JP2012247432A - Nanotube sensor device for dna detection - Google Patents

Nanotube sensor device for dna detection Download PDF

Info

Publication number
JP2012247432A
JP2012247432A JP2012175154A JP2012175154A JP2012247432A JP 2012247432 A JP2012247432 A JP 2012247432A JP 2012175154 A JP2012175154 A JP 2012175154A JP 2012175154 A JP2012175154 A JP 2012175154A JP 2012247432 A JP2012247432 A JP 2012247432A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nanotube
group
sensor
substrate
dna
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2012175154A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5743974B2 (en
Inventor
Steven Joiner Charles Jr
チャールズ・スティーブン・ジョイナー・ジュニア
P Gabriel Jean-Christophe
ジャン−クリストフ・ペ・ガブリエル
Gruner George
ジョージ・グルナー
Star Alexander
アレキサンダー・スター
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanomix Inc
Original Assignee
Nanomix Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanomix Inc filed Critical Nanomix Inc
Publication of JP2012247432A publication Critical patent/JP2012247432A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5743974B2 publication Critical patent/JP5743974B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/414Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
    • G01N27/4146Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS involving nanosized elements, e.g. nanotubes, nanowires
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/414Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
    • G01N27/4145Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS specially adapted for biomolecules, e.g. gate electrode with immobilised receptors

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To detect a specific target DNA sequence quickly with high sensitivity.SOLUTION: A nanotube device is configured as an electronic sensor for a target DNA sequence. A film of nanotubes is deposited over electrodes on a substrate 140. A solution of single-strand DNA is prepared so as to be complementary to a target DNA sequence. The DNA solution is deposited over the electrodes and dried, and then the deposition is removed from the substrate, except in a region between the electrodes. The resulting structure includes strands of the desired DNA sequence in direct contact with nanotubes between opposing electrodes, to form a sensor that is electrically responsive to the presence of target DNA strands. Alternative assay embodiments are provided which employ linker groups to attach ssDNA probes to the nanotube sensor device.

Description

本発明は、特定のDNA配列用センサーであって、DNAハイブリッド形成の電子的変換器としてナノチューブを具備する該センサーに関する。   The present invention relates to a sensor for a specific DNA sequence, comprising a nanotube as an electronic transducer for DNA hybridization.

関連出願のクロス・レファレンス
この出願は、米国特許法35U.S.C.119(e)に従って、米国仮出願第60/604293号(出願日:2004年8月24日)及び米国仮出願第60/629604号(出願日:2004年11月19日)に基づいて優先権を主張する出願であり、これらの出願の明細書に開示された内容も本願明細書の一部を成すものである。
CROSS REFERENCE OF RELATED APPLICATIONS S. C. 119 (e), based on US Provisional Application No. 60/604293 (Filing Date: August 24, 2004) and US Provisional Application No. 60/629604 (Filing Date: November 19, 2004) The contents disclosed in the specifications of these applications also form part of the present specification.

また、この出願は、米国仮特許出願第60/349670号(出願日:2002年1月16日)に基づいて優先権を主張する米国特許出願第10/345783号(出願日:2003年1月16日)[発明の名称:機能化ナノ構造体を用いる生物学的/化学的作因の電子的検知;公開番号:2003−0134433]の一部継続出願として優先権を主張する出願であり、これらの出願の明細書に開示された内容も本願明細書の一部を成すものである。   In addition, this application is filed with US patent application Ser. No. 10/345833 (filing date: January 2003) which claims priority based on US Provisional Patent Application No. 60/349670 (filing date: January 16, 2002). 16th) [Title of Invention: Electronic detection of biological / chemical causes using functionalized nanostructure; Publication number: 2003-0134433] The contents disclosed in the specifications of these applications also form part of the present specification.

さらに、この出願は、米国仮特許出願第60/424892号(出願日:2002年11月8日)に基づいて優先権を主張する米国特許出願第10/704066号(出願日:2003年11月7日)[発明の名称:ナノチューブの使用に基づく生体分子の電子的検知;公開番号:2004−0132070(公開日:2004年7月8日)]の一部継続出願として優先権を主張する出願であり、これらの出願の明細書に開示された内容も本願明細書の一部を成すものである。   In addition, this application is filed with US patent application Ser. No. 10 / 704,066 (filing date: November 2003), which claims priority based on US Provisional Patent Application No. 60 / 424,892 (filing date: November 8, 2002). 7th) [Title of Invention: Electronic detection of biomolecules based on the use of nanotubes; Publication number: 2004-0132070 (publication date: July 8, 2004)] The contents disclosed in the specifications of these applications are also part of this specification.

従来技術の説明
ポリヌクレオチド中の塩基配列は遺伝情報をコードするので、これらの配列の解読性は生物工学の多くの進歩に寄与している。この研究によって、医療条件に関連する多くの重要な配列が確認されている。例えば、BRCA遺伝子は、通常は乳癌で患う女性の体内に存在する。医療的検査において、このような関連性を利用する目的で、特定の重要な配列が発現するかどうかを調べるために組織試料を走査する多くの技術が開発されている。これらの技術は、コスト高で、遅く、複雑であるために日常的な医療検査に適用するには不適当であるという難点がある。
2. Description of the Prior Art Since base sequences in polynucleotides encode genetic information, the decipherability of these sequences has contributed to many advances in biotechnology. This study identifies a number of important sequences related to medical conditions. For example, the BRCA gene is present in the body of women who usually suffer from breast cancer. Many techniques have been developed to scan tissue samples to see if certain important sequences are expressed in order to take advantage of such associations in medical tests. These techniques are disadvantageous in that they are expensive, slow and complex, making them unsuitable for routine medical examinations.

一般にこれらの技術は、ポリヌクレオチドがハイブリッドを形成するという傾向に依存する。溶液中の短鎖DNA(ssDNA)の鎖は、ssDNA中の各々の塩基と対を形成する反対塩基を含む相補鎖DNA(cDNA)と容易に結合する。この結合の結果、二重鎖DNA(dsDNA)が形成される。dsDNAは加工処理によってssDNAから分離することができる。従って、特定の標的配列を走査するためには、実験者はプローブ配列として適当なcDNAを提供する。標的配列が試料中に存在するときには、標的ssDNAはプローブssDNAとハイブリッドを形成してdsDNAを生成する。このハイブリッド形成はいくつかの方法によって検知することができる。   In general, these techniques rely on the tendency of polynucleotides to form hybrids. The strands of short DNA (ssDNA) in solution readily bind to complementary strand DNA (cDNA) containing opposite bases that pair with each base in ssDNA. As a result of this binding, double-stranded DNA (dsDNA) is formed. dsDNA can be separated from ssDNA by processing. Thus, to scan a specific target sequence, the experimenter provides the appropriate cDNA as a probe sequence. When the target sequence is present in the sample, the target ssDNA hybridizes with the probe ssDNA to generate dsDNA. This hybridization can be detected by several methods.

この場合の第1の問題点は、このハイブリッド形成を検知するための多くの方法には、ハイブリッド形成前に試料中のssDNAを変性させる過程が含まれるということに起因する。ssDNAに対して蛍光分子を結合させることがしばしばおこなわれている。標識(label)として知られているこのような分子は光学的機器(例えば、顕微鏡及び分光器等)によるssDNAの検知を可能にする。標識化は、ハイブリッド形成後のDNA試料を検知するために利用されている。標的配列が標識化試料中に存在するときには、標識化されたssDNAは標識化されたdsDNAに組み込まれので、該dsDNAは光学的機器を用いて検知することが可能となる。光学的検知法の利用により、上記方法は簡便なものとなるが、DNAを標識化する化学反応はコスト高で長時間を要する。標識化を必要としない検知法は、日常的な医療検査に対するDNA走査法の有用性を著しく増大させるであろう。   The first problem in this case is due to the fact that many methods for detecting this hybridization include a process of denaturing ssDNA in the sample before hybridization. Often, fluorescent molecules are bound to ssDNA. Such molecules, known as labels, allow the detection of ssDNA by optical instruments (eg, microscopes, spectrometers, etc.). Labeling is used to detect the DNA sample after hybridization. When the target sequence is present in the labeled sample, the labeled ssDNA is incorporated into the labeled dsDNA, so that the dsDNA can be detected using an optical instrument. The use of the optical detection method makes the above method simple, but the chemical reaction for labeling DNA is expensive and takes a long time. Detection methods that do not require labeling will significantly increase the utility of DNA scanning methods for routine medical testing.

第2の問題点は、伝統的な検知法の感度が低いことに起因する。この種の方法の一部の方法は低濃度のDNAに対して感度を示すが、該方法においては、絶対数として多数のDNA分子を必要とする。医療的用途においては、通常は僅かな細胞のみが入手できるにすぎないため、試料中に存在する標的配列のDNA分子は僅かである。この問題は、標的DNAの量を百万倍増幅させることができるポリメラーゼ連鎖反応(PCR)の利用によって改良されている。しかしながら、標識化法の場合と同様に、PCRは複雑な化学反応であるために、検査に要するコストが高くなり、また、時間もかかる。   The second problem is due to the low sensitivity of traditional detection methods. Some methods of this type are sensitive to low concentrations of DNA, but they require a large number of DNA molecules as absolute numbers. In medical applications, usually only a few cells are available, so there are only a few target sequence DNA molecules present in the sample. This problem is ameliorated by the use of polymerase chain reaction (PCR), which can amplify the amount of target DNA by a factor of one million. However, as in the case of the labeling method, PCR is a complex chemical reaction, so that the cost required for the test is high and it takes time.

このため、当該分野においては、特定の標的DNA配列を高感度で迅速に検知できる技術であって、標識化やPCRを利用しない技術が要請されている。   Therefore, in this field, there is a demand for a technique that can detect a specific target DNA sequence quickly with high sensitivity and that does not use labeling or PCR.

本発明は、ポリヌクレオチドの特定の標的配列を検出する電子センサー装置であって、ポリヌクレオチドと反応して検出素子として作用するナノ構造素子(例えば、単層及び/又は多層カーボンナノチューブ(carbon nanotube)及び/又は該ナノチューブを含有する連結性網状構造体)を具備する該電子センサー装置に関する。以下に詳述する特定の実施例においては、ナノ構造素子はカーボンナノチューブ、特にカーボンナノチューブがランダムに配列した網状構造体を含有する。これらの実施例においては、該ナノチューブは、検出前に、ssDNAプローブ配列の吸着によって改質される。DNAの標識化は不要である。さらに本発明は、該電子センサー装置の使用方法も提供する。   The present invention is an electronic sensor device for detecting a specific target sequence of a polynucleotide, which is a nanostructured element that reacts with the polynucleotide and acts as a detecting element (for example, single-walled and / or multi-walled carbon nanotubes) And / or a connectivity network structure containing the nanotubes). In the specific example detailed below, the nanostructured element contains carbon nanotubes, particularly a network of randomly arranged carbon nanotubes. In these examples, the nanotubes are modified by adsorption of ssDNA probe sequences prior to detection. No labeling of DNA is necessary. The present invention further provides a method of using the electronic sensor device.

ここで用いる「ナノ構造体(nanostructure)」という用語は、少なくとも1つの次元が100nmよりも小さく、グラファイト様化学結合を有する結晶性物質から成る少なくとも1つのシートを含有する構造体を意味する。このような構造体としては、特に限定的ではないが、単層ナノチューブ、二層ナノチューブ、多層ナノチューブ及びオニオン状構造体等が例示される。このような結晶性物質の化学的成分としては、特に限定的ではないが、炭素、窒化硼素、二硫化モリブデン及び二硫化タングステンが例示される。   As used herein, the term “nanostructure” means a structure containing at least one sheet of crystalline material having at least one dimension less than 100 nm and having a graphite-like chemical bond. Such a structure is not particularly limited, and examples thereof include single-wall nanotubes, double-wall nanotubes, multi-wall nanotubes, and onion-like structures. The chemical component of such a crystalline substance is not particularly limited, and examples thereof include carbon, boron nitride, molybdenum disulfide, and tungsten disulfide.

簡単化のために、以下に詳述する実施例に含まれるナノ構造体は「ナノチューブ」と呼ぶ。実施態様においては、1又は複数のカーボンナノチューブを含む態様が好ましく、また、1又は複数の単層ナノチューブを含む態様がより好ましい。別の態様においては、本発明の技術的思想を逸脱することなく、ナノ構造センサー中に別のナノ構造体を含有させてもよい。   For simplicity, the nanostructures included in the examples detailed below are referred to as “nanotubes”. In the embodiment, an embodiment including one or a plurality of carbon nanotubes is preferable, and an embodiment including one or a plurality of single-walled nanotubes is more preferable. In another embodiment, another nanostructure may be contained in the nanostructure sensor without departing from the technical idea of the present invention.

ここで用いる「ナノチューブ網状体(nanotube network)」という用語は、基板上の特定の領域内に配置されたナノチューブのフィルムを意味する。ナノチューブのフィルムは、基板上において該基板に対して実質上平行に配置された少なくとも1つのナノチューブを含有する。このようなフィルムは、相互に平行に配向された多くのナノチューブを含有していてもよい。あるいは、該フィルムはランダムに配向された多くのナノチューブを含有していてもよい。また、該フィルムは基板の選択された領域内に配置された少数のナノチューブを含有していてもよく、また、該フィルムは基板の選択された領域内に配置された多数のナノチューブを含有していてもよい。基板の領域内に配置されるナノチューブの数は、網状構造体の密度と呼ばれる。好ましくは、該フィルムはランダムに配向された多数のナノチューブを含有し、その密度は、電流が網状構造体の特定の領域の一方の側から他方の側へ向かって該網状構造体を通過して(例えば、ナノチューブとナノチューブの接点を経由して)流れるのに充分に高い値にする。   As used herein, the term “nanotube network” refers to a film of nanotubes disposed within a specific area on a substrate. The nanotube film contains at least one nanotube disposed on the substrate substantially parallel to the substrate. Such a film may contain a number of nanotubes oriented parallel to each other. Alternatively, the film may contain a number of randomly oriented nanotubes. The film may also contain a small number of nanotubes arranged in selected areas of the substrate, and the film contains a large number of nanotubes arranged in selected areas of the substrate. May be. The number of nanotubes arranged in the region of the substrate is called the density of the network. Preferably, the film contains a number of randomly oriented nanotubes, the density of which passes through the network from one side of a particular region of the network toward the other. High enough to flow (eg via nanotube-to-nanotube contacts).

基板は、一般的には電気絶縁性表面を含む平坦な物体である。基板の化学的組成としては、特に限定的ではないが、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、ポリイミド及びポリカーボネート等が例示される。本明細書に記載の多くの実施例において、基板は、酸化ケイ素、SiO、及びSiN等をシリコンウェファー又はシリコンチップ上に存在する1又は複数の層、フィルム又は塗膜を含む。 The substrate is generally a flat object that includes an electrically insulating surface. The chemical composition of the substrate is not particularly limited, and examples include silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, polyimide, and polycarbonate. In many embodiments described herein, the substrate comprises silicon oxide, SiO 2, and one or more layers present a SiN 4 or the like on the silicon wafer or silicon chip, a film or coating.

ナノチューブ網状体は、伝統的なリソグラフィーを用いる化学蒸着(CVD)法、溶剤懸濁沈着法及び真空蒸着法等によって調製してもよい。この点に関しては、下記の文献を参照されたい:米国特許出願第10/177929号明細書(該明細書はWO2004/040671に対応する);同第10/280265号明細書;同第10/846072号明細書;L.フーら、ナノ・レターズ(2004年)、第4巻、第12号、第2513〜2517頁(「透明な導電性カーボンナノチューブ網状体におけるパーコレーション」)。これらの文献の開示内容も本明細書の一部を成すものである。   The nanotube network may be prepared by chemical vapor deposition (CVD) using traditional lithography, solvent suspension deposition, vacuum deposition, or the like. In this regard, reference is made to the following documents: US patent application Ser. No. 10 / 177,929 (corresponding to WO 2004/040671); No. 10/280265; No. 10/846072. Specification; Fu et al., Nano Letters (2004), Vol. 12, No. 12, pp. 2513-2517 ("Percolation in Transparent Conductive Carbon Nanotube Networks"). The disclosures of these documents are also part of this specification.

ナノ構造体素子(例えば、ナノチューブ網状体)の特性は、接触子(contact)を用いて測定してもよい。接触子は、ナノチューブ網状体のようなナノ構造体素子と電気的に接続するように配置させた導電性素子を含む。例えば、接触子は、基板の表面上へ直接的に配置させてもよく、あるいは、ナノチューブ網状体上に配置させてもよい。ナノチューブ網状体を流れる電流は、ナノチューブ網状体の特定の領域内において該網状体と電気的に接続させた少なくとも2個の接触子を用いて測定してもよい。   The characteristics of the nanostructure element (eg, nanotube network) may be measured using a contact. The contact includes a conductive element arranged to be electrically connected to a nanostructure element such as a nanotube network. For example, the contacts may be placed directly on the surface of the substrate or may be placed on the nanotube network. The current flowing through the nanotube network may be measured using at least two contacts that are electrically connected to the network within a particular region of the nanotube network.

本発明の一部の実施態様においては、ゲート電極又は対電極と呼ばれる付加的な導電性素子が配置される。即ち、該導電性素子は、ナノ構造体素子(例えば、少なくとも1つのナノチューブ)とは電気的に接続せず、ケート電極とナノ構造体素子との間に電気的キャパシタンスが存在するように配置される。   In some embodiments of the present invention, additional conductive elements called gate electrodes or counter electrodes are disposed. That is, the conductive element is not electrically connected to the nanostructure element (eg, at least one nanotube), and is disposed such that an electrical capacitance exists between the Kate electrode and the nanostructure element. The

好ましい実施態様においては、ゲート電極は、酸化ケイ素の下方の基板内の導電性平面である。この種のナノチューブ電子装置としては、特に下記の文献に記載されているものが例示される:米国特許出願第10/656898号(出願日:2003年9月5日)及び同第10/704066号(出願日:2003年11月7日)(該出願は、US2004/0132070として公開された)。これらの文献の記載内容も本明細書の一部を成すものである。ナノチューブの抵抗、インピーダンス、相互コンダクタンス及びその他の特性は、選定されるか又は可変性のゲート電圧の影響下で測定してもよい。   In a preferred embodiment, the gate electrode is a conductive plane in the substrate below the silicon oxide. Examples of this type of nanotube electronic device include those described in the following documents: US Patent Application Nos. 10/656898 (filing date: September 5, 2003) and 10 / 704,066. (Application date: November 7, 2003) (The application was published as US 2004/0132070). The contents of these documents are also part of this specification. Nanotube resistance, impedance, transconductance and other properties may be selected or measured under the influence of variable gate voltage.

別の好ましい態様においては、ゲート電極は、ナノチューブ構造体と接触した導電性液体と接触する導電性素子である。この態様例は、特に次の文献に記載されており、該文献の開示内容も本明細書の一部を成すものである:ブラッドリーら、Phys. Rev. Lett.、第91巻、第218301頁(2003年)。   In another preferred embodiment, the gate electrode is a conductive element in contact with a conductive liquid in contact with the nanotube structure. Examples of this embodiment are described in particular in the following document, the disclosure of which is also part of this specification: Bradley et al., Phys. Rev. Lett., 91, 218301. Page (2003).

別の態様においては、電圧を1又は複数の接触子に印加することによって、対電極又はゲート電極に対するナノチューブ網状体中に電場が誘発されるので、網状体のキャパシタンスを測定してもよい。1又は複数のチャンネル相互コンダクタンス特性を測定するための別の又は付加的なセンサー信号として、ゲート電極に対するチャンネルのキャパシタンスを測定するのに適当な回路部品を用いることによって、ナノ構造のチャネル(例えば、ナノチューブ網状体)を有するトランジスターの電源(及び/又はドレイン)及びゲート電極を使用するのが簡便である。キャパシタンス又はその他の特性の測定を最適化するように設定される別の態様も、本発明の技術的思想を逸脱することなく可能である。   In another aspect, the capacitance of the network may be measured as an electric field is induced in the nanotube network relative to the counter electrode or gate electrode by applying a voltage to one or more contacts. As another or additional sensor signal for measuring one or more channel transconductance characteristics, by using appropriate circuit components to measure the channel capacitance relative to the gate electrode, a nanostructured channel (eg, It is convenient to use the power supply (and / or drain) and gate electrode of a transistor having a nanotube network. Other aspects set to optimize the measurement of capacitance or other characteristics are possible without departing from the spirit of the invention.

導電性素子はナノチューブセンサーの電気的特性を観測するための電気回路への接続子を提供する。適当ないずれの電気的特性をセンサーの感度の基礎としてもよく、このような特性としては、電気抵抗、伝導度、電流、電圧、キャパシタンス、トランジスターのオン電流、トランジスターのオフ電流、及びトランジスターの限界電圧等が例示される。当業者であれば、その他の電気的特性を容易に観察し、測定することができる。従って、上記の例示した電気的特性は、測定できる装置特性の種類を限定することを意味するものではない。   The conductive element provides a connector to an electrical circuit for observing the electrical characteristics of the nanotube sensor. Any suitable electrical property may be the basis for the sensitivity of the sensor, such as electrical resistance, conductivity, current, voltage, capacitance, transistor on-current, transistor off-current, and transistor limitations. Examples include voltage. A person skilled in the art can easily observe and measure other electrical characteristics. Accordingly, the above exemplified electrical characteristics are not meant to limit the types of device characteristics that can be measured.

好ましい実施態様においては、ナノチューブセンサー装置はトランジスターを含む。トランジスターは最大の電導度、即ち、所定範囲のゲート電圧を用いて測定された最も大きな電導度、及び最少の電導度、即ち、所定範囲のゲート電圧を有いて測定された最も小さな電導度を有する。トランジスターは、最大電導度と最小電導度との比であるオン−オフ比を有する。高感度の化学センサーを製造するためには、ナノチューブトランジスターのオン−オフ比は、好ましくは1.2よりも大きな値であり、より好ましくは2よりも大きな値であり、最も好ましくは10よりも大きな値である。   In a preferred embodiment, the nanotube sensor device includes a transistor. The transistor has the highest conductivity, i.e. the highest conductivity measured using a given range of gate voltages, and the lowest conductivity, i.e. the lowest conductivity measured with a given range of gate voltages. . The transistor has an on-off ratio that is the ratio of the maximum conductivity to the minimum conductivity. In order to produce a highly sensitive chemical sensor, the on-off ratio of the nanotube transistor is preferably greater than 1.2, more preferably greater than 2, and most preferably greater than 10. It is a big value.

例えば、図1に、ナノチューブ電子装置におけるゲート電圧(+10V〜−10V)の関数としての電導度曲線を例示する。約−5V未満のゲート電圧においては、「オン」曲線部分101に比較的高い電導度が発生し、また、約0Vよりも大きなゲート電圧においては、「オフ」曲線部分102に比較的低い電導度が発生する。この装置の場合のオン−オフ比は約100である。   For example, FIG. 1 illustrates a conductivity curve as a function of gate voltage (+10 V to −10 V) in a nanotube electronic device. At gate voltages less than about −5V, a relatively high conductivity occurs in the “on” curve portion 101, and at gate voltages greater than about 0V, the “off” curve portion 102 has a relatively low conductivity. Will occur. The on-off ratio for this device is about 100.

本明細書で使用する「DNA」という用語はポリヌクレオチドを意味する。ポリヌクレオチドとしては、特に限定的ではないが、デオキシリボ核酸、リボ核酸、メッセンジャーリボ核酸、転移リボ核酸及びペプチド核酸が例示される。ポリヌクレオチドの明確な特徴は、核酸の鎖と塩基の配列であり、各々の塩基は核酸に化学的に結合し、また、各々の塩基は適合配列(matching sequence)上で適当な塩基と対を形成する。   As used herein, the term “DNA” refers to a polynucleotide. Examples of the polynucleotide include, but are not limited to, deoxyribonucleic acid, ribonucleic acid, messenger ribonucleic acid, transfer ribonucleic acid, and peptide nucleic acid. A distinctive feature of a polynucleotide is the sequence of nucleic acid strands and bases, each base chemically binding to a nucleic acid, and each base paired with an appropriate base on the matching sequence. Form.

当業者であれば、これらの明確な特徴を有するポリヌクレオチドのその他の変形誘導体を調製することができる。従って、「単鎖DNA」(以下においては、「ssDNA」で表示する)はデオキシリボ核酸、リボ核酸又はその他の前記のポリヌクレオチドの単鎖であってもよい。「相補DNA」(以下においては、「cDNA」で表示する)は、既に言及した単鎖配列に対して相補的な単鎖配列である前記のポリヌクレオチドのいずれの鎖であってもよい。   One skilled in the art can prepare other modified derivatives of polynucleotides having these distinct characteristics. Accordingly, the “single-stranded DNA” (hereinafter referred to as “ssDNA”) may be a single strand of deoxyribonucleic acid, ribonucleic acid or other such polynucleotides. The “complementary DNA” (hereinafter referred to as “cDNA”) may be any strand of the above-mentioned polynucleotide that is a single-stranded sequence complementary to the already mentioned single-stranded sequence.

特定の実施態様においては、本発明は、ナノチューブ網状体、1又は複数の接触子、及び該ナノチューブに接触するssDNAを具備するナノチューブセンサー装置を提供する。ナノty−ブと接触するssDNAを調製するためには、複数の方法が利用可能である。1つの実施態様においては、次の文献に記載されている方法に従って、溶液状態のssDNAを懸濁液状態のナノチューブと混合する:M.ツェングら、ネイチャー・マテリアルズ、2003年、第2号、第338頁〜第342頁。得られる溶液は、ssDNA鎖で覆われたナノチューブを含有する。この溶液を基板上に流延させることによって、ssDNAで被覆されたナノチューブを該基板上へ沈着させる。ナノチューブを配置させた後、リソグラフィーと金属沈着の標準的な技術を用いて接触子を調製する。好ましい実施態様においては、ナノチューブ網状体を基板上に配置させ、次いで接触子を調製する。得られる電子装置を、ssDNAを含有する溶液と接触させる。溶液を除去することによって、ssDNAは、基板を被覆することなく、ナノチューブ網状体を被覆する。   In certain embodiments, the present invention provides a nanotube sensor device comprising a nanotube network, one or more contacts, and ssDNA in contact with the nanotubes. Several methods are available for preparing ssDNA in contact with nanotyb. In one embodiment, solution ssDNA is mixed with suspension nanotubes according to the methods described in the following literature: Zeng et al., Nature Materials, 2003, No. 2, pages 338-342. The resulting solution contains nanotubes covered with ssDNA strands. By casting this solution on a substrate, nanotubes coated with ssDNA are deposited on the substrate. After placing the nanotubes, contacts are prepared using standard techniques of lithography and metal deposition. In a preferred embodiment, a nanotube network is placed on a substrate and then contacts are prepared. The resulting electronic device is brought into contact with a solution containing ssDNA. By removing the solution, the ssDNA coats the nanotube network without coating the substrate.

特定の実施態様においては、ssDNAが、介在するリンカー分子を用いることなく、ナノチューブに直接的に接触する装置が提供される。さらに、ssDNAはナノチューブと接触するが、ナノチューブと接触しない基板上の領域とは接触しない。   In certain embodiments, an apparatus is provided in which ssDNA contacts the nanotubes directly without using an intervening linker molecule. Furthermore, the ssDNA contacts the nanotubes, but not the regions on the substrate that do not contact the nanotubes.

特定のセンサー装置中のssDNAは、特定の標的配列のためのcDNAになるように選択してもよい。標的配列は、センッサー装置によって検出されるべき塩基配列である。標的配列用のcDNAは、プローブ(probe)配列として知られている。標的配列が特定されたならば、プローブ配列を有する一定量のDNAを入手しなければならない。特定配列を有するDNAの合成及び所定の配列に対して相補的なDNAの合成に関しては種々の技術が知られている。当業者であれば、これらの技術に関する知識を有している。所望の標的配列に対して特異的なプローブを調製するのに適当なcDNA又はその他のポリヌクレオチドは、バイオテクノロジー工業に関連する既知の商業的製造業者から一般的に入手することができる。   The ssDNA in a particular sensor device may be selected to be a cDNA for a particular target sequence. The target sequence is a base sequence to be detected by the sensor device. The cDNA for the target sequence is known as the probe sequence. Once the target sequence has been identified, a certain amount of DNA with the probe sequence must be obtained. Various techniques are known for synthesizing DNA having a specific sequence and synthesizing DNA complementary to a predetermined sequence. Those skilled in the art have knowledge of these techniques. CDNA or other polynucleotides suitable for preparing probes specific for the desired target sequence are generally available from known commercial manufacturers associated with the biotechnology industry.

センサー装置は、試料ssDNAを含有する溶液にナノチューブ網状体を接触させることによって使用してもよい。網状体は、ハイブリッド形成がおこなわれるのに充分に長い時間にわたって該溶液と接触させるべきである。この接触時間は、試料DNAの濃度、該溶液の量、室内の温度、溶液のpH、及びその他の可変要因によって左右される。当業者であれば、DNAのハイブリッド形成に対するこれらの可変要因の効果について精通しており、適当な接触時間、溶液の組成、温度及びその他のハイブリッド形成に関連する条件を過度の実験を伴うことなく選定することができる。   The sensor device may be used by contacting the nanotube network with a solution containing the sample ssDNA. The network should be in contact with the solution for a time long enough for hybridization to occur. This contact time depends on the concentration of the sample DNA, the amount of the solution, the room temperature, the pH of the solution, and other variable factors. Those skilled in the art are familiar with the effects of these variables on DNA hybridization and will determine the appropriate contact time, solution composition, temperature and other conditions associated with hybridization without undue experimentation. Can be selected.

センサー装置の種々の使用法について開示する。
1つの実施態様においては、センサー装置の最初の測定は、基板の絶縁体の下方に存在する導電性平面によって印加されるゲート電圧を変化させることによっておこなわれる。次いで、網状体を、試料ssDNAを含有する溶液と上記の時間にわたって接触させる。該溶液を除去した後、基板が実質的に乾燥するために充分な時間にわたって放置する。この放置時間は、乾燥過程を促進する措置を講ずることによって短縮させることができる。例えば、乾燥空気を基板上へ吹き付けてもよい。基板が乾燥した後、ゲート電圧を変化させることによって、センサー装置の測定を再度おこなう。得られる測定結果を最初の測定結果と比較することによって、dsDNAが存在するかどうかを確認する。
Various uses of the sensor device are disclosed.
In one embodiment, the initial measurement of the sensor device is performed by changing the gate voltage applied by a conductive plane that exists below the insulator of the substrate. The reticulate is then contacted with the solution containing the sample ssDNA for the time described above. After removing the solution, it is left for a time sufficient for the substrate to dry substantially. This standing time can be shortened by taking measures to accelerate the drying process. For example, dry air may be blown onto the substrate. After the substrate is dried, the sensor device is measured again by changing the gate voltage. Whether the dsDNA is present is confirmed by comparing the obtained measurement result with the first measurement result.

別の実施態様においては、網状体を純水と接触させることによって基準となるデータを得る。センサー装置の最初の測定は、基板の絶縁体の下方に存在する導電性平面によって印加されるゲート電圧を変化させることによっておこなわれる。次いで、網状体を、純水中に試料DNAを含有する溶液と接触させる。試料DNAが標的DNAを含有する場合には、ハイブリッド形成が経時的におこなわれ、得られるセンサー装置の測定結果は最初の測定結果に比べて変化する。   In another embodiment, reference data is obtained by contacting the mesh with pure water. The initial measurement of the sensor device is performed by changing the gate voltage applied by a conductive plane that exists below the insulator of the substrate. Next, the network is brought into contact with a solution containing sample DNA in pure water. When the sample DNA contains the target DNA, hybridization occurs over time, and the measurement result of the obtained sensor device changes compared to the initial measurement result.

さらに別の実施態様においては、網状体を純水と接触させることによって基準となるデータを得る。センサー装置の最初の測定は、基板の絶縁体の下方に存在する導電性平面によって印加されるゲート電圧を変化させることによっておこなう。次いで、網状体を、ハイブリッド形成を促進するように、温度、pH及び溶解種等の点で調整された緩衝液中に試料DNAを含有する溶液と接触させる。ハイブリッド形成を所定時間おこなった後、網状体を洗浄することによって、ハイブリッド形成しなかったDNAとその他の付着物を除去してもよい。洗浄後、網状体を純水と再度接触させ、測定を再度おこなう。試料DNAが標的DNAを含有する場合には、このDNAのハイブリッド形成によって、最初の測定に比較して特徴的で測定可能な変化がセンサー装置内にもたらされる。   In yet another embodiment, reference data is obtained by contacting the mesh with pure water. The first measurement of the sensor device is performed by changing the gate voltage applied by the conductive plane that exists below the insulator of the substrate. The network is then contacted with a solution containing the sample DNA in a buffer adjusted in terms of temperature, pH, dissolved species, etc. to promote hybridization. After hybridization is performed for a predetermined time, DNA that has not been hybridized and other deposits may be removed by washing the mesh. After washing, the network is brought into contact with pure water again and the measurement is performed again. If the sample DNA contains target DNA, the hybridization of this DNA results in a characteristic and measurable change in the sensor device compared to the initial measurement.

さらにまた別の実施態様においては、ハイブリッド形成のために使用した緩衝液と同じ緩衝液中において、基準となる測定をおこなう。次いで、網状体を、ハイブリッド形成用緩衝液中に試料DNAを含有する溶液に接触させる。ハイブリッド形成をおこなった後、測定を繰り返す。試料DNAが標的DNAを含有する場合には、このDNAのハイブリッド形成によって、最初の測定に比較して特徴的で測定可能な変化がセンサー装置内にもたらされる。   In yet another embodiment, the baseline measurement is performed in the same buffer used for hybridization. The reticulate is then contacted with a solution containing sample DNA in a hybridization buffer. After hybridization, the measurement is repeated. If the sample DNA contains target DNA, the hybridization of this DNA results in a characteristic and measurable change in the sensor device compared to the initial measurement.

他の実施態様においては、網状体を導電性液体と接触させる。好ましくは、導電性液体は、生理学的液体に対して適当な緩衝液である。最も好ましくは、導電性液体はリン酸塩緩衝液(PBS)である。センサー装置の最初の測定は、導電性液体と接触する導電性素子によって印加されるゲート電圧を変化させることによっておこなわれる。次いで、網状体を、同じ伝導性液体中に試料DNAを加えた溶液に接触させる。網状体を該溶液に接触させている間に、ゲート電圧を変化させることによってセンサー装置の測定をおこなう。試料DNAが標的DNAを含有する場合には、ハイブリッド形成は経時的におこなわれ、センサー装置について得られた測定結果は、最初の測定結果に比較して変化する。   In other embodiments, the mesh is contacted with a conductive liquid. Preferably, the conductive liquid is a buffer suitable for physiological fluids. Most preferably, the conductive liquid is phosphate buffer (PBS). The initial measurement of the sensor device is performed by changing the gate voltage applied by the conductive element in contact with the conductive liquid. The network is then contacted with a solution of sample DNA in the same conductive liquid. The sensor device is measured by changing the gate voltage while the network is in contact with the solution. When the sample DNA contains the target DNA, hybridization is performed over time, and the measurement result obtained for the sensor device changes compared to the initial measurement result.

さらにまた別の実施態様においては、電子センサーシステムは、基板を有するセンサープラットホーム、1又は複数の電極、少なくとも1つの電極に電気的に接続する基板に隣接して配置されるナノ構造体素子、及び該電極に接続されると共にセンサープラットホームの1又は複数の電気的特性を測定するように設定された電子的測定用回路部品を具備する。この電子的センサーシステムは、センサープラットホームと作動可能な状態で結合する少なくとも1つの検出プローブを具備する。該プローブは、(a)センサープラットホームと関連して配置されたリンカー基であって、ナノ構造体素子、基板及び電極から選択される1又は複数の部材に接続された該リンカー基、(b)被検体(ポリヌクレオチド)に対して結合親和性を有する検出生体分子、及び(c)リンカー基と検出生体分子との間の結合連結部を具有する。   In yet another embodiment, an electronic sensor system includes a sensor platform having a substrate, one or more electrodes, a nanostructure element disposed adjacent to the substrate that is electrically connected to the at least one electrode, and And an electronic measurement circuit component connected to the electrode and configured to measure one or more electrical characteristics of the sensor platform. The electronic sensor system includes at least one detection probe that is operatively coupled to a sensor platform. The probe is (a) a linker group disposed in association with a sensor platform, the linker group connected to one or more members selected from nanostructure elements, substrates and electrodes; (b) A detection biomolecule having binding affinity for an analyte (polynucleotide); and (c) a binding connection between the linker group and the detection biomolecule.

検出生体分子は、ポリヌクレオチドに対して選択的親和性を有する種を含んでいてもよい。このような種としては、相補ポリヌクレオチド、転写因子及び/又は転写プロモータ、合成変種及びこれらの類似体等が例示される。好ましい実施態様においては、検出生体分子は、被検体(ポリヌクレオチド)のヌクレオチド標的配列に対して少なくとも部分的に相補的な少なくとも1つのヌクレオチド配列を有する検出ポリヌクレオチドを含む。詳述する実施例においては、センサーシステムによって、標的配列の少なくとも部分的なハイブリッド形成による被検体(ポリヌクレオチド)とプローブとの結合によって影響を受ける特性が測定される。   The detection biomolecule may include a species having selective affinity for the polynucleotide. Examples of such species include complementary polynucleotides, transcription factors and / or transcription promoters, synthetic variants and analogs thereof. In a preferred embodiment, the detection biomolecule comprises a detection polynucleotide having at least one nucleotide sequence that is at least partially complementary to the nucleotide target sequence of the analyte (polynucleotide). In the embodiment described in detail, the sensor system measures properties that are affected by the binding of the analyte (polynucleotide) and the probe by at least partial hybridization of the target sequence.

前記の全てのセンサーの実施態様におけるポリヌクレオチドのハイブリッド形成の発生、速度及び特異性が種々の条件に左右されることに留意すべきである。各々のハイブリッド形成過程においては、dsDNAの結合エネルギーは厳密な技術によって測定することができる。このような測定は、温度を増加させるか、又は緩衝液を、例えば、水酸化ナトリウム等に変更することによっておこなうことができる。   It should be noted that the occurrence, rate and specificity of polynucleotide hybridization in all the sensor embodiments described above depend on various conditions. In each hybridization process, the binding energy of dsDNA can be measured by rigorous techniques. Such a measurement can be performed by increasing the temperature or changing the buffer to, for example, sodium hydroxide.

付加的な厳密な対照は、ハイブリッド形成媒体の種々のイオン性成分(例えば、ナトリウムイオン又はマグネシウムイオン等)を含有していてもよい。あるいは、又は、さらに、ハイブリッドの形成前、形成中及び/又は形成後において、センサーの素子(例えば、ナノチューブ網状体)に電圧を印加することによって、ポリヌクレオチドの挙動に影響を及ぼしてもよい。例えば、cDNAのようなポリヌクレオチドはホスフェートに基づく骨格を有しており、該骨格は、一般的にはハイブリッド形成媒体中においてはイオン化されており、局在化された負電荷を保有する。選択的に帯電したセンサー素子は、例えば、対応する完全に整合化したプローブの対応するハイブリッドに対してSNP−不整合化プローブのハイブリッドを不安定化させるために、例えば、インキュベーション中又はすすぎ処理中において、牽引性又は反発性の厳密な調節因子を付与するために使用してもよい。   Additional rigorous controls may contain various ionic components of the hybridization medium, such as sodium or magnesium ions. Alternatively, or in addition, the behavior of the polynucleotide may be affected by applying a voltage to the sensor element (eg, nanotube network) before, during and / or after the formation of the hybrid. For example, polynucleotides such as cDNA have a phosphate-based backbone that is generally ionized in the hybridization medium and carries a localized negative charge. A selectively charged sensor element may be used, for example, during incubation or rinsing to destabilize the SNP-mismatched probe hybrid relative to the corresponding hybrid of the corresponding fully matched probe. And may be used to provide strict or repulsive regulators.

厳密な変化をさせることによって、完全または不完全な相補塩基対と鎖との結合を差別化することが可能である。厳密な過程に応答してナノチューブの電気的特性が変化することによって、特に、単一塩基の不整合(SNP)の差別化が可能となる。当業者であれば、標的配列の完全なハイブリッド形成と不完全なハイブリッド形成に対する感度の選択度を得るために、本発明によるセンサーの特定の実施態様の操作を適合させるように、ハイブリッド形成の条件を変化させることができる。   By making strict changes, it is possible to differentiate the binding of complete or incomplete complementary base pairs to strands. The change in the electrical properties of the nanotubes in response to a rigorous process allows in particular differentiation of single base mismatches (SNPs). Those skilled in the art will understand the hybridization conditions to adapt the operation of a particular embodiment of the sensor according to the invention in order to obtain a selectivity of sensitivity to complete and incomplete hybridization of the target sequence. Can be changed.

例えば、特定の対立遺伝子に対して同型のDNA試料と該対立遺伝子に対して異型の他の比較試料とを区別するためのアッセイにおいては、ハイブリッド形成の厳密な条件を、例えば、温度を変化させることにより調整することによって、同型試料と異型試料との間において明確に異なる装置の測定応答が得られるようにしてもよい。   For example, in an assay to distinguish between a DNA sample that is homozygous for a particular allele and other comparative samples that are heterologous to that allele, the exact conditions of hybridization, for example, change the temperature By making adjustments, the measurement response of the apparatus clearly different between the same-type sample and the different-type sample may be obtained.

本発明の特徴を有する各々のセンサーの実施態様においては、これらのセンサーはアレイ(array)(例えば、複数の異なる標的DNAフラグメントに対して機能化されたトランジスターセンサーのアレイ)として構築させてもよい。これに関しては、下記の文献を参照されたい:米国特許出願第10/388701号(特許公報US2003−0175161)(発明の名称:ナノ構造体装置アレーの検出感度の修正)。この文献の記載内容も本明細書の一部を成すものである。   In each sensor embodiment having features of the present invention, these sensors may be constructed as an array (eg, an array of transistor sensors functionalized to a plurality of different target DNA fragments). . In this regard, reference is made to the following document: US Patent Application No. 10/388701 (Patent Publication US2003-0175161) (Title of Invention: Correction of Detection Sensitivity of Nanostructure Device Array). The contents of this document are also part of this specification.

当業者によるナノチューブセンサー装置のより完全な理解並びに該装置のさらに別の利点及び目的の実現は、以下の好ましい実施態様の詳細な説明を参酌することによっておこなわれる。   A more thorough understanding of the nanotube sensor device by those skilled in the art and the realization of further advantages and objects of the device will be made by reference to the following detailed description of the preferred embodiments.

添付図面を簡単に説明する。
図1は、ナノチューブトランジスター装置に関する例示的な電導度曲線を示す模式図である。
図2は、ナノチューブのランダムな網状構造体を用いたナノチューブセンサーに関する例示的な形態を示す模式図である。
図3は、図2に示す例示的なナノチューブセンサーの模式的な断面図である。
図4は、実施例Aに記載の本発明によるナノ電子センサーの製造法の例示的な工程を示すフローチャートである。
図5は、本発明によるポリヌクレオチドの検出方法の例示的な段階を示すフローチャートである。
図6は、3つの環境下におけるナノチューブ電子装置に関するゲート電圧の関数としての電導度を示すチャートであり、これに関しては、後述の好ましい実施態様の詳細な説明においてさらに記載する。
The accompanying drawings will be briefly described.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an exemplary conductivity curve for a nanotube transistor device.
FIG. 2 is a schematic diagram showing an exemplary configuration of a nanotube sensor using a random network of nanotubes.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the exemplary nanotube sensor shown in FIG.
FIG. 4 is a flowchart illustrating exemplary steps of a method of manufacturing a nanoelectronic sensor according to the present invention described in Example A.
FIG. 5 is a flowchart showing exemplary steps of a polynucleotide detection method according to the present invention.
FIG. 6 is a chart showing conductivity as a function of gate voltage for nanotube electronic devices in three environments, which will be further described in the detailed description of the preferred embodiment below.

図7Aは、ピレン−DNA接合体を用いる機能化処理及びcDNAを用いる処理に付した後の実施例Bに記載のセンサーの装置特性を示す。
図7Bは、ピレン−DNA接合体を用いる機能化処理、SNP−DNAを用いる処理及びcDNAを用いる処理に付した後の実施例Bに記載のセンサーの装置特性を示す。
図8Aは、本発明の特定の観点による実施態様であって、センサーに結合させた検出プローブを使用する例示的なDNAアッセイの実施態様を示す。
図8B〜図8Fは、本発明の特定の観点による実施態様であって、電子活性なインカレーター(incalator)を使用する別のDNAアッセイの実施態様を示す。
図9A〜図9Dは、本発明の特定の観点による実施態様であって、増幅基を使用する別のDNAアッセイの実施態様を示す
図9E及び図9Fは、本発明の特定の観点による実施態様であって、センサーに検出プローブを結合させる抗体−抗原結合を使用する別のDNAアッセイの実施態様を示す。
図10A〜図10Dは、本発明の特定の観点による2つの別の構造を有するセンサーであって、検出プローブがナノチューブのようなナノ構造体に結合した該センサーを示す。
図11A〜図11Cは、本発明の特定の観点による2つの別の構造を有するセンサーであって、検出プローブがセンサー基板に結合した該センサーを示す。
図12A及び図12Bは、本発明の特定の観点による2つの別の構造を有するセンサーであって、検出プローブがセンサー電極に結合した該センサーを示す。
FIG. 7A shows the device characteristics of the sensor described in Example B after being subjected to a functionalization process using pyrene-DNA conjugates and a process using cDNA.
FIG. 7B shows the device characteristics of the sensor described in Example B after being subjected to functionalization treatment using pyrene-DNA conjugate, treatment using SNP-DNA, and treatment using cDNA.
FIG. 8A illustrates an embodiment of an exemplary DNA assay that uses a detection probe coupled to a sensor, according to certain aspects of the invention.
8B-8F illustrate an embodiment of another DNA assay using an electronically active incalator, according to certain aspects of the invention.
9A-9D illustrate an embodiment according to a particular aspect of the present invention, illustrating another DNA assay embodiment using an amplification group. FIGS. 9E and 9F are embodiments according to a particular aspect of the present invention. FIG. 5 illustrates another DNA assay embodiment using antibody-antigen binding that binds a detection probe to a sensor.
10A-10D illustrate a sensor having two alternative structures according to certain aspects of the present invention, wherein the detection probe is bound to a nanostructure such as a nanotube.
FIGS. 11A-11C illustrate a sensor having two alternative structures according to certain aspects of the present invention, wherein the detection probe is coupled to a sensor substrate.
12A and 12B illustrate a sensor having two alternative structures according to certain aspects of the present invention, wherein the detection probe is coupled to a sensor electrode.

以下においては、本発明の好ましい実施態様についてさらに詳細に説明する。
特定の実施態様においては、標的DNA配列を検出するナノチューブセンサー装置が提供される。この装置は、標的DNAの標識化を必要とせず、標的DNAの存在に対して電子的に応答する。以下の詳細な説明においては、同じ素子を示す数字は、1又は複数の図面に表れる同じ素子を示すために用いられる。
In the following, preferred embodiments of the invention will be described in more detail.
In certain embodiments, a nanotube sensor device for detecting a target DNA sequence is provided. This device does not require labeling of the target DNA and responds electronically to the presence of the target DNA. In the following detailed description, numerals indicating the same elements are used to indicate the same elements appearing in one or more drawings.

図2及び図3において、本発明によるナノチューブDNAセンサー100は、適当な基板140、例えば、縮退的にドープしたシリコンウェーハを具有していてもよい。その他の基板には、例えば、他の半導体、又はセラミック若しくはポリマー等の絶縁性基板が包含される。基板140は、当該分野において知られているように、酸化ケイ素フィルム180を用いて不働態化されていてもよい。   2 and 3, the nanotube DNA sensor 100 according to the present invention may include a suitable substrate 140, such as a degenerately doped silicon wafer. Other substrates include, for example, other semiconductors or insulating substrates such as ceramic or polymer. The substrate 140 may be passivated with a silicon oxide film 180 as is known in the art.

所望により、ゲート電極170は、基板の下層中に形成され、適当な導体175を介して接点176へ接続されていてもよい。あるいは、基板は、絶縁層(例えば、SiO層等)によって被覆された導電性基材(例えば、ドープ化ケイ素等)を含有していてもよい(この場合、導電性基材は回路へ接続されて、ゲート電極又は対電極として機能する)。 If desired, the gate electrode 170 may be formed in the lower layer of the substrate and connected to the contact 176 via a suitable conductor 175. Alternatively, the substrate may contain a conductive substrate (eg, doped silicon, etc.) covered by an insulating layer (eg, SiO 2 layer) (in this case, the conductive substrate is connected to the circuit). And function as a gate electrode or a counter electrode).

図示する実施例においては、ランダムに配列されたナノチューブの網状体120はケイ素基板140の上部に配置され、また、該装置は、網状体120の上部に配置された交互配置部を有する一対の接点101及び110を具有する。該網状体は該接点対の間に導電性溝を提供する。一般的には長方形の領域130の外側の基板140は、ナノチューブ網状体120からは実質的に開放されている。   In the illustrated embodiment, a randomly arranged nanotube network 120 is disposed on top of a silicon substrate 140 and the device includes a pair of contacts having interleaves disposed on top of the network 120. 101 and 110 are included. The mesh provides a conductive groove between the contact pairs. The substrate 140 outside the generally rectangular region 130 is substantially free from the nanotube network 120.

別の実施態様においては、基板に隣接して配置された1若しくは複数のナノチューブが含まれており、該ナノチューブは1若しくは複数の接点と電気的に接続する。いくつかの実施態様においては、大部分の又は全てのナノチューブは一対の隣接接点対間へ電導状態で延びていてもよい。   In another embodiment, one or more nanotubes are disposed adjacent to the substrate, and the nanotubes are in electrical connection with the one or more contacts. In some embodiments, most or all nanotubes may extend in a conductive manner between a pair of adjacent contact pairs.

しかしながら、図示する実施例においてランダムに配置されて相互に連絡されたナノチューブの網状体120においては、全ての又は大多数のナノチューブが1若しくは複数の電極と電気的に接触している必要はない。ナノチューブ間の接点は、網状体を経由する電流若しくは電荷の伝送を可能にする導電性路を提供してもよい。   However, in the illustrated embodiment, in a randomly arranged and interconnected nanotube network 120, not all or the majority of nanotubes need be in electrical contact with one or more electrodes. The contacts between the nanotubes may provide a conductive path that allows transmission of current or charge through the network.

図示する実施例においては、接点101及び110は網状体120の上部に配置される。あるいは、接点を基板140の上部に配置させ、網状体120を接点上に形成させてもよい。   In the illustrated embodiment, the contacts 101 and 110 are located on top of the mesh 120. Alternatively, the contact point may be disposed on the substrate 140, and the mesh 120 may be formed on the contact point.

1若しくは複数の接点101及び110を配置させてもよく、該接点は、所望により、当該分野において知られているように、不働態被覆層180を有していてもよい。例えば、接点101及び110は1若しくは複数の金属層(例えば、チタン層及び金層等)を具有していてもよい。   One or more contacts 101 and 110 may be disposed, and the contacts may optionally have a passive coating layer 180, as is known in the art. For example, the contacts 101 and 110 may include one or more metal layers (eg, a titanium layer and a gold layer).

接点101及び110は、一般的に長方形の領域130の上部に配置された複数の交互配置部を具有していてもよい。この交互配置構造は、接点間のナノチューブフィルムに接触させることができる接点の表面積を増加させる点で有利である。接点の別の配置構造、例えば、いずれかの所望の形態を有する適当な平行ラビリンス(labyrinth)又は対置する接点間にセンサー領域を提供するその他の配置構造であってもよい。領域130の長方形の形態は単なる例示であって、該領域はいずれかの所望の形態を有していてもよい。接点101及び110は、電界効果トランジスター用の電源又はドレイン電極として機能するような構造を有していてもよく、あるいは、抵抗型センサー又は容量型センサーへの接続部材として機能するような構造を有していてもよい。特定の実施態様においては、単一の接点(例えば、101)を用いて、ゲート電極又はその他の対電極に対する網状体120のキャパシタンス又は電界を誘導させることによって、センサー信号を提供するようにしてもよい。   The contacts 101 and 110 may include a plurality of alternating portions disposed on top of a generally rectangular region 130. This interleaved structure is advantageous in that it increases the surface area of the contacts that can contact the nanotube film between the contacts. Other arrangements of contacts may be used, for example, a suitable parallel labyrinth having any desired form or other arrangement that provides a sensor area between opposing contacts. The rectangular shape of region 130 is merely exemplary, and the region may have any desired shape. The contacts 101 and 110 may have a structure that functions as a power source or drain electrode for a field effect transistor, or a structure that functions as a connection member to a resistance sensor or a capacitance sensor. You may do it. In certain embodiments, a single contact (eg, 101) may be used to provide the sensor signal by inducing the capacitance or electric field of the mesh 120 relative to the gate electrode or other counter electrode. Good.

接点(101及び110)及び基板140の該接点間以外の部分は遮断材160によって保護してもよい。例えば、エポキシ樹脂又はその他の適当なポリマー材料若しくは樹脂材料を沈着させて遮断層を形成させ、次いで対置する接点101及び110の間の領域部の遮断層をエッチング等によって除去してもよい。   The portions other than the contacts (101 and 110) and the contacts of the substrate 140 may be protected by the blocking material 160. For example, an epoxy resin or other suitable polymer material or resin material may be deposited to form a blocking layer, and then the blocking layer in the region between the contacts 101 and 110 facing each other may be removed by etching or the like.

複数の単鎖DNA分子150は、いずれかの適当な方法(例えば、以下に説明する方法等)によってナノチューブ膜上に配置させてもよい。該DNA分子は、ナノチューブ膜中のナノチューブへ直接的に付着させてもよく、あるいは該ナノチューブ膜中のナノチューブに近接する基板140の上部に載置させてもよい。別の態様においては、DNA分子を、ナノチューブ膜とDNAとの間の介在物上に配置させてもよい。しかしながら、DNAは、ssDNA鎖と相補ssDNA鎖との間の反応がセンサー100の測定された電気的特性に影響を及ぼすようにするために、ナノチューブ膜へ充分に近接して配置させるべきである。   The plurality of single-stranded DNA molecules 150 may be arranged on the nanotube film by any appropriate method (for example, a method described below). The DNA molecules may be attached directly to the nanotubes in the nanotube film, or may be placed on top of the substrate 140 proximate to the nanotubes in the nanotube film. In another embodiment, the DNA molecule may be placed on the inclusion between the nanotube membrane and the DNA. However, the DNA should be placed sufficiently close to the nanotube membrane so that the reaction between the ssDNA strand and the complementary ssDNA strand affects the measured electrical properties of the sensor 100.

本発明の1つの実施態様においては(実施例A参照)、ssDNAは、介在リンカー分子を使用することなく、ナノチューブと直接的に接触する。さらに、ssDNAはナノチューブと接触するが、ナノチューブと接触しない基板領域とは接触しない。ssDNA分子150は、ナノチューブ膜120の上部以外の基板(140)領域から除去してもよい。   In one embodiment of the invention (see Example A), the ssDNA is in direct contact with the nanotube without the use of an intervening linker molecule. Furthermore, the ssDNA contacts the nanotubes but not the substrate region that does not contact the nanotubes. The ssDNA molecule 150 may be removed from the substrate (140) region other than the upper part of the nanotube film 120.

特定のセンサー装置中のssDNAは、特定の標的配列に対してcDNAになるように選択される。標的配列は、センサー装置によって検出されるべき塩基配列である。標的配列用のcDNAはプローブ配列として知られている。標的配列が規定されたならば、プローブ配列を有する相当量のDNAを入手しなければならない。規定された配列を有するDNA、及び所定の配列に対して相補的なDNAを合成するためには、種々の技術が知られている。当業者であれば、この種の技術に関する知識を有している。さらに、cDNAは、しばしば市販品として入手することができる。   The ssDNA in a particular sensor device is selected to be cDNA for a particular target sequence. The target sequence is a base sequence to be detected by the sensor device. The cDNA for the target sequence is known as the probe sequence. Once the target sequence has been defined, a significant amount of DNA with the probe sequence must be obtained. Various techniques are known for synthesizing DNA having a prescribed sequence and DNA complementary to a predetermined sequence. Those skilled in the art have knowledge of this type of technology. In addition, cDNA is often available as a commercial product.

センサー100と同様の複数のナノチューブセンサーを単一の基板上に平行状態で形成させた後、各センサーを分離させてもよいことに留意すべきである。分離される装置は、当該分野において知られているようなチップキャリヤー(chip carrier)中に組み込んだ後、常套の電子工学装置と一体化させることによって、標的となるポリヌクレオチドの検出を可能にする有用な測定装置を製造してもよい。異なる配列に感知する多重センサーを電子装置中に組み込むことによって、種々のポリヌクレオチソ配列を同時に検出できるようにしてもよい。本明細書の開示内容に従って、いずれかの慣用技術を用いることによって、検出機器用の適当な電子工学装置を製造してもよい。   It should be noted that after a plurality of nanotube sensors similar to sensor 100 are formed in parallel on a single substrate, each sensor may be separated. The device to be separated allows detection of the target polynucleotide by incorporating it into a chip carrier as known in the art and then integrating with a conventional electronics device. Useful measuring devices may be manufactured. By incorporating multiple sensors in the electronic device that sense different sequences, various polynucleotide sequences may be detected simultaneously. In accordance with the disclosure herein, a suitable electronic device for a detection instrument may be manufactured by using any conventional technique.

図4は、特定のDNA配列用の電子センサーを製造するための方法400における例示的な工程を示す。工程410〜490までは、いずれの操作順におこなってもよい。   FIG. 4 shows exemplary steps in a method 400 for manufacturing an electronic sensor for a specific DNA sequence. Steps 410 to 490 may be performed in any operation order.

工程410において、ゲート電極は基板(例えば、不動態化ケイ素若しくはその他の半導性基板)又はセラミックやポリマー材料等の半導性基板の上部に形成させてもよい。該電極は金属又はその他の導電性材料を含有していてもよく、また、該電極は、当該分野において知られている写真印刷法とリフトオフ(lift-off)法、又はその他の適当な方法によって形成させてもよい。特定の態様においては、ゲート電極は、適当な回路に接続されたバルク状のケイ素基板ウェーハ材料を含有する。   In step 410, the gate electrode may be formed on top of a substrate (eg, a passivated silicon or other semiconductive substrate) or a semiconductive substrate such as a ceramic or polymer material. The electrode may contain a metal or other conductive material, and the electrode may be obtained by photographic printing and lift-off methods known in the art, or other suitable methods. It may be formed. In a particular embodiment, the gate electrode contains a bulk silicon substrate wafer material connected to a suitable circuit.

工程420において、基板(及びゲート電極が含まれるときには、埋設されたゲート電極)は不動体化層又は絶縁層、例えば、当該分野において知られているような酸化ケイ素層によって被覆されてもよい。   In step 420, the substrate (and the buried gate electrode when a gate electrode is included) may be coated with a passivating layer or insulating layer, for example, a silicon oxide layer as known in the art.

工程440においては、1又は複数のナノチューブが、対置する各々の接点と電気的に接続した状態で基板中に配置される。例えば、基板140は、先に言及した米国特許出願第10/177929号に記載されているようにして、ランダムに網状配置されたカーボンナノチューブによって被覆されてもよい。あるいは、接点間にナノチューブを形成させるために当該分野において知られているその他の方法を使用してもよい。得られるナノチューブは特定の様式で配置させてもよく、あるいはランダムに配置させてもよい。ランダム配置の場合には、ナノチューブは、少なくとも1つの経路を介して対置する接点を連結する連結ナノチューブによる網状構造体を提供すべきである。ナノチューブは、対置する接点間以外の領域においては、いずれかの適当な方法(例えば、プラズマエッチング法)によって、基板から除去すべきである。   In step 440, one or more nanotubes are placed in the substrate in electrical connection with each opposing contact. For example, the substrate 140 may be coated with carbon nanotubes that are randomly reticulated as described in previously referenced US patent application Ser. No. 10 / 177,929. Alternatively, other methods known in the art may be used to form nanotubes between the contacts. The resulting nanotubes may be arranged in a specific manner or randomly. In the case of a random arrangement, the nanotubes should provide a network of connected nanotubes that connect opposing contacts via at least one path. The nanotubes should be removed from the substrate by any suitable method (eg, plasma etching) in regions other than between the contacts that face each other.

工程430において、一対の対置する接点(例えば、電源とドレイン電極)を基板上に形成させてもよい。接点はナノチューブの上方に配置させてもよく、あるいはナノチューブと基板の間に配置させてもよい。例えば、チタン接点を形成させ、写真印刷法とリフトオフ法を用いて該接点を金層で被覆することによって対置接点を形成させてもよい。このような接点は、いずれかの所望の形態を有する中間領域上に配置される複数の交互配置部分を含んでいてもよい。   In step 430, a pair of opposing contacts (eg, a power source and a drain electrode) may be formed on the substrate. The contacts may be placed above the nanotubes, or may be placed between the nanotubes and the substrate. For example, a counter contact may be formed by forming a titanium contact and coating the contact with a gold layer using a photographic printing method and a lift-off method. Such contacts may include a plurality of interleaved portions disposed on the intermediate region having any desired form.

工程450において、所望により、遮断材から成る層を該接点上に配置させてもよい。当該分野においては、種々のポリマーと樹脂が知られており、これらは適当な遮断材を含有していてもよい。本発明の1つの実施態様においては、エポキシ被覆材を使用してもよい。遮断材は基板の特定の領域のみに適用してもよく、あるいは、遮断材を基板全体に適用した後、センサーの操作領域(例えば、接点間領域)に対応する領域から遮断材を除去してもよい。遮断材によって電気絶縁性を付与し、これによって、導電性流体と接触したときの短絡を防止してもよく、あるいは、環境に曝されることからセンサーを保護してもよい。遮断材は、他の物質(特に限定的ではないが、ナノチューブ及びDNA分子を含む)の沈着を制御するために役立ててもよい。いずれの数の遮断層を使用してもよい。   In step 450, if desired, a layer of barrier material may be disposed on the contact. Various polymers and resins are known in the art, and these may contain suitable barrier materials. In one embodiment of the invention, an epoxy coating may be used. The blocking material may be applied only to a specific area of the substrate, or after the blocking material is applied to the entire substrate, the blocking material is removed from the area corresponding to the sensor operation area (for example, the area between the contacts) Also good. The barrier may provide electrical insulation, thereby preventing a short circuit when in contact with the conductive fluid, or protecting the sensor from exposure to the environment. The blocking material may help to control the deposition of other materials, including but not limited to nanotubes and DNA molecules. Any number of barrier layers may be used.

工程460においては、オリゴヌクレオチド(ssDNA)の溶液を調製してもよい。所望のssDNA(「プローブ配列」)は市販品から入手してもよく、あるいは当該分野における既知の方法によって合成してもよい。プロ−ブ配列の水溶液又は有機溶剤溶液は適当な濃度で調製してもよい。例えば、10−4M濃度の溶液は、オリゴヌクレオチド100,000ピコモルを純水(18MΩ)1000μLに溶解させることによって調製してもよい。ssDNAと相溶性のあるその他の溶剤を使用してもよい。ssDNAの沈着の前に、センサー装置の電気的特性を基準として適宜記録してもよい。 In step 460, a solution of oligonucleotide (ssDNA) may be prepared. The desired ssDNA (“probe sequence”) may be obtained from a commercial product, or may be synthesized by methods known in the art. An aqueous solution or an organic solvent solution of the probe array may be prepared at an appropriate concentration. For example, a 10 −4 M concentration solution may be prepared by dissolving 100,000 picomoles of oligonucleotide in 1000 μL of pure water (18 MΩ). Other solvents compatible with ssDNA may be used. Prior to the deposition of ssDNA, the electrical characteristics of the sensor device may be recorded as appropriate.

工程470においては、オリゴヌクレオチド溶液は、センサー装置の活性領域130上に塗布してもよい。例えば、DNA溶液の液滴を領域130上のチップに置いてもよい。次いで、該溶液を乾燥させてキャリヤーを蒸発させることによって、ssDNAを無傷の状態で残存させてもよい。例えば、該チップを室温の加湿チャンバー内に乾燥するまで放置してもよい。次いで、チップを該チャンバーから取り出し、純水(18MΩ)ですすいだ後、乾燥窒素流で風燥させる。   In step 470, the oligonucleotide solution may be applied onto the active area 130 of the sensor device. For example, a droplet of DNA solution may be placed on a chip on region 130. The solution may then be dried and the carrier evaporated to leave the ssDNA intact. For example, the chip may be left to dry in a humidified chamber at room temperature. The chip is then removed from the chamber, rinsed with pure water (18 MΩ), and air-dried with a stream of dry nitrogen.

工程490においては、過剰のssDNAを除去してもよい。この除去処理は、上記のようなすすぎ処理と風乾処理によっておこなってもよい。過剰のssDNAが基板のその他の領域に付着しているときには、より強力な方法(例えば、エッチング法)を使用してもよい。あるいは、過剰のDNAは、それによってセンサーの操作が妨げられないときには、そのまま放置してもよい。   In step 490, excess ssDNA may be removed. This removal process may be performed by the rinsing process and the air drying process as described above. When excess ssDNA is attached to other areas of the substrate, a more powerful method (eg, an etching method) may be used. Alternatively, excess DNA may be left as is if it does not interfere with sensor operation.

センサー装置の電気的特性を再度測定し、上記の基準特性と比較してもよい。ssDNAが首尾よく沈着されるならば、電気的特性の変化が観測されるべきである。測定してもよい特性には、例えば、センッサーのゲート電圧、電導度、抵抗、又はこれらの組合せ、これらの特性若しくはその他の電気的特性に関連する曲線若しくはヒステリシス等が含まれる。   The electrical characteristics of the sensor device may be measured again and compared with the above reference characteristics. If ssDNA is successfully deposited, a change in electrical properties should be observed. Properties that may be measured include, for example, the sensor's gate voltage, conductivity, resistance, or combinations thereof, curves or hysteresis associated with these or other electrical properties, and the like.

図5は、本発明によるセンサー装置の使用方法500の例示的な工程を示す。センサーの使用法は、実質的には、試料ssDNAを含有する溶液をナノチューブの網状構造体に曝した後、センサーの電気的特性の変化を測定することからなる。工程510においては、試料は、当該分野において既知の方法によって調製される。例えば、DNAは、患者の細胞から溶解によって抽出してもよい。二重鎖DNAは、当該分野において既知の方法によってssDNAまで還元させるべきである。充分に多量のDNA試料が入手できる場合には、DNAの濃度を高めるためのPCR法の使用を回避することが可能である。本発明によるセンサーは、著しく少容量(例えば、100μL未満)の試料を用いて操作することができるので、場合によっては、PCR法の使用を省略してもよい。   FIG. 5 illustrates exemplary steps of a method 500 of using a sensor device according to the present invention. The use of the sensor essentially consists of measuring the change in the electrical properties of the sensor after exposing the solution containing the sample ssDNA to the nanotube network. In step 510, the sample is prepared by methods known in the art. For example, DNA may be extracted from a patient's cells by lysis. Double stranded DNA should be reduced to ssDNA by methods known in the art. If a sufficiently large amount of DNA sample is available, it is possible to avoid using the PCR method to increase the concentration of DNA. Since the sensor according to the present invention can be operated with a remarkably small volume (for example, less than 100 μL), the use of the PCR method may be omitted in some cases.

工程520においては、センサーは試料溶液に曝される。該溶液中でのセンサーの放置時間は、ナノチューブの網状構造体上の少なくとも1個のssDNA分子と溶液中の相補ssDNA分子との間にハイブリッド形成が発生するのに充分な時間にすべきである。この放置時間は、試料DNAの濃度、溶液の量、室内の温度、溶液のpH及びその他の変数によって左右される。当業者であれば、DNAのハイブリッド形成に対するこれらの変数の効果については熟知しているので、適当な放置時間を選定することができる。   In step 520, the sensor is exposed to the sample solution. The sensor standing time in the solution should be sufficient for hybridization to occur between at least one ssDNA molecule on the nanotube network and a complementary ssDNA molecule in solution. . This standing time depends on the concentration of the sample DNA, the amount of solution, the room temperature, the pH of the solution and other variables. One skilled in the art is familiar with the effects of these variables on DNA hybridization and can select an appropriate standing time.

工程530においては、センサーの電気的応答が測定される。センサーの構造形態に応じて種々の異なる特性が利用可能である。1つの実施態様においては、基板の絶縁体の下部に存在する導電性平面によって印加されるゲート電圧を変化させることによって、センサー装置の最初の測定がおこなわれる。次いで、網状構造体を、前記の時間にわたって試料ssDNAを含有する溶液に曝した後、溶液を除去し、さらに、基板が実質的に乾燥するのに充分な時間にわたって放置する。この放置時間は、乾燥過程を促進する措置を講ずることによって短縮させてもよい。例えば、乾燥空気を基板上へ吹き付けてもよい。基板が乾燥したならば、ゲート電圧を変化させることによって、センサー装置の測定を再度おこなう。得られる測定結果を最初の測定結果と比較することによって、dsDNAの存在の有無を確認する。   In step 530, the electrical response of the sensor is measured. Various different characteristics are available depending on the structure of the sensor. In one embodiment, the initial measurement of the sensor device is performed by changing the gate voltage applied by the conductive plane present under the insulator of the substrate. The network is then exposed to the solution containing the sample ssDNA for the time period described above, after which the solution is removed and left for a time sufficient for the substrate to substantially dry. This standing time may be shortened by taking measures to accelerate the drying process. For example, dry air may be blown onto the substrate. When the substrate is dry, the sensor device is measured again by changing the gate voltage. The presence or absence of dsDNA is confirmed by comparing the obtained measurement result with the first measurement result.

別の実施態様においては、網状構造体を純水に曝す。基板の絶縁体の下部に存在する導電性平面によって印加されるゲート電圧を変化させることによって、センサー装置の最初の測定がおこなわれる。次いで、網状構造体を、純水中に試料DNAを含有させた溶液に曝す。網状構造体が該溶液中に曝されている間に、ゲート電圧を変化させることによってセンサー装置の測定をおこなう。試料DNAが標的DNAを含有する場合には、ハイブリッド形成が経時的におこなわれ、センサー装置において得られる結果は、最初の測定結果と比較して変化する。   In another embodiment, the network structure is exposed to pure water. An initial measurement of the sensor device is performed by changing the gate voltage applied by the conductive plane present under the insulator of the substrate. Next, the network structure is exposed to a solution containing sample DNA in pure water. While the network structure is exposed to the solution, the sensor device is measured by changing the gate voltage. When the sample DNA contains the target DNA, hybridization occurs over time, and the result obtained in the sensor device changes compared to the initial measurement result.

さらに別の実施態様においては、網状構造体を導電性液体に曝す。好ましくは、導電性液体は、生理的液体に対して適当な緩衝液であり、最も好ましい導電性液体は燐酸塩緩衝液(PBS)である。導電性液体と接触する導電性素子によって印加されるゲート電圧を変化させることによって、センサー装置の最初の測定をおこなう。次いで、網状構造体を、同じ導電性液体中の試料DNA溶液に曝す。網状構造体が該溶液に曝されている間に、ゲート電圧を変化させることによってセンサー装置の測定をおこなう。試料DNAが標的DNAを含有している場合には、ハイブリッド形成が経時的におこなわれ、センサー装置について得られた測定結果は、最初の測定結果と比較して変化する。   In yet another embodiment, the network is exposed to a conductive liquid. Preferably, the conductive liquid is a buffer suitable for physiological liquids, and the most preferred conductive liquid is phosphate buffer (PBS). An initial measurement of the sensor device is performed by changing the gate voltage applied by the conductive element in contact with the conductive liquid. The network is then exposed to a sample DNA solution in the same conductive liquid. While the network structure is exposed to the solution, the sensor device is measured by changing the gate voltage. When the sample DNA contains the target DNA, hybridization occurs over time, and the measurement result obtained for the sensor device changes compared to the initial measurement result.

工程540においては、測定された電気的応答を標的種と相関させることによって、肯定的結果又は否定的結果が決定される。例えば、遺伝子試験においては、標的配列の存否が決定される。センサーと標的遺伝子との間の反応によれば、所定型のセンサーによって一定した再現性のある結果がもたらされるべきである。従って、同じ型のセンサーに対しては、肯定的な結果若しくは否定的な結果、及び信頼度は、特定のセンサーの応答と統計的な対照データとの比較に基づいてもよい。結果における信頼性は、多数のセンサーを同時に使用する多数の測定によって高めてもよい。   In step 540, a positive or negative result is determined by correlating the measured electrical response with the target species. For example, in a genetic test, the presence or absence of a target sequence is determined. The reaction between the sensor and the target gene should provide consistent and reproducible results with a given type of sensor. Thus, for the same type of sensor, positive or negative results and confidence may be based on a comparison of the response of a particular sensor with statistical control data. Reliability in the results may be increased by multiple measurements using multiple sensors simultaneously.

実施例A
先に言及した米国特許出願第10/177929号に記載のようにして、一般的には前述の記載に従って、二酸化ケイ素膜を有する縮重的にドープ化したケイ素ウェーハを、ランダムな網状形態のカーボンナノチューブで被覆した。金接点(厚さ:120nm)で被覆したチタン接点(厚さ:30nm)を写真印刷法とリフトオフ法によって沈着させてパターンを形成させることによって、対置接点を形成させた。これらの接点の各々は、一般的には長方形状の領域にわたって配置された複数の交互配置部を含む。ランダムに配列されたナノチューブの網状構造体はケイ素基板上に亘って配置される。網状構造体中のナノチューブは、接点の交互配置部と電気的に接触する。接点の沈着後、一般的には長方形状の領域の外側のナノチューブを酸素プラズマエッチングによって除去し、残りのナノチューブの網状構造体を残存させる。一般的には交互配置された接点間に介在させたナノチューブの網状構造体と金属電極を交互に配置させて併用することによって、電極を横切って平行に接続された多数のナノチューブがもたらされる。
Example A
As described in previously referenced US patent application Ser. No. 10 / 177,929, a degenerately doped silicon wafer having a silicon dioxide film can be formed into a random network of carbon, generally as described above. Covered with nanotubes. A counter contact was formed by depositing a titanium contact (thickness: 30 nm) coated with a gold contact (thickness: 120 nm) by photographic printing and lift-off to form a pattern. Each of these contacts includes a plurality of interleaves disposed over a generally rectangular region. A network of randomly arranged nanotubes is placed over the silicon substrate. The nanotubes in the network structure are in electrical contact with the alternating contacts. After deposition of the contacts, the nanotubes outside the generally rectangular region are removed by oxygen plasma etching, leaving the remaining nanotube network. In general, the interleaving of a network of nanotubes and metal electrodes interleaved between interleaved contacts results in a large number of nanotubes connected in parallel across the electrodes.

ダイはウェーハから分離されて標準的な40−ピンのチップキャリヤー中に設置され、チップ上に交互配置されたワイヤとチップキャリヤー上の接点はワイヤによって連結される。パッケージ上のワイヤと接点のパッドはエポキシ樹脂によって被覆され、該樹脂は硬化される。このようにして調製されたパッケージ中のチップはアセトン、イソプロパノール及び脱イオン水を用いてすすいだ後、最後に純水(18MΩ)ですすいだ。   The die is separated from the wafer and placed in a standard 40-pin chip carrier, with the wires interleaved on the chip and the contacts on the chip carrier connected by wires. The wire and contact pads on the package are coated with epoxy resin and the resin is cured. The chips in the package thus prepared were rinsed with acetone, isopropanol and deionized water, and finally rinsed with pure water (18 MΩ).

オリゴヌクレオチド(5’−CCT AAT AAC AAT−3’)の10−4M溶液を、該オリゴヌクレオチド84500p mole を純水(18MΩ)(ナノピュア・インフィニティUVウォーターシステム社製)845μLに溶解させることによって調製した。前記のようにして調製したチップの測定を、絶縁体の下部の導電性面によって印加されたゲート電圧を変化させることによっておこなった。得られた曲線を図6において600で示す。DNA溶液20μLを含有する液滴をチップ上に載せた。このチップを、室温下の湿潤チャンバー内に12時間放置した。次いで、チップを湿潤チャンバーから取り出し、純水(18MΩ)ですすいだ後、乾燥窒素ガスを吹き付けて乾燥させた。チップの測定は、ゲート電圧を変化させることによっておこなった。得られた曲線を図6において610で示す。この曲線は、センサーとして使用するために調製されたセンサー装置の特性を示す。この段階では、ナノチューブの網状構造体は、プローブ配列を有するssDNAと接触している。電子的測定に対するssDNA被覆層の効果によって、曲線610は曲線600の左側へシフトする。 A 10 −4 M solution of an oligonucleotide (5′-CCT AAT AAC AAT-3 ′) was prepared by dissolving the oligonucleotide 84500 pmol in 845 μL of pure water (18 MΩ) (manufactured by Nanopure Infinity UV Water System). did. The chip prepared as described above was measured by changing the gate voltage applied by the conductive surface under the insulator. The resulting curve is shown at 600 in FIG. A droplet containing 20 μL of DNA solution was placed on the chip. The chip was left in a humid chamber at room temperature for 12 hours. Next, the chip was taken out from the wet chamber, rinsed with pure water (18 MΩ), and dried by blowing dry nitrogen gas. The chip was measured by changing the gate voltage. The resulting curve is shown at 610 in FIG. This curve shows the characteristics of a sensor device prepared for use as a sensor. At this stage, the nanotube network is in contact with ssDNA having a probe sequence. Curve 610 shifts to the left of curve 600 due to the effect of the ssDNA coating on the electronic measurements.

ナノチューブとプローブssDNAとの接触を証明するために、標識化したssDNAを用いてチップを調製した。標識化ssDNAは好ましい実施態様においては不必要であるが、ここでは証明のためにのみ説明する。オリゴヌクレオチド(5’−HS−(CH−CCT AAT AAC AAT−フルオレセイン−3’)の10−5M溶液(溶媒:18MΩ純水)を、レセプターDNA配列として調製した。チップをこの溶液中に一夜曝し、すすぎ処理に付した後、窒素ガスを用いて乾燥させた。このチップの光学蛍光顕微鏡写真を観察したところ、ナノチューブの網状構造体が存在する特定の領域のみに緑色のフルオレセイン標識が明るい領域として出現したが、基板のその他の領域には該標識は出現しなかった。このことは、レセプターDNA鎖がセンサーのナノチューブへ結合したことを証明する。 To prove contact between the nanotubes and the probe ssDNA, a chip was prepared using labeled ssDNA. Labeled ssDNA is not necessary in the preferred embodiment, but is described here for demonstration purposes only. A 10 −5 M solution (solvent: 18 MΩ pure water) of oligonucleotide (5′-HS- (CH 2 ) 6 -CCT AAT AAC AAT-fluorescein-3 ′) was prepared as a receptor DNA sequence. The chip was exposed to this solution overnight, subjected to a rinsing treatment and then dried using nitrogen gas. When an optical fluorescence micrograph of this chip was observed, a green fluorescein label appeared as a bright area only in a specific area where the nanotube network was present, but the label did not appear in other areas of the substrate. It was. This proves that the receptor DNA strand is bound to the sensor nanotube.

次に、濃度が10−4Mの標的DNA、即ち、レセプターDNA鎖に対して相補的なオリゴヌクレオチド5’−ATT GTT ATT AGG−3の溶液を、該オリゴヌクレオチド132000p mole を純水(18MΩ)1320μLに溶解させることによって調製した。この溶液を用いて、標的DNAの希釈溶液(10−8M)を調製した。室温下の湿潤化チャンバー内において、チップをこの溶液の液滴(20μL)に1時間曝した。チップを該チャンバー内から取り出し、純水(18MΩ)ですすいだ後、乾燥窒素を吹き付けて乾燥させた。 Next, a solution of the oligonucleotide 5′-ATT GTT ATT AGG-3 complementary to the target DNA having a concentration of 10 −4 M, that is, the receptor DNA strand, was added to the oligonucleotide 132000 p mole with pure water (18 MΩ). Prepared by dissolving in 1320 μL. Using this solution, a diluted solution of target DNA (10 −8 M) was prepared. The chip was exposed to a drop of this solution (20 μL) for 1 hour in a humidified chamber at room temperature. The chip was taken out from the chamber, rinsed with pure water (18 MΩ), and dried by blowing dry nitrogen.

得られた曲線を図6において620で示す。この曲線は、プローブDNAと標的DNAによるハイブリッド形成の結果を示す。電子的測定における標的DNAのハイブリッド形成の効果により、曲線620は曲線600の右側へシフトした。   The resulting curve is shown at 620 in FIG. This curve shows the result of hybridization with probe DNA and target DNA. Curve 620 shifted to the right of curve 600 due to the effect of target DNA hybridization in the electronic measurement.

実施例B
この実施例においては、単一塩基不整合DNAを検出するためのカーボンナノチューブ装置の非共有結合的な化学的機能化について説明する。
B−1:概要
本発明による1つの実施態様においては、ナノチューブセンサーは、単鎖DNA(ssDNA)によって機能化されたカーボンナノチューブ網状構造体電界効果トランジスター(「NTFET」又は「NTNFET」)を具備する。特定の実施態様においては、ssDNAは、カーボンナノチューブに非共有結合的に結合したポリマー及びポリ芳香族分子を介してNTFET装置に不動化させてもよい。相補的単鎖DNA(cDNA)及び単一塩基不適合単鎖DNA(sbmDNA)に対する電子的応答における有意差を測定してもよい。この例示的なセンサーは下記の構造、素子及び機能を含む。
Example B
In this example, non-covalent chemical functionalization of a carbon nanotube device for detecting single base mismatched DNA is described.
B-1: Overview In one embodiment according to the present invention, a nanotube sensor comprises a carbon nanotube network field effect transistor (“NTFET” or “NTNFET”) functionalized by single-stranded DNA (ssDNA). . In certain embodiments, ssDNA may be immobilized to the NTFET device via polymers and polyaromatic molecules non-covalently bound to carbon nanotubes. Significant differences in electronic response to complementary single stranded DNA (cDNA) and single base mismatched single stranded DNA (sbmDNA) may be measured. This exemplary sensor includes the following structures, elements and functions.

a)単数又は複数のカーボンナノチューブFET装置であって、少なくとも電源とドレイン電極との間に導電性溝が形成されるように配置された単一のナノチューブ及び/又はナノチューブの網状構造体を具備する該装置。
b)FET構造体はボトムゲート電極、及び/又は液状ゲート電極を具有していてもよい。
c)ポリマー及び/又は芳香族リンカー分子は非共有結合的にカーボンナノチューブに結合する。
d)ssDNAはリンカー分子と化学的に結合してプローブを形成する。
e)操作中においては、相補的なcDNAがセンサーに曝されると、該DNAはプローブとハイブリッドを形成し、これによって装置の電気的特性に測定可能な効果がもたらされる。
f)単一塩基不適合sbmDNAがセンサーに曝されると、該DNAはプローブとハイブリッドを形成し、これによって測定上異なった装置特性がもたらされる。
a) one or more carbon nanotube FET devices comprising at least a single nanotube and / or a network of nanotubes arranged such that a conductive trench is formed between a power source and a drain electrode The device.
b) The FET structure may have a bottom gate electrode and / or a liquid gate electrode.
c) The polymer and / or aromatic linker molecule is non-covalently bonded to the carbon nanotube.
d) ssDNA chemically binds to the linker molecule to form a probe.
e) In operation, when complementary cDNA is exposed to the sensor, the DNA hybridizes with the probe, which has a measurable effect on the electrical properties of the device.
f) When single base mismatched sbm DNA is exposed to a sensor, the DNA hybridizes with the probe, which results in different instrumental properties in measurement.

NTNFET装置は、先行特許文献、特に米国特許出願第10/177929号、同第10/656898号及び同第10/704066号各明細書に記載されている手順に従って調製した。これらの特許文献の記載内容も本明細書の一部を成すものである。電流は、接点を用いて測定できる電気的特性である。接点は、基板上に配置されてもよい導電性素子を具有しており、該導電性素子はナノチューブの網状構造体と電気的に接続する。   NTNFET devices were prepared according to the procedures described in the prior patent literature, particularly US patent application Ser. Nos. 10 / 177,929, 10/656898, and 10 / 704,066. The contents of these patent documents are also part of this specification. Current is an electrical property that can be measured using a contact. The contacts have conductive elements that may be disposed on the substrate, and the conductive elements are electrically connected to the nanotube network.

本発明の一部の実施態様においては、付加的な導電性素子(ゲート電極)が配置され、該電極は少なくとも1個のナノチューブとは電気的に接続せず、ゲート電極と少なくとも1個の該ナノチューブとの間には電気的キャパシタンスが存在する。1つの好ましい例示的な実施態様においては、ゲート電極は、酸化ケイ素の下部の基板内の導電性面である。この種のナノチューブ電子装置例は前記の米国特許出願第10/656898号及び同第10/704066号各明細書に記載されている。   In some embodiments of the present invention, an additional conductive element (gate electrode) is disposed, the electrode not electrically connected to at least one nanotube, and at least one of the gate electrode and the electrode. There is an electrical capacitance between the nanotubes. In one preferred exemplary embodiment, the gate electrode is a conductive surface in the underlying substrate of silicon oxide. Examples of this type of nanotube electronic device are described in the aforementioned US patent application Ser. Nos. 10 / 656,898 and 10 / 704,066.

センサーNT装置は、標準的な、標準的な写真印刷法によって、例えば、100mmのウェーハ上に形成させてもよい。NTFET装置は、分散された鉄のナノ粒子(成長促進剤)とメタン/水素混合ガスを使用する900℃での化学蒸着法(CVD)によって成長させたSWNTを用いて製造してもよい。電気的リード線は、金層(厚さ:120nm)で被覆したチタン膜(厚さ:30nm)からナノチューブの上部へパターン状に形成させた。最初の電気的測定をおこなって装置の特性を確定した後、DNAの実験を実施する前に、基板をワイヤで連結させ、40−ピンCERDIPパッケージ内へ収納した。パッケージ上のワイヤと接点パッドはエポキシ樹脂で被覆し、該樹脂は硬化させた。DNAの実験は、一滴のDNA溶液を該パッケージ上へ滴下することによっておこなった。該パッケージは、該液滴の蒸発を防止するために水約100mLをいれたビーカーを保有する密封ジャー内に収容した。   The sensor NT device may be formed on a 100 mm wafer, for example, by standard, standard photographic printing methods. The NTFET device may be manufactured using SWNTs grown by chemical vapor deposition (CVD) at 900 ° C. using dispersed iron nanoparticles (growth promoter) and methane / hydrogen mixed gas. The electrical lead was formed in a pattern from the titanium film (thickness: 30 nm) covered with the gold layer (thickness: 120 nm) to the top of the nanotube. After the initial electrical measurements were made to determine the characteristics of the device, the substrates were connected with wires and housed in a 40-pin CERDIP package before performing the DNA experiments. The wires and contact pads on the package were coated with epoxy resin and the resin was cured. DNA experiments were performed by dropping a drop of DNA solution onto the package. The package was housed in a sealed jar containing a beaker containing approximately 100 mL of water to prevent evaporation of the droplets.

NTFET装置の電子的特性の測定、例えば、印加されたゲート電圧の関数としてのS/D電極間の電流の測定は同時測定システム(PMS)を用いておこなった。このシステムを使用する場合には、ナノチューブに基づく12個までのセンサーの装置特性を同時に測定することが可能である。32個の独立アナログ型スイッチから成る一組のスイッチはPCを介してデジタル方式で調整され、これによって、測定すべき接点はユーザーによって選択される。印加された電源−ドレインのバイアス及びゲート電圧はユーザーによって規定される(振幅、周波数、機能)。このシステムを用いることによって、装置の電導度は時間とゲート電圧の関数として測定することができる。   The measurement of the electronic characteristics of the NTFET device, for example the measurement of the current between the S / D electrodes as a function of the applied gate voltage, was performed using a simultaneous measurement system (PMS). When using this system, it is possible to simultaneously measure the device properties of up to 12 sensors based on nanotubes. A set of 32 independent analog switches is digitally adjusted via the PC, whereby the contact to be measured is selected by the user. The applied power supply-drain bias and gate voltage are defined by the user (amplitude, frequency, function). By using this system, the conductivity of the device can be measured as a function of time and gate voltage.

B−2:調製手順
B−2.1 チップの調製
各々のチップを使用する前に、該チップをパッケージ処理に付し、次いでワイヤと接点をエポキシ樹脂で被覆し、該エポキシを硬化させた。該チップを噴射瓶からのアセトン、イソプロパノール、脱イオン水を用いてすすぎ、最後に規定された清浄化法に従って清浄処理に付し(以下のセクションB−2.2参照)、次いで初期のI−Vg曲線を得た。
B-2: Preparation Procedure B-2.1 Chip Preparation Before using each chip, the chip was subjected to packaging processing, then the wires and contacts were coated with epoxy resin, and the epoxy was cured. The tip is rinsed with acetone, isopropanol, deionized water from a jar, and subjected to a cleaning process according to the last defined cleaning method (see section B-2.2 below), followed by initial I- A Vg curve was obtained.

B−2.2 洗浄手順
パッケージ化チップを純水(18MW)の噴霧によって簡単に洗浄することによって表面上の検体を除去した。結晶皿内において、0.01Mの燐酸塩で緩衝化した塩溶液(pH:7.4/25℃)約50mlをチップ上に注いだ。該チップはオービタルシェーカー(orbital shaker)上で5分間洗浄し(速度設定値:6)、次いで溶液を廃棄した。さらに、チップは同様の操作により、18MWの水を用いて4回洗浄した。
B-2.2 Cleaning Procedure The specimen on the surface was removed by simply cleaning the packaged chip by spraying with pure water (18 MW). In the crystallization dish, about 50 ml of salt solution (pH: 7.4 / 25 ° C.) buffered with 0.01 M phosphate was poured onto the chip. The chip was washed for 5 minutes on an orbital shaker (speed setpoint: 6) and then the solution was discarded. Further, the chip was washed four times with 18 MW of water by the same operation.

B−2.3 I−Vg曲線
チップ上の全ての装置についてI−Vg曲線(走査ゲート電圧に対してNTFET電流をプロットした曲線)を得たが、ここでは各々のチップの1つについてのみ示す。各々の場合に示す曲線は、各々のチップに関して得られた曲線の代表例であると考えるべきである。
B-2.3 I-Vg Curve I-Vg curves (curves plotting NTFET current against scan gate voltage) were obtained for all devices on the chip, but are shown here for only one of each chip. . The curves shown in each case should be considered representative of the curves obtained for each chip.

B−3 ピレン−標識化とDNA
B−3.1 ピレン単層の形成
パッケージ化チップ(この場合は、W517 26:21)を清浄化した後、初期のI−Vg測定をおこなった。N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)を溶媒とするピレンブタン酸サクシンイミジルエステルの2.5mg/ml溶液を、該ピレン誘導体3.08mgDMF1.232mlに溶解させることによって調製した。この溶液50mlをチップの表面上に存在させ、該チップを、蒸発による液滴の発生を防止するために、DMFを含む開放容器を設置したチャンバーの内部において、室温下で2時間密封した。次いで、チップを取り出し、DMF、アセトン及びイソプロパノールを用いてすすいだ後、清浄化処理に付し(セクション2.2参照)、I−Vg曲線を得た。
B-3 Pyrene-labeling and DNA
B-3.1 Formation of Pyrene Single Layer After the packaged chip (in this case W517 26:21) was cleaned, initial I-Vg measurements were performed. A 2.5 mg / ml solution of pyrenebutanoic acid succinimidyl ester using N, N-dimethylformamide (DMF) as a solvent was dissolved in 3.032 mg of the pyrene derivative in 1.232 ml of DMF. 50 ml of this solution was present on the surface of the chip, and the chip was sealed for 2 hours at room temperature inside a chamber equipped with an open container containing DMF in order to prevent generation of droplets due to evaporation. The chip was then removed, rinsed with DMF, acetone and isopropanol and subjected to a cleaning process (see section 2.2) to obtain an I-Vg curve.

B−3.2 DNAの共有結合的結合
DNA−NH溶液20mlをチップの表面上に存在させ、次いで、該チップを、湿気を付与すると共に、蒸発による液滴の発生を防止するために、水を含む開放容器を設置したチャンバーの内部において、室温下で一夜密封した。チップを取り出し、洗浄手順に従って洗浄し、次いでI−Vg曲線を得た。
B-3.2 Covalent Binding of DNA 20 ml of DNA-NH 2 solution is present on the surface of the chip, and then the chip is moistened and prevented from generating droplets due to evaporation. The inside of the chamber provided with the open container containing water was sealed overnight at room temperature. The chip was removed and washed according to the washing procedure, and then an I-Vg curve was obtained.

B−4 DNAハイブリッド形成の検出
B−4.1 検出手順
DNAオリゴヌクレオチドの10−4M溶液を、燐酸塩で緩衝化した0.01M塩溶液(pH:7.4/25℃)で希釈化することによって、該オリゴヌクレオチドの10−6M溶液を調製した。このDNA溶液20mlを、セクションB−3に従ってDNA−ピレン層によって機能化させたチップの表面上に存在させた。該チップを、湿気を付与すると共に、蒸発による液滴の発生を防止するために、水を含む開放容器を設置したチャンバー内において、室温下で一夜密封した。チップを取り出し、洗浄処理に付した後、I−Vg曲線を得た。
B-4 Detection of DNA Hybridization B-4.1 Detection Procedure Dilute a 10 -4 M solution of DNA oligonucleotides with a 0.01 M salt solution (pH: 7.4 / 25 ° C) buffered with phosphate. As a result, a 10 −6 M solution of the oligonucleotide was prepared. 20 ml of this DNA solution was present on the surface of the chip functionalized with a DNA-pyrene layer according to section B-3. The chip was sealed overnight at room temperature in a chamber with an open container containing water in order to apply moisture and prevent the generation of droplets due to evaporation. After taking out the chip and subjecting it to a cleaning treatment, an I-Vg curve was obtained.

B−4.2 cDNA
チップ(W517 26:21)をセクションB−3に従って機能化させ、次いでセクションB−4.1に従って、cDNAを用いて処理した。
B-4.2 cDNA
The chip (W517 26:21) was functionalized according to section B-3 and then processed with cDNA according to section B-4.1.

図7AはI−Vg曲線を示すもので、該曲線は右側にシフトしており、このことは、当該装置が、共有結合的に結合したDNAとcDNAとのハイブリッド形成を検出できることを示す。該曲線の右側へのシフトは、二重鎖DNAを存在させた先の実験において観察されたシフトと一致する。   FIG. 7A shows the I-Vg curve, which is shifted to the right, indicating that the device can detect the hybridization of covalently bound DNA and cDNA. The shift to the right of the curve is consistent with the shift observed in previous experiments where double stranded DNA was present.

B−4.3 SNP−DNA
セクションB−3に従って、チップ(W 517 26:24)を機能化させた後、セクションB−4.1に従って、SNP−DNAを用いて処理した。
B-4.3 SNP-DNA
The chip (W 517 26:24) was functionalized according to section B-3 and then treated with SNP-DNA according to section B-4.1.

図7BはI−Vg曲線を示すもので、該曲線の右側へのシフト度はあまり大きくはない。このことは、当該装置に結合したDNAに対するSNP−DNAの部分的で不完全な結合に起因するか、又は、SNP−DNAが洗浄過程中に洗い流されることによると考えられる。何故ならば、この程度のシフト度はドリフトに関連することが示されているからである(これはナノチューブに吸着された水の非常に薄い層に起因すると考えられる)。いずれにしても、当該装置によってcDNAとSNPを区別できることは明らかである。   FIG. 7B shows an I-Vg curve, and the degree of shift to the right side of the curve is not very large. This may be due to partial and incomplete binding of the SNP-DNA to the DNA bound to the device or due to the SNP-DNA being washed away during the washing process. This is because this degree of shift has been shown to be related to drift (which may be due to a very thin layer of water adsorbed on the nanotubes). In any case, it is clear that the device can distinguish between cDNA and SNP.

B−4.4 SNP−DNA+cDNA
SNP−DNAを用いて予め処理したチップ(W 517 26:24)を、セクションB−4.1に従って、cDNAを用いて処理した。
B-4.4 SNP-DNA + cDNA
A chip pre-treated with SNP-DNA (W 517 26:24) was treated with cDNA according to section B-4.1.

図7BはI−Vg曲線を示すもので、該曲線は右側へシフトしており、このシフトは、セクションB−4.2においてcDNAを用いたときに見られたシフトと類似する。このことは、SNP−DNAに曝された後のcDNAを当該装置によって検出できることを示す。SNP−DNAがセクションB−4.3において洗い流されないならば、cDNAはSNP−DNAと置換し、これによって、セクションB−4.2又は本明細書のその他の部分におけるハイブリッド形成に対して得られたデータと一致する結果がもたらされる。   FIG. 7B shows the I-Vg curve, which is shifted to the right, which is similar to the shift seen when using cDNA in section B-4.2. This indicates that the device can detect cDNA after exposure to SNP-DNA. If the SNP-DNA is not washed away in section B-4.3, the cDNA will replace the SNP-DNA, thereby obtaining for hybridization in section B-4.2 or other parts of the specification. Results that are consistent with the captured data.

ナノスケールの電子装置であるNTFETは少量の核酸(RNA及びDNA)のリアルタイムでの監視と検出のために使用してもよい。DNAオリゴヌクレオチドのハイブリッド形成のアッセイに関しては、NTNFET装置を用いて少量の単鎖DNA(ssDNA)を検出することができる。このようなアッセイは、従来法に比べて迅速かつ高感度でおこなうことができ、また、例えば、DNA重複の必要なサイクル数を低減させるか、又はPCRを不要とする。   NTFET, a nanoscale electronic device, may be used for real-time monitoring and detection of small amounts of nucleic acids (RNA and DNA). For DNA oligonucleotide hybridization assays, a small amount of single-stranded DNA (ssDNA) can be detected using the NTNFET device. Such assays can be performed quickly and with a higher sensitivity than conventional methods, and, for example, reduce the number of cycles required for DNA duplication or eliminate the need for PCR.

2個のDNA鎖の間に単一の不適合塩基が存在するときには、ハイブリッド形成は発生するが、不適合に起因するキンク(kink)とのハイブリッド形成錯体の安定性は劣る。このような不適合は単一ヌクレオチドポリモフィズム(single nucleotide polymorphism;SNP)と呼ばれているが、該不適合は、ヒトゲノム(Human Genome)プロジェクトの結果として発見されたものである。SNPは市販の遺伝子テストのためのキー標的であって、NTNFET装置によって潜在的に同定することができる。   Hybridization occurs when a single mismatched base is present between the two DNA strands, but the stability of the hybridization complex with the kink due to mismatch is poor. Such incompatibility is called single nucleotide polymorphism (SNP), which was discovered as a result of the Human Genome project. SNPs are key targets for commercial genetic testing and can potentially be identified by NTNFET devices.

実施例C
ナノ電子装置を用いるDNAアッセイ
本発明の特徴を有する多数の異なる例示的なDNA又はその他のポリヌクレオチドのアッセイ態様を図8〜図12に示す。以下において説明する構造と方法は例示的なものであって、他の実施態様においては、本明細書の別の部分に記載されている構造と方法を使用してもよい。異なる実施態様において、実質上類似の要素が含まれる場合には、各々の実施態様の説明において該要素を示すためには同じ参照番号を使用する。
Example C
DNA Assays Using Nanoelectronic Devices A number of different exemplary DNA or other polynucleotide assay embodiments having features of the invention are shown in FIGS. The structures and methods described below are exemplary, and in other embodiments, structures and methods described elsewhere in this specification may be used. In the different embodiments, where substantially similar elements are included, the same reference numerals are used to denote the elements in the description of each embodiment.

C−1 構造
図8〜図12に示すように、センサー10は、少なくとも1個のナノ構造体を有するプラットフォームを具備する。ナノ構造体としては、基板14に隣接して配置されと共に、少なくとも電源電極16とドレイン電極18との間に電気的に接続されるナノチューブ12が例示される。
C-1 Structure As shown in FIGS. 8-12, the sensor 10 includes a platform having at least one nanostructure. Examples of the nanostructure include a nanotube 12 that is disposed adjacent to the substrate 14 and electrically connected at least between the power supply electrode 16 and the drain electrode 18.

所望により、該装置は、少なくとも1個の付加的な電極、例えば、ナノチューブ12に隣接して配置されるゲート電極20を具備していてもよい。図示するゲート電極20は基板14に埋設されているが、別のNTFETセンサーの実施態様に関連して先に説明したように、別のタイプの電極(例えば、ボトムゲート電極、トップゲート電極及び/又は液状ゲート電極等)を別の設置方法で配設してもよい。   If desired, the device may comprise at least one additional electrode, for example a gate electrode 20 disposed adjacent to the nanotube 12. The illustrated gate electrode 20 is embedded in the substrate 14, but as described above in connection with other NTFET sensor embodiments, other types of electrodes (eg, bottom gate electrode, top gate electrode, and / or Alternatively, a liquid gate electrode or the like) may be arranged by another installation method.

図6〜9においては、電極16及び18と単純な末端接触様式で単一のナノチューブ12が模式的に示されているが、本発明の技術的思想を逸脱することなく、先に説明したようにして、別のナノ構造体の設置様式を採用してもよい。   In FIGS. 6-9, a single nanotube 12 is schematically shown in a simple end contact manner with electrodes 16 and 18, but as described above without departing from the technical spirit of the present invention. Thus, another nanostructure installation mode may be employed.

図10A及び図10Bは、別の構造体を模式的に示す。図10Aは、ナノチューブによって相互連結された複数の伝導体の「アイランド(island)」を示す。また、図10Bはナノチューブの網状構造体の一態様を示すもので、複数のナノチューブは、相互に連絡するナノチューブの網状体又は膜を形成し、これによって、電源電極とドレイン電極との間に導電性の溝がもたらされる。この種のナノチューブ膜においては、個々のナノチューブは電源電極とドレイン電極との間にスパンを必要とせず、また、導電性の溝は、相互に直列状に接続する複数のナノチューブを介して1又は複数の溝又は経路を含んでいてもよい。好ましくは、この種のナノチューブの網状体の密度及び/又は組成は、所望の伝導度とセンサー感度が得られるように、調整された化成(formation)及び/又は後化成の修正によって選択される。所望により、複数の電源及び/又は複数のドレイン電極、例えば、この種の電極が交互に噛み合う一連の電極を含んでいてもよい。ナノチューブ12は、電極の下部及び/又は側部及び/又は上部に配置させてもよい。   10A and 10B schematically show another structure. FIG. 10A shows a “island” of multiple conductors interconnected by nanotubes. FIG. 10B shows an embodiment of a nanotube network structure, in which a plurality of nanotubes form a network or film of nanotubes that are in communication with each other, thereby conducting between the power electrode and the drain electrode. Sex grooves are provided. In this type of nanotube film, each nanotube does not require a span between the power electrode and the drain electrode, and the conductive groove is one or more via a plurality of nanotubes connected in series with each other. Multiple grooves or paths may be included. Preferably, the density and / or composition of this type of nanotube network is selected by tailored formation and / or post-formation modifications to achieve the desired conductivity and sensor sensitivity. If desired, a plurality of power supplies and / or a plurality of drain electrodes may be included, for example, a series of electrodes interdigitated with such electrodes. The nanotubes 12 may be placed on the bottom and / or side and / or top of the electrode.

ナノチューブ膜は基板上へ、例えば、ナノ分散触媒を仲介するCVD又は溶液沈着法等によって直接的に形成させてもよい。あるいは、ナノチューブ膜を別途に調製し、別の工程として、基板14上へ直接的又は膜キャリヤー層を含めて付着させてもよい。これらに関しては、前記の米国特許出願第10/177929号及び第10/846072号各明細書を参照されたい。基板14は硬質構造体(例えば、半導体ウェーハ、単結晶シリコン又は多結晶シリコン等)であってもよく、あるいは、可撓性体(例えば、ポリマー製のシートやウェブ等)であってもよいことに留意すべきである。ナノチューブ膜の一部は基板の一部から選択的に除去することによって、電極16と18との関連においてナノチューブ膜を調整してもよい。   The nanotube film may be directly formed on the substrate by, for example, CVD or solution deposition method mediated by a nano-dispersed catalyst. Alternatively, a nanotube film may be prepared separately and deposited as a separate step directly on the substrate 14 including the film carrier layer. In this regard, reference is made to the aforementioned US patent application Ser. Nos. 10/177929 and 10/846072. The substrate 14 may be a hard structure (for example, a semiconductor wafer, single crystal silicon, or polycrystalline silicon), or may be a flexible body (for example, a polymer sheet or web). Should be noted. The nanotube film may be tuned in the context of electrodes 16 and 18 by selectively removing a portion of the nanotube film from a portion of the substrate.

同様に、接点又は電極(16及び18)及び/又はゲート電極若しくは付加的電極を、ナノチューブ12の形成前若しくは形成後において沈着させるか、又は形成させてもよい。所望により、信号処理等のために、付加的な電子回路を基板14上においてセンサー10と一体的に形成させてもよい。センサー10と所望の素子の製造においては、集積電子回路の素子や層を製造するための既知の方法(例えば、CVD、真空蒸着、写真印刷、マスキング、化学的エッチング、スピンコーティング、基板のドーピング、基板の酸化物形成及び基板の窒化物形成等)を採用してもよい。   Similarly, contacts or electrodes (16 and 18) and / or gate electrodes or additional electrodes may be deposited or formed before or after nanotube 12 is formed. If desired, additional electronic circuitry may be integrally formed with the sensor 10 on the substrate 14 for signal processing and the like. In the manufacture of the sensor 10 and the desired device, known methods for manufacturing devices and layers of integrated electronic circuits (eg, CVD, vacuum deposition, photo printing, masking, chemical etching, spin coating, substrate doping, Substrate oxide formation and substrate nitride formation may be employed.

同様に、図示するセンサーは、前述のようにして、センサーの集積アレイに含ませてもよい。所望により、他のセンサーとNTFETの態様(例えば、接点の不動態化、基板を被覆する誘電体及び/又は触媒保有層、及びナノ構造体状の疎水性被覆層等)に関連して先に説明したエンハンスメント(enhancement)とその他の素子を、以下において説明する態様に含めてもよいことに留意すべきである。   Similarly, the illustrated sensor may be included in an integrated array of sensors as described above. If desired, in connection with other sensor and NTFET aspects (eg, contact passivation, dielectric and / or catalyst-carrying layers covering the substrate, and nanostructured hydrophobic coating layers, etc.) It should be noted that the described enhancements and other elements may be included in the embodiments described below.

C−2 検出プローブ
図8〜図10に示すように、センサーは検出プローブ(例えば、プローブ22)を具備しており、該プローブはリンカー基、例えば、リンカー26を具有し、該リンカーはナノチューブ12と連結し(好ましくは非共有結合的に連結する)、これによって、プローブをセンサー10と結合させる。cDNA24は、その1つの部位においてリンカー26と結合する(好ましくは共有結合的に結合する)。この場合、該cDNAも、リンカー26から外側へ延びる露出された相補塩基配列を有する。リンカーは、ナノチューブ12に対しては非共有結合的に結合すると共にcDNA24に対しては共有結合的に結合するような構造を有する分子又は基(例えば、ピレンのような芳香族分子及び/又はポリマー)であってもよい。
C-2 Detection Probe As shown in FIGS. 8-10, the sensor comprises a detection probe (e.g., probe 22), which has a linker group, e.g., linker 26, which is a nanotube 12 (Preferably non-covalently linked), thereby binding the probe to the sensor 10. cDNA 24 binds to linker 26 at one site (preferably covalently bound). In this case, the cDNA also has an exposed complementary base sequence extending outward from the linker 26. The linker is a molecule or group having a structure that binds non-covalently to nanotube 12 and covalently to cDNA 24 (eg, an aromatic molecule and / or polymer such as pyrene). ).

リンカー基は1つよりも多くのcDNAと結合していてもよく、あるいは逆に、cDNAを、リンカーの特性とコンフォメーションに応じて、1つよりも多くのリンカー基へ結合させてもよい。例えば、分散型(distributed)ポリマー層を含むライナー基(liner group)は、該ポリマー層の異なる点に結合した複数のcDNA分子を有していてもよい。 The linker group may be attached to more than one cDNA, or conversely, the cDNA may be attached to more than one linker group depending on the properties and conformation of the linker. For example, a liner group comprising a distributed polymer layer may have a plurality of cDNA molecules attached to different points of the polymer layer.

この点に関しては、この明細書の発明の概要に関する箇所において説明したdsDNA、ssDNA、cDNA及びその他のヌクレオチド種の定義に留意すべきである。   In this regard, attention should be paid to the definition of dsDNA, ssDNA, cDNA and other nucleotide species described in the summary of the invention in this specification.

別の特定の実施態様においては、cDNAは必ずしもデオキシリボースポリヌクレオチドである必要はなく、選択された標的配列との少なくとも部分的なハイブリッド形成をもたらすその他の標的特異性ポリヌクレオチド種(例えば、RNA、及び変性若しくは置換DNA等)を含んでいてもよい。   In another specific embodiment, the cDNA need not be a deoxyribose polynucleotide, but other target-specific polynucleotide species (eg, RNA,) that result in at least partial hybridization with a selected target sequence. And denatured or substituted DNA, etc.).

同様に、標的「ssDNA」分子は必ずしも離散した完全変性デオキシリボースポリヌクレオチド鎖である必要はなく、RNA、dsDNA、部分的に変性されたdsDNA、及び粘着末端を有する種等を含んでいてもよい。この場合、標的分子は、プローブのcDNAとの少なくとも部分的なハイブリッド形成をもたらす標的ヌクレオチド配列を含む。   Similarly, the target “ssDNA” molecule need not necessarily be a discrete, fully denatured deoxyribose polynucleotide chain, but may include RNA, dsDNA, partially denatured dsDNA, species with sticky ends, and the like. . In this case, the target molecule comprises a target nucleotide sequence that results in at least partial hybridization with the probe cDNA.

図8Aに示す態様においては、標的塩基配列32とのハイブリッド形成によって、DNA30の単鎖フラグメントを検出するプローブ22が図示される。適当なセンサー回路(図8〜12においては図示せず)をセンサー10へ連結させることによって、DNA30のハイブリッド形成に対するセンサー10の電気的応答を、別のセンサーの実施態様に関連して先に説明した方法によって、検出及び/又は定量する。例えば、電源16とドレイン18との間の電導度はハイブリッド形成によって変化し、この変化が測定される。あるいは、NTFET DNAセンサーの実施態様においては、DNA30のハイブリッド形成は、ゲート電極20の電圧が選択された電圧の範囲内において変化するときに発生するセンサー10の装置特性のシフトをもたらす。ハイブリッド形成を検出するためには、センサー10の付加的な特性又は別の特性を測定してもよい。   In the embodiment shown in FIG. 8A, a probe 22 for detecting a single-stranded fragment of DNA 30 by hybridization with a target base sequence 32 is illustrated. By coupling a suitable sensor circuit (not shown in FIGS. 8-12) to sensor 10, the electrical response of sensor 10 to DNA 30 hybridization is described above in connection with another sensor embodiment. Detected and / or quantified by the determined method. For example, the conductivity between the power supply 16 and the drain 18 changes due to hybridization and this change is measured. Alternatively, in the NTFET DNA sensor embodiment, DNA 30 hybridization results in a shift in device characteristics of the sensor 10 that occurs when the voltage at the gate electrode 20 changes within a selected voltage range. In order to detect hybridization, an additional characteristic or another characteristic of the sensor 10 may be measured.

本発明の観点による特定の適用においては、cDNA 24と選択された標的配列の比較的完全なハイブリッド適合(hybrid match)並びに標的配列のこれとは対照的な部分的で不連続状及び/又はループ状ハイブリッド形成とを識別するためにセンサー10を使用してもよい。センサー10は、このハイブリッド形成現象に対して電気的に応答し、標的配列32に対するプローブcDNA 24のハイブリッド形成の程度及び/又は特徴を反映する信号特性をもたらす。例えば、対応するプローブ配列に対して単一の塩基不適合(sbmDNA)を有する配列の部分的なハイブリッド形成によってもたらされる信号は、完全な適合配列のハイブリッド形成を識別することができる。センサー10のこの機能によって、特に単一ヌクレオチドの多形現象(SNP)の特性がもたらされる。   In certain applications according to aspects of the present invention, a relatively complete hybrid match between cDNA 24 and a selected target sequence and partial discontinuities and / or loops as opposed to this of the target sequence Sensor 10 may be used to discriminate between the hybridization. The sensor 10 is electrically responsive to this hybridization phenomenon and provides a signal characteristic that reflects the degree and / or characteristics of hybridization of the probe cDNA 24 to the target sequence 32. For example, a signal resulting from partial hybridization of a sequence having a single base mismatch (sbmDNA) to the corresponding probe sequence can identify complete matching sequence hybridization. This function of the sensor 10 provides in particular the properties of single nucleotide polymorphism (SNP).

この点に関しては、ssDNAがRNAポリヌクレオチド、ヘテロ若しくは変性ポリヌクレオチド、プラスミド、ウイルス性フラグメント、二重鎖DNAフラグメント(例えば、結合末端又はプローブ22とのハイブリッド形成に対して得られる他の露出鎖標的部)、部分的にアニールされたdsDNAフラグメント又はオリゴヌクレオチド等であってもよいことに留意すべきである。   In this regard, the ssDNA is an RNA polynucleotide, hetero- or denatured polynucleotide, plasmid, viral fragment, double-stranded DNA fragment (eg, a binding end or other exposed strand target obtained for hybridization with probe 22). Part), partially annealed dsDNA fragments or oligonucleotides and the like.

本発明による例示的な方法においては、プローブ22は、選択された標的配列32に適合させるように調製してもよく、cDNAは既知の方法によって得られる。規定された配列を有するオリゴヌクレオチドの常套の合成法用の市販原料が入手可能であり、関連する配列は、多くの既知法(例えば、PCR、逆転写、及びプラスミド増幅等)によって入手し、変性させ、及び/又は増幅させることができる。この点に関しては、cDNAが、標的配列32(例えば、リンカー26へ結合させるために選択される尾部若しくは頭部、精製過程、増幅過程及び/又は加工過程のために選択される尾部若しくは頭部、及び所望による標識基等)に対して相補的なヌクレオチド配列を含んでいてもよいことに留意すべきである。次いで、cDNA 24を既知の反応と方法(例えば、ピレンのDNA−5’−アミンの形成)によってリンカー基26(例えば、ピレン)へ結合させることによってプローブ22を調製してもよい。   In an exemplary method according to the present invention, probe 22 may be prepared to match a selected target sequence 32, and cDNA is obtained by known methods. Commercial materials are available for conventional synthesis of oligonucleotides having a defined sequence, and related sequences are obtained by a number of known methods (eg, PCR, reverse transcription, plasmid amplification, etc.) and denatured. And / or can be amplified. In this regard, the cDNA may comprise a target sequence 32 (eg, a tail or head selected for binding to linker 26, a tail or head selected for purification, amplification and / or processing, It should be noted that nucleotide sequences may be included that are complementary to (and optionally labeling groups, etc.). Probe 22 may then be prepared by conjugating cDNA 24 to linker group 26 (eg, pyrene) by known reactions and methods (eg, the formation of pyrene's DNA-5'-amine).

予め調製したセンサーのプラットフォーム10を、例えば、プローブ22の溶液又は懸濁液を用いて処理してリンカー26をナノチューブ12に、例えば、ナノチューブ12のグラファイト格子に結合したピレン分子のπ−π堆積(stacking)によって結合させた後、洗浄と乾燥処理に付すことによって機能化させてもよい。次いで、機能化されたセンサー10は、試料媒体中に懸濁させた標的配列32を有する被検体であるssDNAを検出するために使用してもよい。適当な検量試験をおこなってもよい。この検量試験は、例えば、標的配列32を欠く既知のssDNAを含む同じ試料媒体にセンサー10を曝すことによっておこなうことができる。   A pre-prepared sensor platform 10 is treated, for example, with a solution or suspension of probe 22 to link linker 26 to nanotube 12, for example, π-π deposition of pyrene molecules bound to the graphite lattice of nanotube 12 ( After bonding by stacking), it may be functionalized by subjecting it to a washing and drying process. The functionalized sensor 10 may then be used to detect ssDNA, which is an analyte having a target sequence 32 suspended in the sample medium. Appropriate calibration tests may be performed. This calibration test can be performed, for example, by exposing the sensor 10 to the same sample medium containing a known ssDNA lacking the target sequence 32.

別の例示的な使用方法においては、予め調製したセンサー10のプラットフォームをリンカー基の材料26(例えば、cDNA 24の一部と反応するか又は結合するように選択されるポリマー)標的特異性cDNA 24を調製し、次いで、該cDNA 24の結合によりセンサー10を機能化させることによってプローブ22をその場で調製してもよい。   In another exemplary method of use, a pre-prepared platform of sensor 10 is linked to a linker group material 26 (eg, a polymer selected to react or bind to a portion of cDNA 24) target specific cDNA 24. And then the probe 22 may be prepared in situ by functionalizing the sensor 10 by binding of the cDNA 24.

本発明の観点による別のセンサーの態様(図示せず)においては、アレイセンサー系は間隔を置いて配置された複数のセンサー10を具備する。このアレイは前述のようにして予め調製されていてもよく、また、センサー10は、複数の異なるプローブ(各々のプローブは、特定の選択された標的配列に対して特異的なcDNAを有する)の1つによって別々に機能化されていてもよい。例えば、インクジェット型塗布法を使用することによって、予め設定された機能化パターンを有するアレイを処理してもよい。このような多機能化アレイを使用してもよく、これにより、複数の異なる標的DNA配列に関する試験を、単一の被検体試料媒体を用いて実質上同時におこなうことができる。   In another sensor embodiment (not shown) in accordance with aspects of the present invention, the array sensor system comprises a plurality of spaced apart sensors 10. This array may be pre-prepared as described above, and the sensor 10 may include a plurality of different probes (each probe having a cDNA specific to a particular selected target sequence). One may be functionalized separately. For example, an array having a preset functionalized pattern may be processed by using an ink jet coating method. Such multi-functionalized arrays may be used so that tests on multiple different target DNA sequences can be performed substantially simultaneously using a single analyte sample medium.

既知の形態を有する信号処理回路を使用することによって、直列、並列又はいずれかの所望のパターンで配置された複数のセンサー10のアレイからの信号を処理してもよい。付属的な要素(例えば、ミクロ液体溜め、チャンネル、ニードル、バルブ、ポンプ及び/又はインジェクター等)をアレイの態様に含めてもよく、該態様によれば、制御されたセンサーの機能化、センサーの洗浄/再状態調整、及び/又は制御されたセンサーの検量等が可能となる。   By using a signal processing circuit having a known configuration, signals from an array of sensors 10 arranged in series, in parallel or in any desired pattern may be processed. Ancillary elements (eg, microfluidic reservoirs, channels, needles, valves, pumps and / or injectors, etc.) may be included in the array embodiment, according to which controlled sensor functionalization, sensor Cleaning / reconditioning, and / or controlled sensor calibration, etc. are possible.

C−3 別のアッセイ態様
図8B及び図9は、本発明による別のアッセイ態様を示す。このうちの1又は複数の態様は、前述の態様の代わりに使用してもよく、あるいは該態様と併用してもよい。
C-3 Another Assay Embodiment FIGS. 8B and 9 show another assay embodiment according to the present invention. One or more of these embodiments may be used in place of the above-described embodiments, or may be used in combination with these embodiments.

図8Bは、本発明の観点による別の実施態様を模式的に示すもので、電気的に活性なインターカレータ(intercalator)34が配置され、該インターカレータは試料媒体中に導入され、及び/又はハイブリッド形成後に別に導入される。インターカレータ34は、プローブ22−標的配列32との錯体のハイブリッド形成部(二重鎖領域)と連絡し、これによってセンサー10の測定された応答の増幅及び/又は修正がおこなわれ、また、ハイブリッド形成の測定及び/又は検出が促進される。   FIG. 8B schematically illustrates another embodiment according to aspects of the present invention in which an electrically active intercalator 34 is disposed, the intercalator is introduced into the sample medium, and / or It is introduced separately after hybrid formation. The intercalator 34 communicates with the hybridization part (duplex region) of the complex between the probe 22 and the target sequence 32, thereby amplifying and / or correcting the measured response of the sensor 10, and the hybrid Formation measurement and / or detection is facilitated.

図8C〜図8Fの構造に示すように、これらの実施態様には電気的に活性なインターカレータ(例えば、ダウノマイシン、メチレンブルー、Ir(bpy)(phen) 等)及び溝バインダー(例えば、Ru(NH)Cl 等)の使用又は併用が含まれる。 As shown in the structures of FIGS. 8C-8F, these embodiments include electrically active intercalators (eg, daunomycin, methylene blue, Ir (bpy) (phen) 3 +, etc.) and groove binders (eg, Ru (NH 3 ) 5 Cl 2 + or the like) or a combination thereof is included.

図9Aは、本発明の観点による別のアッセイ態様を模式的に示す。この場合、ssDNA 30の第二の部位とハイブリッド形成するような形態を有する二次的な又はサンドイッチ状のプローブ40が使用される(サンドイッチ配列44)。このサンドイッチプローブ40は、サンドイッチ配列44に対して相補的な塩基配列を含む部分を有する第2のcDNA 42を含有する。cDNA 42は、増幅基46に対して好ましくは共有結合的に結合した部分を含む。この増幅基46は、検出プローブ22に対する標的配列32のハイブリッド形成に際してのセンサー10の信号応答の増幅又は修正のために使用される。増幅基46は、さらなる反応を伴うことなく、検出及び/又は定量が可能な信号をセンサー10にもたらす基又は標識であってもよい。あるいは、増幅基46は、他のプロモータ物質(例えば、化学的又は生化学的な基質等)とのさらなる反応によって検出及び/又は定量が可能な信号をセンサー10にもたらす基であってもよい。図9A〜図9Cに増幅基を例示する。   FIG. 9A schematically illustrates another assay embodiment according to aspects of the present invention. In this case, a secondary or sandwich probe 40 having a form that hybridizes with the second site of ssDNA 30 is used (sandwich array 44). The sandwich probe 40 includes a second cDNA 42 having a portion including a base sequence complementary to the sandwich sequence 44. cDNA 42 preferably includes a moiety covalently linked to amplification group 46. This amplification group 46 is used for amplification or correction of the signal response of the sensor 10 upon hybridization of the target sequence 32 to the detection probe 22. The amplification group 46 may be a group or label that provides the sensor 10 with a signal that can be detected and / or quantified without further reaction. Alternatively, the amplification group 46 may be a group that provides the sensor 10 with a signal that can be detected and / or quantified by further reaction with other promoter substances (eg, chemical or biochemical substrates, etc.). 9A to 9C illustrate examples of the amplification group.

図9Aに示すアッセイに関しては本発明の観点による多くの使用態様がある。例えば、下記の過程a)〜f)を含む使用態様が挙げられる:
a)センサー10のナノチューブ12へプローブ22を結合させ、
b)標的配列32を有する被検体ssDNAを含有すると推定される試料を用いてセンサー10を処理することによって、ssDNA 30が存在する場合には、これをプローブ22に結合させた後、洗浄処理をおこない、
c)選択された増幅基46を有するサンドイッチプローブ40を含有する溶液を用いてセンサー10を処理することによって、ssDNA 30が存在する場合には、これにサンドイッチプローブ40を結合させた後、洗浄処理をおこない、
d)選択された増幅基46に対して必要な場合には、別のプロモータ物質を含有する溶液を用いて処理し、
e)センサー10から信号を入手し、次いで
f)該信号を分析することによって、被検体であるssDNA 30の存在及び濃度を決定する。
There are many uses for the assay shown in FIG. 9A according to aspects of the present invention. For example, the use aspect including the following process a) -f) is mentioned:
a) binding the probe 22 to the nanotube 12 of the sensor 10;
b) When the sensor 10 is processed using a sample presumed to contain the analyte ssDNA having the target sequence 32, if ssDNA 30 is present, it is bound to the probe 22 and then washed. Do it,
c) When the sensor 10 is treated with a solution containing the sandwich probe 40 having the selected amplification group 46, and the ssDNA 30 is present, the sandwich probe 40 is bound thereto, followed by a washing treatment. Do
d) if necessary for the selected amplification group 46, treatment with a solution containing another promoter substance,
e) Obtain the signal from the sensor 10, and then f) analyze the signal to determine the presence and concentration of the analyte ssDNA 30.

上記の過程a)〜f)は別の順序でおこなってもよい。例えば、過程c)は、過程b)の前におこなわれる被検体試料の処理の前処理であってもよい。同様に、付加的な検量過程を所望により種々の回数でおこなってもよい。洗浄過程は例示的なものであり、当業者であれば、本発明の技術的思想を逸脱することなく、過度の実験を伴わないで特定の用途に対して当該方法を容易に適合させるか、又は最適化することができ、これによって、複合汚染やその他のエラーの原因が回避される。   The above steps a) to f) may be performed in a different order. For example, the process c) may be a pre-processing of the specimen sample performed before the process b). Similarly, additional calibration processes may be performed as many times as desired. The cleaning process is exemplary, and those skilled in the art can easily adapt the method for a particular application without undue experimentation without departing from the technical idea of the present invention. Or it can be optimized, thereby avoiding multiple sources of contamination and other errors.

特定の実施態様においては、サンドイッチ配列44は試料DNAフラグメント中に存在することが予想される共通の配列であってもよく、また、標的配列32は、試料中での存在が未知の被検体−特異的配列であってもよい。あるいは、プローブ46は、プローブ22の比較的高い標的−特異的結合性に比べて、試料DNAに対して相対的に非特異的な結合性を示すような構造形態を有していてもよい。この点に関して、プローブ46は、所望により、試料DNAに対する結合性を促進し、及び/又はプローブ22の望ましくないブロッキングを防止するような付加的な基を含んでいてもよい。   In a particular embodiment, the sandwich sequence 44 may be a common sequence that is expected to be present in the sample DNA fragment, and the target sequence 32 may be an analyte that is unknown in the sample. It may be a specific sequence. Alternatively, the probe 46 may have a structural form that exhibits a relatively non-specific binding property to the sample DNA as compared to the relatively high target-specific binding property of the probe 22. In this regard, probe 46 may optionally include additional groups that promote binding to sample DNA and / or prevent unwanted blocking of probe 22.

特定の実施態様においては、増幅基46は、化学的又は生化学的基質との酸化/還元又はその他の反応をもたらすことによって、センサー10に対して検出可能な応答を示すような影響を及ぼすようなプロモータ又は触媒(例えば、酵素等)を含んでいてもよい。例えば、増幅基46はウレアーゼを含んでいてもよい。前記の過程d)には、結合したプローブが存在する場合には、尿素溶液を用いて処理することによってアンモニアと二酸化炭素を発生する過程が含まれていてもよく、これによって該溶液のpHが修正され、センサー10からの信号の検出可能な変化がもたらされる。使用してもよい別の酵素系としてはコリネステラーゼ、ペルオキシダーゼ(例えば、HRP等)及びグルコースオキシダーゼ等が例示される。増幅基46としては、さらにフェロセン、ナノ金属粒子及び標識(例えば、ナノ粒子及びタンパク質等)が例示される。   In certain embodiments, the amplification group 46 exerts a detectable response to the sensor 10 by effecting oxidation / reduction or other reaction with a chemical or biochemical substrate. Various promoters or catalysts (eg, enzymes, etc.). For example, the amplification group 46 may contain urease. The above step d) may include a step of generating ammonia and carbon dioxide by treatment with a urea solution when a bound probe is present, whereby the pH of the solution is reduced. Modified, resulting in a detectable change in the signal from the sensor 10. Examples of other enzyme systems that may be used include corynesterase, peroxidase (for example, HRP) and glucose oxidase. Examples of the amplification group 46 further include ferrocene, nanometal particles, and labels (for example, nanoparticles and proteins).

図9Eは、本発明の観点によるアッセイの別の実施態様を模式的に示す。このアッセイ態様においては、サンドイッチプローブ40及びssDNA 30は、一般的には、図9Aに関連して説明したものと類似する。   FIG. 9E schematically illustrates another embodiment of an assay according to aspects of the present invention. In this assay embodiment, sandwich probe 40 and ssDNA 30 are generally similar to those described in connection with FIG. 9A.

しかしながら、図9Eに示す実施態様においては、検出プローブ50は拘束基(tether group)57及び対応する検出基(detector group)53を含んでおり、これらの基は相互に連結するか、又は結合する。拘束基57は、拘束種(この場合には、抗体56)に接続されたリンカー58を含む。検出基53は、拘束基−適合性種に結合されたcDNAを含む。この場合、抗原54は、レセプター又は抗体56の結合部位へ結合するような構造形態を有するエピトープを含むように選択される。   However, in the embodiment shown in FIG. 9E, the detection probe 50 includes a tether group 57 and a corresponding detector group 53, which groups are linked or attached to each other. . The constraining group 57 includes a linker 58 connected to a constraining species (in this case, antibody 56). Detection group 53 includes cDNA bound to a constraining group-compatible species. In this case, the antigen 54 is selected to include an epitope having a structural form that binds to the binding site of the receptor or antibody 56.

例えば、図9Eに示すように、抗原54はビオチンを含んでいてもよく、また、抗体56はストレプタビジンを含んでいてもよい。別の実施態様(図示せず)においては、配置様式は図9Eに示す場合と逆であってもよい。例えば、抗原はリンカーへ連結させてもよく、また、抗体はcDNAへ連結させてもよい。拘束基と拘束基−結合性種を組み合わせる別の態様を採用してもよい。この場合、拘束基と拘束基−結合性種は、相互に容易に連結するか、又は結合することによって自己集合化検出プローブ50を形成するように選択される。   For example, as shown in FIG. 9E, the antigen 54 may contain biotin, and the antibody 56 may contain streptavidin. In another embodiment (not shown), the arrangement may be the reverse of that shown in FIG. 9E. For example, the antigen may be linked to a linker and the antibody may be linked to cDNA. Another embodiment of combining a constraining group and a constraining group-binding species may be employed. In this case, the constraining group and the constraining group-binding species are selected to form a self-assembled detection probe 50 by easily linking or binding to each other.

一般的には、拘束基57と検出基53は別々に調製してもよいことに留意すべきである。例えば、拘束基57を含む部分的に機能化させたセンサーのプラットフォームを調製し、検出基53を含まない状態で供給して保存してもよい。このようなサブアセンブリーは、ポリヌクレオチド(例えば、エンドヌクレアーゼ及びエキソヌクレアーゼ等)を特異的に分解させる物質や条件に対する損傷性を有さない。従って、この実施態様は、標的−特異性cDNAを含まないセンサーアセンブリー(即ち、比較的一般的なセンサー)を予め調製した後、試料の測定時又は測定直前に拘束基へ簡便な方法(自己集合又は簡単な反応による方法)で連結又は結合することが可能な多数の異なる標的−特異性検出基のいずれか1つの検出基を導入することが望ましいような用途に対して特に適している。迅速で強力な選択的抗原−抗体結合反応は、拘束基/拘束基−適合系の好ましい態様である。   It should be noted that in general, the constraining group 57 and the detection group 53 may be prepared separately. For example, a partially functionalized sensor platform including the constraining group 57 may be prepared, supplied and stored without the detection group 53. Such subassemblies are not damaging to substances or conditions that specifically degrade polynucleotides (eg, endonucleases and exonucleases, etc.). Thus, this embodiment provides a convenient method (self-testing) for pre-preparing a sensor assembly (ie, a relatively common sensor) that does not contain target-specific cDNA, and then into a constraining group during or immediately prior to measurement of the sample. It is particularly suitable for applications where it is desirable to introduce a detection group of any one of a number of different target-specific detection groups that can be linked or bound by assembly or simple reaction methods). A rapid and powerful selective antigen-antibody binding reaction is a preferred embodiment of the restraining group / constraining group-compatible system.

図9Eに示す拘束基/拘束基−適合系は、本発明の観点による別の実施態様(例えば、類似の利点をもたらす図8〜図9Dに示す実施態様)と併用してもよい。同様に、特定のセンサー10は、拘束基/拘束基−適合系の1つよりも多くの組合せを用いて機能化させてもよい。この場合、各々の検出基は選択された同型のcDNAを有する。特定の交差反応性が要求される特定の用途においては、1種よりも多くのcDNAを特定のセンサーに使用してもよい。しかしながら、より一般的には、センサーは、最大の標的選択性がもたらされるように設定される。   The constraining group / constraining group-compatible system shown in FIG. 9E may be used in conjunction with another embodiment according to aspects of the present invention (eg, the embodiment shown in FIGS. 8-9D that provides similar advantages). Similarly, a particular sensor 10 may be functionalized using more than one combination of restraint group / constraint group-compatible system. In this case, each detection group has a selected homologous cDNA. In certain applications where specific cross-reactivity is required, more than one cDNA may be used for a particular sensor. More generally, however, the sensor is set to provide maximum target selectivity.

さらに、自己集合性の拘束基/拘束基−適合系は、複数のセンサーに結合させた拘束基を用いて比較的一般的なセンサーアレイを予め調製できるという点において、本発明の観点によるセンサーアレイの実施態様において特に有用である。次いで、センサーアレイのパターン化された標的−特異性機能化を完全にするために、異なる標的−特異性検出基の選択されたパターンを既知の方法(例えば、マルチ化又は自動化ピペット系を用いる方法又は「インクジェット」法)によって適用する。   Furthermore, the self-assembling constraining group / constraining group-compatible system is a sensor array according to an aspect of the present invention in that a relatively common sensor array can be prepared in advance using constraining groups coupled to a plurality of sensors. In particular embodiments. Then, to complete the patterned target-specific functionalization of the sensor array, the selected pattern of different target-specific detection groups can be obtained in a known manner (eg, using a multiplexed or automated pipette system). Or “inkjet” method).

C−4 別のセンサー集成装置
図10A及び図10Bは、「島状」センサー70及び「ナノチューブ網状」センサー72をそれぞれ示すもので、いずれも本発明の特定の観点による実施態様である。これらの態様は、図8及び図9に示すアッセイ態様に対して一般的に適用される。ナノ構造体12(この場合は単一壁のカーボンナノチューブである;「SWCNT」又は省略して「NT」で表示する)は電源電極16及びドレイン電極18と電気的に接続する。1つの実施態様72においては、複数のナノチューブ12は電源電極16とドレイン電極18との間において相互に連結する網状構造体を形成する。リンカー基76は、cDNA鎖74をナノチューブ12と連結させてもよい。ssDNA鎖78は、cDNA鎖74の近傍まで拡散してもよい。
C-4 Alternative Sensor Assembly Devices FIGS. 10A and 10B show an “island” sensor 70 and a “nanotube network” sensor 72, respectively, both of which are embodiments according to certain aspects of the invention. These aspects generally apply to the assay aspects shown in FIGS. The nanostructure 12 (in this case, a single-walled carbon nanotube; “SWCNT” or “NT” for short) is electrically connected to the power supply electrode 16 and the drain electrode 18. In one embodiment 72, the plurality of nanotubes 12 form a network structure interconnected between the power electrode 16 and the drain electrode 18. The linker group 76 may connect the cDNA chain 74 to the nanotube 12. The ssDNA strand 78 may diffuse to the vicinity of the cDNA strand 74.

図10C及び図10Dは、cDNA鎖74とナノチューブ12との連結がリンカー基76の作用によることを模式的に示す。図10Cに例示するように、有機基76(例えば、ピレン)はcDNA74等へ共有結合的に結合し、また、図10Dに例示するように、反応性ポリマー基76’はcDNA74等へ共有結合的に結合する。両方の基がcDNA74等へ共有結合的に結合してもよい。   FIGS. 10C and 10D schematically show that the linkage between the cDNA strand 74 and the nanotube 12 is due to the action of the linker group 76. As illustrated in FIG. 10C, the organic group 76 (eg, pyrene) is covalently bonded to cDNA 74 or the like, and as illustrated in FIG. 10D, the reactive polymer group 76 ′ is covalently bonded to cDNA 74 or the like. To join. Both groups may be covalently linked to cDNA 74 or the like.

図11A及び図11Bは別のセンサー構造体80及び82を示す。この場合、cDNA84は基板14’(例えば、ケイ素ウェーハを被覆する二酸化ケイ素層等)の表面上へ化学的結合(例えば、共有結合)を介して結合する。図11Cは、一連の工程(工程1〜3)に示すように、既知の反応体と方法を採用することによってcDNA84を基板14へ結合させるための一連の工程を含む別の結合法を示す。ssDNA88及びcDNA84とのハイブリッド形成はそれぞれセンサー80又は82の電気的特性に影響を及ぼし、これによって、一般的には前述の種々のアッセイ態様の場合に類似する検出信号をもたらす。   FIGS. 11A and 11B show alternative sensor structures 80 and 82. In this case, cDNA 84 binds to the surface of substrate 14 '(for example, a silicon dioxide layer covering a silicon wafer) via a chemical bond (for example, a covalent bond). FIG. 11C shows another binding method that includes a sequence of steps for binding cDNA 84 to substrate 14 by employing known reactants and methods, as shown in the sequence of steps (steps 1-3). Hybridization with ssDNA 88 and cDNA 84 affects the electrical properties of sensor 80 or 82, respectively, thereby providing a detection signal that is generally similar to the various assay embodiments described above.

図12A及び図12Bは別のセンサー構造体90及び92を示す。この場合、cDNA94は電極又は接点16’及び18’の表面上へ、既知の反応体と方法によって化学的結合(例えば、共有結合等)を介して結合する(例えば、cDNAの5’末端におけるDNA−5’−チオールの形成による結合)。電極は裸電極であってもよく、あるいは酸化表面又は被覆表面を有する電極であってもよい。あるいは、cDNA94はポリマーリンカー基等によって接点16’及び18’へ結合してもよい。ssDNA98及びcDNA94とのハイブリッド形成はそれぞれセンサー90又は92の電気的特性に影響を及ぼし、これによって、一般的には前述の種々のアッセイ態様の場合に類似する検出信号をもたらす。   12A and 12B show alternative sensor structures 90 and 92. FIG. In this case, cDNA 94 binds to the surface of electrodes or contacts 16 'and 18' via a chemical bond (eg, covalent bond, etc.) by a known reactant and method (eg, DNA at the 5 'end of the cDNA). Binding by formation of -5'-thiol). The electrode may be a bare electrode or an electrode having an oxidized or coated surface. Alternatively, cDNA 94 may be bound to contacts 16 'and 18' by a polymer linker group or the like. Hybridization with ssDNA 98 and cDNA 94 affects the electrical properties of sensor 90 or 92, respectively, thereby providing a detection signal that is generally similar to the various assay embodiments described above.

C−5 別の分離と精製
ナノチューブ装置10の近傍においてゲノムDNAから標的DNAを分離するためには、当該分野において知られている種々の標識基を使用してもよい。例えば、ゲノムDNAから標的DNAを付加的な工程として分離するためには、標識(例えば、ナノ粒子、タンパク質等)を使用してもよい。あるいは、このような分離に対しては、磁気ビーズ又は抗体を使用してもよい。本発明の観点による特定の実施態様においては、予備的な測定試料DNAの精製及び/又は分離(segregation)等は、統合した試料の加工/測定系の一部として、センサー又はアレイの実施態様におけるセンサーアレイに近接しておこなわれ、また、このような操作には磁気的制御及び/又は静電的制御等が含まれていてもよい。所望により、マイクロプロセッサー又はコンピュータを組み入れることによって、試料DNAの精製及び/又は分離並びに試料の検出及び測定を制御して調整してもよい。
C-5 Separate Separation and Purification To separate target DNA from genomic DNA in the vicinity of the nanotube device 10, various labeling groups known in the art may be used. For example, a label (eg, nanoparticle, protein, etc.) may be used to separate target DNA from genomic DNA as an additional step. Alternatively, magnetic beads or antibodies may be used for such separation. In certain embodiments according to aspects of the present invention, preliminary measurement sample DNA purification and / or segregation, etc. may be performed as part of an integrated sample processing / measurement system in a sensor or array embodiment. The operation is performed in the vicinity of the sensor array, and such operations may include magnetic control and / or electrostatic control. If desired, the purification and / or separation of sample DNA and the detection and measurement of the sample may be controlled and adjusted by incorporating a microprocessor or computer.

以上の記載において、ナノチューブセンサー装置の好ましい実施態様について説明したが、当業者には明らかなように、これらの装置系に係る特定の利点は得られている。また、本発明の範囲と技術的思想の範囲内において、上記の実施態様の種々の修正、改良及び変更等をおこなってもよい。以上の本発明は、特許請求の範囲の記載によって規定される。   In the foregoing description, preferred embodiments of nanotube sensor devices have been described, but certain advantages associated with these device systems have been obtained, as will be apparent to those skilled in the art. Further, various modifications, improvements, changes, and the like of the above-described embodiments may be made within the scope of the present invention and the technical idea. The present invention described above is defined by the description of the scope of claims.

ナノチューブトランジスター装置に関する例示的な電導度曲線を示す模式図である。2 is a schematic diagram illustrating an exemplary conductivity curve for a nanotube transistor device. FIG. ナノチューブのランダムな網状構造体を用いたナノチューブセンサーに関する例示的な形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the exemplary form regarding the nanotube sensor using the random network structure of a nanotube. 図2に示す例示的なナノチューブセンサーの模式的な断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the exemplary nanotube sensor shown in FIG. 実施例Aに記載の本発明によるナノ電子センサーの製造法の例示的な工程を示すフローチャートである。2 is a flowchart showing exemplary steps of a method for manufacturing a nanoelectronic sensor according to the present invention described in Example A. 本発明によるポリヌクレオチドの検出方法の例示的な段階を示すフローチャートである。2 is a flowchart showing exemplary steps of a polynucleotide detection method according to the present invention. 3つの環境下におけるナノチューブ電子装置に関するゲート電圧の関数としての電導度を示すチャートである。FIG. 6 is a chart showing conductivity as a function of gate voltage for nanotube electronic devices in three environments. ピレン−DNA接合体を用いる機能化処理及びcDNAを用いる処理に付した後の実施例Bに記載のセンサーの装置特性を示す。The device characteristics of the sensor described in Example B after being subjected to a functionalization treatment using a pyrene-DNA conjugate and a treatment using cDNA are shown. ピレン−DNA接合体を用いる機能化処理、SNP−DNAを用いる処理及びcDNAを用いる処理に付した後の実施例Bに記載のセンサーの装置特性を示す。The apparatus characteristics of the sensor described in Example B after being subjected to functionalization treatment using pyrene-DNA conjugate, treatment using SNP-DNA, and treatment using cDNA are shown. 本発明の特定の観点による実施態様であって、センサーに結合させた検出プローブを使用する例示的なDNAアッセイの実施態様を示す。FIG. 6 illustrates an exemplary DNA assay embodiment using a detection probe coupled to a sensor, in accordance with certain aspects of the present invention. 本発明の特定の観点による実施態様であって、電子活性なインカレータを使用する別のDNAアッセイの実施態様を示す。Fig. 6 illustrates an embodiment of another DNA assay using an electroactive incalator according to certain aspects of the invention. 本発明の特定の観点による実施態様であって、電子活性なインカレータを使用する別のDNAアッセイの実施態様の構成成分を示す。Fig. 3 illustrates an embodiment according to a particular aspect of the present invention, the components of another DNA assay embodiment using an electroactive incalator. 本発明の特定の観点による実施態様であって、電子活性なインカレータを使用する別のDNAアッセイの実施態様の構成成分を示す。Fig. 3 illustrates an embodiment according to a particular aspect of the present invention, the components of another DNA assay embodiment using an electroactive incalator. 本発明の特定の観点による実施態様であって、電子活性なインカレータを使用する別のDNAアッセイの実施態様の構成成分を示す。Fig. 3 illustrates an embodiment according to a particular aspect of the present invention, the components of another DNA assay embodiment using an electroactive incalator. 本発明の特定の観点による実施態様であって、電子活性なインカレータを使用する別のDNAアッセイの実施態様の構成成分を示す。Fig. 3 illustrates an embodiment according to a particular aspect of the present invention, the components of another DNA assay embodiment using an electroactive incalator. 本発明の特定の観点による実施態様であって、増幅基を使用する別のDNAアッセイの実施態様を示す。Fig. 4 illustrates an embodiment of another DNA assay that uses an amplification group according to certain aspects of the invention. 本発明の特定の観点による実施態様であって、増幅基を使用する別のDNAアッセイの実施態様の構成成分を示す。Fig. 4 illustrates an embodiment according to a particular aspect of the present invention, the components of another DNA assay embodiment using an amplification group. 本発明の特定の観点による実施態様であって、増幅基を使用する別のDNAアッセイの実施態様の構成成分を示す。Fig. 4 illustrates an embodiment according to a particular aspect of the present invention, the components of another DNA assay embodiment using an amplification group. 本発明の特定の観点による実施態様であって、増幅基を使用する別のDNAアッセイの実施態様の構成成分を示す。Fig. 4 illustrates an embodiment according to a particular aspect of the present invention, the components of another DNA assay embodiment using an amplification group. 本発明の特定の観点による実施態様であって、センサーに検出プローブを結合させる抗体−抗原結合を使用する別のDNAアッセイの実施態様を示す。FIG. 4 illustrates another DNA assay embodiment using an antibody-antigen binding that binds a detection probe to a sensor, in accordance with certain aspects of the invention. 本発明の特定の観点による実施態様であって、センサーに検出プローブを結合させる抗体−抗原結合を使用する別のDNAアッセイの実施態様の構成成分を示す。FIG. 4 illustrates components of another DNA assay embodiment using an antibody-antigen binding that binds a detection probe to a sensor, in accordance with certain aspects of the invention. 本発明の特定の観点による2つの別の構造を有するセンサーであって、検出プローブがナノチューブのようなナノ構造体に結合した該センサーを示す。FIG. 3 illustrates a sensor having two alternative structures according to certain aspects of the present invention, wherein a detection probe is bound to a nanostructure such as a nanotube. 本発明の特定の観点による2つの別の構造を有するセンサーであって、検出プローブがナノチューブのようなナノ構造体に結合した該センサーを示す。FIG. 3 illustrates a sensor having two alternative structures according to certain aspects of the present invention, wherein a detection probe is bound to a nanostructure such as a nanotube. 本発明の特定の観点による2つの別の構造を有するセンサーであって、検出プローブがナノチューブのようなナノ構造体に結合した該センサーを示す。FIG. 3 illustrates a sensor having two alternative structures according to certain aspects of the present invention, wherein a detection probe is bound to a nanostructure such as a nanotube. 本発明の特定の観点による2つの別の構造を有するセンサーであって、検出プローブがナノチューブのようなナノ構造体に結合した該センサーを示す。FIG. 3 illustrates a sensor having two alternative structures according to certain aspects of the present invention, wherein a detection probe is bound to a nanostructure such as a nanotube. 本発明の特定の観点による2つの別の構造を有するセンサーであって、検出プローブがセンサー基板に結合した該センサーを示す。Fig. 3 illustrates a sensor having two alternative structures according to certain aspects of the present invention, wherein a detection probe is coupled to a sensor substrate. 本発明の特定の観点による2つの別の構造を有するセンサーであって、検出プローブがセンサー基板に結合した該センサーを示す。Fig. 3 illustrates a sensor having two alternative structures according to certain aspects of the present invention, wherein a detection probe is coupled to a sensor substrate. 本発明の特定の観点による2つの別の構造を有するセンサーであって、検出プローブがセンサー基板に結合した該センサーを示す。Fig. 3 illustrates a sensor having two alternative structures according to certain aspects of the present invention, wherein a detection probe is coupled to a sensor substrate. 本発明の特定の観点による2つの別の構造を有するセンサーであって、検出プローブがセンサー電極に結合した該センサーを示す。Fig. 4 illustrates a sensor having two alternative structures according to certain aspects of the present invention, wherein a detection probe is coupled to a sensor electrode. 本発明の特定の観点による2つの別の構造を有するセンサーであって、検出プローブがセンサー電極に結合した該センサーを示す。Fig. 4 illustrates a sensor having two alternative structures according to certain aspects of the present invention, wherein a detection probe is coupled to a sensor electrode.

10 センサー
12 ナノチューブ
14 基板
16 電源電極
18 ドレイン電極
20 ゲート電極
22 プローブ
24 cDNA
26 リンカー
30 ssDNA
32 標的配列
34 インターカレータ
40 サンドイッチプローブ
46 増幅基
50 検出プローブ
53 検出基
56 抗体
57 拘束基
58 リンカー
70 島状センサー
72 ナノチューブ網状センサー
74 cDNA鎖
76 リンカー基
78 ssDNA鎖
80 センサー構造体
82 センサー構造体
84 cDNA
88 ssDNA
90 センサー構造体
92 センサー構造体
94 cDNA
98 ssDNA
10 sensor 12 nanotube 14 substrate 16 power supply electrode 18 drain electrode 20 gate electrode 22 probe 24 cDNA
26 linker 30 ssDNA
32 target sequence 34 intercalator 40 sandwich probe 46 amplification group 50 detection probe 53 detection group 56 antibody 57 constraining group 58 linker 70 island sensor 72 nanotube network sensor 74 cDNA chain 76 linker group 78 ssDNA chain 80 sensor structure 82 sensor structure 84 cDNA
88 ssDNA
90 Sensor structure 92 Sensor structure 94 cDNA
98 ssDNA

Claims (50)

下記の構成要素i)〜iv)を具備するポリヌクレオチド検出用ナノチューブセンサー:
i)基板、
ii)該基板上に配置された第1ナノチューブ、
iii)該第1ナノチューブと電気的に接続する少なくとも1つの導電性素子、及び
iv)該第1ナノチューブと作動可能な状態で結合した少なくとも1つの単鎖DNA分子であって、相補性標的DNA鎖と相互作用して該ナノチューブセンサーの電気的特性を変化させるように設定された該単鎖DNA分子。
A nanotube sensor for polynucleotide detection comprising the following components i) to iv):
i) substrate,
ii) first nanotubes disposed on the substrate;
iii) at least one conductive element electrically connected to the first nanotube, and
iv) at least one single-stranded DNA molecule operatively associated with the first nanotube, configured to interact with a complementary target DNA strand to alter the electrical properties of the nanotube sensor The single-stranded DNA molecule.
少なくとも1つの単鎖DNAが第1ナノチューブへ直接的に結合された請求項1記載のナノチューブセンサー。   The nanotube sensor of claim 1, wherein at least one single-stranded DNA is directly bound to the first nanotube. 第1ナノチューブが、単層ナノチューブ、二層ナノチューブ、多層ナノチューブ及びオニオン状ナノチューブから成る群から選択される請求項1記載のナノチューブセンサー。   The nanotube sensor according to claim 1, wherein the first nanotube is selected from the group consisting of a single-walled nanotube, a double-walled nanotube, a multi-walled nanotube, and an onion-shaped nanotube. 第1ナノチューブが、次の群から選択される少なくとも1つの素子を含有する請求項1記載のナノチューブセンサー:
炭素、硼素、窒化硼素、窒化炭素硼素、ケイ素、ゲルマニウム、窒化ガリウム、酸化亜鉛、リン化インジウム、二硫化モリブデン、及び銀。
The nanotube sensor according to claim 1, wherein the first nanotube contains at least one element selected from the following group:
Carbon, boron, boron nitride, carbon boron nitride, silicon, germanium, gallium nitride, zinc oxide, indium phosphide, molybdenum disulfide, and silver.
第1ナノチューブが単層カーボンナノチューブを含有する請求項1記載のナノチューブセンサー。   The nanotube sensor according to claim 1, wherein the first nanotube comprises a single-walled carbon nanotube. 少なくとも1つの導電性素子が、金属、炭素及び導電性ポリマーから成る群から選択される少なくとも1種の物質を含む電極を含有する請求項1記載のナノチューブセンサー。   The nanotube sensor according to claim 1, wherein the at least one conductive element includes an electrode including at least one substance selected from the group consisting of metal, carbon, and a conductive polymer. ナノチューブセンサーの電気的特性が少なくとも1つの第1ナノチューブのキャパシタンスであり、また、ナノチューブセンサーが、該キャパシアンスの測定を可能にするように設定された対電極をさらに含有する請求項1記載のナノチューブセンサー。   The nanotube of claim 1, wherein the electrical property of the nanotube sensor is a capacitance of at least one first nanotube, and the nanotube sensor further comprises a counter electrode configured to allow measurement of the capacitance. sensor. 少なくとも1つの導電性素子が少なくとも2つの導電性素子を含有し、これらの導電性素子が金属電極を含有する請求項1記載のナノチューブセンサー。   The nanotube sensor of claim 1, wherein the at least one conductive element contains at least two conductive elements, and the conductive elements contain a metal electrode. 導電性素子が第1ナノチューブと物理的に直接的に接触する請求項8記載のナノチューブセンサー。   9. The nanotube sensor of claim 8, wherein the conductive element is in direct physical contact with the first nanotube. ナノチューブに近接させたゲート電極をさらに含有する請求項8記載のナノチューブセンサー。   The nanotube sensor according to claim 8, further comprising a gate electrode adjacent to the nanotube. 導電性素子間の連結部に隣接するセンサーの領域を覆う抑制剤層をさらに含有する請求項8記載のナノチューブセンサー。   The nanotube sensor according to claim 8, further comprising an inhibitor layer covering a region of the sensor adjacent to the connection portion between the conductive elements. ナノチューブが、2つの導電性素子間の基板上に配置された2次元ナノチューブの網状構造体をさらに含有する請求項8記載のナノチューブセンサー。   9. The nanotube sensor according to claim 8, wherein the nanotube further comprises a network of two-dimensional nanotubes disposed on a substrate between two conductive elements. ナノチューブの網状構造体が、ランダムに配向された複数のカーボンナノチューブを含有する請求項12記載のナノチューブセンサー。   The nanotube sensor according to claim 12, wherein the network of nanotubes contains a plurality of carbon nanotubes randomly oriented. 2つの導電性素子が、一対の相互に噛み合わされた電極を含有する請求項12記載のナノチューブセンサー。   The nanotube sensor of claim 12, wherein the two conductive elements comprise a pair of interdigitated electrodes. 少なくとも1つの単鎖DNAが、2次元のナノチューブの網状構造体上に分布された複数の同一のDNAレセプター鎖をさらに含有する請求項12記載のナノチューブセンサー。   13. The nanotube sensor of claim 12, wherein the at least one single-stranded DNA further comprises a plurality of identical DNA receptor strands distributed on a two-dimensional nanotube network. 複数の同一のDNAレセプター鎖が、2次元のナノチューブ網状構造体のナノチューブへ直接的に結合された請求項15記載のナノチューブセンサー。   The nanotube sensor according to claim 15, wherein a plurality of identical DNA receptor chains are directly bonded to the nanotubes of the two-dimensional nanotube network structure. 下記の工程i)〜iii)を含むナノ電子センサーの製造方法:
i)ナノチューブのフィルムを、基板上に配置させた電極上へ配向させ、
ii)標的DNA配列に対して補体となるように設定された単鎖DNAの溶液を、基板上へ沈着させ。次いで
iii)該溶液を乾燥させることによって、単鎖DNAの沈着物を基板上に形成させる。
A method for producing a nanoelectronic sensor comprising the following steps i) to iii):
i) orienting a nanotube film onto an electrode placed on a substrate;
ii) A solution of single-stranded DNA set to be a complement to the target DNA sequence is deposited on the substrate. Then
iii) A single-stranded DNA deposit is formed on the substrate by drying the solution.
単鎖DNAの沈着物を、電極間の領域以外の基板から除去する工程をさらに含む請求項17記載の方法。   18. The method of claim 17, further comprising the step of removing the single-stranded DNA deposit from the substrate other than the region between the electrodes. 基板上に、電極として導電性沈着物を沈着させる工程をさらに含む請求項17記載の方法。   The method of claim 17, further comprising depositing a conductive deposit as an electrode on the substrate. 電極の沈着工程が、複数の相互に噛み合うフィンガーを有する電極を設定する過程を含む請求項19記載の方法。   20. The method of claim 19, wherein the electrode depositing step comprises setting an electrode having a plurality of interdigitated fingers. 電極間の領域上で作動するように設定されたゲート電極を形成させる工程をさらに含む請求項17記載の方法。   The method of claim 17, further comprising forming a gate electrode configured to operate on a region between the electrodes. 電極間領域以外の基板から、単鎖DNA沈着物を除去する工程をさらに含む請求項21記載の方法。   The method according to claim 21, further comprising the step of removing single-stranded DNA deposits from a substrate other than the interelectrode region. 沈着工程前に、電極を遮断材で被覆する工程をさらに含む請求項17記載の方法。   18. The method of claim 17, further comprising the step of coating the electrode with a blocking material prior to the depositing step. 水に溶解させたオリゴヌクレオチドを含有する単鎖DNA溶液を調製する工程をさらに含む請求項17記載の方法。   The method according to claim 17, further comprising the step of preparing a single-stranded DNA solution containing the oligonucleotide dissolved in water. 以下の過程i)及びii)を含む、特定の標的ポリヌクレオチド配列の検出方法:
i)導電性電極間の領域内に配置された少なくとも1つのナノチューブに付着させた標的ポリヌクレオチド配列に対して相補性のポリヌクレオチドを含有するナノ電子センサーに被検溶液を接触させ、次いで
ii)該接触段階中に、ナノ電子センサーの少なくとも1つの電気的特性を測定する。
A method of detecting a specific target polynucleotide sequence comprising the following steps i) and ii):
i) contacting the test solution with a nanoelectronic sensor containing a polynucleotide complementary to a target polynucleotide sequence attached to at least one nanotube disposed in the region between the conductive electrodes;
ii) measuring at least one electrical property of the nanoelectronic sensor during the contacting step.
接触過程が、電界効果トランジスターを具有するナノ電子センサーへ溶液を接触させる過程をさらに含む請求項25記載の方法。   26. The method of claim 25, wherein the contacting step further comprises contacting the solution with a nanoelectronic sensor comprising a field effect transistor. 測定過程が、ゲート電圧を含む少なくとも1つの電気的特性を測定する過程を含む請求項26記載の方法。   27. The method of claim 26, wherein the measuring step includes measuring at least one electrical characteristic including a gate voltage. 測定過程中に測定された電気的特性を、該測定過程前に測定された対応する特性と比較する過程をさらに含む請求項25記載の方法。   26. The method of claim 25, further comprising comparing electrical characteristics measured during the measurement process with corresponding characteristics measured prior to the measurement process. 下記の構成要素a)〜c)を具備する、標的ポリヌクレオチド用電子センサーシステム:
(a)少なくとも1つの電気的特性を有する少なくとも1つのセンサープラットホームであって、下記の要素i)〜iii)を具有する該センサープラットホーム:
i)基板、
ii)基板に隣接して配置された少なくとも1つの電極、及び
iii)基板に隣接して配置された少なくとも1つのナノ構造素子であって、電極と電気的に接続された該ナノ構造素子;
(b)センサープラットホームに作動可能な状態で接続された少なくとも1つの検出プローブであって、下記の要素i)〜iii)を具有する該検出プローブ:
i)センサープラットホームに接続して配置されたリンカー基であって、ナノ構造素子、基板及び電極のうちの1又は複数の要素に連結された該リンカー基、
ii)被検ポリヌクレオチドに対して結合親和性を示す検出生体分子、
iii)リンカー基と生体分子との間の結合連結部;
(c)電極に接続された電子測定回路であって、センサープラットホームの少なくとも1つの電気的特性を測定するように設定された該電子測定回路。
An electronic sensor system for a target polynucleotide comprising the following components a) to c):
(A) at least one sensor platform having at least one electrical characteristic, the sensor platform comprising the following elements i) to iii):
i) substrate,
ii) at least one electrode disposed adjacent to the substrate; and
iii) at least one nanostructured element disposed adjacent to the substrate, the nanostructured element electrically connected to the electrode;
(B) at least one detection probe operably connected to the sensor platform, the detection probe comprising the following elements i) to iii):
i) a linker group disposed in connection with the sensor platform, the linker group linked to one or more elements of the nanostructured element, the substrate and the electrode;
ii) a detection biomolecule that exhibits binding affinity for the test polynucleotide;
iii) a bond junction between the linker group and the biomolecule;
(C) An electronic measurement circuit connected to the electrode, the electronic measurement circuit configured to measure at least one electrical characteristic of the sensor platform.
検出生体分子が、ポリヌクレオチド、転写因子及び転写プロモータから成る群から選択される請求項29記載の電子センサーシステム。   30. The electronic sensor system of claim 29, wherein the detection biomolecule is selected from the group consisting of a polynucleotide, a transcription factor and a transcription promoter. 検出生体分子が、被検ポリヌクレオチドのヌクレオチド標的配列に対して少なくとも部分的に相補的である少なくとも1つのヌクレオチド配列を有する検出ポリヌクレオチドを含有する請求項29記載の電子センサーシステム。   30. The electronic sensor system of claim 29, wherein the detection biomolecule comprises a detection polynucleotide having at least one nucleotide sequence that is at least partially complementary to the nucleotide target sequence of the test polynucleotide. センサープラットホームに作動可能な状態で接続された少なくとも1つの検出プローブが、標的配列の少なくとも部分的なハイブリッド形成によって該プローブが被検ポリヌクレオチドと結合したときに、少なくとも1つの電気的特性に影響を及ぼすように設定された請求項31記載の電子センサーシステム。   At least one detection probe operably connected to the sensor platform affects at least one electrical property when the probe binds to the test polynucleotide by at least partial hybridization of the target sequence. 32. The electronic sensor system of claim 31 configured to exert. (a)少なくとも1つの電極が、間隔をおいて基板に隣接して配置された少なくとも2つの電極を含み、各々の電極がナノ構造素子と電気的に接続し、該ナノ構造素子が電極間に少なくとも1つの伝導性溝を形成し、(b)少なくとも2つの電極が電子測定回路に接続され、センサープラットホームの少なくとも1つの電気的特性を測定するように設定された請求項32記載の電子センサーシステム。   (A) the at least one electrode includes at least two electrodes disposed adjacent to the substrate at an interval, each electrode being electrically connected to the nanostructure element, wherein the nanostructure element is between the electrodes; 33. The electronic sensor system of claim 32, wherein the electronic sensor system is configured to form at least one conductive groove and (b) at least two electrodes are connected to an electronic measurement circuit and measure at least one electrical characteristic of the sensor platform. . ナノ構造素子が、相互に連結された多数の単層カーボンナノチューブを含有する網状構造体を含む請求項32記載の電子センサーシステム。   33. The electronic sensor system of claim 32, wherein the nanostructured element includes a network structure containing a number of single-walled carbon nanotubes interconnected. ナノ構造素子に隣接して配置されると共に電子測定回路へ接続されたゲート電極をさらに具備し、該電子測定回路が、センサープラットホームの少なくとも1つの電気的特性の測定中にゲート電極に対して選択的に少なくとも1ボルトのバイアスをかけるように設定された請求項32記載の電子センサーシステム。   And further comprising a gate electrode disposed adjacent to the nanostructured element and connected to the electronic measurement circuit, the electronic measurement circuit being selected relative to the gate electrode during measurement of at least one electrical property of the sensor platform 33. The electronic sensor system of claim 32, wherein the electronic sensor system is configured to bias at least 1 volt. リンカー基と検出ポリヌクレオチドとの間の結合連結部が、少なくともリンカー基と検出ポリヌクレオチドとの間の化学結合を含む請求項32記載の電子センサーシステム。   33. The electronic sensor system of claim 32, wherein the binding link between the linker group and the detection polynucleotide comprises at least a chemical bond between the linker group and the detection polynucleotide. リンカー基と検出ポリヌクレオチドとの間の結合連結部が、少なくともリンカー基と検出ポリヌクレオチドとの間の共有結合を含む請求項36記載の電子センサーシステム。   37. The electronic sensor system of claim 36, wherein the binding link between the linker group and the detection polynucleotide comprises at least a covalent bond between the linker group and the detection polynucleotide. リンカー基が、ナノ構造体と非共有結合的に相互作用するように設定された芳香族化合物を含む請求項37記載の電子センサーシステム。   38. The electronic sensor system of claim 37, wherein the linker group comprises an aromatic compound configured to interact non-covalently with the nanostructure. リンカー基と検出ポリヌクレオチド分子との間の結合連結部が、リンカー基に結合した少なくとも1つの拘束基及び検出ポリヌクレオチドに結合した少なくとも1つの拘束基−適合性基を含有し、該拘束基と拘束基−適合性基(これらは集合的に拘束種という)が、該拘束基と拘束基−適合性基との間の自己集合した結合連結部を増大させる相互親和性を有する請求項32記載の電子センサーシステム。   The binding link between the linker group and the detection polynucleotide molecule contains at least one constraining group bound to the linker group and at least one constraining group-compatible group bound to the detection polynucleotide; 35. The constraining group-compatible group (these are collectively referred to as constraining species) has a mutual affinity that increases a self-assembled binding linkage between the constraining group and the constraining group-compatible group. Electronic sensor system. 少なくとも1つの拘束種が非生体分子を含有する請求項39記載の電子センサーシステム。   40. The electronic sensor system of claim 39, wherein the at least one constrained species contains a non-biomolecule. 少なくとも1つの拘束種が生体ポリマーを含有する請求項39記載の電子センサーシステム。   40. The electronic sensor system of claim 39, wherein the at least one constrained species contains a biopolymer. 少なくとも1つの拘束種が、天然に存在する生体ポリマーと実質的に同等な合成ポリマーを含有する請求項39記載の電子センサーシステム。   40. The electronic sensor system of claim 39, wherein the at least one constrained species comprises a synthetic polymer substantially equivalent to a naturally occurring biopolymer. 少なくとも1つの拘束基が、リンカー基に結合した抗体を含有し、少なくとも1つの拘束基−適合性基が、検出ポリヌクレオチドに結合した対応する抗原を含有し、該拘束基と拘束基−適合性基との間の相互親和性が、抗原のエピトープに対する抗体結合部位の親和性を含む請求項39記載の電子センサーシステム。   At least one constraining group contains an antibody bound to a linker group, and at least one constraining group-compatible group contains a corresponding antigen bound to a detection polynucleotide, the constraining group and constraining group-compatible 40. The electronic sensor system of claim 39, wherein the mutual affinity between the groups comprises the affinity of the antibody binding site for an epitope of the antigen. 少なくとも1つの拘束基が、リンカー基に結合したMHCレセプターを含有し、少なくとも1つの拘束基−適合性基が、検出ポリヌクレオチドに結合した対応する結合性ペプチドを含有し、該拘束基と拘束基−適合性基との間の相互親和性が、対応するペプチドに対するMHCレセプター親和性を含む請求項39記載の電子センサーシステム。   At least one constraining group contains an MHC receptor bound to a linker group, and at least one constraining group-compatible group contains a corresponding binding peptide bound to a detection polynucleotide, the constraining group and the constraining group 40. The electronic sensor system of claim 39, wherein the mutual affinity between the compatible groups comprises MHC receptor affinity for the corresponding peptide. 少なくとも1つの拘束基が、リンカー基に結合したほ乳類の細胞表面レセプターを含有し、少なくとも1つの拘束基−適合性基が、検出ポリヌクレオチドに結合した対応するレセプターの特異的結合性リガンドを含有し、該拘束基と拘束基−適合性基との間の相互親和性が、対応するリガンドに対する該細胞表面レセプターの親和性を含む請求項39記載の電子センサーシステム。   At least one constraining group contains a mammalian cell surface receptor bound to a linker group, and at least one constraining group-compatible group contains a specific binding ligand for the corresponding receptor bound to a detection polynucleotide. 40. The electronic sensor system of claim 39, wherein the mutual affinity between the constraining group and the constraining group-compatible group comprises the affinity of the cell surface receptor for the corresponding ligand. 少なくとも1つの拘束基が、リンカー基に結合したビロン・ホスト付着促進性表面基及び/又はビロン・エンドサイトーシス促進性表面基を含有し、少なくとも1つの拘束基−適合性基が、検出ポリヌクレオチドに結合した対応するほ乳類の細胞表面レセプターを含有し、該拘束基と拘束基−適合性基との間の相互親和性が、対応するビロン表面基に対するほ乳類の細胞表面レセプターの親和性を含む請求項39記載の電子センサーシステム。   At least one constraining group contains a bilon host adhesion promoting surface group and / or a bilon endocytosis promoting surface group attached to a linker group, wherein the at least one constraining group-compatible group is a detection polynucleotide A corresponding mammalian cell-surface receptor bound to the molecule, wherein the mutual affinity between the constraining group and the constraining group-compatible group includes the affinity of the mammalian cell-surface receptor for the corresponding virion surface group. Item 40. The electronic sensor system according to Item 39. 拘束基結合性種及び拘束基−適合性基結合性種の付着順序を逆転させ、少なくとも1つの拘束基を検出ポリヌクレオチドに結合させ、少なくとも1つの拘束基−適合性基がリンカー基に結合された請求項39記載の電子センサーシステム。   The order of attachment of the constraining group binding species and constraining group-compatible group binding species is reversed, at least one constraining group is attached to the detection polynucleotide, and at least one constraining group-compatible group is attached to the linker group. 40. The electronic sensor system according to claim 39. 1又は複数の拘束種が合成物質である請求項39記載の電子センサーシステム。   40. The electronic sensor system of claim 39, wherein the one or more constrained species is a synthetic material. 該システムが複数の該センサーをさらに含有し、また、2以上の複数のセンサーに関して、異なる標的特異性cDNAプローブの選択された複合パターンの自己集合を可能にするために、複数のセンサーの内の異なるセンサーが、明確に異なる相互結合親和性を有する複数の拘束種対を含有する請求項39記載の電子センサーシステム。   The system further comprises a plurality of the sensors, and for two or more sensors, of the plurality of sensors to allow self-assembly of selected complex patterns of different target-specific cDNA probes. 40. The electronic sensor system of claim 39, wherein the different sensors contain a plurality of constrained species pairs having distinctly different mutual binding affinities. センサープラットホームの電気的特性が、少なくともナノ構造素子のキャパシタンスであり、また、該キャパシタンスの測定を可能にするように設定された対電極をさらに具備する請求項39記載の電子センサーシステム。   40. The electronic sensor system of claim 39, wherein the electrical characteristic of the sensor platform is at least the capacitance of the nanostructured device and further comprises a counter electrode configured to allow measurement of the capacitance.
JP2012175154A 2004-08-24 2012-08-07 Nanotube sensor device for DNA detection Expired - Fee Related JP5743974B2 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US60429304P 2004-08-24 2004-08-24
US60/604,293 2004-08-24
US62960404P 2004-11-19 2004-11-19
US60/629,604 2004-11-19

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007530178A Division JP2008511008A (en) 2004-08-24 2005-08-24 Nanotube sensor device for DNA detection

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012247432A true JP2012247432A (en) 2012-12-13
JP5743974B2 JP5743974B2 (en) 2015-07-01

Family

ID=35968333

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007530178A Pending JP2008511008A (en) 2004-08-24 2005-08-24 Nanotube sensor device for DNA detection
JP2012175154A Expired - Fee Related JP5743974B2 (en) 2004-08-24 2012-08-07 Nanotube sensor device for DNA detection

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007530178A Pending JP2008511008A (en) 2004-08-24 2005-08-24 Nanotube sensor device for DNA detection

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP1781771A2 (en)
JP (2) JP2008511008A (en)
WO (1) WO2006024023A2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104597082A (en) * 2015-01-23 2015-05-06 清华大学 Preparation method of hybridized hierarchical structure sensitive thin-film sensing device based on two-dimensional material
WO2017033922A1 (en) * 2015-08-24 2017-03-02 国立大学法人 東京大学 Method of detecting target substance using field-effect transistor
JP2018036154A (en) * 2016-08-31 2018-03-08 国立大学法人大阪大学 Method for electrically detecting target material, method for determining amount of the material, detection system, amount determination system, and reagent
KR20190034139A (en) * 2016-03-30 2019-04-01 와카스 칼리드 Nanoscale array-based sensors for electrochemical sensing, capacitance sensing and field emission sensing
JP2021006821A (en) * 2016-08-31 2021-01-21 国立大学法人大阪大学 Electrical quantitative determination method of target substance, quantitative determination system and reagent

Families Citing this family (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8154093B2 (en) 2002-01-16 2012-04-10 Nanomix, Inc. Nano-electronic sensors for chemical and biological analytes, including capacitance and bio-membrane devices
US7948041B2 (en) 2005-05-19 2011-05-24 Nanomix, Inc. Sensor having a thin-film inhibition layer
US8052932B2 (en) * 2006-12-22 2011-11-08 Research Triangle Institute Polymer nanofiber-based electronic nose
AP2693A (en) 2005-05-27 2013-07-16 Monsanto Technology Llc Soybean event MON89788 and methods for detection thereof
US8017938B2 (en) 2006-03-17 2011-09-13 The United States Of America As Represented By The Department Of Health And Human Services Apparatus for microarray binding sensors having biological probe materials using carbon nanotube transistors
KR100842886B1 (en) * 2006-04-04 2008-07-02 재단법인서울대학교산학협력재단 Biosensor having nano wire for detecting food additive mono sodium glutamate and manufacturing method thereof
EP2007379A4 (en) * 2006-04-04 2009-12-09 Nanomix Inc Nanoelectronic detection of biomolecules employing analyte amplification and reporters
CN101495635B (en) 2006-05-26 2017-05-17 孟山都技术有限公司 Corn plant and seed corresponding to transgenic event MON89034 and methods for detection and use thereof
JP2009544307A (en) * 2006-07-27 2009-12-17 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Molecular diagnostic equipment
CA2701447A1 (en) * 2007-10-01 2009-07-09 University Of Southern California Methods of using and constructing nanosensor platforms
AU2009214710B2 (en) 2008-02-15 2014-03-06 Monsanto Technology Llc Soybean plant and seed corresponding to transgenic event MON87769 and methods for detection thereof
SI2602325T1 (en) 2008-02-29 2016-10-28 Monsanto Technology Llc Corn plant event MON87460 and compositions and methods for detection thereof
UY32145A (en) 2008-09-29 2010-04-30 Monsanto Technology Llc TRANSGENIC EVENT OF SOYA MON87705 AND METHODS TO DETECT THE SAME
US9919922B2 (en) 2008-10-02 2018-03-20 Saion Kumar Sinha Bionanosensor detection device
WO2013154750A1 (en) 2012-04-10 2013-10-17 The Trustees Of Columbia Unversity In The City Of New York Systems and methods for biological ion channel interfaces
US8106428B2 (en) 2009-03-03 2012-01-31 Board Of Regents, The University Of Texas System Nano-scale bridge biosensors
EP2462051A4 (en) 2009-08-07 2013-06-26 Nanomix Inc Magnetic carbon nanotube based biodetection
US8519489B2 (en) * 2009-08-26 2013-08-27 Indian Institute Of Technology Madras Method and apparatus for tunable electrical conductivity
KR101941297B1 (en) 2010-06-04 2019-01-22 몬산토 테크놀로지 엘엘씨 Transgenic brassica event mon 88302 and methods of use thereof
US9880126B2 (en) 2010-09-24 2018-01-30 Ajou University Industry-Academic Cooperation Foundation Biosensor based on carbon nanotube-electric field effect transistor and method for producing the same
US9493786B2 (en) 2010-10-12 2016-11-15 Monsanto Technology Llc Soybean plant and seed corresponding to transgenic event MON87712 comprising a B-box zinc finger protein 32, and methods for detection thereof
CN103620403B (en) 2011-01-11 2016-08-10 纽约市哥伦比亚大学理事会 Nanotube is used to monitor monomolecular system and method
WO2012116161A1 (en) 2011-02-23 2012-08-30 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for single-molecule detection using nanopores
CA2840630C (en) 2011-06-30 2021-11-30 Monsanto Technology Llc Alfalfa plant and seed corresponding to transgenic event kk 179-2 and methods for detection thereof
JP5825095B2 (en) * 2011-12-26 2015-12-02 日本精工株式会社 Target substance detection biosensor
WO2013158280A1 (en) 2012-04-20 2013-10-24 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for single-molecule nucleic-acid assay platforms
GB201306097D0 (en) * 2013-04-04 2013-05-22 Isis Innovation Sensor
DE112014002575T5 (en) 2013-05-29 2016-03-10 Csir Field effect transistor and a plurality of field effect transistors comprehensive gas detector
EP3026014A4 (en) * 2013-07-25 2017-03-29 Toray Industries, Inc. Carbon nanotube composite, semiconductor device, and sensor using same
CA2924222C (en) 2013-10-09 2023-08-01 Monsanto Technology Llc Transgenic corn event mon87403 and methods for detection thereof
JP7423177B2 (en) 2014-11-14 2024-01-29 ビーエーエスエフ プラント サイエンス カンパニー ゲーエムベーハー Modification of vegetable lipids containing PUFA
CN104923777A (en) * 2015-03-18 2015-09-23 华南理工大学 High-salt-tolerance metal nanoparticle assembly and preparing method thereof
BR112017026243A2 (en) 2015-06-05 2018-09-18 International Rice Res Institute increased hybrid seed yield through higher open crossover rate in sterile male cytoplasmic rice and related materials and methods
KR101663910B1 (en) * 2015-09-01 2016-10-07 고려대학교 산학협력단 Sensor for detection of zinc oxide nanowire in water and method for detection of zinc oxide nanowire using the sensor
CN106841351B (en) * 2017-02-15 2019-07-19 暨南大学 A kind of molybdenum disulfide nano sheet electrochemical sensor and the preparation method and application thereof
WO2018224861A1 (en) 2017-06-07 2018-12-13 International Rice Research Institute Increasing hybrid seed production through higher outcrossing rate in cytoplasmic male sterile gramineae plants and related materials and methods
WO2019075050A1 (en) * 2017-10-10 2019-04-18 Thermo Electron Scientific Instruments Llc Carbon nanotube-based device for sensing molecular interaction
US10957626B2 (en) * 2017-12-19 2021-03-23 Thermo Electron Scientific Instruments Llc Sensor device with carbon nanotube sensor positioned on first and second substrates
US11846622B2 (en) * 2018-03-12 2023-12-19 The Trustees Of The University Of Pennsylvania Multiplexed detection of toxins using graphene-based aptasensors
JP6876661B2 (en) * 2018-09-13 2021-05-26 株式会社東芝 Organic probe and molecule detector
WO2022038536A1 (en) 2020-08-18 2022-02-24 International Rice Research Institute Methods of increasing outcrossing rates in gramineae
WO2022119471A1 (en) * 2020-12-04 2022-06-09 National University Of Science And Technology "Misis" Field effect nanosized electrical potential sensor

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003517604A (en) * 1999-12-15 2003-05-27 ザ ボード オブ トラスティーズ オブ ザ レランド スタンフォード ジュニア ユニバーシティー Carbon nanotube device
JP2003322653A (en) * 2002-05-07 2003-11-14 Toshiba Corp Support and carrier for fixing probe
JP2004515782A (en) * 2000-12-11 2004-05-27 プレジデント・アンド・フェローズ・オブ・ハーバード・カレッジ Nano sensor

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3513168A1 (en) * 1985-04-12 1986-10-16 Thomas 8000 München Dandekar BIOSENSOR CONSISTING OF A SEMICONDUCTOR BASED ON SILICON OR CARBON-BASED (ELECTRONIC PART) AND NUCLEIN BASE (OR. OTHER BIOL. MONOMERS)
EP0213825A3 (en) * 1985-08-22 1989-04-26 Molecular Devices Corporation Multiple chemically modulated capacitance
US4963478A (en) * 1988-07-05 1990-10-16 Immucor, Inc. Article for preforming immunological assays utilizing organic dyes and method for producing and utilizing same
CA2121797A1 (en) * 1991-10-21 1993-04-29 James W. Holm-Kennedy Method and device for biochemical sensing
US5849486A (en) * 1993-11-01 1998-12-15 Nanogen, Inc. Methods for hybridization analysis utilizing electrically controlled hybridization
JPH07505952A (en) * 1992-04-22 1995-06-29 ザ ダウ ケミカル カンパニー Electrochemical sensor device based on polymer film
US5919626A (en) * 1997-06-06 1999-07-06 Orchid Bio Computer, Inc. Attachment of unmodified nucleic acids to silanized solid phase surfaces
US6232066B1 (en) * 1997-12-19 2001-05-15 Neogen, Inc. High throughput assay system
US20040191260A1 (en) * 2003-03-26 2004-09-30 Technion Research & Development Foundation Ltd. Compositions capable of specifically binding particular human antigen presenting molecule/pathogen-derived antigen complexes and uses thereof
US20040236093A1 (en) * 2001-02-27 2004-11-25 Olivier Schwartz Mhc-i-restricted presentation of hiv-1 virion antigens without viral replication. application to the stimulation of ctl and vaccination in vivo; analysis of vaccinating composition in vitro
JP4191608B2 (en) * 2001-12-05 2008-12-03 ユニヴァーシティ オブ ワシントン Microfluidic devices and surface modification processes for solid phase affinity binding assays
AU2003291385A1 (en) * 2002-11-08 2004-06-03 Nanomix, Inc. Nanotube-based electronic detection of biological molecules
JP2004347532A (en) * 2003-05-23 2004-12-09 Japan Science & Technology Agency Biosensor
EP1831670A4 (en) * 2004-12-28 2010-09-15 Nanomix Inc Nanoelectronic devices for dna detection, and recognition of polynucleotide sequences

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003517604A (en) * 1999-12-15 2003-05-27 ザ ボード オブ トラスティーズ オブ ザ レランド スタンフォード ジュニア ユニバーシティー Carbon nanotube device
JP2004515782A (en) * 2000-12-11 2004-05-27 プレジデント・アンド・フェローズ・オブ・ハーバード・カレッジ Nano sensor
JP2003322653A (en) * 2002-05-07 2003-11-14 Toshiba Corp Support and carrier for fixing probe

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6012046309; MING ZHENG et al.: 'DNA-assisted dispersion and separation of carbon nanotubes' nature materials Vol.2, 2003, pp.338-342 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104597082A (en) * 2015-01-23 2015-05-06 清华大学 Preparation method of hybridized hierarchical structure sensitive thin-film sensing device based on two-dimensional material
CN104597082B (en) * 2015-01-23 2017-02-22 清华大学 Preparation method of hybridized hierarchical structure sensitive thin-film sensing device based on two-dimensional material
WO2017033922A1 (en) * 2015-08-24 2017-03-02 国立大学法人 東京大学 Method of detecting target substance using field-effect transistor
KR20190034139A (en) * 2016-03-30 2019-04-01 와카스 칼리드 Nanoscale array-based sensors for electrochemical sensing, capacitance sensing and field emission sensing
KR102533531B1 (en) * 2016-03-30 2023-05-18 와카스 칼리드 Sensors based on nanostructured arrays for electrochemical sensing, capacitive sensing and field emission sensing
JP2018036154A (en) * 2016-08-31 2018-03-08 国立大学法人大阪大学 Method for electrically detecting target material, method for determining amount of the material, detection system, amount determination system, and reagent
JP2021006821A (en) * 2016-08-31 2021-01-21 国立大学法人大阪大学 Electrical quantitative determination method of target substance, quantitative determination system and reagent

Also Published As

Publication number Publication date
WO2006024023A3 (en) 2009-06-04
WO2006024023A2 (en) 2006-03-02
JP5743974B2 (en) 2015-07-01
JP2008511008A (en) 2008-04-10
EP1781771A2 (en) 2007-05-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5743974B2 (en) Nanotube sensor device for DNA detection
US20070178477A1 (en) Nanotube sensor devices for DNA detection
JP2008525822A (en) Nanoelectronic device for DNA detection / recognition of polynucleotide sequences
CN111474365B (en) Biosensor and preparation method thereof, and virus detection system and method
Allen et al. Carbon nanotube field‐effect‐transistor‐based biosensors
US7635423B2 (en) Redox potential mediated, heterogeneous, carbon nanotube biosensing
Patolsky et al. Nanowire-based biosensors
US6958216B2 (en) DNA-bridged carbon nanotube arrays
Shao et al. Nanotube–antibody biosensor arrays for the detection of circulating breast cancer cells
Feigel et al. Biosensors based on one-dimensional nanostructures
US9880126B2 (en) Biosensor based on carbon nanotube-electric field effect transistor and method for producing the same
US20120134880A1 (en) Apparatus and method for detecting one or more analytes
WO2005022134A1 (en) Field-effect transistor, single electron transistor, and sensor using same
US20060194263A1 (en) Small molecule mediated, heterogeneous, carbon nanotube biosensing
US20070292855A1 (en) Method and CMOS-based device to analyze molecules and nanomaterials based on the electrical readout of specific binding events on functionalized electrodes
CN102016570A (en) Methods of using and constructing nanosensor platforms
US20070259359A1 (en) Nanoelectronic Detection of Biomolecules Employing Analyte Amplification and Reporters
CA2516820A1 (en) Nanocylinder-modified surfaces
CA2646465A1 (en) Apparatus for microarray binding sensors having biological probe materials using carbon nanotube transistors
JP2002522748A (en) Detection of targets in samples
US20100101956A1 (en) Nanoscale dna detection system using species-specific and/or disease- specific probes for rapid identification
JP2004132954A (en) Method and detector for detecting one or plurality of analytes, and use of detector
WO2021237180A1 (en) Near-room-temperature processable amorphous semiconductor nano-ribbon bridge biosensors and memory devices
WO2002031191A2 (en) Dendritically amplified detection method
US20230055137A1 (en) Scalable back-gated functionalized graphene field effect transistors for detection of dna and other target molecules

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120905

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120905

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140114

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20140411

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20140416

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20140513

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20140516

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20140613

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20140618

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140714

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140819

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20141118

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20141121

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20141218

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20141224

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20150116

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150218

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150331

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150428

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5743974

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees