JP2020191806A - ナノデバイス、フォースセンサ、力の測定方法、および試薬キット - Google Patents

Abstract

【課題】生理的なレンジの力を測定するために利用可能なナノデバイスを提供する。【解決手段】DNAorigami技術で製造した４ヘリックスバンドルコイルにオリゴヌクレオチドのハンドルをハイブリダイズさせることにより、生理的なレンジの力を測定するために利用可能なナノデバイスを得る。【選択図】なし

Description

本発明は、生理的なレンジの力を測定するために利用可能なナノデバイスおよびその利用に関する。

細胞や組織が生み出す機械的な力は、形態形成（発生）、幹細胞分化、心血管系の機能等の種々の生命現象と関連している。しかしながら、そのような力を定量的に評価する技術は乏しい。そのため、そのような力を定量的に評価する技術の開発が求められている。

特許文献１および非特許文献１には、DNAorigami技術で製造したコイル構造がバネとして機能することが開示されている。

特開2014-168831

M. Iwaki et al. A programmable DNA origami nanospring that reveals force-induced adjacent binding of myosin VI heads. Nature Communications volume 7, Article number: 13715 (2016)

本発明は、生理的なレンジの力を測定するために利用可能なナノデバイスを提供することを課題とする。

本発明者等は、鋭意研究を進めた結果、DNAorigami技術で製造した４ヘリックスバンドルコイルにオリゴヌクレオチドのハンドルをハイブリダイズさせることにより、生理的なレンジの力を測定するために利用可能なナノデバイスが得られることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、以下の通り例示できる。
［１］
ナノデバイスであって、
コイル構造および第１のハンドルを備え、
前記コイル構造が、スカフォールドおよび複数のステイプルを含み、
前記スカフォールドが、１本鎖ポリヌクレオチドであり、
前記ステイプルが、それぞれ、前記スカフォールドに相補的な塩基配列を含む１本鎖オリゴヌクレオチドであり、
前記第１のハンドルが、前記スカフォールドに相補的な第１の塩基配列と前記スカフォールドに相補的でない第２の塩基配列を含む１本鎖オリゴヌクレオチドであり、
前記スカフォールドが、前記ステイプルとのハイブリダイズにより架橋され、以て４ヘリックスバンドルコイルを形成しており、
前記ステイプルによる前記スカフォールドの架橋が、ヌクレオチドの二重螺旋の周期性と異なる周期性で実施され、
前記第１のハンドルが、前記コイル構造の一方の端部において、前記スカフォールドの
少なくとも２つのヘリックス形成部位とハイブリダイズしている、ナノデバイス。
［２］
さらに、第２のハンドルを備え、
前記第２のハンドルが、前記スカフォールドに相補的な第１の塩基配列と前記スカフォールドに相補的でない第２の塩基配列を含む１本鎖オリゴヌクレオチドであり、
前記第２のハンドルが、前記コイル構造の他方の端部において、前記スカフォールドの少なくとも２つのヘリックス形成部位とハイブリダイズしている、前記ナノデバイス。
［３］
前記スカフォールドが、環状１本鎖ポリヌクレオチドである、前記ナノデバイス。
［４］
前記スカフォールドの長さが、７５００〜８５００残基である、前記ナノデバイス。
［５］
前記ステイプルの長さが、それぞれ、１０〜１００残基である、前記ナノデバイス。
［６］
前記ステイプルによる前記スカフォールドの架橋周期が、３２残基である、前記ナノデバイス。
［７］
前記スカフォールドが、周期的にヌクレオチド残基の挿入および／または欠失を含む、前記ナノデバイス。
［８］
前記スカフォールドが、隣接する２つのヘリックス形成部位にヌクレオチド残基の挿入を含み、且つ、残りの２つのヘリックス形成部位にヌクレオチド残基の欠失を含む、前記ナノデバイス。
［９］
前記スカフォールドが、スカフォールドが３２残基ごとに２残基のヌクレオチドの挿入または欠失を含む、前記ナノデバイス。
［１０］
前記第１および／または第２のハンドルの長さが、それぞれ、２０〜２００残基である、前記ナノデバイス。
［１１］
前記第１および／または第２のハンドル中の前記第１の塩基配列の長さが、それぞれ、１０〜１００残基である、前記ナノデバイス。
［１２］
前記第１および／または第２のハンドル中の前記第２の塩基配列の長さが、それぞれ、１０〜１００残基である、前記ナノデバイス。
［１３］
さらに、第１のアンチハンドルを備え、
前記第１のアンチハンドルが、前記第１のハンドル中の前記第２の塩基配列に相補的な塩基配列を含む１本鎖オリゴヌクレオチドと、対象物に対する結合性を有する物質とを備える分子であり、
前記第１のアンチハンドルが、前記第１のハンドル中の前記第２の塩基配列とハイブリダイズしている、前記ナノデバイス。
［１４］
さらに、第２のアンチハンドルを備え、
前記第２のアンチハンドルが、前記第２のハンドル中の前記第２の塩基配列に相補的な塩基配列を含む１本鎖オリゴヌクレオチドと、対象物に対する結合性を有する物質とを備える分子であり、
前記第２のアンチハンドルが、前記第２のハンドル中の前記第２の塩基配列とハイブリダイズしている、前記ナノデバイス。
［１５］
前記ポリヌクレオチドおよびオリゴヌクレオチドが、DNAである、前記ナノデバイス。
［１６］
前記ナノデバイスを備えるフォースセンサ。
［１７］
前記ナノデバイスにかかる力を測定することを含む、力の測定方法。
［１８］
前記力が、１０〜６０ｐＮの力である、前記方法。
［１９］
前記測定が、オリゴリジン−PEGの存在下で実施される、前記方法。
［２０］
コイル構造および第１のハンドルを含む試薬キットであって、
前記コイル構造が、スカフォールドおよび複数のステイプルを含み、
前記スカフォールドが、１本鎖ポリヌクレオチドであり、
前記ステイプルが、それぞれ、前記スカフォールドに相補的な塩基配列を含む１本鎖オリゴヌクレオチドであり、
前記第１のハンドルが、前記スカフォールドに相補的な第１の塩基配列と前記スカフォールドに相補的でない第２の塩基配列を含む１本鎖オリゴヌクレオチドであり、
前記スカフォールドが、前記ステイプルとのハイブリダイズにより架橋され、以て４ヘリックスバンドルコイルを形成しており、
前記ステイプルによる前記スカフォールドの架橋が、ヌクレオチドの二重螺旋の周期性と異なる周期性で実施され、
前記第１のハンドルが、前記コイル構造の一方の端部において、前記スカフォールドの少なくとも２つのヘリックス形成部位とハイブリダイズできるように構成されている、試薬キット。
［２１］
さらに、第２のハンドルを含み、
前記第２のハンドルが、前記スカフォールドに相補的な第１の塩基配列と前記スカフォールドに相補的でない第２の塩基配列を含む１本鎖オリゴヌクレオチドであり、
前記第２のハンドルが、前記コイル構造の他方の端部において、前記スカフォールドの少なくとも２つのヘリックス形成部位とハイブリダイズできるように構成されている、前記試薬キット。
［２２］
前記スカフォールドが、環状１本鎖ポリヌクレオチドである、前記試薬キット。
［２３］
前記スカフォールドの長さが、７５００〜８５００残基である、前記試薬キット。
［２４］
前記ステイプルの長さが、それぞれ、１０〜１００残基である、前記試薬キット。
［２５］
前記ステイプルによる前記スカフォールドの架橋周期が、３２残基である、前記試薬キット。
［２６］
前記スカフォールドが、周期的にヌクレオチド残基の挿入および／または欠失を含む、前記試薬キット。
［２７］
前記スカフォールドが、隣接する２つのヘリックス形成部位にヌクレオチド残基の挿入を含み、且つ、残りの２つのヘリックス形成部位にヌクレオチド残基の欠失を含む、前記試薬キット。
［２８］
前記スカフォールドが、スカフォールドが３２残基ごとに２残基のヌクレオチドの挿入または欠失を含む、前記試薬キット。
［２９］
前記第１および／または第２のハンドルの長さが、それぞれ、２０〜２００残基である、前記試薬キット。
［３０］
前記第１および／または第２のハンドル中の前記第１の塩基配列の長さが、それぞれ、１０〜１００残基である、前記試薬キット。
［３１］
前記第１および／または第２のハンドル中の前記第２の塩基配列の長さが、それぞれ、１０〜１００残基である、前記試薬キット。
［３２］
さらに、第１のアンチハンドルを含み、
前記第１のアンチハンドルが、前記第１のハンドル中の前記第２の塩基配列に相補的な塩基配列を含む１本鎖オリゴヌクレオチドと、対象物に対する結合性を有する物質とを備える分子であり、
前記第１のアンチハンドルが、前記第１のハンドル中の前記第２の塩基配列とハイブリダイズできるように構成されている、前記試薬キット。
［３３］
さらに、第２のアンチハンドルを含み、
前記第２のアンチハンドルが、前記第２のハンドル中の前記第２の塩基配列に相補的な塩基配列を含む１本鎖オリゴヌクレオチドと、対象物に対する結合性を有する物質とを備える分子であり、
前記第２のアンチハンドルが、前記第２のハンドル中の前記第２の塩基配列とハイブリダイズできるように構成されている、前記試薬キット。
［３４］
前記ポリヌクレオチドおよびオリゴヌクレオチドが、DNAである、前記試薬キット。

本発明によれば、生理的なレンジの力を測定するために利用可能なナノデバイスを提供できる。本発明の一態様によれば、同ナノデバイスを利用して生理的なレンジの力を測定できる。

正方格子状に束ねられた第１〜第４のヘリックスおよび４ヘリックスバンドルコイルの模式図。 ステイプルのデザインを示す図。 ハンドルのデザインを示す図。 アンチハンドルのデザインを示す図。 フォースセンサのPEGコートの結果を示す図（写真）。 フォースセンサを利用した心筋細胞の拍動の測定結果を示す図（写真）。

以下、本発明を詳細に説明する。

＜１＞本発明のナノデバイス
本発明のナノデバイスは、コイル構造および少なくとも１つのハンドルを備えるナノデバイスである。

本発明において、「コイル」とは、３次元コイルを意味する。「３次元コイル」とは、螺旋（helix；３次元曲線）状のコイルを意味してよい。「３次元コイル」とは、具体的
には、コイルバネ状のコイルを意味してよい。

本発明のナノデバイスまたはそのコイル構造は、バネ（具体的にはコイルバネ）として機能できる。本発明のナノデバイスまたはそのコイル構造を、「ナノスプリング」ともいう。

コイル構造は、バネとして機能してよい。コイル構造は、具体的には、外からの力に応答してバネとして機能してよい。コイル構造は、より具体的には、ハンドルを介して伝達される力に応答してバネとして機能してよい。

コイル構造は、スカフォールドおよび複数のステイプルを含む。コイル構造は、特に、スカフォールドおよび複数のステイプルからなるものであってよい。下記のステイプルに関する記載は、特記しない限り、複数のステイプルにそれぞれ独立に適用できる。

スカフォールドは、ステイプルとのハイブリダイズによりコイル構造を形成する。スカフォールドは、具体的には、ステイプルとのハイブリダイズにより４ヘリックスバンドル（four-helix bundle）コイルを形成する。すなわち、コイル構造は、具体的には、４ヘ
リックスバンドルコイルである。ここでいう「ヘリックス」とは、ヌクレオチドの二重螺旋（具体的には、スカフォールドとステイプルがハイブリダイズして形成される二本鎖ヌクレオチド）を意味する。「４ヘリックスバンドルコイル」とは、４本のヘリックスが束ねられて（バンドル（bundle）されて）形成されたコイルを意味する。４本のヘリックスは、正方格子（square lattice）状に束ねられていてよい。すなわち、４本のヘリックスが正方格子状に束ねられ、さらに、束ねられた４本のヘリックスがコイル構造を形成してよい。説明の便宜上、４本のヘリックスを、それぞれ、「第１〜第４のヘリックス」ともいう。正方格子状に束ねられた第１〜第４のヘリックスおよび４ヘリックスバンドルコイルの模式図を図１に示す。スカフォールドは、より具体的には、ステイプルとのハイブリダイズにより架橋され、以てコイル構造を形成する。言い換えると、スカフォールドとステイプルのハイブリダイズにより第１〜第４のヘリックスが架橋され、以てコイル構造が形成される。第１〜第４のヘリックスは、それぞれ隣接するヘリックスと架橋される。第１のヘリックスは第２と第４のヘリックスに、第２のヘリックスは第３と第１のヘリックスに、第３のヘリックスは第４と第２のヘリックスに、第４のヘリックスは第１と第３のヘリックスに、それぞれ隣接してよい。すなわち、第１のヘリックスは第２と第４のヘリックスに、第２のヘリックスは第３と第１のヘリックスに、第３のヘリックスは第４と第２のヘリックスに、第４のヘリックスは第１と第３のヘリックスに、それぞれ架橋されてよい。すなわち、第１のヘリックスが第２と第４のヘリックスに、第２のヘリックスが第３と第１のヘリックスに、第３のヘリックスが第４と第２のヘリックスに、第４のヘリックスが第１と第３のヘリックスに、それぞれ架橋されることにより、第１〜第４のヘリックスが正方格子（square lattice）状に束ねられ、以てコイル構造が形成されてよい。４ヘリックスバンドルコイルを形成する条件については、例えば、特開2014-168831の記載
を参照できる。

「スカフォールド」とは、コイル構造を形成する際の足場となる分子を意味する。スカフォールドは、１本鎖ポリヌクレオチドである。スカフォールドは、環状であってもよく、線状であってもよい。スカフォールドは、特に、環状であってよい。すなわち、スカフォールドは、特に、環状１本鎖ポリヌクレオチドであってよい。

スカフォールドの長さは、所望のデバイス構造が得られる限り、特に制限されない。スカフォールドの長さは、例えば、６０００残基以上、６５００残基以上、７０００残基以上、７５００残基以上、８０００残基以上、８５００残基以上、９０００残基以上、９５００残基以上、または１００００残基以上であってもよく、２００００残基以下、１５０００残基以下、１２０００残基以下、１１０００残基以下、１００００残基以下、９５０
０残基以下、９０００残基以下、８５００残基以下、または８０００残基以下であってもよく、それらの矛盾しない組み合わせであってもよい。スカフォールドの長さは、具体的には、例えば、６５００〜１００００残基、７０００〜９０００残基、または７５００〜８５００残基であってもよい。

スカフォールドの塩基配列は、所望のデバイス構造が得られる限り、特に制限されない。スカフォールドの塩基配列としては、配列番号１に示す塩基配列が挙げられる。また、スカフォールドの塩基配列としては、配列番号１に示す塩基配列のバリアント配列も挙げられる。すなわち、スカフォールドは、配列番号１に示す塩基配列またはそのバリアント配列を有していてよい。「塩基配列を有する」とは、特記しない限り、当該塩基配列を含むことを意味し、当該塩基配列からなる場合も包含される。バリアント配列としては、配列番号１に示す塩基配列に対し８０％以上、８５％以上、９０％以上、９５％以上、９７％以上、９８％以上、または９９％以上の配列同一性を有する塩基配列も挙げられる。配列同一性は、例えば、BLAST等のアラインメントプログラムにより算出することができる
。

スカフォールドは、４ヘリックスバンドルコイルの第１〜第４のヘリックスをそれぞれ構成する部分配列（すなわち、４ヘリックスバンドルコイルの第１〜第４のヘリックスそれぞれの一方のストランドとなる部分配列）を含む。スカフォールド中の、４ヘリックスバンドルコイルの第１〜第４のヘリックスを構成する部分配列を、それぞれ、「第１〜第４のヘリックス形成部位」ともいう。例えば、配列番号１に示す塩基配列からなるスカフォールドを用いて実施例に記載の４ヘリックスバンドルコイルを形成する場合、配列番号１の、17〜2106位が第１のヘリックス形成部位、2145〜4234位が第２のヘリックス形成部位、4257〜6104位が第３のヘリックス形成部位、6131〜7978位が第４のヘリックス形成部位であってよい。

スカフォールドは、４ヘリックスバンドルコイルの形成の際に、ステイプルとのハイブリダイズにより折り曲げられる。スカフォールド中の折り曲げられる部位を、「スカフォールドクロスオーバ」ともいう。スカフォールドの第１〜第４のヘリックス形成部位は、スカフォールドクロスオーバを介してそれぞれ接続されている。言い換えると、４ヘリックスバンドルコイルの第１〜第４のヘリックスは、スカフォールドクロスオーバを介してそれぞれ接続されている。すなわち、スカフォールドクロスオーバは、スカフォールドの部分配列であって、スカフォールドの第１〜第４のヘリックス形成部位を接続する（すなわち、４ヘリックスバンドルコイルの第１〜第４のヘリックスを接続する）部分配列であってよい。スカフォールドクロスオーバは、ステイプルとハイブリダイズしていない一本鎖領域を含んでいてよい。少なくとも、ハンドルとハイブリダイズするスカフォールドクロスオーバは、ハンドルがハイブリダイズするための一本鎖領域を含む。スカフォールドクロスオーバは、特に、ステイプルとハイブリダイズしていない一本鎖領域からなるものであってよい。すなわち、スカフォールドクロスオーバは、特に、スカフォールドの部分配列であって、スカフォールドの第１〜第４のヘリックス形成部位を接続し（すなわち、４ヘリックスバンドルコイルの第１〜第４のヘリックスを接続し）且つ、ステイプルとハイブリダイズしていない部分配列であってもよい。例えば、配列番号１に示す塩基配列からなるスカフォールドを用いて実施例に記載の４ヘリックスバンドルコイルを形成する場合、配列番号１の、2107〜2144位が第１と第２のヘリックス形成部位間のスカフォールドクロスオーバ、4235〜4256位が第２と第３のヘリックス形成部位間のスカフォールドクロスオーバ、6105〜6130位が第３と第４のヘリックス形成部位間のスカフォールドクロスオーバ、7979〜8064位と1〜16位が第４と第１のヘリックス形成部位間のスカフォールドク
ロスオーバであってよい。なお、線状スカフォールドの場合、当該線状スカフォールドを環状にしたと仮定した場合に上記のスカフォールドクロスオーバの条件を満たす部位を「スカフォールドクロスオーバ」とみなしてよい。

スカフォールドクロスオーバの位置は、所望のデバイス構造が得られる限り、特に制限されない。コイル構造は、その両端にスカフォールドクロスオーバを有する。コイル構造は、さらに、その内部にスカフォールドクロスオーバを有していてもよく、いなくてもよい。コイル構造は、特に、その両端にのみスカフォールドクロスオーバを有していてよい。コイル構造は、特に、均一なコイル構造の形成の観点から、その両端にのみスカフォールドクロスオーバを有していてよい。コイル構造は、具体的には、その一方の端部に第１と第４のヘリックスを接続するスカフォールドクロスオーバと第２と第３のヘリックスを接続するスカフォールドクロスオーバを、その他方の端部に第１と第２のヘリックスを接続するスカフォールドクロスオーバと第３と第４のヘリックスを接続するスカフォールドクロスオーバを、それぞれ有していてよい。

「ステイプル」とは、コイル構造を形成する際にスカフォールドを架橋する分子を意味してよい。ステイプルは、１本鎖オリゴヌクレオチドである。ステイプルは、通常、線状であってよい。すなわち、ステイプルは、通常、線状１本鎖オリゴヌクレオチドであってよい。ステイプルは、具体的には、スカフォールドと相補的なオリゴヌクレオチドである。すなわち、ステイプルは、スカフォールドと相補的な塩基配列を含む。ステイプルは、特に、スカフォールドと相補的な塩基配列からなるものであってよい。

ステイプルは、スカフォールドの少なくとも２つの部分配列に相補的である。「ステイプルがスカフォールドの少なくとも２つの部分配列に相補的である」とは、塩基配列がスカフォールドの少なくとも２つの部分配列にそれぞれ相補的な部分配列を含むことを意味する。ステイプルは、スカフォールドの２つ、３つ、または４つの部分配列に相補的であってよい。ステイプルは、特に、スカフォールドの２つまたは３つの部分配列に相補的であってよい。ステイプルは、さらに特には、スカフォールドの３つの部分配列に相補的であってよい。「スカフォールドの少なくとも２つの部分配列」とは、スカフォールドの第１〜第４のヘリックス形成部位から選択される少なくとも２つ（例えば２つ、３つ、または４つ）のヘリックス形成部位中の部分配列を意味する。当該少なくとも２つ（例えば２つ、３つ、または４つ）のヘリックス形成部位は、隣接するヘリックス形成部位の組み合わせであれば、特に制限されない。「或るヘリックス形成部位と隣接するヘリックス形成部位」とは、４ヘリックスバンドルコイルにおいて当該或るヘリックス形成部位と隣接するヘリックス形成部位を意味する。すなわち、第１のヘリックス形成部位は第２と第４のヘリックス形成部位に、第２のヘリックス形成部位は第３と第１のヘリックス形成部位に、第３のヘリックス形成部位は第４と第２のヘリックス形成部位に、第４のヘリックス形成部位は第１と第３のヘリックス形成部位に、それぞれ隣接してよい。ステイプル中の、スカフォールドの部分配列に相補的な各部分配列を、「ハイブリダイズ部位」ともいう。すなわち、ステイプルは、少なくとも２つ（例えば２つ、３つ、または４つ）のハイブリダイズ部位を含む。ステイプルは、特に、少なくとも２つ（例えば２つ、３つ、または４つ）のハイブリダイズ部位からなるものであってよい。すなわち、ステイプルは、スカフォールドとハイブリダイズしないヌクレオチド残基を含まなくてよい。

ステイプルの各ハイブリダイズ部位は、それと相補的なスカフォールドの部分配列にハイブリダイズできる。ステイプルがスカフォールドの少なくとも２つの部分配列（すなわち、スカフォールドの第１〜第４のヘリックス形成部位から選択される少なくとも２つのヘリックス形成部位中の部分配列）にハイブリダイズすることにより、当該少なくとも２つのヘリックス形成部位が架橋され、以て当該少なくとも２つのヘリックス形成部位が束ねられる、すなわち、当該少なくとも２つのヘリックス形成部位をそれぞれ含むヘリックスが束ねられる。具体的には、例えば、ステイプルがスカフォールドの第１〜第３のヘリックス形成部位中の部分配列に相補的なハイブリダイズ部位を含む場合、ステイプルによってスカフォールドの第１〜第３のヘリックス形成部位が架橋され、以てスカフォールド
の第１〜第３のヘリックス形成部位が束ねられる、すなわち、コイル構造の第１〜第３のヘリックスが束ねられる。ステイプルによる架橋部位を、「ステイプルクロスオーバ」ともいう。

ステイプルの長さは、所望のデバイス構造が得られる限り、特に制限されない。ステイプルの長さは、例えば、１０残基以上、１５残基以上、２０残基以上、２５残基以上、３０残基以上、３５残基以上、または４０残基以上であってもよく、１００残基以下、９０残基以下、８０残基以下、７０残基以下、６０残基以下、５０残基以下、４５残基以下、４０残基以下、３５残基以下、または３０残基以下であってもよく、それらの矛盾しない組み合わせであってもよい。ステイプルの長さは、具体的には、例えば、１０〜１００残基、１０〜６０残基、２０〜５０残基、２５〜４０残基、または３０〜３５残基であってもよい。ステイプルの長さは、特に、３２残基であってもよい。ステイプルの長さは、例えば、全ステイプルの内の８０％以上、８５％以上、９０％以上、９５％以上、９７％以上、９８％以上、９９％以上、または１００％のステイプルに共通であってよい。

ステイプル中の各ハイブリダイズ部位の長さは、所望のデバイス構造が得られる限り、特に制限されない。ステイプル中の各ハイブリダイズ部位の長さは、例えば、５残基以上、７残基以上、１０残基以上、１５残基以上、または２０残基以上であってもよく、５０残基以下、４５残基以下、４０残基以下、３５残基以下、３０残基以下、２５残基以下、２０残基以下、１５残基以下、１０残基以下、または７残基以下であってもよく、それらの矛盾しない組み合わせであってもよい。ステイプル中の各ハイブリダイズ部位の長さは、具体的には、例えば、５〜２０残基、５〜１５残基、または５〜１０残基であってもよく、５〜５０残基、１０〜３０残基、または１５〜２０残基であってもよい。ステイプルは、例えば、同一の長さの少なくとも２つ（例えば２つ、３つ、または４つ）のハイブリダイズ部位を含んでいてもよく、そうでなくてもよい。ステイプルは、例えば、短いハイブリダイズ部位と長いハイブリダイズ部位を含むものであってもよい。ステイプルは、具体的には、例えば、短いハイブリダイズ部位２つと長いハイブリダイズ部位１つを含むものであってもよい。ステイプルは、より具体的には、例えば、５〜２０残基、５〜１５残基、または５〜１０残基のハイブリダイズ部位２つと５〜５０残基、１０〜３０残基、または１５〜２０残基のハイブリダイズ部位１つを含むものであってもよい。ステイプル中の各ハイブリダイズ部位の長さは、特に、８残基または１６残基であってもよい。ステイプルは、特に、８残基のハイブリダイズ部位２つと１６残基のハイブリダイズ部位１つを含むものであってもよい。ステイプル中の各ハイブリダイズ部位の長さは、例えば、全ステイプルの内の８０％以上、８５％以上、９０％以上、９５％以上、９７％以上、９８％以上、９９％以上、または１００％のステイプルに共通であってよい。

ステイプルの種類数は、所望のデバイス構造が得られる限り、特に制限されない。ステイプルの種類数は、スカフォールドの塩基配列や長さ、ステイプルの長さ等の諸条件に応じて適宜設定できる。ステイプルの種類数は、例えば、ステイプルの種類数＝スカフォールドの第１〜第４のヘリックス形成部位の長さの合計／ステイプルの長さとして設定されてよい。ステイプルの種類数は、例えば、１００以上、１５０以上、２００以上、または２５０以上であってもよく、５００以下、４００以下、３００以下、２５０以下、２００以下、または１５０以下であってもよく、それらの矛盾しない組み合わせであってもよい。ステイプルの種類数は、具体的には、例えば、２００〜３００であってもよい。

ステイプルは、後述するような４ヘリックスバンドルコイルを形成するための周期性が得られるように設計することができる。

ステイプルは、例えば、cadnanoを利用して設計することができる。

スカフォールドとステイプルとのハイブリダイズの程度は、所望のデバイス構造が得られる限り、特に制限されない。スカフォールドにおけるステイプルとハイブリダイズするヌクレオチド残基（ステイプルと２本鎖を形成するヌクレオチド残基）の比率は、例えば、スカフォールドの全ヌクレオチド残基に対して、８０％以上、８５％以上、９０％以上、９５％以上、９７％以上、９８％以上、または９９％以上であってよく、且つ１００％未満である。スカフォールドにおけるステイプルとハイブリダイズするヌクレオチド残基（ステイプルと２本鎖を形成するヌクレオチド残基）の比率は、例えば、スカフォールドクロスオーバを除くスカフォールドの全ヌクレオチド残基に対して、８０％以上、８５％以上、９０％以上、９５％以上、９７％以上、９８％以上、９９％以上、または１００％であってよい。

４ヘリックスバンドルコイルは、例えば、ステイプルによるスカフォールドの架橋（すなわち、ステイプルとのハイブリダイズによるスカフォールドの架橋）をヌクレオチドの二重螺旋の周期性と異なる周期性で実施することにより、形成することができる。

すなわち、ステイプルによるスカフォールドの架橋は、ヌクレオチドの二重螺旋の周期性と異なる周期性で実施されてよい。ヌクレオチドの二重螺旋の周期性（具体的には、２本鎖DNAの周期性）は１０．５残基で３６０度である。よって、ステイプルによるスカフ
ォールドの架橋周期は、例えば、１０．５残基の整数倍以外の周期（具体的には、２１残基の整数倍以外の周期）であってよい。ステイプルによるスカフォールドの架橋周期は、具体的には、例えば、３２残基であってよい。「ステイプルによるスカフォールドの架橋周期が３２残基である」とは、スカフォールドが３２残基ごとにステイプルによって架橋されていることを意味する。なお、架橋周期は、特記しない限り、ステイプルの残基数を基準とするものとする。すなわち、スカフォールドはヌクレオチドの挿入および／または欠失を含んでいてよいため、スカフォールドの残基数を基準とする架橋周期は、上記例示したステイプルの残基数を基準とする架橋周期の数値とは異なる場合がある。すなわち、例えば、スカフォールドの或るヘリックス形成部位が３２残基ごとに２残基のヌクレオチドの挿入または欠失を含み、且つ架橋周期が３２残基である場合、スカフォールドの当該或るヘリックス形成部位は３４残基または３０残基ごとに他のヘリックス形成部位（具体的には、隣接するヘリックス形成部位）と架橋されてよい。具体的には、例えば、スカフォールドの第１と第２のヘリックス形成部位が３２残基ごとに２残基のヌクレオチドの挿入を含み、スカフォールドの第３と第４のヘリックス形成部位が３２残基ごとに２残基のヌクレオチドの欠失を含み、且つ架橋周期が３２残基である場合、スカフォールドの第１と第２のヘリックス形成部位は３４残基の周期で架橋され、スカフォールドの第３と第４のヘリックス形成部位は３０残基の周期で架橋され、スカフォールドの第１と第４のヘリックス形成部位は第１のヘリックス形成部位３４残基に対し第４のヘリックス形成部位３０残基の周期で架橋され、スカフォールドの第２と第３のヘリックス形成部位は第２のヘリックス形成部位３４残基に対し第３のヘリックス形成部位３０残基の周期で架橋されてよい。

スカフォールドは、ヌクレオチド残基の挿入および／または欠失を含んでいてよい。「スカフォールドがヌクレオチド残基の挿入または欠失を含む」とは、ステイプルに対してスカフォールドのヌクレオチド残基数が多いまたは少ないことを意味する。すなわち、「スカフォールドがヌクレオチド残基の挿入を含む」とは、スカフォールドとステイプルのハイブリダイズ時に、スカフォールドとステイプルとのハイブリダイズ部位において、スカフォールドがステイプルと結合していない余分なヌクレオチド残基を含むことを意味してよい。また、「スカフォールドがヌクレオチド残基の欠失を含む」とは、スカフォールドとステイプルのハイブリダイズ時に、スカフォールドとステイプルとのハイブリダイズ部位において、ステイプルがスカフォールドと結合していない余分なヌクレオチド残基を含むことを意味してよい。

スカフォールドは、例えば、少なくとも１つのヘリックス形成部位にヌクレオチド残基の挿入を含んでいてよい。スカフォールドは、特に、２つのヘリックス形成部位にヌクレオチド残基の挿入を含んでいてよい。また、スカフォールドは、例えば、少なくとも１つのヘリックス形成部位にヌクレオチド残基の欠失を含んでいてよい。スカフォールドは、特に、２つのヘリックス形成部位にヌクレオチド残基の欠失を含んでいてよい。スカフォールドは、具体的には、例えば、少なくとも１つのヘリックス形成部位にヌクレオチド残基の挿入を含み、且つ、別の少なくとも１つのヘリックス形成部位にヌクレオチド残基の欠失を含んでいてよい。スカフォールドは、特に、２つのヘリックス形成部位にヌクレオチド残基の挿入を含み、且つ、残りの２つのヘリックス形成部位にヌクレオチド残基の欠失を含んでいてよい。スカフォールドは、さらに特には、隣接する２つのヘリックス形成部位にヌクレオチド残基の挿入を含み、且つ、残りの２つのヘリックス形成部位にヌクレオチド残基の欠失を含んでいてよい。

スカフォールドは、周期的にヌクレオチド残基の挿入および／または欠失を含んでいてよい。スカフォールドにおけるヌクレオチド残基の挿入および／または欠失の周期は、所望のデバイス構造が得られる限り、特に制限されない。ヌクレオチド残基の挿入または欠失の周期は、例えば、１６残基以上、２４残基以上、または３２残基以上であってよく、１００残基以下、７０残基以下、５０残基以下、または４０残基以下であってもよく、それらの矛盾しない組み合わせであってもよい。ヌクレオチド残基の挿入または欠失の周期は、具体的には、例えば、１６〜１００残基、１６〜５０残基、または２４〜４０残基であってもよい。ヌクレオチド残基の挿入または欠失の周期は、特に、３２残基周期であってもよい。なお、ヌクレオチド残基の挿入または欠失の周期は、特記しない限り、ステイプルの残基数を基準とするものとする。例えば、スカフォールドが３２残基ごとに２残基のヌクレオチドの挿入または欠失を含む場合、スカフォールド上でのヌクレオチド残基の挿入または欠失の周期は、それぞれ、３４残基または３０残基になる。

挿入または欠失するヌクレオチド残基の数は、所望のデバイス構造が得られる限り、特に制限されない。挿入または欠失するヌクレオチド残基の数は、例えば、１周期あたり、１残基以上、２残基以上、３残基以上、４残基以上、または５残基以上であってもよく、１０残基以下、９残基以下、８残基以下、７残基以下、６残基以下、５残基以下、４残基以下、３残基以下、２残基以下であってもよく、それらの矛盾しない組み合わせであってもよい。挿入または欠失するヌクレオチド残基の数は、具体的には、例えば、１周期あたり、１〜３残基であってもよい。挿入または欠失するヌクレオチド残基の数は、特に、１周期あたり、２残基であってもよい。挿入または欠失するヌクレオチド残基の数は、さらに特には、３２残基あたり、２残基であってもよい。１周期あたり２残基以上のヌクレオチドを挿入または欠失する場合、それらのヌクレオチド残基は、まとめて（すなわち互いに隣接する位置で）挿入または欠失してもよく、そうでなくてもよい。１周期あたり２残基以上のヌクレオチド残基を挿入または欠失する場合、それらのヌクレオチド残基は、特に、まとめて（すなわち互いに隣接する位置で）挿入または欠失してよい。

スカフォールドとステイプルとのハイブリダイズ部位における挿入または欠失するヌクレオチド残基の位置は、所望のデバイス構造が得られる限り、特に制限されない。スカフォールドとステイプルとのハイブリダイズ部位における挿入または欠失するヌクレオチド残基の位置は、例えば、スカフォールドとステイプルとのハイブリダイズ部位の中心（すなわち、ステイプルの各ハイブリダイズ部位の中心）であってよい。具体的には、例えば、ステイプルのハイブリダイズ部位の長さが１６残基である場合、スカフォールドとステイプルとのハイブリダイズ部位における挿入または欠失するヌクレオチド残基の位置は、ステイプルの１６残基目と１７残基目の間の位置であってよい。

各ヘリックス（すなわち、第１〜第４のヘリックスのそれぞれ）は、例えば、所定の距離を開けて、ステイプルクロスオーバ、ステイプルの継ぎ目、およびヌクレオチド残基の挿入または欠失を含んでいてよい。各ヘリックスは、具体的には、例えば、所定の距離を開けて、２つのステイプルクロスオーバ（すなわち、隣接する２本のヘリックスとそれぞれ架橋するためのステイプルクロスオーバ）、ステイプルの継ぎ目、およびヌクレオチド残基の挿入または欠失を含んでいてよい。これらの構成要素間の距離は、所望のデバイス構造が得られる限り、特に制限されない。これらの構成要素間の距離は、例えば、４残基以上、５残基以上、６残基以上、７残基以上、８残基以上、９残基以上、１０残基以上、１２残基以上、または１５残基以上であってもよく、２４残基以下、２０残基以下、１５残基以下、１２残基以下、１０残基以下、９残基以下、８残基以下、７残基以下、または６残基以下であってもよく、それらの矛盾しない組み合わせであってもよい。これらの構成要素間の距離は、例えば、４〜２４残基、５〜１５残基、または６〜１０残基であってもよい。これらの構成要素間の距離は、特に、８残基であってよい。すなわち、各ヘリックスは、特に、８残基ごとに、２つのステイプルクロスオーバ、ステイプルの継ぎ目、およびヌクレオチド残基の挿入または欠失を含んでいてよい。なお、これらの構成要素間の距離は、特記しない限り、ステイプルの残基数を基準とするものとする。これらの構成要素の順番は、所望のデバイス構造が得られる限り、特に制限されない。例えば、隣接する２つのヘリックス形成部位が同一位置にヌクレオチド残基の挿入を含む場合、当該２つのヘリックス形成部位を架橋するステイプルクロスオーバとヌクレオチド残基の挿入の位置との距離は、特に、ステイプルの残基数を基準として１６残基であってよい。また、例えば、隣接する２つのヘリックス形成部位が同一位置にヌクレオチド残基の欠失を含む場合、当該２つのヘリックス形成部位を架橋するステイプルクロスオーバとヌクレオチド残基の欠失の位置との距離は、特に、ステイプルの残基数を基準として１６残基であってよい。

隣接する２つのヘリックス形成部位を架橋するステイプルクロスオーバの位置は、例えば、残りの２つのヘリックス形成部位の一方または両方におけるステイプルの継ぎ目の位置と同一であってよい。隣接する２つのヘリックス形成部位を架橋するステイプルクロスオーバの位置は、特に、残りの２つのヘリックス形成部位におけるステイプルの継ぎ目の位置と同一であってよい。隣接する２つのヘリックス形成部位がヌクレオチド残基の挿入を含む場合、当該２つのヘリックス形成部位におけるヌクレオチド残基の挿入の位置は、同一であってもよく、そうでなくてもよい。隣接する２つのヘリックス形成部位がヌクレオチド残基の挿入を含む場合、当該２つのヘリックス形成部位におけるヌクレオチド残基の挿入の位置は、特に、同一であってよい。隣接する２つのヘリックス形成部位がヌクレオチド残基の欠失を含む場合、当該２つのヘリックス形成部位におけるヌクレオチド残基の欠失の位置は、同一であってもよく、そうでなくてもよい。隣接する２つのヘリックス形成部位がヌクレオチド残基の欠失を含む場合、当該２つのヘリックス形成部位におけるヌクレオチド残基の欠失の位置は、特に、同一であってよい。なお、「或る構成要素が２つのヘリックス形成部位において同一の位置にある」とは、当該或る構成要素が２つのヘリックス形成部位においてスカフォールドの延在方向（すなわち、コイル構造の延在方向）と直交する単一の平面上に位置することを意味してよい。

スカフォールドとステイプルのハイブリダイズによるコイル構造の形成は、DNAオリガ
ミ技術を利用して実施することができる。スカフォールドとステイプルのハイブリダイズによるコイル構造の形成は、具体的には、例えば、特開2014-168831の記載に従って実施
することができる。すなわち、例えば、スカフォールドとステイプルを混合し、高温（例えば８０℃）から低温（例えば２４℃）の範囲で徐々に温度を低下させることにより、コイル構造を形成することができる。

本発明のナノデバイスは、少なくとも１つのハンドルを備える。本発明のナノデバイス
は、例えば、１つまたは２つのハンドルを備えていてよい。本発明のナノデバイスが１つのハンドルを備える場合、当該ハンドルを「第１のハンドル」ともいう。本発明のナノデバイスが２つのハンドルを備える場合、当該ハンドルをそれぞれ「第１および第２のハンドル」ともいう。言い換えると、本発明のナノデバイスは、第１のハンドルを備えていてよい。すなわち、本発明のナノデバイスは、具体的には、コイル構造および第１のハンドルを備えるナノデバイスであってよい。本発明のナノデバイスは、さらに、第２のハンドルを備えていてもよい。また、言い換えると、少なくとも１つのハンドルは、第１のハンドルを含んでいてよい。少なくとも１つのハンドルは、さらに、第２のハンドルを含んでいてよい。少なくとも１つのハンドルは、特に、第１および第２のハンドルからなるものであってよい。本発明のナノデバイスが複数のハンドル（例えば第１および第２のハンドル）を備える場合、下記のハンドルに関する記載は、特記しない限り、複数のハンドルにそれぞれ独立に適用できる。

「ハンドル」とは、スカフォールドクロスオーバに結合（ハイブリダイズ）して用いられる分子を意味してよい。ハンドルは、外からの力をコイル構造に伝達してよい。ハンドルは、具体的には、力の測定対象となる物質からの力をコイル構造に伝達してよい。力の測定対象となる物質を、「測定対象物」ともいう。ハンドルは、特に、アンチハンドルとの組み合わせで、外からの力（具体的には、測定対象物からの力）をコイル構造に伝達してよい。

ハンドルは、１本鎖オリゴヌクレオチドである。ハンドルは、環状であってもよく、線状であってもよい。ハンドルは、特に、線状であってよい。すなわち、ハンドルは、特に、線状１本鎖オリゴヌクレオチドであってよい。ハンドルは、具体的には、スカフォールドと部分的に相補的なオリゴヌクレオチドである。すなわち、ハンドルは、スカフォールドに相補的な塩基配列（すなわちスカフォールドに相補的な部分配列）とスカフォールドに相補的でない塩基配列（すなわちスカフォールドに相補的でない部分配列）を含む。ハンドルは、特に、スカフォールドに相補的な塩基配列とスカフォールドに相補的でない塩基配列からなるものであってよい。

ハンドルは、スカフォールドの少なくとも２つの部分配列に相補的である。「ハンドルがスカフォールドの少なくとも２つの部分配列に相補的である」とは、ハンドルがスカフォールドの少なくとも２つの部分配列にそれぞれ相補的な部分配列を含むことを意味する。ハンドルは、スカフォールドの２つ、３つ、または４つの部分配列に相補的であってよい。ハンドルは、特に、スカフォールドの２つまたは３つの部分配列に相補的であってよい。「スカフォールドの少なくとも２つの部分配列」とは、スカフォールドの第１〜第４のヘリックス形成部位から選択される少なくとも２つ（例えば２つ、３つ、または４つ）のヘリックス形成部位中の部分配列を意味する。当該少なくとも２つ（例えば２つ、３つ、または４つ）のヘリックス形成部位は、隣接するヘリックス形成部位の組み合わせであれば、特に制限されない。ハンドル中の、スカフォールドの部分配列に相補的な各部分配列を、「コイル構造結合部位」ともいう。すなわち、ハンドルは、少なくとも２つ（例えば２つ、３つ、または４つ）のコイル構造結合部位を含む。ハンドルの各コイル構造結合部位は、具体的には、スカフォールドクロスオーバに相補的であってよい。ハンドルの各ハンドル部位は、より具体的には、スカフォールドクロスオーバの一部または全部の塩基配列に相補的であってよい。すなわち、「コイル構造結合部位」とは、具体的には、ハンドル中の、スカフォールドクロスオーバに相補的な部分配列を意味してよい。「コイル構造結合部位」とは、より具体的には、ハンドル中の、スカフォールドクロスオーバの一部または全部の塩基配列に相補的な部分配列を意味してよい。

ハンドルの各コイル構造結合部位は、それと相補的なスカフォールドの部分配列（具体的には、それと相補的なスカフォールドクロスオーバの一部または全部の塩基配列）にハ
イブリダイズできる。ハンドルとスカフォールドのハイブリダイズにより、スカフォールドが架橋されてもよい。

なお、ハンドルの説明において、スカフォールドクロスオーバは、ヘリックス形成部位の一部とみなしてよい。具体的には、スカフォールドクロスオーバを構成するヌクレオチド残基は、それぞれ、当該スカフォールドクロスオーバを介して接続される２つのヘリックス形成部位の内の近い方の一部とみなしてよい。すなわち、例えば、第１と第２のヘリックス形成部位が１００残基のスカフォールドクロスオーバを介して接続されている場合、第１のヘリックス形成部位に近い５０残基のヌクレオチドは第１のヘリックス形成部位の一部として、第２のヘリックス形成部位に近い５０残基のヌクレオチドは第２のヘリックス形成部位の一部として、それぞれみなしてよい。具体的には、例えば、配列番号１の、17〜2106位が第１のヘリックス形成部位、2107〜2144位が第１と第２のヘリックス形成部位間のスカフォールドクロスオーバ、2145〜4234位が第２のヘリックス形成部位である場合、2107〜2125位は第１のヘリックス形成部位の一部として、2126〜2144位は第２のヘリックス形成部位の一部として、それぞれみなしてよい。すなわち、例えば、「ハンドルのコイル構造結合部位が或るヘリックス形成部位に相補的である」とは、ハンドルのコイル構造結合部位が、スカフォールドクロスオーバの、当該或るヘリックス形成部位の一部とみなされる塩基配列に相補的であることを意味してよい。また、例えば、「ハンドルのコイル構造結合部位が或るヘリックス形成部位にハイブリダイズする」とは、ハンドルのコイル構造結合部位が、スカフォールドクロスオーバの、当該或るヘリックス形成部位の一部とみなされる塩基配列にハイブリダイズすることを意味してよい。

ハンドル中の、スカフォールドに相補的でない塩基配列（すなわちスカフォールドに相補的でない部分配列）を、「アンチハンドル結合部位」ともいう。アンチハンドル結合部位は、具体的には、スカフォールドクロスオーバに相補的でない。アンチハンドル結合部位は、より具体的には、スカフォールドクロスオーバの一部または全部の塩基配列に相補的でない。すなわち、「アンチハンドル結合部位」とは、具体的には、ハンドル中の、スカフォールドクロスオーバに相補的でない部分配列を意味してよい。「アンチハンドル結合部位」とは、より具体的には、ハンドル中の、スカフォールドクロスオーバの一部または全部の塩基配列に相補的でない部分配列を意味してよい。

アンチハンドル結合部位は、スカフォールドにハイブリダイズしない。アンチハンドル結合部位は、具体的には、スカフォールドクロスオーバにハイブリダイズしない。アンチハンドル結合部位は、より具体的には、スカフォールドクロスオーバの一部または全部の塩基配列にハイブリダイズしない。すなわち、「アンチハンドル結合部位がスカフォールドに（具体的には、スカフォールドクロスオーバに、より具体的には、スカフォールドクロスオーバの一部または全部の塩基配列に）相補的でない」とは、アンチハンドル結合部位がスカフォールドに（具体的には、スカフォールドクロスオーバに、より具体的には、スカフォールドクロスオーバの一部または全部の塩基配列に）ハイブリダイズしない程度に塩基配列の相補性が低いことを意味してよい。「アンチハンドル結合部位がスカフォールドに（具体的には、スカフォールドクロスオーバに、より具体的には、スカフォールドクロスオーバの一部または全部の塩基配列に）ハイブリダイズしない」とは、スカフォールドとハンドルのハイブリダイズを実施した際に、アンチハンドル結合部位がスカフォールドに（具体的には、スカフォールドクロスオーバに、より具体的には、スカフォールドクロスオーバの一部または全部の塩基配列に）ハイブリダイズするハンドルの量または比率が十分に小さいことを意味してよい。「アンチハンドル結合部位がスカフォールドに（具体的には、スカフォールドクロスオーバに、より具体的には、スカフォールドクロスオーバの一部または全部の塩基配列に）ハイブリダイズしない」とは、例えば、スカフォールドとハンドルのハイブリダイズを実施した際に、スカフォールドにハイブリダイズしたハンドルの総量に対する、アンチハンドル結合部位がスカフォールドに（具体的には、ス
カフォールドクロスオーバに、より具体的には、スカフォールドクロスオーバの一部または全部の塩基配列に）ハイブリダイズしたハンドルの量の比率が、５％以下、２％以下、１％以下、または０％であることを意味してよい。

アンチハンドル結合部位は、当該部位内で分子内二次構造を形成しないようにデザインされてよい。すなわち、アンチハンドル結合部位は、アンチハンドルとの結合に使用されていない場合には１本鎖として存在するようにデザインされてよい。アンチハンドル結合部位は、具体的には、ハンドルとアンチハンドルの結合（ハイブリダイズ）を実施する温度において当該部位内で分子内二次構造を形成しないようにデザインされてよい。「アンチハンドル結合部位が当該部位内で分子内二次構造を形成しない」とは、アンチハンドル結合部位内で分子内二次構造を形成するハンドルの量または比率が十分に小さいことを意味してよい。「アンチハンドル結合部位が当該部位内で分子内二次構造を形成しない」とは、例えば、所定の温度（例えば、ハンドルとアンチハンドルの結合（ハイブリダイズ）を実施する温度）において、ハンドルの総量に対するアンチハンドル結合部位内で分子内二次構造を形成したハンドルの量の比率が、５％以下、２％以下、１％以下、または０％であることを意味してよい。

アンチハンドル結合部位は、コイル構造結合部位と分子内二次構造を形成しないようにデザインされてよい。アンチハンドル結合部位は、具体的には、ハンドルとアンチハンドルの結合（ハイブリダイズ）を実施する温度においてコイル構造結合部位と分子内二次構造を形成しないようにデザインされてよい。「アンチハンドル結合部位がコイル構造結合部位と分子内二次構造を形成しない」とは、アンチハンドル結合部位がコイル構造結合部位と分子内二次構造を形成するハンドルの量または比率が十分に小さいことを意味してよい。「アンチハンドル結合部位がコイル構造結合部位と分子内二次構造を形成しない」とは、例えば、所定の温度（例えば、ハンドルとアンチハンドルの結合（ハイブリダイズ）を実施する温度）において、ハンドルの総量に対するアンチハンドル結合部位がコイル構造結合部位と分子内二次構造を形成したハンドルの量の比率が、５％以下、２％以下、１％以下、または０％であることを意味してよい。

ハンドルの長さは、所望のデバイス構造が得られる限り、特に制限されない。ハンドルの長さは、例えば、２０残基以上、２５残基以上、３０残基以上、３５残基以上、４０残基以上、４５残基以上、５０残基以上、６０残基以上、７０残基以上、８０残基以上、９０残基以上、または１００残基以上であってもよく、２００残基以下、１５０残基以下、１２０残基以下、１００残基以下、９０残基以下、８０残基以下、７０残基以下、６０残基以下、５０残基以下、４５残基以下、４０残基以下、３５残基以下、または３０残基以下であってもよく、それらの矛盾しない組み合わせであってもよい。ハンドルの長さは、具体的には、例えば、２０〜２００残基、３０〜１５０残基、５０〜８０残基、または６０〜７０残基であってもよい。ハンドルの長さは、特に、６４残基であってもよい。

ハンドル中の各コイル構造結合部位の長さは、所望のデバイス構造が得られる限り、特に制限されない。ハンドル中の各コイル構造結合部位の長さは、例えば、５残基以上、７残基以上、１０残基以上、１５残基以上、または２０残基以上であってもよく、５０残基以下、４５残基以下、４０残基以下、３５残基以下、３０残基以下、２５残基以下、２０残基以下、１５残基以下、１０残基以下、または７残基以下であってもよく、それらの矛盾しない組み合わせであってもよい。ハンドル中の各コイル構造結合部位の長さは、具体的には、例えば、５〜２０残基、５〜１５残基、または５〜１０残基であってもよく、５〜５０残基、１０〜３０残基、または１５〜２０残基であってもよい。ハンドルは、例えば、同一の長さの少なくとも２つ（例えば２つ、３つ、または４つ）のコイル構造結合部位を含んでいてもよく、そうでなくてもよい。ハンドルは、例えば、短いコイル構造結合部位と長いコイル構造結合部位を含むものであってもよい。ハンドルは、具体的には、例
えば、短いコイル構造結合部位１つまたは２つと長いコイル構造結合部位１つを含むものであってもよい。

ハンドル中のコイル構造結合部位の合計の長さは、所望のデバイス構造が得られる限り、特に制限されない。ハンドル中のコイル構造結合部位の合計の長さは、例えば、１０残基以上、１５残基以上、２０残基以上、２５残基以上、３０残基以上、または３５残基以上であってもよく、１００残基以下、９０残基以下、８０残基以下、７０残基以下、６０残基以下、５０残基以下、４５残基以下、４０残基以下、３５残基以下、３０残基以下、２５残基以下、２０残基以下、または１５残基以下であってもよく、それらの矛盾しない組み合わせであってもよい。ハンドル中のコイル構造結合部位の合計の長さは、具体的には、例えば、１０〜１００残基、２０〜１００残基、２５〜５０残基、または３０〜３５残基であってもよい。ハンドル中のコイル構造結合部位の合計の長さは、特に、３２残基であってもよい。

ハンドル中のアンチハンドル結合部位の長さは、所望のデバイス構造が得られる限り、特に制限されない。ハンドル中のアンチハンドル結合部位の長さは、例えば、１０残基以上、１５残基以上、２０残基以上、２５残基以上、３０残基以上、または３５残基以上であってもよく、１００残基以下、９０残基以下、８０残基以下、７０残基以下、６０残基以下、５０残基以下、４５残基以下、４０残基以下、３５残基以下、３０残基以下、２５残基以下、２０残基以下、または１５残基以下であってもよく、それらの矛盾しない組み合わせであってもよい。ハンドル中のアンチハンドル結合部位の長さは、具体的には、例えば、１０〜１００残基、２０〜１００残基、２５〜５０残基、または３０〜３５残基であってもよい。ハンドル中のアンチハンドル結合部位の長さは、特に、３２残基であってもよい。

ハンドルは、コイル構造に結合している。ハンドルは、具体的には、コイル構造の端部に結合していてよい。本発明のナノデバイスが２つのハンドル（例えば第１および第２のハンドル）を備える場合、それらのハンドルは、それぞれ、コイル構造の別の端部に結合していてよい。すなわち、第１のハンドルは、コイル構造の一方の端部に結合していてよい。また、第２のハンドルは、コイル構造の他方の端部に結合していてよい。ハンドルは、スカフォールドとハイブリダイズすることにより、コイル構造に結合している。ハンドルは、具体的には、そのコイル構造結合部位がスカフォールドとハイブリダイズすることにより、コイル構造に結合している。ハンドルは、コイル構造の端部に少なくとも２本のヘリックスにまたがるように結合している。すなわち、ハンドル（具体的には、そのコイル構造結合部位）は、コイル構造の端部において、スカフォールドの少なくとも２つのヘリックス形成部位（スカフォールドクロスオーバを構成する部分も含む）とハイブリダイズしている。ハンドルは、コイル構造の端部に、２本、３本、または４本のヘリックスにまたがるように結合していてよい。すなわち、ハンドル（具体的には、そのコイル構造結合部位）は、コイル構造の端部において、スカフォールドの２つ、３つ、または４つのヘリックス形成部位（スカフォールドクロスオーバを構成する部分も含む）とハイブリダイズしていてよい。或るハンドル（例えば第１のハンドル）は、例えば、第１と第４のヘリックスまたは第１と第３と第４のヘリックスに結合していてよい。別のハンドル（例えば第２のハンドル）は、例えば、第２と第３のヘリックスまたは第２と第３と第４のヘリックスに結合していてよい。ハンドル（具体的には、そのコイル構造結合部位）は、具体的には、コイル構造の端部に位置するスカフォールドクロスオーバにハイブリダイズしていてよい。すなわち、「ハンドルがコイル構造の端部においてスカフォールドの少なくとも２つのヘリックス形成部位とハイブリダイズする」とは、ハンドルの少なくとも２つのコイル構造結合部位が、コイル構造の端部に位置するスカフォールドクロスオーバの、当該少なくとも２つのヘリックス形成部位の一部とみなされる塩基配列にそれぞれハイブリダイズすることを意味してよい。具体的には、例えば、「ハンドルがコイル構造の端部にお
いてスカフォールドの第１と第４のヘリックス形成部位とハイブリダイズする」とは、ハンドルの２つのコイル構造結合部位が、コイル構造の端部に位置するスカフォールドクロスオーバの、第１のヘリックス形成部位の一部とみなされる塩基配列と第４のヘリックス形成部位の一部とみなされる塩基配列にそれぞれハイブリダイズすることを意味してよい。ハンドルが少なくとも２本のヘリックスに結合することにより、例えば、６０ｐＮ等の後述するような強度の力の測定にも耐えるナノデバイスが得られる。

ハンドルは、アンチハンドル結合部位がコイル構造結合部位中に挿入されないように構成されてよい。すなわち、ハンドルは、全てのコイル構造結合部位がハンドル中に連続して配置されるように構成されてよい。

ハンドルは、例えば、cadnanoを利用して設計することができる。

本発明のナノデバイスは、さらに、少なくとも１つのアンチハンドルを備えていてもよい。本発明のナノデバイスは、例えば、１つまたは２つのアンチハンドルを備えていてよい。第１のハンドルに対応する（すなわち第１のハンドルのアンチハンドル結合部位に結合する）アンチハンドルを、「第１のアンチハンドル」ともいう。第２のハンドルに対応する（すなわち第２のハンドルのアンチハンドル結合部位に結合する）アンチハンドルを、「第２のアンチハンドル」ともいう。すなわち、本発明のナノデバイスは、第１のアンチハンドルを備えていてよい。具体的には、本発明のナノデバイスが第１のハンドルを備える場合に、本発明のナノデバイスは、第１のアンチハンドルを備えていてよい。また、本発明のナノデバイスは、第２のアンチハンドルを備えていてよい。具体的には、本発明のナノデバイスが第２のハンドルを備える場合に、本発明のナノデバイスは、第２のアンチハンドルを備えていてよい。すなわち、本発明のナノデバイスは、第１および／または第２のアンチハンドルを備えていてよい。また、言い換えると、少なくとも１つのアンチハンドルは、第１および／または第２のアンチハンドルを含んでいてよい。少なくとも１つのアンチハンドルは、特に、第１および第２のアンチハンドルからなるものであってよい。本発明のナノデバイスが複数のハンドル（例えば第１および第２のハンドル）を備える場合、本発明のナノデバイスは、複数のアンチハンドル（例えば第１および第２のアンチハンドル）を備えていてもよく、そうでなくてもよい。すなわち、本発明のナノデバイスが複数のハンドル（例えば第１および第２のハンドル）を備える場合、本発明のナノデバイスは、例えば、複数のハンドルの一部に対応するアンチハンドルのみを備えていてもよく、複数のハンドルの全てに対応するアンチハンドルを備えていてもよい。例えば、本発明のナノデバイスが第１および第２のハンドルを備える場合、本発明のナノデバイスは、第１および／または第２のアンチハンドルを備えていてよい。本発明のナノデバイスが複数のアンチハンドル（例えば第１および第２のアンチハンドル）を備える場合、下記のアンチハンドルに関する記載は、特記しない限り、複数のアンチハンドルにそれぞれ独立に適用できる。

「アンチハンドル」とは、ハンドルのアンチハンドル結合部位に結合（ハイブリダイズ）して用いられる分子を意味してよい。アンチハンドルは、外からの力をハンドルに伝達してよい。アンチハンドルは、具体的には、測定対象物からの力をハンドルに伝達してよい。アンチハンドルは、特に、ハンドルとの組み合わせで、外からの力（具体的には、測定対象物からの力）をコイル構造に伝達してよい。

アンチハンドルは、１本鎖オリゴヌクレオチドである。アンチハンドルは、環状であってもよく、線状であってもよい。アンチハンドルは、特に、線状であってよい。すなわち、アンチハンドルは、特に、線状１本鎖オリゴヌクレオチドであってよい。アンチハンドルは、具体的には、ハンドルのアンチハンドル結合部位に相補的なオリゴヌクレオチドである。すなわち、アンチハンドルは、ハンドルのアンチハンドル結合部位に相補的な塩基
配列を含む。アンチハンドルは、特に、ハンドルのアンチハンドル結合部位に相補的な塩基配列からなるものであってよい。アンチハンドル中の、ハンドルのアンチハンドル結合部位に相補的な塩基配列を、「ハンドル結合部位」ともいう。アンチハンドルのハンドル結合部位は、具体的には、ハンドルのアンチハンドル結合部位の一部または全部の塩基配列に相補的であってよい。すなわち、「ハンドル結合部位」とは、具体的には、アンチハンドル中の、ハンドルのアンチハンドル結合部位の一部または全部の塩基配列に相補的な塩基配列を意味してよい。

アンチハンドルは、対象物に対する結合性を有する物質で修飾されている。対象物は、特に制限されない。対象物としては、力の測定対象となる物質（すなわち測定対象物）が挙げられる。対象物に対する結合性を有する物質を、「対象物結合物質」ともいう。すなわち、アンチハンドルは、言い換えると、対象物結合物質で修飾された１本鎖オリゴヌクレオチドである。また、アンチハンドルは、言い換えると、１本鎖オリゴヌクレオチドで修飾された対象物結合物質でもある。また、アンチハンドルは、言い換えると、１本鎖オリゴヌクレオチドと対象物結合物質とを備える分子でもある。対象物結合物質は、１本鎖オリゴヌクレオチドの末端に結合していてよい。対象物結合物質は、本発明のナノデバイスの利用目的や対象物の種類等の諸条件に応じて、適宜選択できる。対象物結合物質としては、ビオチン；細胞接着性ペプチド等のペプチド；抗体やビオチン結合タンパク質等のタンパク質が挙げられる。細胞接着性ペプチドとしては、RGDモチーフを持つペプチドが
挙げられる。ビオチン結合タンパク質としては、アビジン、ストレプトアビジン、ニュートラビジンが挙げられる。ビオチンは、ビオチン結合タンパク質を備える対象物に対して結合性を有する。ビオチン結合タンパク質は、ビオチンを備える対象物に対して結合性を有する。細胞接着性ペプチドは、細胞等のインテグリンを備える対象物に対して結合性を有する。抗体は、対応するエピトープを備える対象物に対して結合性を有する。

アンチハンドルは、本来的に１本鎖オリゴヌクレオチドと対象物結合物質とを備える分子であってもよく、１本鎖オリゴヌクレオチドと対象物結合物質とを備えるようにデザインされた分子であってもよい。例えば、ハンドル結合部位を有しない対象物結合物質にハンドル結合部位を含む１本鎖オリゴヌクレオチドを付加することによりアンチハンドルを製造してもよい。

アンチハンドルのハンドル結合部位の長さは、所望の結合強度が得られる限り、特に制限されない。アンチハンドルのハンドル結合部位の長さは、例えば、１０残基以上、１５残基以上、２０残基以上、２５残基以上、３０残基以上、または３５残基以上であってもよく、１００残基以下、９０残基以下、８０残基以下、７０残基以下、６０残基以下、５０残基以下、４５残基以下、４０残基以下、３５残基以下、３０残基以下、２５残基以下、２０残基以下、または１５残基以下であってもよく、それらの矛盾しない組み合わせであってもよい。アンチハンドルのハンドル結合部位の長さは、具体的には、例えば、１０〜１００残基、２０〜１００残基、２５〜５０残基、または３０〜３５残基であってもよい。アンチハンドルのハンドル結合部位の長さは、特に、３２残基であってもよい。

スカフォールド、ステイプル、ハンドル、およびアンチハンドルは、いずれも、任意のポリヌクレオチドまたはオリゴヌクレオチドであってよい。すなわち、スカフォールド、ステイプル、ハンドル、およびアンチハンドルは、いずれも、リン酸、糖、および塩基が一つずつ結合した「ヌクレオチド」が縮合重合し「ポリヌクレオチド」または「オリゴヌクレオチド」を形成したものであれば、任意のものであってよい。糖は、デオキシリボースであってもよく、リボースであってもよく、それ以外の糖であってもよい。すなわち、スカフォールド、ステイプル、ハンドル、およびアンチハンドルは、いずれも、例えば、DNAであってもよく、RNAであってもよく、BNA等の人工核酸であってもよく、DNAとRNAの
キメラ配列等のそれらのキメラ配列であってもよい。スカフォールド、ステイプル、ハン
ドル、およびアンチハンドルは、いずれも、特に、DNAであってよい。なお、RNAにおける「U」塩基とDNAにおける「T」塩基は、配列同一性の算出の際に同一塩基とみなしてよい
。

スカフォールド、ステイプル、ハンドル、およびアンチハンドル等の、本発明のナノデバイスの構成要素は、いずれも、適宜、修飾がなされていてよい。修飾としては、本発明のナノデバイスの伸縮（具体的にはコイル構造の伸縮）を測定するために利用することができる修飾が挙げられる。修飾として、具体的には、蛍光分子等の検出用ラベルの付加が挙げられる。蛍光分子としては、Cy3が挙げられる。検出用ラベルの付加等の修飾の態様
は、本発明のナノデバイスの伸縮（具体的にはコイル構造の伸縮）の測定手段等の諸条件に応じて、適宜選択できる。例えば、ステイプルが検出用ラベル等の修飾を有していてもよく、ハンドルが検出用ラベル等の修飾を有していてもよく、アンチハンドルが検出用ラベル等の修飾を有していてもよい。ステイプルは、例えば、コイル構造が周期的に検出用ラベル等の修飾を有するように修飾されていてもよい。ステイプルは、例えば、コイル構造が１２８残基周期で検出用ラベル等の修飾を有するように修飾されていてもよい。本発明のナノデバイスが複数個の検出用ラベルを有するように修飾を実施することにより、例えば、高感度での検出が可能となり得る。修飾は、例えば、１本鎖オリゴヌクレオチドの末端になされていてよい。

本発明のナノデバイスは、スカフォールド、ステイプル、ハンドル、およびアンチハンドル等の、本発明のナノデバイスの構成要素を結合（ハイブリダイズ）することにより、製造することができる。本発明のナノデバイスの構成要素の結合（ハイブリダイズ）順序は、所望のデバイス構造が得られる限り、特に制限されない。本発明のナノデバイスの構成要素は、例えば、一部または全部をまとめて結合してもよく、順次結合してもよい。例えば、予めコイル構造を形成し、コイル構造にハンドルやアンチハンドル等の他の構成要素を結合してもよい。また、例えば、全ての構成要素が共存した状態でハイブリダイズを実施することにより、それらをまとめて結合してもよい。ハイブリダイズの条件については、上述したスカフォールドとステイプルのハイブリダイズによるコイル構造の形成についての記載を準用できる。製造された本発明のナノデバイスは、適宜、分離精製して使用してよい。

本発明のナノデバイスは、力の測定に利用することができる。力の測定については、後述する本発明の方法についての記載を準用できる。

また、本発明は、コイル構造および少なくとも１つのハンドルを含むセットを提供する。同セットは、さらに、少なくとも１つのアンチハンドルを含んでいてもよい。また、本発明は、コイル構造および／またはアンチハンドルと併用するためのハンドルを提供する。また、本発明は、ハンドルおよび／またはアンチハンドルと併用するためのコイル構造を提供する。また、本発明は、コイル構造および／またはハンドルと併用するためのアンチハンドルを提供する。また、本発明は、力の測定に用いるための、本発明のナノデバイス、コイル構造および少なくとも１つのハンドルを含むセット（例えば、コイル構造、少なくとも１つのハンドル、および少なくとも１つのアンチハンドルを含むセット）、コイル構造および／またはアンチハンドルと併用するためのハンドル、ハンドルおよび／またはアンチハンドルと併用するためのコイル構造、またはコイル構造および／またはハンドルと併用するためのアンチハンドルを提供する。そのようなセットは、例えば、試薬キットとして提供されてよい。そのようなセットは、例えば、力の測定に用いるための試薬キットとして提供されてよい。力の測定については、後述する本発明の方法についての記載を準用できる。コイル構造とハンドルは、結合（ハイブリダイズ）した状態で提供されてもよく、結合（ハイブリダイズ）していない状態で提供されてもよい。コイル構造とハンドルが結合（ハイブリダイズ）していない状態で提供される場合、コイル構造とハンドル
は、それぞれ、結合（ハイブリダイズ）した場合に本発明のナノデバイスが形成されるように構成されていればよい。ハンドルとアンチハンドルは、結合（ハイブリダイズ）した状態で提供されてもよく、結合（ハイブリダイズ）していない状態で提供されてもよい。ハンドルとアンチハンドルが結合（ハイブリダイズ）していない状態で提供される場合、ハンドルとアンチハンドルは、それぞれ、結合（ハイブリダイズ）した場合に本発明のナノデバイスが形成されるように構成されていればよい。

＜２＞本発明のフォースセンサ
本発明のフォースセンサは、本発明のナノデバイスを備えるフォースセンサである。

本発明のフォースセンサは、本発明のナノデバイスを備えること以外は、特に制限されない。本発明のフォースセンサは、本発明のナノデバイスからなるものであってもよく、本発明のナノデバイスに加えて他の構成要素を備えていてもよい。本発明のフォースセンサは、本発明のナノデバイスを備えること以外は、測定する力の種類や測定対象物の種類等の諸条件に応じて適宜設定できる。

本発明のフォースセンサは、力の測定に利用することができる。力の測定については、後述する本発明の方法についての記載を準用できる。

＜３＞本発明の方法
本発明の方法は、本発明のナノデバイスを用いた力の測定方法である。本発明の方法は、具体的には、本発明のナノデバイスにかかる力を測定することを含む、力の測定方法であってよい。本発明のナノデバイスは、例えば、本発明のフォースセンサの形態で用いることができる。

具体的には、第１および第２のハンドルを力の測定対象となる物質（すなわち測定対象物）にそれぞれ結合し、本発明のナノデバイスにかかる力を測定することができる。すなわち、例えば、第１および第２のハンドルを測定対象物ＡおよびＢにそれぞれ結合し、本発明のナノデバイスにかかる力を測定することにより、対象物ＡおよびＢの間に生じる力を測定することができる。すなわち、対象物ＡおよびＢの間に生じる力は、第１および第２のハンドルを測定対象物ＡおよびＢにそれぞれ結合した際の本発明のナノデバイスにかかる力として測定することができる。測定対象物としては、細胞、生体組織、生体成分、それらと相互作用する物質が挙げられる。生体成分としては、細胞内または生体組織内の成分が挙げられる。また、生体成分としては、タンパク質が挙げられる。生体成分として、具体的には、細胞内または生体組織内のタンパク質が挙げられる。細胞、生体組織、または生体成分と相互作用する物質としては、細胞培養皿等の器具が挙げられる。測定対象物ＡおよびＢの組み合わせは、測定する力の種類等の諸条件に応じて適宜設定できる。例えば、測定対象物ＡおよびＢとして細胞を選択することにより、細胞間に生じる力を測定できる。また、例えば、測定対象物ＡおよびＢとして組織を選択することにより、組織間に生じる力を測定できる。また、例えば、測定対象物ＡおよびＢとしてタンパク質等の生体成分を選択することにより、タンパク質等の生体成分間に生じる力を測定できる。また、例えば、測定対象物ＡおよびＢとして細胞と細胞培養皿等の器具をそれぞれ選択することにより、細胞と細胞培養皿等の器具間に生じる力を測定できる。本発明のナノデバイスは、適宜、測定対象物が存在する系に配置して利用することができる。例えば、細胞内の生体成分間に生じる力を測定する場合、例えば、本発明のナノデバイスを細胞内に導入し、測定を実施することができる。ハンドルは、アンチハンドル結合部位を介して測定対象物と結合することができる。すなわち、例えば、測定対象物がハンドル結合部位を有する場合、ハンドルは測定対象物と直接的に結合することができる。その場合、測定対象物はアンチハンドルを兼ねる。あるいは、例えば、アンチハンドルを介してハンドルを対象物と間接的に結合することができる。例えば、ビオチンを備えるアンチハンドルを介して、
ハンドルとビオチン結合タンパク質を備える測定対象物とを結合することができる。また、例えば、細胞接着性ペプチドを備えるアンチハンドルを介して、ハンドルと細胞等のインテグリンを備える測定対象物とを結合することができる。

測定される力は、本発明のナノデバイスを用いて測定可能なものであれば、特に制限されない。測定される力としては、生理的なレンジの力が挙げられる。生理的なレンジの力としては、上記例示したような測定対象物間に生じる力が挙げられる。すなわち、生理的なレンジの力として、具体的には、細胞間に生じる力、組織間に生じる力、タンパク質等の生体成分間に生じる力、細胞と細胞培養皿等の器具間に生じる力が挙げられる。測定される力としては、所定の強度範囲の力が挙げられる。所定の強度範囲は、例えば、１ｐＮ以上、２ｐＮ以上、３ｐＮ以上、５ｐＮ以上、７ｐＮ以上、１０ｐＮ以上、１５ｐＮ以上、２０ｐＮ以上、２５ｐＮ以上、３０ｐＮ以上、３５ｐＮ以上、４０ｐＮ以上、４５ｐＮ以上、または５０ｐＮ以上であってもよく、６０ｐＮ以下、５５ｐＮ以下、５０ｐＮ以下、４５ｐＮ以下、４０ｐＮ以下、３５ｐＮ以下、３０ｐＮ以下、２５ｐＮ以下、または２０ｐＮ以下であってもよく、それらの矛盾しない組み合わせであってもよい。所定の強度範囲は、具体的には、例えば、１〜６０ｐＮ、５〜６０ｐＮ、１０〜６０ｐＮ、２０〜６０ｐＮ、または３０〜６０ｐＮであってもよい。

本発明の方法は、例えば、オリゴリジン−PEGの存在下で実施されてよい。例えば、本
発明のナノデバイスを予めオリゴリジン−PEGでコーティングしてから利用することによ
り、本発明の方法をオリゴリジン−PEGの存在下で実施することができる。本発明の方法
をオリゴリジン−PEGの存在下で実施することにより、例えば、本発明のナノデバイスの
分解が防止される。本発明の方法をオリゴリジン−PEGの存在下で実施することにより、
特に、DNaseが存在する条件における本発明のナノデバイスの分解が防止される。DNaseが存在する条件としては、細胞培養条件が挙げられる。オリゴリジン−PEGにおけるリジン
の残基数は、例えば、２以上、３以上、５以上、６以上、７以上、８以上、９以上、または１０以上であってもよく、２０以下、１５以下、１２以下、１０以下、９以下、８以下、７以下、６以下、または５以下であってもよく、それらの矛盾しない組み合わせであってもよい。オリゴリジン−PEGにおけるリジンの残基数は、具体的には、例えば、２〜２
０、５〜１５、または７〜１２であってもよい。オリゴリジン−PEGにおけるPEG部分の分子量は、例えば、重量平均分子量として、１０００以上、２０００以上、３０００以上、４０００以上、５０００以上、または７０００以上であってもよく、２００００以下、１５０００以下、１００００以下、７０００以下、５０００以下、または４０００以下であってもよく、それらの矛盾しない組み合わせであってもよい。オリゴリジン−PEGにおけ
るPEG部分の分子量は、具体的には、例えば、重量平均分子量として、１０００〜２００
００、２０００〜１５０００、または３０００〜１００００であってもよい。

オリゴリジン−PEGの使用量は、例えば、本発明のナノデバイス中のリン酸基の数に対
するオリゴリジン−PEG中のリジン残基の比率に換算して、２５％以上、５０％以上、７
５％以上、または１００％以上であってもよく、２００％以下、１５０％以下、１２５％以下、または１００％以下であってもよく、それらの矛盾しない組み合わせであってもよい。オリゴリジン−PEGの使用量は、具体的には、例えば、本発明のナノデバイス中のリ
ン酸基の数に対するオリゴリジン−PEG中のリジン残基の比率に換算して、５０〜１００
％であってもよい。

本発明のナノデバイスにかかる力は、本発明のナノデバイスの伸縮（具体的にはコイル構造の伸縮）に基づいて測定することができる。本発明のナノデバイスの伸縮を測定する手段は、特に制限されない。本発明のナノデバイスの伸縮を測定する手段は、測定する力の種類や測定対象物の種類等の諸条件に応じて適宜設定できる。本発明のナノデバイスの伸縮は、例えば、蛍光を利用して測定することができる。すなわち、例えば、蛍光分子の
位置を測定することにより、蛍光分子の位置の変位を測定することができ、以て本発明のナノデバイスの伸縮を測定することができる。蛍光分子の位置は蛍光シグナルの発生位置として測定することができる。具体的には、例えば、M. Iwaki et al. A programmable DNA origami nanospring that reveals force-induced adjacent binding of myosin VI heads. Nature Communications volume 7, Article number: 13715 (2016)に記載の手法により、蛍光スポットの形状変化に基づいて本発明のナノデバイスの伸縮を測定することができる。また、例えば、本発明のナノデバイスの伸縮に伴う蛍光強度の変化に基づき、本発明のナノデバイスの伸縮を測定することができる。すなわち、例えば、測定対象物間の距離の変化（すなわち本発明のナノデバイスの伸縮）に伴い蛍光強度が増大または減少するように構成し、蛍光強度の変化に基づいて本発明のナノデバイスの伸縮を測定することができる。また、本発明のナノデバイスの伸縮は、例えば、直接観察することもできる。具体的には、例えば、コイル構造の変化をクライオ電子顕微鏡等の電子顕微鏡を用いて直接観察することにより、本発明のナノデバイスの伸縮を測定することができる。

以下、非限定的な実施例を参照して、本発明をさらに具体的に説明する。

以下の手順でフォースセンサを製造した。

スカフォールドとして、M13ファージ由来の環状1本鎖DNAを改変した8064 bpの環状1本
鎖DNA（配列番号１）を設計した。ステイプルおよびハンドルを、フリーソフトウェアCaDNAnoを用いて設計した。スカフォールドとステイプルは、第１〜第４のヘリックスが正方格子（square lattice）状に束ねられ、以てコイル構造（４ヘリックスバンドルコイル）が形成されるように構成した（図１）。ステイプルのデザインを図２に示す。ハンドルのデザインを図３に示す。アンチハンドルのデザインを図４に示す。本実施例においては、配列番号１の、17〜2106位が第１のヘリックス形成部位、2107〜2144位が第１と第２のヘリックス形成部位間のスカフォールドクロスオーバ、2145〜4234位が第２のヘリックス形成部位、4235〜4256位が第２と第３のヘリックス形成部位間のスカフォールドクロスオーバ、4257〜6104位が第３のヘリックス形成部位、6105〜6130位が第３と第４のヘリックス形成部位間のスカフォールドクロスオーバ、6131〜7978位が第４のヘリックス形成部位、7979〜8064位と1〜16位が第４と第１のヘリックス形成部位間のスカフォールドクロスオ
ーバである。なお、上述の通り、ハンドルの説明において、スカフォールドクロスオーバは、ヘリックス形成部位の一部とみなしてよい。ハンドルAは、第１と第４のヘリックス
形成部位にハイブリダイズするようにデザインした。ハンドルAは、具体的には、配列番
号１の1〜16位（第１のヘリックス形成部位の一部とみなしてよい）と7979〜7994位（第
４のヘリックス形成部位の一部とみなしてよい）にハイブリダイズするようにデザインした。ハンドルBは、第２と第３のヘリックス形成部位にハイブリダイズするようにデザイ
ンした。ハンドルBは、具体的には、配列番号１の2126〜2144位（第２のヘリックス形成
部位の一部とみなしてよい）と6105〜6117位（第３のヘリックス形成部位の一部とみなしてよい）にハイブリダイズするようにデザインした。ステイプル、ハンドルAとB、およびアンチハンドルAとBを、DNA合成メーカーから購入した。ステイプルの一部（フォースセ
ンサの端から128 bp毎に配置されたステイプル）は、蛍光色素Cy3で5’末端を修飾した形態で購入した。アンチハンドルAは、5’末端をチオール化した形態で購入した。アンチハンドルBは、3’末端をビオチン化した形態で購入した。購入したアンチハンドルAは、架
橋剤であるsmccを介して、細胞接着性のRGDモチーフを有するペプチド（RGDfK）を5’末
端に共有結合させた。

50 nMスカフォールドに対してそれぞれ10倍量（500 nM）のステイプル、ハンドル、お
よびアンチハンドルを混合後、10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, 14 mM MgCl₂条件下にて市販のサーマルサイクラーを用いてアニーリングを行った。アニーリングは、80℃から60℃ま
で2時間かけて冷却し、続けて、60℃から24℃まで24時間かけて冷却することにより行っ
た。得られたナノ構造物は、2％のアガロースゲル電気泳動を行い、凝集した構造物や欠
損のある構造物を分離したのち、最も移動度の大きいシャープなバンドを切り出し、スピンカラムにて精製を行い、フォースセンサを得た。

得られたフォースセンサに対してDNA分解酵素耐性を付与するために、オリゴリジン-ポリエチレングリコール（PEG）コートを施した（図５）。分子量5000でリジン残基を10個
有するPEG（ALAMANDA Polymers）とフォースセンサを、リジン残基の数とフォースセンサ内のリン酸基の数が1:16, 1:8, 1:4, 1:2, 1:1, 2:1, 4:1の比率となるように混合し室温で1分間静置した。アガロースゲル電気泳動にてフォースセンサの移動度を確認し、移動
度の少ない条件（すなわち、電気的に中性付近で、適度にPEGコートされ、センサの凝集
のない条件）を確認した。その結果、特に、上記比率が1:2〜1:1の場合にセンサの凝集を防ぎ、且つDNA分解酵素耐性が得られると期待された（図５）。また、特に、上記比率が4:1の場合にセンサの凝集が認められた（図５）。上記比率が1:2となる条件でPEGコートしたフォースセンサを以下の実験に用いた。

細胞培養皿へのフォースセンサの固定は以下の手順で行った。PBSに溶解した1 mg/mlのビオチン化BSAを培養皿に添加し、1時間室温でコートした。培養皿をPBSで洗い、PBSに溶解した0.2 mg/mlニュートラアビジンを添加し、1時間室温でコートした。培養皿をPBSで
洗い、フォースセンサ200 pMとビオチン化RGDfK 100 nMを添加して、30分間室温でコートし、PBSで培養皿に固定されなかったフォースセンサを洗い流した。固定したフォースセ
ンサの密度を蛍光観察によって確認した（Olympus, IX83; 対物レンズx100; 励起波長,532 nm; 測定波長, 590 nm）（図６）。培養皿にラット新生児の心筋細胞を播種し、37℃、5% CO₂下で24時間の培養を行った。上記観察条件にて心筋細胞に結合したフォースセンサの動態を蛍光観察し、蛍光スポットの形状変化に基づいてフォースセンサの伸縮の有無を確認した。すなわち、心筋細胞が拍動した場合、フォースセンサが培養皿に対して水平方向へ牽引され、以て蛍光スポットの形状変化が生じる。観察の結果、心筋細胞の拍動に合わせたフォースセンサの伸縮が確認された（図６）。

上記のようなフォースセンサは、例えば、生理的なレンジの様々な大きさの力を測定可能である（すなわち、力計測のダイナミックレンジが広い）点で優れている。また、上記のようなフォースセンサは、例えば、センサからの蛍光シグナルが既存のものよりも10倍以上明るいため、力計測の時間分解能および力分解能が既存のセンサよりも高い点で優れている。また、上記のようなフォースセンサは、例えば、光によるセンサの操作が可能である点において、優れている。

＜配列表の説明＞
配列番号１：スカフォールドの塩基配列
配列番号２：ハンドルAの塩基配列
配列番号３：ハンドルBの塩基配列
配列番号４：アンチハンドルAの塩基配列
配列番号５：アンチハンドルBの塩基配列

Claims (34)

1. ナノデバイスであって、
   コイル構造および第１のハンドルを備え、
   前記コイル構造が、スカフォールドおよび複数のステイプルを含み、
   前記スカフォールドが、１本鎖ポリヌクレオチドであり、
   前記ステイプルが、それぞれ、前記スカフォールドに相補的な塩基配列を含む１本鎖オリゴヌクレオチドであり、
   前記第１のハンドルが、前記スカフォールドに相補的な第１の塩基配列と前記スカフォールドに相補的でない第２の塩基配列を含む１本鎖オリゴヌクレオチドであり、
   前記スカフォールドが、前記ステイプルとのハイブリダイズにより架橋され、以て４ヘリックスバンドルコイルを形成しており、
   前記ステイプルによる前記スカフォールドの架橋が、ヌクレオチドの二重螺旋の周期性と異なる周期性で実施され、
   前記第１のハンドルが、前記コイル構造の一方の端部において、前記スカフォールドの少なくとも２つのヘリックス形成部位とハイブリダイズしている、ナノデバイス。
2. さらに、第２のハンドルを備え、
   前記第２のハンドルが、前記スカフォールドに相補的な第１の塩基配列と前記スカフォールドに相補的でない第２の塩基配列を含む１本鎖オリゴヌクレオチドであり、
   前記第２のハンドルが、前記コイル構造の他方の端部において、前記スカフォールドの少なくとも２つのヘリックス形成部位とハイブリダイズしている、請求項１に記載のナノデバイス。
3. 前記スカフォールドが、環状１本鎖ポリヌクレオチドである、請求項１または２に記載のナノデバイス。
4. 前記スカフォールドの長さが、７５００〜８５００残基である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のナノデバイス。
5. 前記ステイプルの長さが、それぞれ、１０〜１００残基である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のナノデバイス。
6. 前記ステイプルによる前記スカフォールドの架橋周期が、３２残基である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のナノデバイス。
7. 前記スカフォールドが、周期的にヌクレオチド残基の挿入および／または欠失を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載のナノデバイス。
8. 前記スカフォールドが、隣接する２つのヘリックス形成部位にヌクレオチド残基の挿入を含み、且つ、残りの２つのヘリックス形成部位にヌクレオチド残基の欠失を含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載のナノデバイス。
9. 前記スカフォールドが、スカフォールドが３２残基ごとに２残基のヌクレオチドの挿入または欠失を含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載のナノデバイス。
10. 前記第１および／または第２のハンドルの長さが、それぞれ、２０〜２００残基である、請求項１〜９のいずれか１項に記載のナノデバイス。
11. 前記第１および／または第２のハンドル中の前記第１の塩基配列の長さが、それぞれ、
    １０〜１００残基である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のナノデバイス。
12. 前記第１および／または第２のハンドル中の前記第２の塩基配列の長さが、それぞれ、１０〜１００残基である、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のナノデバイス。
13. さらに、第１のアンチハンドルを備え、
    前記第１のアンチハンドルが、前記第１のハンドル中の前記第２の塩基配列に相補的な塩基配列を含む１本鎖オリゴヌクレオチドと、対象物に対する結合性を有する物質とを備える分子であり、
    前記第１のアンチハンドルが、前記第１のハンドル中の前記第２の塩基配列とハイブリダイズしている、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のナノデバイス。
14. さらに、第２のアンチハンドルを備え、
    前記第２のアンチハンドルが、前記第２のハンドル中の前記第２の塩基配列に相補的な塩基配列を含む１本鎖オリゴヌクレオチドと、対象物に対する結合性を有する物質とを備える分子であり、
    前記第２のアンチハンドルが、前記第２のハンドル中の前記第２の塩基配列とハイブリダイズしている、請求項２〜１３のいずれか１項に記載のナノデバイス。
15. 前記ポリヌクレオチドおよびオリゴヌクレオチドが、DNAである、請求項１〜１４のい
    ずれか１項に記載のナノデバイス。
16. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載のナノデバイスを備えるフォースセンサ。
17. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載のナノデバイスにかかる力を測定することを含む、力の測定方法。
18. 前記力が、１０〜６０ｐＮの力である、請求項１７に記載の方法。
19. 前記測定が、オリゴリジン−PEGの存在下で実施される、請求項１７または１８に記載
    の方法。
20. コイル構造および第１のハンドルを含む試薬キットであって、
    前記コイル構造が、スカフォールドおよび複数のステイプルを含み、
    前記スカフォールドが、１本鎖ポリヌクレオチドであり、
    前記ステイプルが、それぞれ、前記スカフォールドに相補的な塩基配列を含む１本鎖オリゴヌクレオチドであり、
    前記第１のハンドルが、前記スカフォールドに相補的な第１の塩基配列と前記スカフォールドに相補的でない第２の塩基配列を含む１本鎖オリゴヌクレオチドであり、
    前記スカフォールドが、前記ステイプルとのハイブリダイズにより架橋され、以て４ヘリックスバンドルコイルを形成しており、
    前記ステイプルによる前記スカフォールドの架橋が、ヌクレオチドの二重螺旋の周期性と異なる周期性で実施され、
    前記第１のハンドルが、前記コイル構造の一方の端部において、前記スカフォールドの少なくとも２つのヘリックス形成部位とハイブリダイズできるように構成されている、試薬キット。
21. さらに、第２のハンドルを含み、
    前記第２のハンドルが、前記スカフォールドに相補的な第１の塩基配列と前記スカフォールドに相補的でない第２の塩基配列を含む１本鎖オリゴヌクレオチドであり、
    前記第２のハンドルが、前記コイル構造の他方の端部において、前記スカフォールドの少なくとも２つのヘリックス形成部位とハイブリダイズできるように構成されている、請求項２０に記載の試薬キット。
22. 前記スカフォールドが、環状１本鎖ポリヌクレオチドである、請求項２０または２１に記載の試薬キット。
23. 前記スカフォールドの長さが、７５００〜８５００残基である、請求項２０〜２２のいずれか１項に記載の試薬キット。
24. 前記ステイプルの長さが、それぞれ、１０〜１００残基である、請求項２０〜２３のいずれか１項に記載の試薬キット。
25. 前記ステイプルによる前記スカフォールドの架橋周期が、３２残基である、請求項２０〜２４のいずれか１項に記載の試薬キット。
26. 前記スカフォールドが、周期的にヌクレオチド残基の挿入および／または欠失を含む、請求項２０〜２５のいずれか１項に記載の試薬キット。
27. 前記スカフォールドが、隣接する２つのヘリックス形成部位にヌクレオチド残基の挿入を含み、且つ、残りの２つのヘリックス形成部位にヌクレオチド残基の欠失を含む、請求項２０〜２６のいずれか１項に記載の試薬キット。
28. 前記スカフォールドが、スカフォールドが３２残基ごとに２残基のヌクレオチドの挿入または欠失を含む、請求項２０〜２７のいずれか１項に記載の試薬キット。
29. 前記第１および／または第２のハンドルの長さが、それぞれ、２０〜２００残基である、請求項２０〜２８のいずれか１項に記載の試薬キット。
30. 前記第１および／または第２のハンドル中の前記第１の塩基配列の長さが、それぞれ、１０〜１００残基である、請求項２０〜２９のいずれか１項に記載の試薬キット。
31. 前記第１および／または第２のハンドル中の前記第２の塩基配列の長さが、それぞれ、１０〜１００残基である、請求項２０〜３０のいずれか１項に記載の試薬キット。
32. さらに、第１のアンチハンドルを含み、
    前記第１のアンチハンドルが、前記第１のハンドル中の前記第２の塩基配列に相補的な塩基配列を含む１本鎖オリゴヌクレオチドと、対象物に対する結合性を有する物質とを備える分子であり、
    前記第１のアンチハンドルが、前記第１のハンドル中の前記第２の塩基配列とハイブリダイズできるように構成されている、請求項２０〜３１のいずれか１項に記載の試薬キット。
33. さらに、第２のアンチハンドルを含み、
    前記第２のアンチハンドルが、前記第２のハンドル中の前記第２の塩基配列に相補的な塩基配列を含む１本鎖オリゴヌクレオチドと、対象物に対する結合性を有する物質とを備える分子であり、
    前記第２のアンチハンドルが、前記第２のハンドル中の前記第２の塩基配列とハイブリダイズできるように構成されている、請求項２１〜３２のいずれか１項に記載の試薬キット。
34. 前記ポリヌクレオチドおよびオリゴヌクレオチドが、DNAである、請求項２０〜３３の
    いずれか１項に記載の試薬キット。

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