相補的な30塩基配列、図4
2に示す3グレン(GLEN)を含むリンカー(ポリエチレングリコールを含む
)、および図23に記載のN6を用いて結合している6つのフェロセン、を含む
D468、を加える。D449は、その28塩基配列が標的配列の他の部分とハ
イブリダイズしていること以外は同一であリ、使用したポリエチレングリコール
リンカー(C131)はそれより短い。代表的なスキャンを図20Kに示す。
[0400] Two capture probes, two capture extender probes, unlabeled large target sequence, and this test the use of two labeled probes having a long linker between the target binding sequence and each ETM is, rRNA For detection purposes. As described above, a Y5 conductive oligomer, an M44 insulator, and one surface probe, D350, complementary to the two capture sequences, D417 and EU1, were used. D350, Y5 and M44 have a
Added at a ratio of 5: 4.5: 1. Two capture extension probes: D417 with 16 bases complementary to the D350 capture probe and 21 bases complementary to the target sequence;
And EU1, which has 16 bases complementary to the D350 capture probe and 23 bases complementary to the rest of the target sequence. Two labeled probes: a 30 base sequence completely complementary to a portion of the target sequence, FIG.
D468, which includes a linker (including polyethylene glycol) containing 3 Glen (GLEN) shown in Figure 2, and six ferrocenes linked using N6 as shown in Figure 23. D449 is identical except that its 28-base sequence hybridizes to the rest of the target sequence, and the polyethylene glycol linker (C131) used is shorter. A representative scan is shown in FIG. 20K.

【0401】 捕獲プローブ、非標識標的、および、標識プローブの使用 実施例A :捕獲プローブD112、Y5伝導性オリゴマー、およびM44絶縁体
を、とともに、2:2:1の割合で、合計チオール濃度833μMで、電極上に
置く。D112と相補的な配列を含む標的配列MT1を加え、さらに標識プロー
ブD358と相補的な20塩基配列を合わせた:この場合、標識プローブD35
8は、電極へ導入する前に標的配列に加えた。この標識プローブは、図23に示
すように、N6連結を用いて結合している6つのフェロセンを含有する。代表的
なスキャンを図20Lに示す。MT1を、捕獲プローブと相補的でないNC11
2で置き換えると、シグナルは発生しない。同様に、MT1を除くとしぐなるを
発生しない。
Use of Capture Probes, Unlabeled Targets, and Labeled Probes Example A : Capture probe D112, Y5 conductive oligomer, and M44 insulator with a total thiol concentration of 833 μM in a 2: 2: 1 ratio. And put on the electrode. A target sequence MT1 containing a sequence complementary to D112 was added and a 20 base sequence complementary to the labeled probe D358 was combined: in this case, labeled probe D35
8 was added to the target sequence before introduction to the electrode. This labeled probe contains six ferrocenes linked using an N6 linkage, as shown in FIG. A representative scan is shown in FIG. 20L. MT1 is expressed as NC11 that is not complementary to the capture probe.
If replaced by 2, no signal is generated. Similarly, no clutter occurs except for MT1.

【0402】実施例B :捕獲プローブD334、Y5伝導性オリゴマー、およびM44絶縁体
を、とともに、2:2:1の割合で、合計チオール濃度833μMで、電極上に
置く。捕獲プローブと相補的な配列を含む標的配列LP280を加え、標識プロ
ーブD335と相補的な20塩基配列を合わせ合わせた:この場合、標識プロー
ブD335は、電極へ導入する前に標的に加えた。この標識プローブは、図23
に示すように、N6連結を用いて結合している6つのフェロセンを含有する。代
表的なスキャンを図20Mに示す。LP280を、LN280プローブ(標識プ
ローブとは相補的であるが、捕獲プローブとは相補的でない)で置き換えると、
シグナルは発生しない。
Example B : The capture probe D334, Y5 conductive oligomer, and M44 insulator are placed on the electrodes in a 2: 2: 1 ratio at a total thiol concentration of 833 μM. A target sequence LP280 containing a sequence complementary to the capture probe was added and the 20 base sequence complementary to labeled probe D335 was combined: in this case, labeled probe D335 was added to the target before introduction to the electrode. This labeled probe is shown in FIG.
Contains six ferrocenes linked using an N6 linkage. A representative scan is shown in FIG. 20M. Replacing LP280 with an LN280 probe (complementary to the labeled probe but not to the capture probe)
No signal is generated.

【0403】 実施例9:本発明を使用するPCR反応の追跡 PCR反応の追跡は、標的配列としてHIV配列を使用して行った。多段階反応を行い
、 O〜30 または 50 サイクルで停止した。この場合において、当業者に分かる
はずであるが、センスプライマーはETM(本明細書中に記載のN6連結を使用する)
を含み、ETMを含むトリホスフェートヌクレオチドを使用し、非プライマー配列
を標識することができる。表面プローブは、プライマー配列にすぐ隣接した非プ
ライマー配列の16個のヌクレオチドにハイブリダイズするように構築した。即ち
、標識されたプライマー配列は、表面プローブに結合しない。このために、増幅
配列が表面プローブに結合するような増幅がおきる場合にのみ、隣接したETMの
検出を行う。
Example 9: Tracking PCR Reactions Using the Present Invention PCR reactions were performed using HIV sequences as target sequences. Multi-step reactions were performed and stopped at O-30 or 50 cycles. In this case, as will be appreciated by those skilled in the art, the sense primer is ETM (using the N6 linkage described herein).
And triphosphate nucleotides including ETMs can be used to label non-primer sequences. The surface probe was constructed to hybridize to the 16 nucleotides of the non-primer sequence immediately adjacent to the primer sequence. That is, the labeled primer sequence does not bind to the surface probe. For this reason, detection of adjacent ETMs is performed only when amplification occurs such that the amplified sequence binds to the surface probe.

【0404】 この場合における標的配列は、完全なHIV-1ゲノムを含み、pBluescript Il-KS
(+)上のSstl 部位に挿入されたゲンバンク(Genbank)寄託番号 K03455またはM3
8432をもつHXB2 クローンから誘導されたpBH10-R3の8.9 kbのSstl断片を含有す
るプラスミドpBKBH10Sである(NIH AIDS リサーチ・アンド・リファレンス・リー
ジェント・プログラム- McKesson Bioservices, Rockville MD)。この挿入は、T
7プロモーターからの転写がセンスRNAを産生するように指向されている。
The target sequence in this case comprises the complete HIV-1 genome, pBluescript Il-KS
Genbank accession number K03455 or M3 inserted at the Sstl site on (+)
Plasmid pBKBH10S containing the 8.9 kb Sstl fragment of pBH10-R3 derived from the HXB2 clone with 8432 (NIH AIDS Research and Reference Regent Program-McKesson Bioservices, Rockville MD). This insertion is T
Transcription from the 7 promoter is directed to produce sense RNA.

【0405】 この「センス」プライマー、D353は以下のとおりである;5'-(N6)A(N6)AGGGCT
GTTGGAAATGTGG-3’。「アンチセンス」プライマー、D351は以下のとおりである: 5'-TGTTGGCTCTGGTCTGCTCTGA-3')。以下のものは、反応の期待PCR産物であって
、これは140 bpを含む; 5'-(N6)A(N6)AGGGCTGTTGGAAATGTGGAAAGGAAGGACACCAAATGAAGATTGTACTGAGAGACAG GCT 3'-TTTTTCCCGACAACCTTTACACCTTTCCTTCCTGTGGTTTACTTTCTAACATGACTCTCTGTCCGA AATTTTTTAGGGAAGATCTGGCCTTCCTACAAGGGAAGGCCAGGGAATTTTCTTCAGAGCAGACCAGAGC TTAAAAAATCCCTTCTAGACCGGAAGGATGTTCCCTTCCGGTCCCTTAAAAGAAGTCTCGTCTGGTCTCG CAACA-3' GTTTG-5' 。
The “sense” primer, D353, is as follows: 5 ′-(N6) A (N6) AGGGCT
GTTGGAAATGTGG-3 '. The “antisense” primer, D351, is as follows: 5′-TGTTGGCTCTGGTCTGCTCTGA-3 ′). The following are a expected PCR product of the reaction, which includes a 140 bp; 5 '- (N6) A (N6) AGGGCTGTTGGAAATGTGGAAAGGAAGGACACCAAATGAAGATTGTACTGAGAGACAG GCT 3'-TTTTTCCCGACAACCTTTACACCTTTCCTTCCTGTGGTTTACTTTCTAACATGACTCTCTGTCCGA AATTTTTTAGGGAAGATCTGGCCTTCCTACAAGGGAAGGCCAGGGAATTTTCTTCAGAGCAGACCAGAGC TTAAAAAATCCCTTCTAGACCGGAAGGATGTTCCCTTCCGGTCCCTTAAAAGAAGTCTCGTCTGGTCTCG CAACA-3' GTTTG-5 '.

【0406】 表面の捕獲プローブである、D459(センスプライマーに全く重ならない)は、
以下のとおりである: 5'-TTGGTGTCCTTCCTTU-4単位ワイヤー(C11)-3'。
The surface capture probe, D459 (which does not overlap the sense primer at all)
As follows: 5'-TTGGTGTCCTTCCTTU-4 unit wire (C11) -3 '.

【0407】 PCR反応条件は標準であった: TAQ 10X 緩衝液でのTAQポリメラーゼ。プライマ
ー(1μM)を、テンプレートの6×103, 6×106または 6×107分子に添加した。
反応条件は、90ーCで30秒、57℃で30秒、57℃で30秒および70℃で1分間であった
The PCR reaction conditions were standard: TAQ polymerase in TAQ 10X buffer. Primers (1 μM) were added to 6 × 10 3 , 6 × 10 6 or 6 × 10 7 molecules of template.
The reaction conditions were 90 ° C. for 30 seconds, 57 ° C. for 30 seconds, 57 ° C. for 30 seconds and 70 ° C. for 1 minute.

【0408】 電極は、直径0.127mmの純金ワイヤーの一端を溶融し、球を形成して作成した
。電極をアクアレジア(aqua regia)中に浸漬し、テーン(tehn)を水ですすい
だ。SAMは、電極を導入する前に5分間50℃で加熱した貯蔵水溶液中(37:39:2
4THF:ACN:水の中に全チオール1mMで、1.3:4.0:7D459:H6:M44)に電極を
浸漬することによって沈殿される。電極を加え、次いでその直後に室温にし、15
分間置いた。次いで、電極をM44(全チオール濃度400μMで、37:39:24THF:A
CN:水中)に移した。電極を室温で5分間M44中に置き、次の加熱サイクルを適
用した:70℃で1分間、続いて55℃で30秒、このサイクルをもう2回繰り返し、
0.3℃の勾配にかけ、10分間、室温で浸漬しながら室温まで下げた。電極をM44溶
液から取出し、2XSSCですすぎ、以下のようにハイブリダイズした。PCR産物を6X
SSC (FCSなし)に調整した。コントロールも6XSSCに調整した。ハイブリダイゼー
ションを、6XSSCで2回すすいだ後、室温で、少なくとも1.5時間行った。ACV条件
は以下のようにした: Ag/AgCI 参照電極とPt補助電極を用い、NaCIO4を電解溶液
として使用した。ACV 測定を以下のように行った: v=10 Hz, e=25 mV、スキャン
範囲 -100 mV から 500 mV。データは図27に示した。
The electrode was prepared by fusing one end of a pure gold wire having a diameter of 0.127 mm to form a sphere. The electrodes were immersed in aqua regia and the tehn was rinsed with water. SAMs were stored in a stock solution heated at 50 ° C. for 5 minutes (37: 39: 2) before introducing the electrodes.
Precipitated by immersing the electrodes in 1.3: 4.0: 7D459: H6: M44 (1 mM total thiol in 4THF: ACN: water). Add the electrode, then immediately bring it to room temperature, 15
Placed for minutes. The electrode was then treated with M44 (total thiol concentration 400 μM, 37:39:24 THF: A
CN: underwater). The electrode was placed in M44 for 5 minutes at room temperature and the following heating cycle was applied: 1 minute at 70 ° C., followed by 30 seconds at 55 ° C., repeating this cycle twice more,
A 0.3 ° C. gradient was applied and the temperature was lowered to room temperature for 10 minutes while immersing at room temperature. The electrodes were removed from the M44 solution, rinsed with 2XSSC, and hybridized as follows. 6X PCR product
Adjusted to SSC (no FCS). Controls were also adjusted to 6XSSC. Hybridization was performed at room temperature for at least 1.5 hours after rinsing twice with 6XSSC. The ACV conditions were as follows: NaCIO 4 was used as the electrolyte using an Ag / AgCI reference electrode and a Pt auxiliary electrode. ACV measurements were performed as follows: v = 10 Hz, e = 25 mV, scan range -100 mV to 500 mV. The data is shown in FIG.

【0409】 実施例10:電極表面でのライゲーション HIV配列の検索のために、実験計画を、図21に示した。基本的には、表面プ
ローブD368(5'-(H2)CCTTCCTTTCCACAU単位ワイヤー(C11)-4)を、全チオール濃
度833μMを用いて、D368:H6:M44を1:4:1の比で、M44およびH6を含
む電極に取り付けた。ライゲーションプローブであるHIVLIG(5'-CCACCAGATCTTC
CCTAAAAAATTAGCCTGTCTCTCTCAGTACAATCTTTCATTTGGTGT-3')および標的配列HIVCOM
P(5'-ATGTGGAAAGAAAGGACACCAATTGAAAGATTGTACTGAGAGACAGGCTAATTTTTTAGGGAAGAT
CTGG-3')をリガーゼと共に添加し、反応を開始させた。反応条件は以下のよう
であった:HIVCOMPにアニーリングしたHIVLIG(10μM)を、電極表面(6XSSCで
)に、80分間ハイブリダイズした。表面をリガーゼ緩衝液中ですすいだ。リガー
ゼ(T4)および緩衝液を添加し、2時間、室温でインキュベートした。トライ
トン(Triton)X(10-4M)を70℃で添加し、新規に形成したハイブリダイゼー
ション複合体を変性させ、新規に形成した長い表面プローブ(HIVLIGプローブに
ライゲートしたD368を含む)を生成させる。D456のシグナル化プローブ(5'-(N6)
G(N6)CT(N60C(N60G(N6)C(N6)TTCTGCACCGTAAGCCATCAAAGATTGTACTGAG-3')の付加
を検出した。D456プローブは、HIVLIGプローブにハイブリダイズするように設計
された;これは結合しなかった表面プローブは検出されない。
Example 10: Ligation on electrode surface For the search for HIV sequences, the experimental design is shown in FIG. Basically, the surface probe D368 (5 '-(H2) CCTTCCTTTCCACAU unit wire (C11) -4) was used at a ratio of D4: H6: M44 of 1: 4: 1 using a total thiol concentration of 833 μM. And H6 containing electrodes. The ligation probe HIVLIG (5'-CCACCAGATCTTC
CCTAAAAAATTAGCCTGTCTCTCTCAGTACAATCTTTCATTTGGTGT-3 ') and target sequence HIVCOM
P (5'-ATGTGGAAAGAAAGGACACCAATTGAAAGATTGTACTGAGAGACAGGCTAATTTTTTAGGGAAGAT
CTGG-3 ') was added along with the ligase to start the reaction. The reaction conditions were as follows: HIVVLIG (10 μM) annealed to HIVCOMP was hybridized to the electrode surface (at 6 × SSC) for 80 minutes. The surface was rinsed in ligase buffer. Ligase (T4) and buffer were added and incubated for 2 hours at room temperature. Triton X (10-4 M) is added at 70 ° C. to denature the newly formed hybridization complex and generate a newly formed long surface probe (including D368 ligated to the HIV LIG probe). Signaling probe for D456 (5 '-(N6)
The addition of G (N6) CT (N60C (N60G (N6) C (N6) TTCTGCACCGTAAGCCATCAAAGATTGTACTGAG-3 ′) was detected. The D456 probe was designed to hybridize to the HIVLIG probe; this was an unbound surface No probe is detected.

【0410】 実施例11 エチレングリコールリンカー含有捕獲プローブの使用 0、4および8エチレングリコール単位を含むrRNAアッセイ用捕獲プロー
ブを4つの別々の電極表面で試験した。表面1は2:1比率のH6:M44を含
み、総チオール濃度は500μMであった。表面2は2:2:1比率のD568
/H6/M44を含み、総チオール濃度は833μMであった。表面3は2:2
:1比率のD570/H6/M44を含み、総チオール濃度は833μMであっ
た。D568は5’-GTC AAT GAG CAA AGG TAT TAA (P282)-3’を含む捕獲プロー
ブであった。P282はチオールであった。D569は4つのエチレングリコー
ル単位:5’-GTC AAT GAG CAA AGG TAT TAA (C131) (P282)-3’を含む捕獲プロ
ーブであった。D570は8エチレングリコール単位:5’-GTC AAT GAG CAA AG
G TAT TAA (C131) (C131) (P282)-3’を含む捕獲プローブであった。H6(保護
形)は下記の通りであった:(CH33Si−(CH22−S−(C65)−C C−(C65)−CCH。M44はM43と同じであり、下記の通りであっ
た:HS−(CH21 1−(OCH2CH33−OH。D483標識プローブはr
RNA標的の第2部分とハイブリダイズし、下記の通りであった:5’-(N6)C(N6
) G(N6C (N6)GG CCT (N6)C(N6) G(N6)C (N6)(C131)(C131) (C131)(C131)T TAA T
AC CTT TGC TC-3’。D495はネガティブコントロールであり、下記の通りで
あった:5’-GAC CAG CTA GGG ATC GTC GCC TAG GTGAG(C131) (C131)(C131)(C13
1) (N6)G(N6) CT(N6) C(N6)G (N6)C(N6)-3’。結果は下記の通りであった:
Example 11 Use of a Capture Probe Containing an Ethylene Glycol Linker A Capture Probe for an rRNA Assay Containing 0, 4, and 8 Ethylene Glycol Units
The tubes were tested on four separate electrode surfaces. Surface 1 contains a 2: 1 ratio of H6: M44
As a result, the total thiol concentration was 500 μM. Surface 2 has a D568 ratio of 2: 2: 1
/ H6 / M44, with a total thiol concentration of 833 μM. Surface 3 is 2: 2
: 1 ratio D570 / H6 / M44 with a total thiol concentration of 833 μM.
Was. D568 is a capture probe containing 5'-GTC AAT GAG CAA AGG TAT TAA (P282) -3 '
Was. P282 was a thiol. D569 has four ethylene glycol
Unit: 5'-GTC AAT GAG CAA AGG TAT TAA (C131) (P282) -3 '
It was D570 is 8 ethylene glycol units: 5'-GTC AAT GAG CAA AG
It was a capture probe containing G TAT TAA (C131) (C131) (P282) -3 '. H6 (protection
Form) was as follows: (CHThree)ThreeSi- (CHTwo)Two-S- (C6HFive) -C = C- (C6HFive) -C=CH. M44 is the same as M43 and is as follows:
: HS- (CHTwo)1 1− (OCHTwoCHThree)Three-OH. D483 labeled probe is r
Hybridized with the second portion of the RNA target and was as follows: 5 '-(N6) C (N6
) G (N6C (N6) GG CCT (N6) C (N6) G (N6) C (N6) (C131) (C131) (C131) (C131) T TAA T
AC CTT TGC TC-3 '. D495 is a negative control, as follows:
Yes: 5'-GAC CAG CTA GGG ATC GTC GCC TAG GTGAG (C131) (C131) (C131) (C13
1) (N6) G (N6) CT (N6) C (N6) G (N6) C (N6) -3 '. The results were as follows:

【0411】 表面1: D483 〜0 (捕獲プローブ存在せず) D495 0 表面2: D483 126nA D495 1.29nA 表面3: D483 19.39nA D495 1.51nA 表面4: D483 84nA D495 1.97nA 示されるように、システムは十分働く。Surface 1: D483-0 (no capture probe present) D4950 Surface 2: D483 126nA D495 1.29nA Surface 3: D483 19.39nA D495 1.51nA Surface 4: D483 84nA D495 1.97nA In addition, the system works well.

【0412】 実施例12 rRNAの検出および異なる量のETMの比較 今日までで最も感受性のrRNA検出は、1:3.5:1.5の比率で混合され
、833μM総チオール濃度で沈着しているD350/H6/M44表面を使用
する。D350は15量体DNAの4単位ワイヤー;H6は2単位ワイヤー;そ
してM44はエチレングリコール停止アルカリ鎖である。標的分子をセンサー表
面に1ヶ所以上で拘束した場合、良好な検出限界がみられる。今日まで、二つの
拘束点が使用されている。D417拘束配列(42量体)およびEU1捕獲配列
(62量体)は16S rRNAを表面上のD350に結合させた。rRNAに
予めアニールされた一連の9個の標識プローブ(D449、D469、D489
、D490、D491、D476、D475およびD477)は電気化学的シグ
ナルを提供した。これらの標識プローブ(シグナル伝達分子)は6または8のN
6またはY63タイプフェロセンを有する。取りつけ(tack-down)領域の側面
に位置する標識プローブを、20または40フェロセンを含む標識プローブと置
き換えた(同時に1端)。更に、取りつけ領域の中心の領域に結合する標識プロ
ーブを20または40フェロセンを含む標識プローブと置き換えた。2つの6−
フェロセン含有標識プローブを2つの40−フェロセン含有標識プローブと置き
換えたとき、ポジティブシグナルが12倍増加した。非特異的シグナルも同様に
増加し、シグナル対ノイズ比の1.5倍の増加が示された。現在使用されている
最良のシステムはrRNAを2ヶ所で取りつけ、3’取りつけ点の側面の40−
フェロセン標識プローブを使用し、rRNA分子の残りの面を6−フェロセン含
有標識プローブに結合させた。更なる取りつけ点および標識プローブの複数性が
意図される。
Example 12 Detection of rRNA and Comparison of Different Amounts of ETMs The most sensitive rRNA detections to date are mixed in a ratio of 1: 3.5: 1.5 and deposited at 833 μM total thiol concentration. Use a D350 / H6 / M44 surface. D350 is a 4 unit wire of 15-mer DNA; H6 is a 2 unit wire; and M44 is an ethylene glycol terminated alkali chain. When the target molecule is constrained at one or more locations on the sensor surface, good detection limits are seen. To date, two constraint points have been used. The D417 restriction sequence (42mer) and the EU1 capture sequence (62mer) bound 16S rRNA to D350 on the surface. A series of nine labeled probes (D449, D469, D489) previously annealed to rRNA
, D490, D491, D476, D475 and D477) provided electrochemical signals. These labeled probes (signaling molecules) have 6 or 8 N
6 or Y63 type ferrocene. The labeled probe flanking the tack-down area was replaced with a labeled probe containing 20 or 40 ferrocene (simultaneously one end). In addition, the labeled probe that bound to the central region of the mounting area was replaced with a labeled probe containing 20 or 40 ferrocene. Two 6-
When the labeled probe containing ferrocene was replaced with two labeled probes containing 40-ferrocene, the positive signal increased 12-fold. Non-specific signals also increased, indicating a 1.5-fold increase in signal to noise ratio. The best system currently in use mounts rRNA at two locations and 40-
Using a ferrocene-labeled probe, the remaining face of the rRNA molecule was bound to a 6-ferrocene-containing labeled probe. Additional attachment points and label probe multiplicity are contemplated.

【0413】 典型的実験的プロトコールは下記の通りである: 表面誘導体化:20μLの沈着溶液(43.2%THF、45.9%ACN、10
.9%H20中、総チオール濃度833μMで1:3.5:1.5のD350:H6
:M44)を密封した0.5ミリリットルエッペンドルフ試験管で50℃で5分
加熱した。溶解した金ボール電極を溶液に挿入し、次いで直ぐに室温に移動させ
、15分インキュベートした。次いで、電極を37%TH、39%ACN、24
%H20中の〜200μLの400μM M44に移し、室温で5分、40℃で
2分、2分30℃、次いで更に15分室温でインキュベートした。次いで、電極
を短く2×SSC(水性緩衝化塩溶液)に浸し、下記のようにハイブリダイズし
た。
A typical experimental protocol is as follows: Surface derivatization: 20 μL of deposition solution (43.2% THF, 45.9% ACN, 10 μL)
1: 3.5: 1.5 D350: H6 at 833 μM total thiol concentration in 2.9% H 2 O.
: M44) was heated in a sealed 0.5 ml Eppendorf test tube at 50 ° C. for 5 minutes. The dissolved gold ball electrode was inserted into the solution, then immediately moved to room temperature and incubated for 15 minutes. The electrodes were then 37% TH, 39% ACN, 24
Transferred to 200 μL of 400 μM M44 in% H 2 O and incubated at room temperature for 5 minutes, 40 ° C. for 2 minutes, 2 minutes 30 ° C., and then another 15 minutes at room temperature. The electrodes were then briefly immersed in 2 × SSC (aqueous buffered salt solution) and hybridized as described below.

【0414】 ハイブリダイゼーション溶液は、70℃で30秒加熱し、次いで22℃で〜3
8秒にわたり冷却することによりアニールした。分子は全て標的濃度の2倍で、
35U.S.C.§μMのrRNA、1.0μMの捕獲配列および3μMの標識プロ
ーブを含む4×SSC中であった。アニーリング後、溶液をウシ胎児血清で1:
1に希釈し、濃度を半分にし、溶媒を50%FCSで2×SSCに変えた。モデ
ル化合物での最近の実験が、ウシ血清アルブミンでの1.2の希釈が望ましいこ
とがあることを示しているのは注意すべきである:非特異的得結合の減少も同様
であるが、サンプル濃度は希釈せず、ポジティブシグナルは1.5の因数まで促
進された。これはしかしrRNA標的を使用して起こらなかった。溶液をハイブ
リダイゼーションのために20μL量に等分した。
The hybridization solution is heated at 70 ° C. for 30 seconds and then at 22 ° C. for 33
Annealed by cooling for 8 seconds. All molecules are twice the target concentration,
35 USC § μM rRNA, in 4 × SSC containing 1.0 μM capture sequence and 3 μM labeled probe. After annealing, the solution was diluted with fetal bovine serum 1:
Diluted to 1, halved the concentration, and changed the solvent to 2 × SSC with 50% FCS. It should be noted that recent experiments with model compounds have indicated that a dilution of 1.2 in bovine serum albumin may be desirable: the reduction of non-specific binding is similar, The sample concentration was not diluted and a positive signal was promoted by a factor of 1.5. This did not happen, however, using the rRNA target. The solution was aliquoted into 20 μL volumes for hybridization.

【0415】 ハイブリダイゼーションを下記のように行った:上記のように2×SSCに浸
した後、誘導体化電極を20μLハイブリダイゼーション溶液含有エッペンドル
フ試験管に入れた。室温で10分ハイブリダイズさせた。
Hybridization was performed as follows: After immersion in 2 × SSC as described above, the derivatized electrode was placed in an Eppendorf tube containing 20 μL hybridization solution. Hybridized at room temperature for 10 minutes.

【0416】 測定直前に電極を短く室温で2×SSCに浸した。次いで、それを1M Na
ClO4電解質に移し、電流ボルタモグラムの変化を、10Hz周波数および2
5mV中心からピーク振幅の電流を変えながら適応して取った。
[0416] Immediately before the measurement, the electrodes were briefly immersed in 2xSSC at room temperature. Then it is added to 1M Na
Transfer to ClO 4 electrolyte and change the current voltammogram at 10 Hz frequency and 2 Hz.
It was taken adaptively while changing the peak amplitude current from the center of 5 mV.

【0417】 10の基本的実験を行った(括弧内のシステム構成要素): システム1。rRNAを1点のみに取りつけた(D449+D417(EU2)
+D468 システム2。rRNAを2点で取りつけた システム3。2点の取りつけに加えて第2の取りつけ点の側面領域を各々指向す
る2個の20フェロセン含有標識プローブ システム4。2点の取りつけに加えて第2の取りつけ点の側面領域を各々指向す
る2個の40フェロセン含有標識プローブ システム5。2点の取りつけに加えて第1の取りつけ点の側面領域を各々指向す
る2個の20フェロセン含有標識プローブ システム6。2点の取りつけに加えて第1の取りつけ点の側面領域を各々指向す
る2個の40フェロセン含有標識プローブ システム7。2点の取りつけに加えて20フェロセン含有中心領域(即ち、二つ
の取りつけ点の間の領域)に結合する25塩基含有標識プローブ システム8。2点の取りつけに加えて40フェロセン含有中心領域(即ち、二つ
の取りつけ点の間の領域)に結合する25塩基含有標識プローブ システム9。2点の取りつけに加えて20フェロセン含有中心領域(即ち、二つ
の取りつけ点の間の領域)に結合する40塩基含有標識プローブ システム10。2点の取りつけに加えて40フェロセン含有中心領域(即ち、二
つの取りつけ点の間の領域)に結合する40塩基含有標識プローブ 結果は図22に示す。結果から、大標的の複数点拘束が1点拘束より良好であ
ることが明らかである。多くのETMがより大きなシグナルをもたらすが、より
結合エネルギーを必要とする;標的用の35塩基の認識。
[0417] Ten basic experiments were performed (system components in parentheses): System 1. rRNA was attached to only one point (D449 + D417 (EU2)
+ D468 System 2. rRNA attached at two points System 3. Two 20 ferrocene-containing labeled probe systems each pointing to the lateral area of the second attachment point in addition to the two attachment points 4. The second attachment in addition to the two attachment points Two 40-ferrocene-containing labeled probe systems 5, each pointing to the side area of the mounting point 5. Two 20-ferrocene-containing labeled probe systems 6, each pointing to the side area of the first mounting point in addition to the two-point mounting. Two 40-ferrocene-containing labeling probe systems, each pointing to the side area of the first mounting point in addition to the two mounting points 7. The two-point mounting plus the 20 ferrocene-containing central area (i.e., two mounting points) Labeled probe system containing 25 bases that binds to the region between the 8. A two point attachment plus a 40 ferrocene containing central region (ie, Labeled probe system containing 25 bases that binds to the region between the two mounting points 9. The 40 base containing binding to the 20 ferrocene-containing central region (ie, the region between the two mounting points) in addition to the two-point mounting Labeled Probe System 10. Labeled probe containing 40 bases that binds to the central region containing 40 ferrocenes (ie, the region between the two attachment points) in addition to the two points of attachment. The results are shown in FIG. The results show that the multi-point constraint for the large target is better than the one-point constraint. Many ETMs produce larger signals but require more binding energy; recognition of 35 bases for the target.

【0418】 実施例13 フェロセンの異なる配置の直接比較 フェロセンの異なる配置の比較を、図24に概説のように行った。図24A、
24B、24Cおよび24Dは数個の標識プローブの配向を模式的に記載する。
D94は下記の通りであった:5’-ACC ATG CAC ACA GA(C11)-3’。D109は
下記の通りであった:5’-CTG CGG TTA TTA AC(C11)-3’。“+”表面はD94
:H6:M44の2:2:1の比率であり、総チオール濃度は833μMであっ
た。“−”表面はD109:H6:M44の2:2:1の比率であり、総チオー
ル濃度は833μMであった。D548構造は下記の通りであった:5’-(N38)(
N38)(N38) (N38)(N38)(N38) (N38)(N38)(N38) ATC TGT GTC CAT GGT-3’。各N
38は5’-(H2)(C23)-3’であった。*H2およびC23は?D549構造は下記の通
りであった:5’-(N38)(N38)(N38) (N38)(N38)(N38) (N38)(N38)(N38) ATC TGT
GTC CAT GGT-3’。各N38は5’-(H2)(C23)(C23)-3’であった。D550構造
は下記の通りであった:5’-(N38)(N38)(N38) (N38)AT CTG TGT CCA TGG T-3’
。各N38は5’-(H2)(C23)(C23)-3’であった。D551構造は下記の通りであ
った:5’-(n38)(N38)(N38) (N38)ATCTG TGT CAA TGG T-3’。各N38は5’-(H
2)(C23)(C23)(C23)(C23)-3’であった。5’ N38は第2の修飾のための二つ
の部位を有する。代表的模式図を図24Eに示す。 図24Fに示す結果は、D551標識プローブが優れたシグナル対ノイズ比で
最高のシグナルを提供することを示す。
Example 13 Direct Comparison of Different Configurations of Ferrocene A comparison of different configurations of ferrocene was performed as outlined in FIG. FIG. 24A,
24B, 24C and 24D schematically describe the orientation of several labeled probes.
D94 was as follows: 5'-ACC ATG CAC ACA GA (C11) -3 '. D109 was as follows: 5'-CTG CGG TTA TTA AC (C11) -3 '. “+” Surface is D94
: H6: M44 at a ratio of 2: 2: 1, and the total thiol concentration was 833 μM. The "-" surface had a D109: H6: M44 ratio of 2: 2: 1 and a total thiol concentration of 833 [mu] M. The D548 structure was as follows: 5 '-(N38) (
N38) (N38) (N38) (N38) (N38) (N38) (N38) (N38) ATC TGT GTC CAT GGT-3 '. Each N
38 was 5 '-(H2) (C23) -3'. * H2 and C23? The D549 structure was as follows: 5 '-(N38) (N38) (N38) (N38) (N38) (N38) (N38) (N38) (N38) ATC TGT
GTC CAT GGT-3 '. Each N38 was 5 '-(H2) (C23) (C23) -3'. The D550 structure was as follows: 5 '-(N38) (N38) (N38) (N38) AT CTG TGT CCA TGG T-3'
. Each N38 was 5 '-(H2) (C23) (C23) -3'. The D551 structure was as follows: 5 '-(n38) (N38) (N38) (N38) ATCTG TGT CAA TGG T-3'. Each N38 is 5 '-(H
2) (C23) (C23) (C23) (C23) -3 ′. 5 'N38 has two sites for the second modification. A representative schematic diagram is shown in FIG. 24E. The results, shown in FIG. 24F, show that the D551 labeled probe provides the best signal with excellent signal to noise ratio.

【0419】 実施例17 両方補充されたリンカーおよびETMとしてのフェロセンポリマー 本システムは図25に示す。D405は:5’-(C23)(C23)(C23) (C23)(C23)(C
23) (C23)(C23)(C23) (C23)AT CTG TGT CCA TGG T-3’の構造を有した。システ
ムは二つの表面で流した:“+”表面はD94:H6:M44の2:2:1の比
率で、総チオール濃度833μMであった。“−”表面はD109:H6:M4
4の2:2:1の比率で、総チオール濃度833μMであった。図25Bに示す
結果は、システムが相補的捕獲プローブの存在下で良好なシグナルを提供するこ
とを示す。
Example 17 Ferrocene polymer as both linker and ETM supplemented The system is shown in FIG. D405: 5 '-(C23) (C23) (C23) (C23) (C23) (C
23) (C23) (C23) (C23) (C23) had the structure of AT CTG TGT CCA TGG T-3 ′. The system was run on two surfaces: the "+" surface was in a 2: 2: 1 ratio of D94: H6: M44 with a total thiol concentration of 833 μM. "-" Surface is D109: H6: M4
4 in a 2: 2: 1 ratio, for a total thiol concentration of 833 μM. The results shown in FIG. 25B indicate that the system provides good signal in the presence of a complementary capture probe.

【0420】[0420]

【配列表】[Sequence list]

SEQUENCE LISTING <110> Clinical Micro sensors <120> Electronic Detection of Nucleic Acids Using Monolayers <130> FP67652-PC/RMS <140> PCT/US99/01703 <141> 1999-01-27 <150> 60/084,425 <151> 1998-05-06 <150> 60/084,509 <151> 1998-05-06 <150> 09/135,183 <151> 1998-08-17 <160> 83 <170> PatentIn Ver. 2.0 <210> 1 <211> 10 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 1 gctcgaggct 10 <210> 2 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 2 ggaattcaag gatccgaatg cc 22 <210> 3 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 3 cgagctccga ccttaagttc ctaggcttac ggc 33 <210> 4 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 4 gctcgaggct ggaattcaag gatccgaatg cc 32 <210> 5 <211> 12 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 5 gctcgaggct gg 12 <210> 6 <211> 16 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 6 cgagctccga ccttaa 16 <210> 7 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 7 cgagctccga ccttaagttc ctaggcttac gg 32 <210> 8 <211> 49 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 8 acctggtctt gacatccacg gaaggcgtgg aaatacgtat tcgtgccta 49 <210> 9 <211> 31 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 9 catggttaac gtcaattgct gcggttatta a 31 <210> 10 <211> 39 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 10 gctcgcccca tggttagact gaattgctgc ggttattaa 39 <210> 11 <211> 39 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 11 gctcgctatg ctcttgatgg tgctgtggaa atctactgg 39 <210> 12 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 12 gctcgcatgg tgctgtggaa atctactgg 29 <210> 13 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 13 gctcgctgac tgaattgctg cggttattaa 30 <210> 14 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Combined DNA/RNA Molecule: synthetic <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 14 cttccgtgga tgtcaagacc aggau 25 <210> 15 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Combined DNA/RNA Molecule: synthetic <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 15 accatggaca cagau 15 <210> 16 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Combined DNA/RNA Molecule: synthetic <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 16 ctgcggttat taacu 15 <210> 17 <211> 86 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 17 taggcacgaa tacgtatttc cacgataaat ataattaata accgcagcaa ttgacgtata 60 aagctatccc agtagatttc cacagc 86 <210> 18 <211> 47 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 18 acgtgtccat ggtagtagct tatcgtggaa atacgtattc gtgccta 47 <210> 19 <211> 39 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 19 gctcgcccca tggttagact gaattgctgc ggttattaa 39 <210> 20 <211> 39 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 20 gctcgcccca tggttagact ggctgtggaa atctactgg 39 <210> 21 <211> 36 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 21 gctcgccttt actcccttcc tccccgctga aagtac 36 <210> 22 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 22 cggagttagc cggtgcttct tctgcggggc tgt 33 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Artificial Sequence: synthetic <400> 28 acagacatca gagtaatcgc cgtctggt 28 <210> 29 <211> 41 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 29 gattactctg atgtctgtcc atctgtgtcc atggtagtag c 41 <210> 30 <211> 41 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 30 gattactctg atgtctgtcc tagtacgagt cagtctctcc a 41 <210> 31 <211> 57 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 31 tctacatgcc gtacatacgg aacgtacgga gcgattcgac tgacagtcgt aacctca 57 <210> 32 <211> 35 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 32 gctcgcgcga caactgtacc atctgtgtcc atggt 35 <210> 33 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 33 atctgtgtcc atggt 15 <210> 34 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 34 gctcgcatct gtgtccatgg tagtagc 27 <210> 35 <211> 39 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 35 gctcgcttct gcaccgtagc catgaaagat tgtactgag 39 <210> 36 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Combined DNA/RNA Molecule: synthetic <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 36 ccttcctttc cacau 15 <210> 37 <211> 70 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 37 atgtggaaag gaaggacacc aaatgaaaga ttgtactgag agacaggcta attttttagg 60 gaagatctgg 70 <210> 38 <211> 55 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 38 ccagatcttc cctaaaaaat tagcctgtct ctcagtacaa tctttcattt ggtgt 55 <210> 39 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 39 gctactacca tggacacaga t 21 <210> 40 <211> 41 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 40 gattactctg atgtctgtcc atctgtgtcc atggatgtag c 41 <210> 41 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 41 acagacatca gagtaatcgc cgtctggt 28 <210> 42 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 42 cttccgtgga tgtcaagacc aggat 25 <210> 43 <211> 57 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 43 tctacatgcc gtacatacgg aacgtacgga gcatcctggt cttgacatcc acggaag 57 <210> 44 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 44 agatgcatgg catgtatgcc cgctcg 26 <210> 45 <211> 13 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 45 acgagtccat ggt 13 <210> 46 <211> 13 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 46 agcctagctg gtg 13 <210> 47 <211> 13 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 47 acgagtccat ggt 13 <210> 48 <211> 13 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 48 agcctagctg gtg 13 <210> 49 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 49 aacagagtcc atggt 15 <210> 50 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 50 atgtcctagc tggtg 15 <210> 51 <211> 13 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 51 acgagtccat ggt 13 <210> 52 <211> 13 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 52 agcctagctg gtg 13 <210> 53 <211> 13 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 53 acgagtccat ggt 13 <210> 54 <211> 13 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 54 agcctagctg gtg 13 <210> 55 <211> 14 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 55 acagagtcca tggt 14 <210> 56 <211> 14 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 56 agtcctagct ggtg 14 <210> 57 <211> 13 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 57 aagagtccat ggt 13 <210> 58 <211> 13 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 58 atcctagctg gtg 13 <210> 59 <211> 13 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 59 acgagtccat ggt 13 <210> 60 <211> 13 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 60 agcctagctg gtg 13 <210> 61 <211> 13 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 61 acgagtccat ggt 13 <210> 62 <211> 13 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 62 agcctagctg gtg 13 <210> 63 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Combined DNA/RNA Molecule: synthetic <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 63 accatggact ctgtu 15 <210> 64 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Combined DNA/RNA Molecule: synthetic <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 64 accatggact cagau 15 <210> 65 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 65 aagggctgtt ggaaatgtgg 20 <210> 66 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 66 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ccttcctttc cacau 15 <210> 71 <211> 58 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 71 ccaccagatc ttccctaaaa aattagcctg tctctcagta caatctttca tttggtgt 58 <210> 72 <211> 70 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 72 atgtggaaag aaaggacacc aattgaaaga ttgtactgag agacaggcta attttttagg 60 gaagatctgg 70 <210> 73 <211> 40 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 73 gctcgcttct gcaccgtaag ccatcaaaga ttgtactgag 40 <210> 74 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 74 gtcaatgagc aaaggtatta a 21 <210> 75 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 75 cgcggcctcg cttaatacct ttgctc 26 <210> 76 <211> 35 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 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gctcgctatg ctcttgatgg tgctgtggaa atctactgg 39 <210> 12 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 12 gctcgcatgg tgctgtggaa atctactgg 29 <210> 13 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 13 gctcgctgac tgaattgctg cggttattaa 30 <210> 14 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Combined DNA / RNA Molecule: synthetic <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 14 cttccgtgga tgtcaagacc aggau 25 <210> 15 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Combined DNA / RNA Molecule: synthetic <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 15 accatggaca cagau 15 <210> 16 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223 > Description of Combined DNA / RNA Molecule: synthetic <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 16 ctgcggttat taacu 15 <210> 17 <211> 86 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 17 taggcacgaa tacgtatttc cacgataaat ataattaata accgcagcaa ttgacgtata 60 aagctatccc agtagatttc cacagc 86 <210> 18 <211> 47 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 18 acgtgtccat ggtagtagct tatcgtggaa atacgtattc gtgccta 47 <210> 19 <211> 39 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 19 gctcgcccca tggttagact gaattgctgc ggttattaa 39 <210> 20 <211> 39 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 20 gctcgcccca tggttagact ggctgtggaa atctactgg 39 <210> 21 <211> 36 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic <400> 21 gctcgccttt actcccttcc tccccgctga aagtac 36 <210> 22 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic 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synthetic < 400> 83 atct gtgtcc atggt 15

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

【図1】 図1A-1Oは、本発明の多くの種々の組成物を示す。その結果
は、実施例1および2に示す。図1Aは、P290としても言及しているIを示
す。図1Bは、P291としても言及しているIIを示す。図1CはW31とし
ても言及しているIIIを示す。図1DはN6としても言及しているIVを示す。
図1Eは、P292としても言及しているVを示す。図1Fは、C23としても
言及しているIIを示す。図1Gは、C15としても言及しているVIIを示す
。図1Hは、C95としても言及しているVIIIを示す。図1Iは、Y63を示
す。図1Jは、本発明の他の化合物を示す。図1Kは、N11を示す。図1Lは
、ホスホラミダイト基およびDMT保護基を有するC131を示す。図1Mは、
ホスホラミダイト基およびDMT保護基をも有するW38を示す。図1Nは、伸
張オリゴヌクレオチド鎖へそれを組込むと、DMT保護された酸素の両方の位置
での付加が生じ、“枝分かれ”を生じさせ得る商業的に利用可能な成分を示す。
図1Oは、非核酸リンカーとして役割をするホスホラミダイト基およびDMT保
護基をも有するglenを示す。図1Aから1Gおよび1Jは、容易に添加され
るホスホラミダイトおよび保護基(すなわち、DMT)なしに示している。
1A-1O show a number of various compositions of the present invention. The results are shown in Examples 1 and 2. FIG. 1A shows I, also referred to as P290. FIG. 1B shows II, also referred to as P291. FIG. 1C shows III, also referred to as W31. FIG. 1D shows IV, also referred to as N6.
FIG. 1E shows V, also referred to as P292. FIG. 1F shows II, also referred to as C23. FIG. 1G shows VII, also referred to as C15. FIG. 1H shows VIII, also referred to as C95. FIG. 1I shows Y63. FIG. 1J shows another compound of the present invention. FIG. 1K shows N11. FIG. 1L shows C131 with a phosphoramidite group and a DMT protecting group. FIG. 1M
Figure 5 shows W38 also having a phosphoramidite group and a DMT protecting group. FIG. 1N shows commercially available components that, when incorporated into an extended oligonucleotide chain, result in the addition of DMT-protected oxygen at both positions and can result in “branching”.
FIG. 10 shows glen also having a phosphoramidite group and a DMT protecting group that serve as non-nucleic acid linkers. FIGS. 1A to 1G and 1J show without readily added phosphoramidite and protecting groups (ie, DMT).

【図2】 図2は、フェロセンの場合に、ETMによるヌクレオシド(アデ
ノシンの場合)への、リボースへのオキソ連結を介する好ましい結合であり、本
発明のN6化合物を形成する合成スキームを示す。
FIG. 2 shows the preferred scheme for ferrocene to a nucleoside (in the case of adenosine) by ETM via an oxo linkage to ribose, forming an N6 compound of the invention.

【図3】 図3は、図2と同様である。但し、ヌクレオシドは、シチジンで
あり、本発明のW38化合物を形成する。
FIG. 3 is similar to FIG. However, the nucleoside is cytidine and forms the W38 compound of the present invention.

【図4】 図4は、このフェロセンの場合におけるETMによるリン酸を介
するヌクレオシドへの好ましい結合の合成スキームであり、本発明のY63化合
物を形成する。
FIG. 4 is a synthetic scheme of a preferred linkage to a nucleoside via phosphate by ETM in this case of ferrocene, forming a Y63 compound of the invention.

【図5】 図5は、このアデノシンの場合における三リン酸ヌクレオチドの
合成スキームであり、このフェロセンの場合オキソ連結を介しリボースへのET
Mの結合を伴う。
FIG. 5 is a scheme for the synthesis of triphosphate nucleotides in the case of this adenosine, and in the case of this ferrocene ET to ribose via an oxo linkage.
With the coupling of M.

【図6】 図6は、一級アミンを用い官能化した核酸を事前形成のSAMへ
の添加のための活性化カルボン酸の使用を示す。
FIG. 6 shows the use of activated carboxylic acids for the addition of nucleic acids functionalized with a primary amine to a preformed SAM.

【図7】 図7は、制限酵素エンドヌクレアーゼ部位を利用する、“普遍”
型遺伝子チップの使用のスキームを示す。
FIG. 7 shows a “universal” utilizing restriction endonuclease sites.
1 shows a scheme of using a type gene chip.

【図8】 図8Aおよび図8Bは、5'位または任意の位置に伝導性オリゴ
マーの添加に使用し得る伝導性オリゴマーの2つのリン酸結合を示す。
FIGS. 8A and 8B show two phosphate linkages of a conductive oligomer that can be used for addition of a conductive oligomer at the 5 ′ position or at any position.

【図9】 図9は、電極への結合用ヌクレオシドのリボースに対する絶縁体
(C109)の合成を示す。
FIG. 9 shows an insulator for ribose of a nucleoside for binding to an electrode.
3 shows the synthesis of (C109).

【図10】 図10は、エチレングリコール末端化伝導性オリゴマーの合成
スキームを示す。
FIG. 10 shows a synthesis scheme for an ethylene glycol-terminated conductive oligomer.

【図11】 図11A、11Bおよび11Cは、ETMポリマーを加え得る
3種の“分枝”点(塩基としてアデノシンを用いる各場合)の合成を示す。図11
Aは、本発明のN17化合物の合成を示す。図11Bは、W90化合物の合成を
示し、図11CはN38化合物の合成を示す。
FIGS. 11A, 11B and 11C show the synthesis of three "branch" points (in each case using adenosine as the base) to which ETM polymers can be added. FIG.
A shows the synthesis of the N17 compound of the present invention. FIG. 11B shows the synthesis of the W90 compound, and FIG. 11C shows the synthesis of the N38 compound.

【図12】 図12は、N17“分枝”点ヌクレオシドを用い、核酸中への
多数のETMの同時組込みの合成スキームである。
FIG. 12 is a synthetic scheme for simultaneous incorporation of multiple ETMs into nucleic acids using N17 “branched” point nucleosides.

【図13】 図13は、当分野に既知の3つの分枝点(2つの分枝点も可能
である。例えば図1N参照。)を用いる場合、“分枝”点ホスホラミダイトを用
い、多数のETMの核酸への同時供与の別法のスキームを示す。
FIG. 13 shows that when using three branch points known in the art (two branch points are also possible; see, eg, FIG. 1N), a “branch” point phosphoramidite can be used to provide multiple Figure 3 shows an alternative scheme for co-donation of ETMs to nucleic acids.

【図14】 図14は、典型的なヘアピン構造を示す。500は、標的結合
配列であり、510はループ配列であり、520は自己相補領域(self compleme
ntary region)であり、530は、検出プローブに実質的に相補的であり、そし
て530は“接着末端”であり、すなわち、プローブの任意の他の部分とはハイ
ブリダイズしない、ETMを含む部分である。
FIG. 14 shows a typical hairpin structure. 500 is a target binding sequence, 510 is a loop sequence, and 520 is a self-complementary region.
530 is substantially complementary to the detection probe, and 530 is a "sticky end", ie, the portion containing the ETM that does not hybridize to any other portion of the probe. is there.

【図15】 図15A、15Bおよび15Cは、電極に結合する標的配列の
3つの好ましい実施態様を示す。図15Aは、結合リンカー106を介して連結
する捕獲プローブ100にハイブリダイズする標的配列120を示す。それは本
明細書で概略する通り、伝導性オリゴマーか絶縁体の何れかとなり得る。電極1
05は、不動態化剤107の単層を含み、それは伝導性オリゴマー(本明細書中
では108として示す)および/または絶縁体(本明細書中では109として示す
)を含み得る。図に示した全実施態様に関するかぎり、当業者には明らかである
が、nは少なくとも1である整数であり、通常好ましくはないが、そのシステム
は捕獲プローブとして全く使用できない(すなわち、nは0である)。nの上限は
、標的配列の長さおよび必要な感度に依存する。図15Bは、標的配列120の
第一部分にハイブリダイズする第一部分111および捕獲プローブ100にハイ
ブリダイズする第二部分を有する単一捕捉伸長プローブ110の使用を示す。図
15Cは、2つの捕捉伸長プローブ110および130の使用を示す。第一捕捉
伸長プローブ110は、標的配列120の第一部分にハイブリダイズする第一部
分111および補足プローブ100の第一部分102にハイブリダイズする第二
部分112を有する。第二捕捉伸長プローブ130は、標的配列120の第二部
分にハイブリダイズする第一部分132および捕獲プローブ100の第二部分1
01にハイブリダイズする第二部分131を有する。当業者に明らかなように、
任意のこれら結合配置は、図16の態様を含む任意の他のシステムを用い使用し
得る。
FIGS. 15A, 15B and 15C show three preferred embodiments of a target sequence binding to an electrode. FIG. 15A shows a target sequence 120 that hybridizes to a capture probe 100 linked via a binding linker 106. It can be either a conductive oligomer or an insulator, as outlined herein. Electrode 1
05 comprises a monolayer of passivator 107, which is a conductive oligomer (shown herein as 108) and / or an insulator (shown herein as 109).
). As will be apparent to those skilled in the art as to all embodiments shown in the figures, n is an integer that is at least 1 and is usually not preferred, but the system cannot be used as a capture probe at all (ie, n is 0 Is). The upper limit for n depends on the length of the target sequence and the required sensitivity. FIG. 15B illustrates the use of a single capture extension probe 110 having a first portion 111 that hybridizes to a first portion of the target sequence 120 and a second portion that hybridizes to the capture probe 100. FIG. 15C shows the use of two capture extension probes 110 and 130. First capture extension probe 110 has a first portion 111 that hybridizes to a first portion of target sequence 120 and a second portion 112 that hybridizes to first portion 102 of capture probe 100. The second capture extension probe 130 includes a first portion 132 that hybridizes to a second portion of the target sequence 120 and a second portion 1 of the capture probe 100.
It has a second portion 131 that hybridizes to 01. As will be apparent to those skilled in the art,
Any of these coupling arrangements may be used with any other system, including the embodiment of FIG.

【図16】 図16A、16B、16C、16D、16E、16Fおよび1
6Gは、本発明の幾つかの態様を示す。本明細書中で考察するように両者を種々
異なる割合で用い得るし、また絶縁体は完全に欠失していてもよいのであるが、
本明細書中に示したすべての単層では、伝導性オリゴマー108と絶縁体107
の両方が、おおよそ1:1の割合で存在するように示している。加えて、当業者
には明らかなように、これらのどの構造も、特定の標的配列を繰り返し得、すな
わち、長い標的配列の場合、形成された多アッセイ複合体が存在し得る。加えて
、図15の任意の電極結合態様は、任意のこれらシステムに使用され得る。 図16A、16Bおよび16Dは、ETM135を含む標的配列120を有し
、本明細書において考察するように、これらは、例えば、ETMで修飾したヌク
レオチドを用いるPCR反応の間に酵素学的添加され得、標的配列を通して実質
的にランダムに組込まれるか、または標的配列の末端に加えられる。図16Cは
、標的配列120の種々の部分にハイブリダイズする2種の捕獲プローブ100
および100'の使用を示す。当業者には明らかなように、この実施態様で2つ
の捕獲プローブの5'-3'方向は異なる。 図16Cは、標的配列120に直接ハイブリダイズする標識プローブ145の
使用を示す。図16Cは、標的配列120の部分にハイブリダイズする第一部分
141、ETM135を含む第二部分142を含む標識プローブ145の使用を
示す。 図16E、16Fおよび16Gは、標的には直接ハイブリダイズしないが、む
しろ、直接的(図16E)または間接的(図16Fおよび16G)に標的配列にハイ
ブリダイズする増幅プローブにハイブリダイズする標識プローブ145を用いる
システムを示す。増幅プローブ150を用いる図16Eは、標的配列120にハ
イブリダイズする第一部分151および標識プローブの第一部分141にハイブ
リダイズする少なくとも1つの第二部分152、すなわち、増幅配列を有する。
図16Fは同じである。但し、標的配列120にハイブリダイズする第一部分1
61および増幅プローブ150の第一部分151にハイブリダイズする第二部分
162を含む第一標識伸長プローブ160を用いる。増幅プローブ150の第二
部分152は、標識プローブ140の第一部分141にハイブリダイズし、それ
はETM135を含む補充リンカー142をも含む。図16Gは、第二標識伸長
プローブ170を加え、標的配列120の部分にハイブリダイズする第一部分1
71および増幅プローブの部分にハイブリダイズする第二部分を有する。 図16Hは、多標識プローブを利用するシステムを示す。標識プローブ140
の第一部分141は、補充リンカー142のすべてまたは一部にハイブリダイズ
し得る。
FIG. 16A, 16B, 16C, 16D, 16E, 16F and 1
6G illustrates some aspects of the invention. As discussed herein, both may be used in different proportions, and the insulator may be completely deleted,
In all the monolayers shown herein, conductive oligomer 108 and insulator 107
Are shown to be present in approximately a 1: 1 ratio. In addition, as will be apparent to those skilled in the art, any of these structures may repeat a particular target sequence, ie, in the case of long target sequences, there may be multiple assay complexes formed. In addition, any of the electrode coupling aspects of FIG. 15 can be used in any of these systems. FIGS. 16A, 16B and 16D have a target sequence 120 that includes ETM135, which, as discussed herein, may be added enzymatically, for example, during a PCR reaction using ETM modified nucleotides. , Are incorporated substantially randomly throughout the target sequence or are added to the end of the target sequence. FIG. 16C shows two capture probes 100 that hybridize to various portions of the target sequence 120.
And the use of 100 '. As will be apparent to those skilled in the art, the 5'-3 'orientation of the two capture probes in this embodiment is different. FIG. 16C shows the use of a labeled probe 145 that hybridizes directly to the target sequence 120. FIG. 16C illustrates the use of a labeled probe 145 that includes a first portion 141 that hybridizes to a portion of the target sequence 120, a second portion 142 that includes ETM 135. 16E, 16F, and 16G do not hybridize directly to the target, but rather, the labeled probe 145 that hybridizes directly (FIG. 16E) or indirectly (FIGS. 16F and 16G) to the amplification probe that hybridizes to the target sequence. 1 shows a system using. FIG. 16E using an amplification probe 150 has a first portion 151 that hybridizes to the target sequence 120 and at least one second portion 152 that hybridizes to the first portion 141 of the labeled probe, ie, the amplification sequence.
FIG. 16F is the same. However, the first portion 1 that hybridizes to the target sequence 120
A first labeled extension probe 160 comprising a second portion 162 that hybridizes to 61 and a first portion 151 of the amplification probe 150 is used. The second portion 152 of the amplification probe 150 hybridizes to the first portion 141 of the labeled probe 140, which also includes a supplemental linker 142 that includes an ETM 135. FIG. 16G shows the first portion 1 which adds the second labeled extension probe 170 and hybridizes to the portion of the target sequence 120.
71 and a second portion that hybridizes to the portion of the amplification probe. FIG. 16H shows a system utilizing a multi-labeled probe. Label probe 140
May hybridize to all or a portion of the supplemental linker 142.

【図17】 図17A、17B、17Dおよび17Eは、標識プローブの種
々の可能な配置およびETMの結合を示す。図17A-Cでは、補充リンカーは
核酸であり、図17Dおよび17Eでは、そうではない。A=ヌクレオチド置換
;B=塩基への結合;C=リボースへの結合;D=リン酸への結合;E=塩基、
リボースまたはリン酸(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(本発明に記載の通り、同様にこれは他のETMのポリマーであり得る。)
;F=塩基、リボースまたはリン酸(または他のバックボーン)を介して結合する
デンドライマー構造;G=“枝分かれ”構造を介する、塩基、リボースまたはリ
ン酸(他のバックボーン類似体)を通しての結合;H=メタロセン(または他のE
TM)ポリマーの結合;I=デンドライマー構造を介する結合;J=標準リンカ
ーを用いる結合。
FIGS. 17A, 17B, 17D and 17E show various possible configurations of labeled probes and binding of ETMs. In FIGS. 17A-C, the supplemental linker is a nucleic acid; in FIGS. 17D and 17E, it is not. A = nucleotide substitution; B = binding to base; C = binding to ribose; D = binding to phosphate; E = base;
Metallocene polymer linked to ribose or phosphate (or other backbone analog) (also as described in the present invention, this may be a polymer of another ETM)
F = dendrimer structure linked through a base, ribose or phosphate (or other backbone); G = linkage through a base, ribose or phosphate (another backbone analog) through a “branched” structure; H = Metallocene (or other E
TM) Attachment of polymer; I = Attachment via dendrimer structure; J = Attachment using standard linker.

【図18】 図18は、ステムループプローブを用いる改良を示す。表面結
合プローブ上にトーショナルストレイン(torsional strain)を作成するため、こ
れが望ましく、それは、結合効率およびある場合には熱力学的安定性の増加が見
られる。この場合、表面結合プローブは、捕獲プローブ100、第一ステムルー
プ配列550、標的結合配列560、および第一ステムループ配列に実質的に相
補的である第二ステムループ配列570を含む。直接または間接的に何れかで標
識プローブ145を用いETM135を含み得る標的配列120の添加において
、表面の標的の有効濃度が増加する。
FIG. 18 shows an improvement using a stem loop probe. This is desirable because it creates a torsional strain on the surface-bound probe, which shows an increase in binding efficiency and, in some cases, thermodynamic stability. In this case, the surface binding probe includes the capture probe 100, a first stem loop sequence 550, a target binding sequence 560, and a second stem loop sequence 570 that is substantially complementary to the first stem loop sequence. Addition of the target sequence 120, which may include the ETM 135, either directly or indirectly using the labeled probe 145, increases the effective concentration of the surface target.

【図19】 図19A-19AAは、実施例1に用いる幾つかの配列を示す
FIGS. 19A-19AA show some sequences used in Example 1. FIG.

【図20】 図20A-20Oは、実施例1に示す実験の典型的な走査を示
す。特記しなければ、全走査は、開始電圧-0.11Vで、最終電圧0.5Vで
あり、10mVごとに点をとり、0.025の振幅、10Hzの頻度、サンプル
時間1秒、静置時間2秒である。図20Aは、ピークポテンシャル0.160V
、ピーク電流1.092×10-8A、およびピークA7.563×10-10VA
を有する。図20Cは、ピークポテンシャル0.190V、ピーク電流2.04
6×10-7Aおよびピーク面積2.046×10-8VAを有する。図20dは、
ピークポテンシャル0.190V、ピーク電流3.552×10-8Aおよびピー
クA3.568×10-9VAを有する。図20Eは、ピークポテンシャル0.1
90V、ピーク電流2.3762×10-7Aおよびピーク面積2.594×10 -8 Aを有する。図20Fは、ピークポテンシャル0.180V、ピーク電流2.
992×10-8Aおよびピーク面積2.709×10-9VAを有する。図20G
は、ピークポテンシャル0.150V、ピーク電流1.494×10-7Aおよび
ピーク面積1.1×10-8VAを有する。図20Hは、ピークポテンシャル0.
160V、ピーク電流1.967×10-8Aおよびピーク面積1.443×10 -9 VAを有する。図20Iは、ピークポテンシャル0.150V、ピーク電流8
.031×10-8Aおよびピーク面積6.033×10-9VAを有する。図20
Jは、ピークポテンシャル0.150V、ピーク電流8.871×10-9Aおよ
びピーク面積5.51×10-10VAを有する。図20Lは、ピークポテンシャ
ル0.140V、ピーク電流2.449×10-8Aおよびピーク面積1.706
×10-9VAを有する。図20Mは、ピークポテンシャル0.150V、ピーク
電流6.637×10-8Aおよびピーク面積7.335×10-9VAを有する。
図20Nは、ピークポテンシャル0.140V、ピーク電流2.877×10-9 Aおよびピーク面積2.056×10-10Aを有する。
FIGS. 20A-20O show typical scans of the experiment shown in Example 1. FIGS.
You. Unless otherwise specified, all scans were performed with a starting voltage of -0.11V and a final voltage of 0.5V.
With points every 10mV, amplitude of 0.025, frequency of 10Hz, sample
The time is 1 second and the standing time is 2 seconds. FIG. 20A shows a peak potential of 0.160V.
, Peak current 1.092 × 10-8A, and peak A 7.563 × 10-TenVA
Having. FIG. 20C shows a peak potential of 0.190 V and a peak current of 2.04.
6 × 10-7A and peak area 2.046 × 10-8Has VA. FIG.
Peak potential 0.190V, peak current 3.552 × 10-8A and P
A3.568 × 10-9Has VA. FIG. 20E shows a peak potential of 0.1.
90V, peak current 2.3762 × 10-7A and peak area 2.594 × 10 -8 A. FIG. 20F shows a peak potential of 0.180 V and a peak current of 2.80 V.
992 × 10-8A and peak area 2.709 × 10-9Has VA. FIG. 20G
Is a peak potential of 0.150 V and a peak current of 1.494 × 10-7A and
Peak area 1.1 × 10-8Has VA. FIG. 20H shows the peak potential of 0.
160V, peak current 1.967 × 10-8A and peak area 1.443 × 10 -9 Has VA. FIG. 20I shows a peak potential of 0.150 V and a peak current of 8 V.
. 031 × 10-8A and peak area 6.033 × 10-9Has VA. FIG.
J indicates a peak potential of 0.150 V and a peak current of 8.871 × 10-9A and
And peak area 5.51 × 10-TenHas VA. FIG. 20L shows the peak potential.
0.140V, peak current 2.449 × 10-8A and peak area 1.706
× 10-9Has VA. FIG. 20M shows a peak potential of 0.150 V and a peak.
Current 6.637 × 10-8A and peak area 7.335 × 10-9Has VA.
FIG. 20N shows a peak potential of 0.140 V and a peak current of 2.877 × 10-9 A and peak area 2.056 × 10-TenA.

【図21】 図21は、実施例13のライゲーション鎖反応(LCR)実験を
示す。
FIG. 21 shows a ligation strand reaction (LCR) experiment of Example 13.

【図22】 図22Aおよび22Bは、実施例12の結果を示す。“ハイブ
リッドコード”はシステム番号について言及し、+および−はrRNA標的の存
在または非存在について言及する。
FIGS. 22A and 22B show the results of Example 12. FIGS. "Hybrid code" refers to the system number, and + and-refer to the presence or absence of the rRNA target.

【図23】 図23A、23B、23C、23D、23Eおよび23Fは、
実施例13の組成物および結果を示す。
FIG. 23A, 23B, 23C, 23D, 23E and 23F
13 shows the composition and result of Example 13.

【図24】 図24Aおよび図24Bは、実施例13の組成物および結果を
示す。
FIG. 24A and FIG. 24B show the composition of Example 13 and the results.

【図25】 図25Aおよび25Bは、実施例8の2つの実験のセットアッ
プを示す。
FIGS. 25A and 25B show the setup of two experiments of Example 8. FIGS.

【図26】 図26は、実施例9に解説するPCR実験の結果を示している
FIG. 26 shows the results of a PCR experiment described in Example 9.

───────────────────────────────────────────────────── 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 27/327 C12N 15/00 ZNAA 27/416 G01N 27/30 351 33/53 27/46 336G (31)優先権主張番号 09/135,183 (32)優先日 平成10年8月17日(1998.8.17) (33)優先権主張国 米国(US) (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,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG, BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,D K,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM ,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE, KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,L T,LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX ,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE, SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,U A,UG,US,UZ,VN,YU,ZW (72)発明者 ユ・チャンジュン アメリカ合衆国91107カリフォルニア州パ サディナ、サウス・バークリー・アベニュ ー118番 Fターム(参考) 4B024 AA01 AA11 AA12 AA13 AA14 CA01 CA04 CA09 CA11 CA12 CA20 DA05 HA08 HA11 HA12 HA14 4B063 QA01 QA13 QA17 QA19 QQ03 QQ06 QQ10 QQ42 QQ52 QQ53 QQ54 QQ58 QR08 QR14 QR31 QR35 QR41 QR42 QR55 QR56 QR63 QR84 QS25 QS34 QS39 QX04 4B064 AF23 CA02 CA12 DA01 DA13 DA14 DA15 4H050 AB99 WB11 WB21 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G01N 27/327 C12N 15/00 ZNAA 27/416 G01N 27/30 351 33/53 27/46 336G (31) Priority claim number 09 / 135,183 (32) Priority date August 17, 1998 (August 17, 1998) (33) Priority claim country United States (US) (81) Designated country 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, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ) , MD , RU, TJ, TM), 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, US, uz , VN, YU, ZW (72) Inventor Yu Chang-jun, United States 91107 South Berkeley Avenue, Pasadena, California 118 F-term (reference) 4B024 AA01 AA11 AA12 AA13 AA14 CA01 CA04 CA09 CA11 CA12 CA20 DA05 HA08 HA11 HA12 HA14 4B063 QA01 QA13 QA17 QA19 QQ03 QQ06 QQ10 QQ42 QQ52 QQ53 QQ54 QQ58 QR08 QR14 QR31 QR35 QR41 QR42 QR55 QR56 QR63 QR84 QS25 QS34 QS39 QX04 4B064 AF23 CA02 CA12 DA01 DA13 DA14 DA15 4H050 AB99 WB11 WB21

Claims (38)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 a)電極、但しそれは i)伝導性オリゴマーを含む単層;および ii)捕獲プローブ を含むものである; b)標的配列、但しそれは当該捕獲プローブにハイブリダイズし得る第一部分
および当該捕獲プローブにハイブリダイズしない第二部分を含み、かつ、少なく
とも1つの共有結合により付着した電子伝達部分を含むものである、 を含んでなる組成物。
1. a) an electrode, i.e., i) a monolayer comprising a conductive oligomer; and ii) a capture probe; b) a target sequence, which is capable of hybridizing to the capture probe and the capture. A composition comprising: a second moiety that does not hybridize to the probe; and at least one covalently attached electron transport moiety.
【請求項2】 a)電極、但しそれは i)伝導性オリゴマーを含む単層;および ii)捕獲プローブ を含むものである; b)標識プローブ、但しそれはアッセイ複合体成分にハイブリダイズし得る第
一部分と、アッセイ複合体成分にハイブリダイズしないリクルートリンカーを含
む第二部分を含み、かつ、少なくとも1つの共有結合により付着した電子伝達部
分を含むものである、 を含んでなる組成物。
2. a) an electrode, i.e., i) a monolayer containing a conductive oligomer; and ii) a capture probe; b) a labeled probe, which is capable of hybridizing to an assay complex component; A second portion comprising a recruiting linker that does not hybridize to an assay complex component, and comprising at least one covalently attached electron transporting portion.
【請求項3】 当該ETMがフェロセンである、請求項2に記載の組成物。3. The composition of claim 2, wherein said ETM is ferrocene. 【請求項4】 当該標識プローブが複数のETMを含むものである、請求項
2に記載の組成物。
4. The composition according to claim 2, wherein said labeled probe comprises a plurality of ETMs.
【請求項5】 当該標識プローブの当該第一部分が、さらに共有結合により
付着したETMを含むものである、請求項2に記載の組成物。
5. The composition of claim 2, wherein said first portion of said labeled probe further comprises an ETM attached by a covalent bond.
【請求項6】 当該アッセイ複合体が増幅プローブを含むものである、請求
項2に記載の組成物。
6. The composition of claim 2, wherein said assay complex comprises an amplification probe.
【請求項7】 当該アッセイ複合体が捕獲伸長プローブを含むものである、
請求項2に記載の組成物。
7. The assay complex wherein the assay complex comprises a capture extension probe.
A composition according to claim 2.
【請求項8】 当該単層がさらに絶縁体を含むものである、請求項2に記載
の組成物。
8. The composition according to claim 2, wherein said monolayer further comprises an insulator.
【請求項9】 当該捕獲プローブが当該電極に伝導性オリゴマーを介して付
着している、請求項2に記載の組成物。
9. The composition according to claim 2, wherein the capture probe is attached to the electrode via a conductive oligomer.
【請求項10】 当該捕獲プローブが当該電極に絶縁体を介して付着してい
る、請求項2に記載の組成物。
10. The composition according to claim 2, wherein the capture probe is attached to the electrode via an insulator.
【請求項11】 少なくとも1つのメタロセンを含むバックボーンを有する
核酸類似体。
11. A nucleic acid analog having a backbone comprising at least one metallocene.
【請求項12】 第二核酸にメタロセンを介して共有結合により付着した第
一核酸。
12. A first nucleic acid covalently attached to a second nucleic acid via a metallocene.
【請求項13】 2つの芳香環を含んでいる置換メタロセンであって、その
第一芳香環が第一核酸置換基を有し、第二芳香環が第二核酸置換基を有するもの
である、置換メタロセン。
13. A substituted metallocene comprising two aromatic rings, wherein the first aromatic ring has a first nucleic acid substituent and the second aromatic ring has a second nucleic acid substituent. Substituted metallocene.
【請求項14】 式: 【化1】 (式中、 PGは保護基であり; Zはリンカーであり;そして Mは金属イオンである) で示されるホスホラミダイト電子伝達部分を含んでなる、組成物。14. The formula: embedded image (Wherein PG is a protecting group; Z is a linker; and M is a metal ion). 【請求項15】 当該ETMがメタロセンである、請求項14に記載の組成
物。
15. The composition according to claim 14, wherein said ETM is a metallocene.
【請求項16】 式: 【化2】 を有する請求項15に記載の組成物。16. The formula: embedded image A composition according to claim 15 having the formula: 【請求項17】 共有結合により付着したETMを含むデオキシリボヌクレ
オシド三リン酸。
17. A deoxyribonucleoside triphosphate comprising an ETM attached by a covalent bond.
【請求項18】 当該ETMが共有結合により塩基に付着している、請求項
17に記載のデオキシリボヌクレオシド三リン酸。
18. The deoxyribonucleoside triphosphate according to claim 17, wherein the ETM is covalently attached to a base.
【請求項19】 式: 【化3】 (式中、 Zはリンカーであり;そして ETMは電子伝達部分である) で示される、請求項17に記載のデオキシリボヌクレオシド三リン酸。19. The formula: embedded image 18. The deoxyribonucleoside triphosphate of claim 17, wherein Z is a linker; and ETM is an electron transfer moiety. 【請求項20】 当該塩基(base)がアデニン、ウラシル、チミン、シトシ
ン、グアニン、イノシン、キサンチン、ヒポキサンチン、イソシトシンおよびイ
ソグアニンを含む群から選択される、請求項19に記載のデオキシリボヌクレオ
シド三リン酸。
20. The deoxyribonucleoside triphosphate according to claim 19, wherein said base is selected from the group comprising adenine, uracil, thymine, cytosine, guanine, inosine, xanthine, hypoxanthine, isocytosine and isoguanine. .
【請求項21】 当該ETMが共有結合によりリボースに付着している、請
求項17に記載のデオキシリボヌクレオシド三リン酸。
21. The deoxyribonucleoside triphosphate of claim 17, wherein said ETM is covalently attached to ribose.
【請求項22】 式: 【化4】 (式中、 Zはリンカーであり;そして ETMは電子伝達部分である) で示される、請求項21に記載のデオキシリボヌクレオシド三リン酸。22. The formula: 22. The deoxyribonucleoside triphosphate of claim 21, wherein Z is a linker; and ETM is an electron transfer moiety. 【請求項23】 当該ETMがフェロセンである、請求項17に記載のデオ
キシリボヌクレオシド三リン酸。
23. The deoxyribonucleoside triphosphate according to claim 17, wherein said ETM is ferrocene.
【請求項24】 a)少なくとも1つのETM;および b)少なくとも1つの分岐点 を含む核酸。24. A nucleic acid comprising: a) at least one ETM; and b) at least one branch point. 【請求項25】 a)ETMポリマー;および b)少なくとも1つの分岐点 を含む核酸。25. A nucleic acid comprising: a) an ETM polymer; and b) at least one branch point. 【請求項26】 当該ETMポリマーがメタロセンポリマーである、請求項
25に記載の核酸。
26. The nucleic acid of claim 25, wherein said ETM polymer is a metallocene polymer.
【請求項27】 当該ETMポリマーがフェロセンポリマーである、請求項
25に記載の核酸。
27. The nucleic acid of claim 25, wherein said ETM polymer is a ferrocene polymer.
【請求項28】 テストサンプル中の標的核酸配列を検出する方法であって
、 a)伝導性オリゴマーの単層を含む電極に当該標的配列を付着させること; b)当該標的配列に少なくとも1つの標識プローブを直接または間接に付着さ
せてアッセイ複合体を形成させること、但し、当該標識プローブは当該アッセイ
複合体成分にハイブリダイズし得る第一部分と、当該アッセイ複合体成分にハイ
ブリダイズしないリクルートリンカーを含む第二部分を含む標識プローブを含む
ものであり、かつ、少なくとも1つの共有結合により付着したETMを含むもの
である;そして c)当該電極を用いて当該ETMの存在を検出すること; を含む方法。
28. A method for detecting a target nucleic acid sequence in a test sample, comprising: a) attaching the target sequence to an electrode comprising a monolayer of a conductive oligomer; b) at least one label on the target sequence. Attaching the probe directly or indirectly to form an assay complex, provided that the labeled probe comprises a first portion capable of hybridizing to the assay complex component, and a recruiting linker that does not hybridize to the assay complex component. Comprising a labeled probe comprising a second moiety and comprising at least one covalently attached ETM; and c) detecting the presence of said ETM using said electrode.
【請求項29】 当該標識プローブが複数のETMを含む、請求項28に記
載の方法。
29. The method of claim 28, wherein said labeled probe comprises a plurality of ETMs.
【請求項30】 当該複数のETMがメタロセンポリマーを含む、請求項2
8に記載の方法。
30. The plurality of ETMs comprising a metallocene polymer.
9. The method according to 8.
【請求項31】 当該標識プローブが分岐点を含む、請求項28に記載の方
法。
31. The method of claim 28, wherein said labeled probe comprises a branch point.
【請求項32】 当該標的配列が捕獲プローブへのハイブリダイゼーション
により当該電極に付着している、請求項28に記載の方法。
32. The method of claim 28, wherein said target sequence is attached to said electrode by hybridization to a capture probe.
【請求項33】 第一捕獲伸長プローブに当該標的配列の第一部分をハイブ
リダイズさせ、そして電極上の捕獲プローブに当該第一捕獲伸長プローブの第二
部分をハイブリダイズさせることにより当該電極に当該標的配列を付着させる、
請求項28に記載の方法。
33. The first capture extension probe hybridizes a first portion of the target sequence, and the capture probe on the electrode hybridizes a second portion of the first capture extension probe to the target. Attach the sequence,
29. The method according to claim 28.
【請求項34】 当該標的配列を、 a)第一捕獲伸長プローブの第一部分に当該標的配列の第一部分をハイブリダ
イズさせること; b)電極上の捕獲プローブの第一部分に当該第一捕獲伸長プローブの第二部分
をハイブリダイズさせること; c)第二捕獲伸長プローブの第一部分に当該標的配列の第二部分をハイブリダ
イズさせること;そして d)当該捕獲プローブの第二部分に当該第二捕獲伸長プローブの第二部分をハ
イブリダイズさせること; により当該電極に付着させる、請求項28に記載の方法。
34. The target sequence, comprising: a) hybridizing a first portion of the target sequence to a first portion of a first capture extension probe; b) a first portion of the capture probe on an electrode to the first capture extension probe. C) hybridizing a first portion of a second capture extension probe to a second portion of the target sequence; and d) a second portion of the capture probe to the second capture extension. 29. The method of claim 28, wherein the second portion of the probe is hybridized.
【請求項35】 当該標的配列の第一部分に当該標識プローブの当該第一部
分をハイブリダイズさせることにより、当該標識プローブを当該標的配列に付着
させる、請求項28に記載の方法。
35. The method of claim 28, wherein said labeled probe is attached to said target sequence by hybridizing said first portion of said labeled probe to said first portion of said target sequence.
【請求項36】 当該標識プローブを、 a)当該標的配列の第一部分に増幅プローブの第一部分をハイブリダイズさせ
ること;そして b)少なくとも1つの標識プローブの当該第一部分に当該増幅プローブの少な
くとも1つの増幅配列をハイブリダイズさせること; により当該標的配列に付着させる、請求項28に記載の方法。
36. The labeled probe, comprising: a) hybridizing a first portion of an amplification probe to a first portion of the target sequence; and b) at least one of the amplification probe to the first portion of at least one labeled probe. 29. The method of claim 28, wherein the amplified sequence is attached to the target sequence by hybridizing.
【請求項37】 当該標識プローブを、 a)標的配列の第一部分に第一標識増幅プローブの第一部分をハイブリダイズ
させること; b)増幅プローブの第一部分に当該第一標識増幅プローブの第二部分をハイブ
リダイズさせること;そして c)少なくとも1つの標識プローブの当該第一部分に当該増幅プローブの少な
くとも1つの増幅配列をハイブリダイズさせること; により当該標的配列に付着させる、請求項28に記載の方法。
37. The labeled probe, comprising: a) hybridizing a first portion of the first labeled amplification probe to a first portion of the target sequence; b) a second portion of the first labeled amplification probe to a first portion of the amplification probe. 29. The method of claim 28, wherein the first portion of the at least one labeled probe is hybridized with at least one amplification sequence of the amplification probe.
【請求項38】 当該標識プローブを、 a)標的配列の第一部分に第一標識増幅プローブの第一部分をハイブリダイズさ
せること; b)増幅プローブの第一部分に当該第一標識増幅プローブの第二部分をハイブ
リダイズさせること; c)標的配列の第二部分に第二標識増幅プローブの第一部分をハイブリダイズ
させること; d)増幅プローブの第一部分に当該第二標識増幅プローブの第二部分をハイブ
リダイズさせること;そして e)少なくとも1つの標識プローブの当該第一部分に当該増幅プローブの少な
くとも1つの増幅配列をハイブリダイズさせること; により当該標的配列に付着させる、請求項28に記載の方法。
38. The labeled probe, comprising: a) hybridizing a first portion of the first labeled amplification probe to a first portion of the target sequence; b) a second portion of the first labeled amplification probe to a first portion of the amplification probe. C) hybridizing the first part of the second labeled amplification probe to the second part of the target sequence; d) hybridizing the second part of the second labeled amplification probe to the first part of the amplification probe. 29. The method of claim 28, wherein the method comprises attaching to the target sequence by: e) hybridizing the first portion of the at least one labeled probe with at least one amplification sequence of the amplification probe.
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