JP2005507488A - 樹状増幅検査方法 - Google Patents

Abstract

サンプル溶液中の標的核酸の検出のための方法およびシステム。標的核酸は第一および第二の末端配列を含んで成り、末端配列の一方は５’末端配列であり、もう一方の末端配列は３’末端配列である。本方法は、（ａ）少なくとも一部が標的核酸の第一の末端配列に相補的である第一のオリゴヌクレオチドプローブを固体表面に付着させること；（ｂ）固体表面にサンプル溶液を接触させ、それによって第一のプローブを標的核酸に結合させること；（ｃ）少なくとも一部が標的核酸の第二の末端配列に相補的である第二のオリゴヌクレオチドプローブが付着した第二の半導体ナノ粒子を提供すること；（ｄ）ステップ（ｂ）の固体表面に第二のナノ粒子を接触させ、それによって第二のプローブを、結合した標的核酸に結合させること；（ｅ）第一のオリゴヌクレオチドプローブが付着した第一の半導体ナノ粒子を提供し、第一のナノ粒子を標的核酸と共にプレインキューベートし、それによって第一のプローブを標的核酸に結合させること；（ｆ）ステップ（ｄ）の固体表面をプレインキューベートした第一のナノ粒子に接触させ、それによって第一のプローブに結合した標的核酸を第二のナノ粒子上の第二のプローブに結合させること；そして（ｇ）固体表面上のナノ粒子の存在を検出し、それによって標的核酸を検出すること；を含んで成る。

Description

【０００１】
〔発明の分野〕
本発明は核酸を検出するための方法およびシステムに関する。
〔発明の背景〕
以下の参考文献は、番号による特定によって引用される：
１．Ｋｅｌｌｅｙ，Ｓ．Ｏ．＆Ｂａｒｔｏｎ，Ｊ．Ｋ． Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｂｅｔｗｅｅｎ ｂａｓｅｓ ｉｎ ｄｏｕｂｌｅ ｈｅｌｉｃａｌ ＤＮＡ Ｓｃｉｅｎｃｅ ２８３， ３７５−３８１（１９９９）．
２．Ｒａｔｎｅｒ，Ｍ． Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｍｏｔｉｏｎ ｉｎ ＤＮＡ． Ｎａｔｕｒｅ ３９７，４８０−４８１（１９９９）．
３．Ｂｒａｕｎ，Ｅ．，Ｅｉｃｈｅｎ Ｙ，Ｓｉｖａｎ，Ｕ．＆Ｂｅｎ−Ｙｏｓｅｐｈ， Ｇ． ＤＮＡ−ｔｅｍｐｌａｔｅｄ ａｓｓｅｍｂｌｙ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ ｏｆ ａ ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｓｉｌｖｅｒ ｗｉｒｅ． Ｎａｔｕｒｅ ３９１，７７５−７７８（１９９８）．
４．Ｐｏｒａｔｈ，Ｄ．，Ｂｅｚｒｙａｄｉｎ，Ａ．， ｄｅ Ｖｒｉｅｓ，Ｓ．，Ｄｅｋｋｅｒ，Ｃ．Ｄｉｒｅｃｔ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｔｈｒｏｕｇｈ ＤＮＡ ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ． Ｎａｔｕｒｅ ４０３，６３５−６３８（２０００）．
５． Ｓｔｏｒｈｏｆｆ， Ｊ．Ｊ． ＆ Ｍｉｒｋｉｎ， Ｃ．Ａ． Ｐｒｏｇｒａｍｍｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｗｉｔｈ ＤＮＡ． Ｃｈｅｍ． Ｒｅｖ． ９９， １８４９−１８６２ （１９９９）．
６． Ｓｅｅｍａｎ，Ｎ．Ｃ．Ｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｔｏｐｏｌｏｇｙ． Ａｎｇｅｗ． Ｃｈｅｍ． Ｉｎｔ． Ｅｄ． Ｅｎｇｌ．３７，３２２０−３２３８（１９９８）．
７． Ｔａｋｅｎａｋａ，Ｓ．，Ｙａｍａｓｓｈｉｔａ，Ｋ．，Ｔａｋａｇｉ，Ｍ．，Ｕｔｏ，Ｙ＆Ｋｏｎｄｏ，Ｈ． ＤＮＡ ｓｅｎｓｉｎｇ ｏｎ ａ ＤＮＡ ｐｒｏｂｅ−ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｕｓｉｎｇ ｆｅｒｒｏｃｅｎｙｌ ｎａｐｈｔｈａｌｅｎｅ ｄｉｉｍｉｄｅ ａｓ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｙ ａｃｔｉｖｅ ｌｉｇａｎｄ． Ａｎａｌ． Ｃｈｅｍ． ７２（６），１３３４−１３４１（２０００）．
８． Ｋｏｒｒｉ−Ｙｏｕｓｏｕｆｉ，Ｈ．，Ｇａｒｎｉｅｒ，Ｆ．，Ｓｒｉｖｔａｖａ，Ｐ，Ｇｏｄｉｌｌｏｔ，Ｐ．＆Ｙａｓｓｏｗ，Ａ． Ｔｏｗａｒｄ ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ； ｓｐｅｃｉｆｉｃ ＤＮＡ ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ−ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ． Ｊ． Ａｍ． Ｃｈｅｍ． Ｓｏｃ．１１９，７３８８−７３８９（１９９７）．
９． Ｐａｔｏｌｓｋｙ，Ｆ．，Ｋａｔｚ，Ｅ．，Ｂａｒｄｅａ，Ａ．＆Ｗｉｌｌｎｅｒ，Ｉ． Ｅｎｚｙｍｅ−ｌｉｎｋｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｓｅｎｓｉｎｇ ｏｆ ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ−ＤＮＡ ｉｎ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ． Ｌａｎｇｍｕｉｒ １５，３７０３−３７０６（１９９９）．
１０． Ｐａｔｏｌｓｋｙ，Ｆ．，Ｒａｎｊｉｔ，Ｋ．Ｔ．，Ｌｉｃｈｔｅｎｓｔｅｉｎ，Ａ．＆Ｗｉｌｌｎｅｒ，Ｉ． Ｄｅｎｄｒｉｔｉｃ ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＤＮＡ ａｎａｌｙｓｉｓ ｂｙ ｏｌｉｇｏｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ Ａｕ−ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ． Ｃｈｅｍ． Ｃｏｍｍｕｎ． １０２５−１０２６（２０００）．
１１． Ｔｏｒｉｍｏｔｏ，Ｔ．，Ｙａｍａｓｈｉｔａ，Ｍ．，Ｋｕｗａｂａｔａ，Ｓ．，Ｓａｋａｔａ，Ｔ．，Ｍｏｒｉ，Ｈ． ａｎｄ Ｙｏｎｅｙａｍａ，Ｈ． Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＣｄＳ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ ｃｈａｉｎ ａｌｏｎｇ ＤＮＡ ｄｏｕｂｌｅ ｓｔｒａｎｄｓ． Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ １０３（４２）：８７９９−８８０３（１９９９）．
ＤＮＡに基づく電子工学は、二本鎖（ｄｓ）ＤＮＡの伝導性に取り組んでいる最近の広範な研究活動の主題となっている［１，２］。ナノワイヤーの構築のためのテンプレートとしてのｄｓ−ＤＮＡの使用［３］、およびＤＮＡによって架橋された金属−ナノ粒子の単電子荷電デバイスとしての使用［４］が記述された。ＤＮＡ架橋Ａｕ−ナノ粒子の光学的性質が最近研究され、ＤＮＡセンシングに応用され［５］、そして、ＤＮＡ／Ａｕ−ナノ粒子のナノ構造が組立てられた［６］。ＤＮＡセンシングの電子伝達、特に増幅ＤＮＡ分析が、電気化学的［７］もしくは微小重力測定的水晶結晶微量天秤計測の使用によって、最近報告された。ＤＮＡの直接的な電気化学検出が、ＤＮＡの電気化学反応［８］もしくはｄｓ−ＤＮＡへのレドックス標識の取り込みを追跡することによって報告された。ＤＮＡの増幅検出は、生体触媒コンジュゲートの使用［９］または、標識されたリポソームもしくはナノ粒子の適用［１０］によって達成された。
【０００２】
ＣｄＳナノ粒子の鎖は、ＤＮＡを脂質単層上に沈着させ、その後ＣｄＳナノ粒子を加えることによって、ｄｓＤＮＡに沿って製造された。ナノ粒子は、ナノ粒子表面上の陽イオン性表面修飾剤とＤＮＡのリン酸基の間の静電的相互作用により、ＤＮＡテンプレート上に鎖を形成した［１１］。
〔発明の概要〕
サンプル中の標的核酸を検出するための方法およびシステムを提供することが本発明の目的である。
【０００３】
本明細書において「検出する」もしくは「検出」という用語は、サンプル中の標的核酸の定性的決定および同定の両方、ならびに、時としてサンプル中の標的核酸の濃度の定量的決定を集合的に指す。
【０００４】
本発明は、二本鎖核酸の架橋された半導体ナノ粒子アレイの樹状構造を固体支持体上に構築するための方法、ならびに、これらのアレイの照射に伴なう構造的に制御された光電流および／もしくは光学的シグナルの生成のための方法を提供する。
【０００５】
第一の態様の一実施態様では、本発明は、サンプル溶液中の標的核酸の検出のための方法であって、前記標的核酸が第一および第二の末端配列を含んで成り、前記末端配列の一方が５’末端配列であり、もう一方の末端配列が３’末端配列であり、
（ａ） 固体表面を提供すること；
（ｂ） 少なくとも一部が前記標的核酸の第一の末端配列に相補的である第一のオリゴヌクレオチドプローブを前記固体表面に付着させること；
（ｃ） ステップ（ｂ）の固体表面に前記サンプル溶液を接触させ、それによって前記の第一のプローブを前記標的核酸に結合させること；
（ｄ） 少なくとも一部が前記標的核酸の第二の末端配列に相補的である第二のオリゴヌクレオチドプローブが付着された第二の半導体ナノ粒子を提供すること；
（ｅ） ステップ（ｃ）の固体表面に前記の第二のナノ粒子を接触させ、それによって前記の第二のプローブを前記の結合した標的核酸に結合させること；
（ｆ） 前記第一のオリゴヌクレオチドプローブが付着した第一の半導体ナノ粒子を提供し、前記第一のナノ粒子を前記標的核酸と共にプレインキューベートし、それによって前記第一のプローブを前記標的核酸に結合させること；
（ｇ） ステップ（ｅ）の固体表面を前記のプレインキューベートした第一のナノ粒子に接触させ、それによって前記第一のプローブに結合した前記標的核酸を前記第二のナノ粒子上の前記第二のプローブに結合させること；
（ｈ） 場合によっては、ステップ（ｅ）および（ｇ）を１回以上交互に繰り返すこと；そして
（ｉ） 前記固体表面上の前記ナノ粒子の存在を検出し、それによって前記標的核酸を検出すること；
を含んで成る前記方法を提供する。
【０００６】
本発明の上記の実施態様では、（サンプル溶液中の）標的核酸は最初に固体表面上に固定されたオリゴヌクレオチドプローブに接触させられる。本発明のこの態様の代替的な実施態様では、標的核酸は最初にナノ粒子上に固定されたオリゴヌクレオチドプローブに接触させられる。よって、この代替的な実施態様は以下のように実施される：
（ａ） 固体表面を提供する；
（ｂ） 少なくとも一部が前記標的核酸の第一の末端配列に相補的である第一のオリゴヌクレオチドプローブを前記固体表面に付着させる；
（ｃ） 少なくとも一部が前記標的核酸の第二の末端配列に相補的である第二のオリゴヌクレオチドプローブが付着された第二の半導体ナノ粒子を提供し、そして、前記第二のナノ粒子を前記標的核酸と共にプレインキュベートし、それによって前記第二のプローブを前記標的核酸に結合させる；
（ｄ） ステップ（ｂ）の固体表面に前記のプレインキュベートした第二のナノ粒子を接触させ、それによって前記の結合した標的核酸を前記第一のプローブに結合させる；
（ｅ） 前記第一のオリゴヌクレオチドプローブが付着された第一の半導体ナノ粒子を提供する；
（ｆ） ステップ（ｄ）の固体表面を前記第一のナノ粒子に接触させ、それによって前記第二のプローブに結合した前記標的核酸を前記第一のナノ粒子上の前記第一のプローブに結合させる；
（ｇ） 場合によっては、ステップ（ｄ）および（ｆ）を１回以上交互に繰り返す；そして
（ｈ） 前記固体表面上の前記ナノ粒子の存在を検出し、それによって前記標的核酸を検出する。
【０００７】
本発明の方法において使用されるナノ粒子は、光伝導性を有するあらゆる半導体化合物を含んで成りうる。そのような化合物の例にはＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＧａＡｓ、ＰｂＳおよびＺｎＳを含む。ＣｄＳが好ましいナノ粒子化合物である。一つのアレイ中のナノ粒子は、同一もしくは異なる半導体化合物を含んで成りうる。好ましい実施態様では、ナノ粒子は同一の半導体化合物を含んで成る。
【０００８】
ナノ粒子の存在は光学的もしくは光電気化学的に検出されうる。
【０００９】
ナノ粒子が光学的に検出される場合、これは蛍光検出もしくは光吸光度検出のような、それ自体既知のあらゆる技法によることができる。この場合、アレイが製造される固体表面は、オリゴヌクレオチドが直接的もしくは間接的に結合されうるあらゆる材料でありうる。そのような材料の例にはガラスもしくは高分子支持体を含む。
【００１０】
一方、ナノ粒子が光電気化学的に検出される場合、固体支持体はナノ粒子の照射によって生成される光電流を感知できる電極でなければならない。そのような電極の非限定的な例はＡｕ電極である。ナノ粒子は電流もしくは電圧を測定することによって検出されうる。検出されるシグナルは、核酸を結合する能力を持つ電子メディエーター（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｅｄｉａｔｏｒ）と共に電極をインキューベートすることによって増幅されうる。核酸ユニットへの電子メディエーターの静電結合は、伝導帯電子のためのトンネリング経路を提供でき、その結果、光電流の増強をもたらす。そのような電子メディエーターの例には、静電結合および／もしくはインタカレートによって核酸と結合し、よって、半導体ナノ粒子と電極との電気的連絡を向上させる有機化合物、遷移金属複合体もしくは金属ナノロッドを含む。
【００１１】
本明細書中の「核酸」という用語はＤＮＡおよびＲＮＡの両方を含む。オリゴヌクレオチドプローブは一般的（排他的ではない）に、核酸の鎖およそ１ヘリックス分（すなわち約１２ヌクレオチド）だけ相補的な多数のヌクレオチドを含んで成る。１２オリゴヌクレオチドの配列は一方では安定したハイブリダイゼーションを保証し、１２ｍｅｒのオリゴヌクレオチドは他方では、より長い配列の場合よりも、不正確な核酸への結合の確率を減少させる。サンプルがゲノムＤＮＡの消化試料もしくは、核酸を含んで成るその分画産物である場合には、不正確なオリゴヌクレオチド（すなわち、標的オリゴヌクレオチド以外のオリゴヌクレオチド）へ結合する確率が若干ある（この確率は捕獲用オリゴヌクレオチドの長さと共に増加する）。この確率は前述のように、より短いオリゴヌクレオチドの場合により低い。一方、結合の特異性は、より長い標的分子に関しては、オリゴヌクレオチドの長さと共に増加する。約１２ヌクレオチドの配列は、一方では結合安定性を保証することに関する限り最適であり、他方では不正確な結合を減らすことに関する限り最適であることから、好ましい。本発明はしかし、そのようなオリゴヌクレオチドプローブの長さに限定されず、当該技術分野の熟練者にはプローブの長さを方法の要求に合わせる方法がわかるであろう。
【００１２】
本発明の第二の態様では、本発明の第一の態様のその両方の実施態様における方法のステップを含んで成る、核酸によって架橋された半導体ナノ粒子の多層アレイを製造するための方法が提供される。
【００１３】
本発明の第三の態様では、電子メディエーター官能基化核酸（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｅｄｉａｔｏｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ ｎｕｃｌｅｉｃ ａｃｉｄ）を含んで成る半導体ナノ粒子電子回路を製造するための方法であって、
（ａ） 電極を提供すること；
（ｂ） 少なくとも一部が核酸の第一の末端配列に相補的である第一のオリゴヌクレオチドプローブを前記電極に付着させること；
（ｃ） ステップ（ｂ）の電極に前記核酸を接触させ、それによって前記第一のプローブを前記核酸に結合させること；
（ｄ） 少なくとも一部が前記核酸の第二の末端配列に相補的である第二のオリゴヌクレオチドプローブが付着された第二の半導体ナノ粒子を提供すること；
（ｅ） ステップ（ｃ）の電極に前記の第二のナノ粒子を接触させ、それによって前記の第二のプローブを前記の結合した核酸に結合させること；
（ｆ） 前記第一のオリゴヌクレオチドプローブが付着した第一の半導体ナノ粒子を提供し、前記第一のナノ粒子を前記核酸と共にプレインキューベートし、それによって前記第一のプローブを前記核酸に結合させること；
（ｇ） ステップ（ｅ）の電極を前記のプレインキューベートした第一のナノ粒子に接触させ、それによって前記第一のプローブに結合した前記核酸を前記第二のナノ粒子上の前記第二のプローブに結合させること；
（ｈ） 場合によっては、ステップ（ｅ）および（ｇ）を１回以上交互に繰り返すこと；そして
（ｉ） 前記電極を、核酸を結合する能力を持つ電子メディエーターと共にインキューベートすること；
を含んで成る製造方法が提供される。
【００１４】
本発明の第三の態様の代替的な実施態様は、最後のステップが前記電極を核酸を結合する能力を持つ金属と共にインキューベートすることを含んで成る、ナノ金属ロッドによって架橋された半導体アレイを含んで成る半導体ナノ粒子電子回路を製造するための方法を提供する。
【００１５】
核酸の鎖によって架橋された半導体ナノ粒子を含んで成る樹状ナノ粒子アレイを含んで成る半導体デバイスもまた、本発明によって意図されている。
【００１６】
本発明の第四の態様では、
（ａ） 表面の各々に少なくとも一部が標的核酸配列の異なるセグメントに相補的であるオリゴヌクレオチドプローブが結合されており、アレイの各々が異なる標的核酸配列に特異的であり、各々がトランスデューサーとして働きうる官能基化された固体表面のアレイを複数含んで成るバイオチップ；ならびに
（ｂ） 少なくとも一部が標的核酸配列の１つの一方の末端配列もしくは他方の末端配列に相補的である、オリゴヌクレオチドプローブで官能基化された半導体ナノ粒子；
を含んで成る、サンプル溶液中の標的核酸配列を同定するためのシステムが提供される。
【００１７】
本発明のこの態様では、複数のサンプルの並行分析が、官能基化された固体表面のマイクロアレイ上で実施されうる。たとえば、サンプル中におけるウイルスのような感染性病原微生物の正体を決定することが望まれる場合には、固体表面の一つの列がある型のウイルスの遺伝物質の異なるセグメントに相補的なプローブを含んで成り、第二の列が第二の型のウイルスに相補的なプローブを含んで成る、といったＤＮＡチップもしくはバイオチップが使用されうる。サンプルを官能基化された半導体ナノ粒子に接触させ、シグナルを生成する列を同定するバイオチップへのサンプルの適用は、感染ウイルスの同定を可能とするであろう。同様な検出システムは、遺伝子変異および疾患を同定するために、また、組織タイピング、遺伝子解析および法医学的応用において用いられうる。
【００１８】
本発明の第五の態様では、
（ａ） トランスデューサーとして働く官能基化された固体表面および、それに付着されたプローブ；ならびに
（ｂ） 一部が標的核酸配列の一方の末端もしくは他方の末端に相補的であるオリゴヌクレオチドプローブで官能基化された半導体ナノ粒子；
を含んで成る、核酸の混合物を含むサンプル中の標的核酸配列を検出するためのキットが提供される。
〔発明の詳細な記述〕
方法および材料
１．Ｑ−ＣｄＳナノ粒子の調製
０．２４ｍＬ量の１．０Ｍ Ｃｄ（ＣｌＯ_４）_２水溶液および０．１６ｍＬの１．０ Ｎａ_２Ｓ水溶液をそれぞれ６０および４０ｍＬ量の調製反転ミセル（ｉｎｖｅｒｓｅ ｍｉｃｅｌｌｅ）溶液に加えた。溶液を個々に１時間撹拌した後、これらを一緒に混ぜあわせ、さらに１時間撹拌し、その結果、反転ミセル中にＱ−ＣｄＳの形成が得られた。
【００１９】
その結果生じたＱ−ＣｄＳの表面を２−アミノエタンチオールおよび２−メルカプトエタンスルホナートで修飾した。後者の化合物による修飾は、後に水溶液中に生じる粒子を溶解するために必須であった。０．１７ｍＬの０．３２Ｍ ２−アミノエタンチオール水溶液および０．３３ｍＬの０．３２Ｍ ２−メルカプトエタンスルホナート溶液の両方を、！−ＣｄＳを含む反転ミセル溶液１００ｍＬに加え、Ａｒ雰囲気下で１日撹拌し、その結果、チオールでキャップされたＱ−ＣｄＳナノ粒子（ｔｈｉｏｌ−ｃａｐｐｅｄ Ｑ−ＣｄＳ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ）が得られた。減圧下で乾燥させた後、チオールでキャップされたＱ−ＣｄＳをピリジン、ｎ−ヘプタン、石油エーテル、１−ブタノール、アセトンおよびメタノールで連続して洗浄した。
１１． ＤＮＡ修飾Ｑ−ＣｄＳナノ粒子の調製：
手順１：チオール交換手順：
Ｑ−ＣｄＳ水溶液（１ｍｇ／ｍＬ）に、還元チオ化ＤＮＡ（ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｈｉｏｌａｔｅｄ−ＤＮＡ）溶液（８〜１０ＯＤ／ｍＬ）を加え、撹拌した。室温に２４時間静置した後、溶液を０．２Ｍ ＮａＣｌ、０．１Ｍリン酸バッファー（ｐＨ＝７．４）に加えた（ｂｒｏｕｇｈｔ）。さらに２４時間静置させた後、４℃で２〜３日の期間にわたり、溶液を０．２Ｍ ＮａＣｌ＋０．１Ｍリン酸バッファー（ｐＨ＝７．４）＋０．０１％アジ化ナトリウムに対して透析した（その間、透析溶液を４〜７回新たにした）。ＤＮＡ修飾Ｑ−ＣｄＳナノ粒子は、さらなる実験のために溶液中に保存でき、また、スピードバックの使用により固体化合物としても取得できる。
手順２：Ｑ−ＣｄＳ表面へのＤＮＡの化学結合
チオール修飾Ｑ−ＣｄＳ溶液（１ｍｇ／ｍＬ）（ｐＨ＝７．４）に、過剰量の４−（Ｎ−マレイミドメチル）−シクロヘキサン−１−カルボン酸３−スルホ−Ｎ−ヒドロキシ−スクシニミドエステル架橋剤を加え、４℃で２４時間反応を実施した後、２０，０００ｒｐｍで少なくとも１時間遠心して、過剰な試薬を取り除いた。上清の除去後、黄色の沈澱物を０．１Ｍ ＮａＣｌ、０．１Ｍリン酸バッファー（ｐＨ＝７．４）で洗浄し、再度遠心した。この手順を少なくとも４回繰り返した。
【００２０】
マレイミドで官能基化した化学的に反応性のＱ−ＣｄＳナノ粒子溶液に、チオ化ＤＮＡ（１０ＯＤ／ｍＬ）を含むバッファー溶液を加え、４℃で１２時間、熟成させた。その後、過剰なチオ化オリゴヌクレオチドを少なくとも１時間の遠心（２０，０００ｒｐｍ）によって、もしくは０．０２％のＮａＮ_３を含むＰＢＳバッファーに対する透析（４℃で２日間）によって取り除いた。ここで概説した２つの手順により得られたＤＮＡ修飾Ｑ−ＣｄＳナノ粒子は、ＤＮＡ修飾前の通常のＱ−ＣｄＳナノ粒子と比較して、水溶液中に極めて可溶性であった。
例
本発明の方法の一つの実施例が図１に図解的に表されている。以下のオリゴヌクレオチドが、以下の例においてプローブもしくは標的として使用された：
（４）５’ＴＣＴＡＴＣＣＴＡＣＧＣＴ−（ＣＨ_２）_６−ＳＨ−３’（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：１）
（１０）５’−ＨＳ−（ＣＨ_２）_６−ＧＣＧＣＧＡＡＣＣＧＴＡＴＡ−３’（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：２）
（６）５’−ＡＧＣＧＴＡＧＧＡＴＡＧＡＴＡＴＡＣＧＧＴＴＣＧＣＧＣ−３’（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：３）
５’−ＡＧＣＧＣＴＣＣＡＧＴＧＡＴＡＴＡＣＧＧＴＴＣＧＣＧＣ−３’（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：４）
例Ｉ
図１はＡｕ電極２の形をとった固体表面上におけるＤＮＡ架橋ＣｄＳ粒子の段階的な組立てを具体的に示す。第一のオリゴヌクレオチドプローブ４（例えばＳＥＱ ＩＤ Ｎｏ：１）は、標的ＤＮＡ６（ＳＥＱ ＩＤ Ｎｏ：３）の５’末端に相補的である。第一のプローブ４はＡｕ電極２（２．３×１０^−１１ｍｏｌｅ・ｃｍ^−２）に付着しており、電極はそれから、反応Ａにおいて、標的ＤＮＡ６を含むサンプル溶液と相互作用して、ｄｓ系を生成する。
【００２１】
ＣｄＳナノ粒子（２．６±０．４ｎｍ）は、チオ化された第一および第二のオリゴヌクレオチドプローブ４もしくは１０により官能基化された。これら２つのオリゴヌクレオチドはそれぞれ、標的ＤＮＡ６の５’および３’末端に相補的である。反応Ｂでは、電極２が第二のオリゴヌクレオチドプローブ１０（ＳＥＱ ＩＤ Ｎｏ：２）で官能基化されたナノ粒子８と接触し、結果としてＣｄＳナノ粒子８と電極２に結合した標的ＤＮＡ６との結合がもたらされる。これはナノ粒子アレイの第一世代１１と呼ばれる。
【００２２】
標的ＤＮＡがナノ粒子１２から広がっているプローブ４の一部に結合するように、第一のオリゴヌクレオチドプローブ４で官能基化したさらなるＣｄＳナノ粒子１２を、標的ＤＮＡ６（１×１０^−６Ｍ）と共にプレインキュベートした（１ｍｇ・ｍＬ^−１）。反応Ｃでは、第一ナノ粒子世代を保有している電極２を、第一のプローブで官能基化して標的ＤＮＡと共にプレインキューベートしたナノ粒子１２に接触させ、結果として、プレインキューベートしたナノ粒子１２と第一世代ナノ粒子８の結合が生じた。これはナノ粒子アレイの第二世代１４と呼ばれる。
【００２３】
第二のプローブ１０で官能基化したＣｄＳナノ粒子８および第一のプローブ４で官能基化したＣｄＳナノ粒子１２と電極２のさらなる交互の接触は、制御された数のＣｄＳナノ粒子世代１６を持つアレイをもたらす（反応Ｄ）。ナノ粒子の数が世代の数の関数として指数的に増加し、樹状構造を形成することが見られうる。アレイの作製が標的ＤＮＡの存在によってのみ可能とされることは明らかである。このように、ナノ粒子アレイの存在の検出は標的ＤＮＡの存在を示す。
例ＩＩ
本発明の方法の代替的な実施例が図２に具体的に示されている。前と同じく、第一のプローブ４がＡｕ電極２に付着される。しかし、この場合は、標的ＤＮＡがナノ粒子８から広がっているプローブ１０の一部に結合するように、第二のオリゴヌクレオチドプローブ１０で官能基化されたナノ粒子１８が標的ＤＮＡ６と共にプレインキューベートされる。これらのプレインキューベートされたナノ粒子１８は、反応Ａにおいて、ナノ粒子に結合した標的ＤＮＡ６が電極上に固定された第一のプローブ４に結合するように、電極２に接触させられ、結果として第一世代２０が生じる。電極はそれから、反応Ｂにおいて、標的ＤＮＡ６に結合して第二世代２４を形成する第一のプローブ４で官能基化されたナノ粒子２２に接触させられる。前と同じく、これらの接触ステップが、望まれる数の世代２６を生成するために交互に繰り返される。
例ＩＩＩ
ＤＮＡ架橋ＣｄＳナノ粒子アレイの作製後に、微小重力測定的水晶結晶微量天秤実験（ｍｉｃｒｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ ｑｕａｒｔｚ−ｃｒｙｓｔａｌ−ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ）が行なわれ、その結果が図３に示されている。同様に、ε−マレイミドカプロン酸Ｎ−ヒドロキシスクシニミドエステル［１０］と反応させたアミノプロピルシロキサン官能基化ガラスをオリゴヌクレオチドプローブの共有結合およびナノ粒子系の構成の基礎インターフェイスとして用いて、ＤＮＡ架橋ＣｄＳナノ粒子アレイをガラス支持体上で組立てた。図４はＤＮＡ架橋ＣｄＳナノ粒子アレイに対応する吸光スペクトルおよび蛍光スペクトルを示す。吸光度および蛍光スペクトルは、集合したＣｄＳの世代が増加するにつれて増加する。
例ＩＶ
図５は、電極に結合した異なる数のＣｄＳナノ粒子世代から成るアレイの励起に伴う、光電流作用スペクトルを示す。光電流はＣｄＳナノ粒子の吸光度スペクトルに随伴し（図５中の挿入図）、それは架橋粒子の世代の数が大きくなるにつれて増加する。光電流はそれぞれのアレイのパルス照射によって、スイッチを「オン」および「オフ」にされうる。光電流生成の機構はおそらく、図１に示したように、電極２と接触しているか、もしくはトンネル距離にあるＣｄＳ粒子の伝導帯電子２８の光放出（ｐｈｏｔｏｅｊｅｃｔｉｏｎ）を含む。しかし、これは架橋された架橋ナノ粒子の一部が、光電流の発生に参加しないことを示唆する。
【００２４】
ＣｄＳ不活性粒子による光電流の生成を援助するため、再度図１を参照して、ＤＮＡ３２に静電的に結合するＲｕ（ＮＨ_３）_６ ^３＋（５×１０^−６Ｍ）のような電子メディエーター３０をアレイ１４と反応させた。この遷移金属錯体（Ｅ°＝−０．１６Ｖ ｖｓ．ＳＣＥ）は、伝導帯電子３４の電子受容体として働き（Ｅ°_ＣＢ＝＜−０．９Ｖ ｖｓ．ＳＣＥ）、よって、離れた不活性なＣｄＳ粒子３６から電極への電子移動を媒介しうる。
【００２５】
図６は、Ｒｕ（ＮＨ_３）_６ ^３＋の存在下と非存在下のそれぞれにおいて、２および４のＣｄＳナノ粒子世代を含むＤＮＡ架橋ＣｄＳアレイによって生成される光電流を示す。Ｒｕ（ＮＨ_３）_６ ^３＋の存在下では、光電流はおよそ２倍高く、ＤＮＡユニットが電極への電子移動を媒介する電子受容体ユニットのテンプレートとして働くことが暗示される。５×１０^−４ＭへのＲｕ（ＮＨ_３）_６ ^３＋濃度の増加は光電流に反対に影響し、電子受容体なしのＣｄＳアレイの存在下で観察されるものよりも下の値にまで減少する。高バルク濃度（ｈｉｇｈ ｂｕｌｋ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ）のＲｕ（ＮＨ_３）_６ ^３＋では、半導体ナノ粒子の拡散電子伝達消滅（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）が生じることから、この結果は妥当である。この過程は伝導帯電子をトラップし、よって、直接的な電子光放出過程さえも妨げる。
例Ｖ
ＤＮＡ架橋アレイによって生成される光電流は、ＤＮＡの定量的な検出に使用できる。図７は、異なる濃度の標的核酸でプローブ官能基化したＣｄＳの存在下におけるＣｄＳナノ粒子の第三世代の形成に伴う、２層ＤＮＡ架橋ナノ粒子アレイの光電流を示す。標的核酸の濃度が増えるにつれて光電流の増強が観察され、半導体ナノ粒子の第三世代による、電極のより高い被覆率が示される。
【００２６】
試験した系のすべてにおいて、標的核酸の非存在下におけるプローブ官能基化電極とプローブ官能基化ナノ粒子の相互作用に伴う光電流、もしくは非特異的オリゴヌクレオチドプローブ（例えばＳＥＱ ＩＤ Ｎｏ：４）によってナノ粒子アレイを架橋する試みに伴う光電流は観察されなかった。このように、トランスデューサーへのＣｄＳナノ粒子の非特異的結合は観察されず、光電流は標的核酸による架橋過程に特異的である。
【図面の簡単な説明】
本発明を理解し、実際にそれがどのように実施されうるかを見るために、非限定的な例を手段とし、添付図面を参照して、好ましい実施態様が以下に記述される。そして、ここにおいて：
【図１】
図１は、本発明の一つの実施態様に従うＣｄＳナノ粒子のオリゴヌクレオチド／ＤＮＡ架橋アレイの構成、およびナノ構造の光電気化学反応を具体的に示す概略図である。
【図２】
図２は、本発明の方法の代替的な実施例を具体的に示す概略図である。
【図３】
図３は、オリゴヌクレオチド／ＤＮＡ架橋ＣｄＳナノ粒子層の集合に伴う、Ａｕ／水晶結晶の周波数変化を表す（９ＭＨｚ、ＡＴカット）：第一の層は、（１）で官能基化した電極と１×１０^−６Ｍの（３）との反応によって、それから、（２）で修飾したＣｄＳナノ粒子との反応によって集合される。他の層は、（１）で修飾したＣｄＳナノ粒子を含む１×１０^−６Ｍの（３）の溶液、および（２）で官能基化したＣｄＳナノ粒子の溶液による、表面の代替的な処置によって構築された。
【図４】
図４は、層状のオリゴヌクレオチド／ＤＮＡ架橋ＣｄＳナノ粒子アレイの吸収スペクトル（Ｉ）および蛍光スペクトル（ＩＩ）を示す：（ａ）〜（ｄ）は（１）〜（４）のＣｄＳナノ粒子層に対応し、蛍光スペクトルのλ_ｅｘ＝４０５ｎｍである。
【図５】
図５は、オリゴヌクレオチド／ＤＮＡ架橋ＣｄＳナノ粒子のプログラムされた層を含むＡｕ電極の光電流作用スペクトルを示す：（ａ）ＣｄＳナノ粒子の沈着前。（ｂ）〜（ｅ）１〜４のオリゴヌクレオチド／ＤＮＡ架橋ＣｄＳナノ粒子層。挿入図：４層ＣｄＳナノ粒子アレイ（ｅ）の光電流作用スペクトルとアレイの吸収スペクトル（ｆ）の比較。
【図６】
図６は、以下の光電流作用スペクトルを表す：２層（ａ）および４層（ｃ）オリゴヌクレオチドＣｄＳナノ粒子架橋アレイ。５×１０^−６ＭのＲｕ（ＮＨ_３）_６ ^３＋の存在下における２層（ｂ）および４層（ｄ）オリゴヌクレオチド／ＤＮＡ ＣｄＳナノ粒子架橋アレイ。すべての光電流スペクトルは、トリエタノールアミン（２×１０^−２Ｍ）を犠牲電子ドナーとして用い、０．１ＭのＫＣｌ中、アルゴンの下で記録された。照射された電極の面積は１ｃｍ^２に一致する。
【図７】
図７は、アレイの光電流反応によるＤＮＡ（３）の感知を示す。以下の光電流反応：（ａ）２層オリゴヌクレオチド／ＤＮＡ ＣｄＳ架橋アレイ。（ｂ）（２）で官能基化したＣｄＳの存在下における１×１０^−９Ｍの（３）による２層架橋アレイの処置に伴うもの。（ｃ）（２）で官能基化したＣｄＳの存在下における１×１０^−８Ｍの（３）による２層架橋アレイの処置に伴うもの。（ｄ）（２）で官能基化したＣｄＳの存在下における１×１０^−７Ｍの（３）による２層架橋アレイの処置に伴うもの。光電流スペクトルは図５の説明文中に特定される条件で記録された。

Claims (28)

1. サンプル溶液中の標的核酸の検出のための方法であって、前記標的核酸が第一および第二の末端配列を含んで成り、前記末端配列の一方が５’末端配列であり、かつ、もう一方の末端配列が３’末端配列であり、
   （ａ） 固体表面を提供すること；
   （ｂ） 少なくとも一部が前記標的核酸の第一の末端配列に相補的である第一のオリゴヌクレオチドプローブを前記固体表面に付着させること；
   （ｃ） ステップ（ｂ）の固体表面に前記サンプル溶液を接触させ、それによって前記第一のプローブを前記標的核酸に結合させること；
   （ｄ） 少なくとも一部が前記標的核酸の第二の末端配列に相補的である第二のオリゴヌクレオチドプローブが付着した第二の半導体ナノ粒子を提供すること；
   （ｅ） ステップ（ｃ）の固体表面に前記第二のナノ粒子を接触させ、それによって前記第二のプローブを前記の結合した標的核酸に結合させること；
   （ｆ） 前記第一のオリゴヌクレオチドプローブが付着した第一の半導体ナノ粒子を提供し、そして、前記第一のナノ粒子を前記標的核酸と共にプレインキューベートし、それによって前記第一のプローブを前記標的核酸に結合させること；
   （ｇ） ステップ（ｅ）の固体表面を前記のプレインキューベートした第一のナノ粒子に接触させ、それによって前記第一のプローブに結合した前記標的核酸を前記第二のナノ粒子上の前記第二のプローブに結合させること；
   （ｈ） 場合によっては、ステップ（ｅ）および（ｇ）を１回以上交互に繰り返すこと；そして
   （ｉ） 前記固体表面上の前記ナノ粒子の存在を検出し、それによって前記標的核酸を検出すること；
   を含んで成る前記方法。
2. 前記ナノ粒子がＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＧａＡｓ、ＰｂＳおよびＺｎＳから成る群より選択される半導体化合物を含んで成る、請求項１記載の方法
3. 前記ナノ粒子が同一の半導体化合物を含んで成る、請求項１記載の方法。
4. 前記ナノ粒子が異なる半導体化合物を含んで成る、請求項１記載の方法。
5. 前記ナノ粒子が光学的に検出される、請求項１記載の方法。
6. 前記ナノ粒子が蛍光検出によって、もしくは光吸収によって検出される、請求項５記載の方法。
7. 前記固体表面がガラスもしくはポリマー支持体を含んで成る、請求項１記載の方法。
8. 前記ナノ粒子が光電気化学的に検出される、請求項１記載の方法。
9. 前記ナノ粒子が電流もしくは電圧を測定することにより検出される、請求項８記載の方法。
10. 前記固体支持体が電極である、請求項８もしくは９のいずれかに記載の方法。
11. ステップ（ｉ）の前に、
    （ｈ１） 前記固体表面を核酸を結合する能力を持つ電子メディエータ−（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｅｄｉａｔｏｒ）と共にインキューベートする；
    というステップをさらに含んで成る、請求項８記載の方法。
12. 前記電子メディエーターが有機化合物、遷移金属錯体もしくは金属ナノロッド（ｍｅｔａｌｌｉｃ ｎａｎｏｒｏｄ）である、請求項１１記載の方法
13. サンプル溶液中の標的核酸の検出のための方法であって、前記標的核酸が第一および第二の末端配列を含んで成り、前記末端配列の一方が５’末端配列であり、かつ、もう一方の末端配列が３’末端配列であり、
    （ａ） 固体表面を提供すること；
    （ｂ） 少なくとも一部が前記標的核酸の第一の末端配列に相補的である第一のオリゴヌクレオチドプローブを前記固体表面に付着させること；
    （ｃ） 少なくとも一部が前記標的核酸の第二の末端配列に相補的である第二のオリゴヌクレオチドプローブが付着した第二の半導体ナノ粒子を提供し、そして、前記第二のナノ粒子を前記標的核酸と共にプレインキュベートし、それによって前記第二のプローブを前記標的核酸に結合させること；
    （ｄ） ステップ（ｂ）の固体表面に前記のプレインキュベートした第二のナノ粒子を接触させ、それによって前記の結合した標的核酸を前記第一のプローブに結合させること；
    （ｅ） 前記第一のオリゴヌクレオチドプローブが付着した第一の半導体ナノ粒子を提供すること；
    （ｆ） ステップ（ｄ）の固体表面を前記第一のナノ粒子に接触させ、それによって前記第二のプローブに結合した前記標的核酸を前記第一のナノ粒子上の前記第一のプローブに結合させること；
    （ｇ） 場合によっては、ステップ（ｄ）および（ｆ）を１回以上交互に繰り返すこと；そして
    （ｈ） 前記固体表面上の前記ナノ粒子の存在を検出し、それによって前記標的核酸を検出すること；
    を含んで成る前記方法。
14. 前記固体支持体が電極である、請求項１３記載の方法。
15. ステップ（ｈ）の前に、
    （ｇ１）前記電極を、核酸を結合する能力を持つ電子メディエータ−と共にインキューベートする；
    というステップをさらに含んで成る、請求項１４記載の方法。
16. 前記電子メディエータ−が有機化合物、遷移金属錯体もしくは金属ナノロッドである、請求項１５記載の方法
17. 前記核酸がＤＮＡもしくはＲＮＡである、請求項１記載の方法。
18. 核酸によって架橋された半導体ナノ粒子の多層アレイを製造するための方法であって、
    （ａ） 電極を提供すること；
    （ｂ） 少なくとも一部が核酸の第一の末端配列に相補的である第一のオリゴヌクレオチドプローブを前記電極に付着させること；
    （ｃ） ステップ（ｂ）の電極に前記核酸を接触させ、それによって前記第一のプローブを前記核酸に結合させること；
    （ｄ） 少なくとも一部が前記核酸の第二の末端配列に相補的である第二のオリゴヌクレオチドプローブが付着した第二の半導体ナノ粒子を提供すること；
    （ｅ） ステップ（ｃ）の電極に前記第二のナノ粒子を接触させ、それによって前記第二のプローブを前記の結合した核酸に結合させること；
    （ｆ） 前記第一のオリゴヌクレオチドプローブが付着した第一の半導体ナノ粒子を提供し、そして、前記第一のナノ粒子を前記核酸と共にプレインキューベートし、それによって前記第一のプローブを前記核酸に結合させること；
    （ｇ） ステップ（ｅ）の電極を前記のプレインキューベートした第一のナノ粒子に接触させ、それによって前記第一のプローブに結合した前記核酸を前記第二のナノ粒子上の前記第二のプローブに結合させること；そして
    （ｈ） 場合によっては、ステップ（ｅ）および（ｇ）を１回以上交互に繰り返すこと；
    を含んで成る製造方法。
19. 電子メディエーター官能基化核酸を含んで成る半導体ナノ粒子電子回路を製造するための方法であって、
    （ａ） 電極を提供すること；
    （ｂ） 少なくとも一部が核酸の第一の末端配列に相補的である第一のオリゴヌクレオチドプローブを前記電極に付着させること；
    （ｃ） ステップ（ｂ）の電極に前記核酸を接触させ、それによって前記第一のプローブを前記核酸に結合させること；
    （ｄ） 少なくとも一部が前記核酸の第二の末端配列に相補的である第二のオリゴヌクレオチドプローブが付着した第二の半導体ナノ粒子を提供すること；
    （ｅ） ステップ（ｃ）の電極に前記第二のナノ粒子を接触させ、それによって前記第二のプローブを前記の結合した核酸に結合させること；
    （ｆ） 前記第一のオリゴヌクレオチドプローブが付着した第一の半導体ナノ粒子を提供し、そして、前記第一のナノ粒子を前記核酸と共にプレインキューベートし、それによって前記第一のプローブを前記核酸に結合させること；
    （ｇ） ステップ（ｅ）の電極を前記のプレインキューベートした第一のナノ粒子に接触させ、それによって前記第一のプローブに結合した前記核酸を前記第二のナノ粒子上の前記第二のプローブに結合させること；
    （ｈ） 場合によっては、ステップ（ｅ）および（ｇ）を１回以上交互に繰り返すこと；そして
    （ｉ） 前記電極を、核酸を結合する能力を持つ電子メディエータ−と共にインキューベートすること；
    を含んで成る製造方法。
20. ナノ金属ロッド（ｎａｎｏ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｒｏｄ）によって架橋された半導体アレイを含んで成る半導体ナノ粒子電子回路を製造するための方法であって、
    （ａ） 電極を提供すること；
    （ｂ） 少なくとも一部が核酸の第一の末端配列に相補的である第一のオリゴヌクレオチドプローブを前記電極に付着させること；
    （ｃ） ステップ（ｂ）の電極に前記核酸を接触させ、それによって前記第一のプローブを前記核酸に結合させること；
    （ｄ） 少なくとも一部が前記核酸の第二の末端配列に相補的である第二のオリゴヌクレオチドプローブが付着した第二の半導体ナノ粒子を提供すること；
    （ｅ） ステップ（ｃ）の電極に前記第二のナノ粒子を接触させ、それによって前記第二のプローブを前記の結合した核酸に結合させること；
    （ｆ） 前記第一のオリゴヌクレオチドプローブが付着した第一の半導体ナノ粒子を提供し、そして、前記第一のナノ粒子を前記核酸と共にプレインキューベートし、それによって前記第一のプローブを前記核酸に結合させること；
    （ｇ） ステップ（ｅ）の電極を前記のプレインキューベートした第一のナノ粒子に接触させ、それによって前記第一のプローブに結合した前記核酸を前記第二のナノ粒子上の前記第二のプローブに結合させること；
    （ｈ） 場合によっては、ステップ（ｅ）および（ｇ）を１回以上交互に繰り返すこと；そして
    （ｉ） 前記電極を、核酸を結合する能力を持つ金属と共にインキューベートすること；
    を含んで成る製造方法。
21. 前記半導体ナノ粒子がＣｄＳを含んで成り、前記核酸がＤＮＡである、請求項１記載の方法。
22. 核酸の鎖によって架橋された半導体ナノ粒子を含んで成る樹状ナノ粒子アレイを含んで成る半導体デバイス。
23. （ａ） 少なくとも一部が標的核酸配列の異なるセグメントに相補的であるオリゴヌクレオチドプローブが表面の各々に結合しており、アレイの各々が異なる標的核酸配列に特異的であり、各々がトランスデューサーとして働きうる、官能基化（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ）された固体表面のアレイを複数含んで成るバイオチップ；ならびに
    （ｂ） 少なくとも一部が標的核酸配列の一つの一方の末端配列もしくは他方の末端配列に相補的である、オリゴヌクレオチドプローブで官能基化された半導体ナノ粒子；
    を含んで成る、サンプル中の標的核酸配列を同定するためのシステム。
24. 前記の異なる標的核酸配列が異なる病原微生物の核酸配列である、請求項２３記載のシステム。
25. 前記の異なる標的核酸配列が異なる遺伝病に関係する核酸配列である、請求項２３記載のシステム。
26. 前記の異なる標的核酸配列が異なる組織の核酸配列である、請求項２３記載のシステム。
27. 前記の異なる標的核酸配列が異なる個体の核酸配列である、請求項２３記載のシステム。
28. （ａ） トランスデューサーとして働く官能基化された固体表面および、それに付着したプローブ；ならびに
    （ｂ） 少なくとも一部が標的核酸配列の一方の末端配列もしくは他方の末端配列に相補的であるオリゴヌクレオチドプローブで官能基化された半導体ナノ粒子；
    を含んで成る、核酸の混合物を含むサンプル中の標的核酸配列の検出のためのキット。

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