JPWO2017073665A1 - 検出デバイスおよびこれを用いたターゲットの検出方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記核酸センサは、
所定の立体構造を形成する立体形成領域(D)とターゲットに結合する結合領域(A)とを有し、
前記ターゲット非存在下、前記立体形成領域(D)は、前記立体構造の形成が阻害され、
前記ターゲット存在下、前記結合領域(A)へのターゲットの接触により、前記立体形成領域(D)が前記立体構造を形成し、
前記立体構造の形成時において、前記トランジスタのデバイ長の範囲における前記核酸センサを構成するヌクレオチド残基の数が、前記立体構造の形成の阻害時よりも増加または減少することを特徴とする。
前記検出デバイスのデバイ長の範囲における核酸センサを構成するヌクレオチド残基の数の増加または減少を検出することによって、前記試料中のターゲットを検出する検出工程を含むことを特徴とする。
本発明の検出デバイス(以下、「デバイス」ともいう。)は、前述のように、核酸センサ(以下、「センサ」ともいう。)が配置されたトランジスタを含み、前記核酸センサは、所定の立体構造(以下、「所定の構造」ともいう。)を形成する立体形成領域(D)とターゲットに結合する結合領域(A)とを有し、前記ターゲット非存在下、前記立体形成領域(D)は、前記立体構造の形成が阻害され、前記ターゲット存在下、前記結合領域(A)へのターゲットの接触により、前記立体形成領域(D)が前記立体構造を形成し、前記立体構造の形成時において、前記トランジスタのデバイ長の範囲における前記核酸センサを構成するヌクレオチド残基の数が、前記立体構造の形成の阻害時よりも増加または減少することを特徴とする。
(1)Travascioら, Chem. Biol., 1998年, vol.5, p.505-517
(2)Chengら, Biochemistry, 2009年, vol.48, p.7817-7823
(3)Tellerら, Anal. Chem., 2009年, vol.81, p.9114-9119
(4)Taoら, Anal. Chem., 2009年, vol.81, p.2144-2149
(5)Patrycja Bielecka et al., “Fluorescent Sensor for PH Monitoring Based on an i-Motif- - Switching Aptamer Containing a Tricyclic Cytosine Analogue (tC)”, 2015, Molecules, vol.20, pp.18511-18525
(6)Calliste Reiling et al., “Loop Contributions to the Folding Thermodynamics of DNA Straight Hairpin Loops and Pseudoknots”, 2015, J. Phys. Chem. B, vol.119, pp.1939-1946
前記核酸センサ(I)は、例えば、第1鎖(ss1)と第2鎖(ss2)とから構成される二本鎖型核酸センサであり、
前記第1鎖(ss1)は、前記立体形成領域(D)および前記結合領域(A)をこの順序で有し、
前記第2鎖(ss2)は、ステム形成領域(SD)およびステム形成領域(SA)をこの順序で有し、
前記ステム形成領域(SD)は、前記立体形成領域(D)に対して相補的な配列を有し、
前記ステム形成領域(SA)は、前記結合領域(A)に対して相補的な配列を有し、
前記ターゲット非存在下、前記立体形成領域(D)は、前記立体構造の形成が阻害され、且つ前記第2鎖(ss2)とハイブリダイズし、
前記ターゲット存在下、前記第1鎖(ss1)の前記結合領域(A)へのターゲットの接触により、前記立体形成領域(D)が前記立体構造を形成し、且つ前記第2鎖(ss2)から解離し、
前記立体構造の形成時において、前記トランジスタのデバイ長の範囲における前記核酸センサを構成するヌクレオチド残基の数が、前記立体構造の形成の阻害時よりも減少する二本鎖型核酸センサである。
(1) ss1 5’− A−D −3’
ss2 3’− SA−SD −5’
(2) ss1 5’− D−A −3’
ss2 3’− SD−SA −5’
(1’) ss1 5’− A−L1−D −3’
ss2 3’− SA−L2−SD −5’
(2’) ss1 5’− D−L1−A −3’
ss2 3’− SD−L2−SA −5’
前記核酸センサ(II)は、例えば、前記立体形成領域(D)および前記結合領域(A)を有する一本鎖型核酸センサであり、
前記ターゲット非存在下、前記立体形成領域(D)は、前記立体構造の形成が阻害され、
前記ターゲット存在下、前記結合領域(A)へのターゲットの接触により、前記立体形成領域(D)が前記立体構造を形成し、
前記立体構造の形成時において、前記トランジスタのデバイ長の範囲における前記核酸センサを構成するヌクレオチド残基の数が、前記立体構造の形成の阻害時よりも増加する一本鎖型核酸センサである。
前記センサ(i)は、例えば、前記立体形成領域(D)、ブロッキング領域(B)、および前記結合領域(A)をこの順序で有し、
前記ブロッキング領域(B)が、前記立体形成領域(D)における部分領域(Dp)に対して相補的であり、
前記結合領域(A)における前記ブロッキング領域(B)側の末端領域(Ab)が、前記立体形成領域(D)における前記部分領域(Dp)の隣接領域(Df)に相補的であり、且つ、前記結合領域(A)における前記ブロッキング領域(B)側とは反対側の末端領域(Af)に相補的である一本鎖型核酸センサである。
前記センサ(ii)は、例えば、前記立体形成領域(D)、ブロッキング領域(B)、前記結合領域(A)、および安定化領域(S)をこの順序で有し、
前記ブロッキング領域(B)が、前記立体形成領域(D)の部分領域(Dp)に対して相補的であり、
前記ブロッキング領域(B)の前記結合領域(A)側の末端領域(Ba)が、前記安定化領域(S)に対して相補的である一本鎖型核酸センサである。
前記センサ(iii)は、例えば、前記立体形成領域(D)、ステム形成領域(SD)、前記結合領域(A)およびステム形成領域(SA)を有し、
前記ステム形成領域(SD)は、前記立体形成領域(D)に対して相補的な配列を有し、
前記ステム形成領域(SA)は、前記結合領域(A)に対して相補的な配列を有する一本鎖型核酸センサである。
(1) 5’− A−SD−D−SA −3’
(2) 5’− SA−D−SD−A −3’
(3) 5’− D−SA−A−SD −3’
(4) 5’− SD−A−SA−D −3’
(1’) 5’− A−L1−SD−D−L2−SA −3’
(2’) 5’− SA−L2−D−SD−L1−A −3’
(3’) 5’− D−L2−SA−A−L1−SD −3’
(4’) 5’− SD−L1−A−SA−L2−D −3’
前記センサ(iv)は、例えば、前記立体形成領域(D)および前記結合領域(A)を有し、
前記立体形成領域(D)が、第1領域(D1)と第2領域(D2)とを含み、前記第1領域(D1)と前記第2領域(D2)とにより立体構造を形成する領域であり、
前記結合領域(A)の一方の末端側に前記第1領域(D1)を有し、前記結合領域(A)の他方の末端側に前記第2領域(D2)を有する一本鎖型核酸センサである。
5’側の配列(N)n1-GGG-(N)n2-(N)n3-が、前記第1領域(D1)の配列(d1)であり、
3’側の配列-(N)m3-(N)m2-GGG-(N)m1が、前記第2領域(D2)の配列(d2)であり、
Wが、前記第1領域(D1)と前記第2領域(D2)との間の領域であって、前記結合領域(A)を含み、
Nは、塩基を示し、n1、n2およびn3ならびにm1、m2およびm3は、それぞれ塩基Nの繰り返し個数を示す。
(N)n1および(N)m1は、(N)n1の5’側からの塩基配列と(N)m1の3’側からの塩基配列とが、互いに相補的であり、n1およびm1は、同じ0または正の整数である。
条件(2)
(N)n2および(N)m2は、(N)n2の5’側からの塩基配列と(N)m2の3’側からの塩基配列とが、互いに非相補的であり、n2およびm2は、それぞれ、正の整数であり、同じでも異なってもよい。
条件(3)
(N)n3および(N)m3は、n3およびm3が、それぞれ、3または4であり、同じでも異なってもよく、3つの塩基Gを有し、n3またはm3が4の場合、(N)n3および(N)m3は、2番目または3番目の塩基がG以外の塩基Hである。
条件(3−1)
(N)n3および(N)m3のうち、一方の5’側からの配列がGHGGであり、他方の5’側からの配列がGGGである。
条件(3−2)
(N)n3および(N)m3のうち、一方の5’側からの配列がGGHGであり、他方の5’側からの配列がGGGである。
条件(3−3)
(N)n3および(N)m3の両方の配列がGGGである。
前記センサ(v)は、前記立体形成領域(D)および前記結合領域(A)をこの順序で有し、
前記立体形成領域(D)と前記結合領域(A)とが、互いに相補的な配列を有する一本鎖型核酸センサである。
δ:デバイ長
ε:比誘電率
ε0:真空の誘電率
k:ボルツマン定数
T:絶対温度
q:電荷
I:イオン強度
本発明のターゲットの検出方法は、前述のように、前記本発明の検出デバイスに試料を接触させる接触工程、および前記検出デバイスのデバイ長の範囲における核酸センサを構成するヌクレオチド残基の数の増加または減少を検出することによって、前記試料中のターゲットを検出する検出工程を含むことを特徴とする。本発明の検出方法は、前記本発明の検出デバイスを使用することが特徴であり、その他の構成および条件は、特に制限されない。本発明の検出方法は、例えば、前記本発明の検出デバイスの説明を援用できる。本発明の検出方法において、前記検出は、ターゲットの有無の検出(例えば、定性分析)でもよいし、ターゲットの量の検出(例えば、定量分析)でもよく、例えば、分析方法ということもできる。
Claims (20)
- 核酸センサが配置されたトランジスタを含み、
前記核酸センサは、
所定の立体構造を形成する立体形成領域(D)とターゲットに結合する結合領域(A)とを有し、
前記ターゲット非存在下、前記立体形成領域(D)は、前記立体構造の形成が阻害され、
前記ターゲット存在下、前記結合領域(A)へのターゲットの接触により、前記立体形成領域(D)が前記立体構造を形成し、
前記立体構造の形成時において、前記トランジスタのデバイ長の範囲における前記核酸センサを構成するヌクレオチド残基の数が、前記立体構造の形成の阻害時よりも増加または減少することを特徴とする、検出デバイス。 - 前記トランジスタは、基板、ソース電極、ドレイン電極、および検出部を含み、
前記ソース電極、前記ドレイン電極、および前記検出部は、前記基板上に配置され、
前記検出部は、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に配置され、
前記核酸センサは、前記検出部に配置される、請求項1記載の検出デバイス。 - 前記トランジスタが、前記デバイ長の範囲における電荷の変化を検出できるトランジスタである、請求項1または2記載の検出デバイス。
- 前記核酸センサが、下記(I)の核酸センサである、請求項1から3のいずれか一項に記載の検出デバイス。
(I)第1鎖(ss1)と第2鎖(ss2)とから構成される二本鎖型核酸センサであり、
前記第1鎖(ss1)は、前記立体形成領域(D)および前記結合領域(A)をこの順序で有し、
前記第2鎖(ss2)は、ステム形成領域(SD)およびステム形成領域(SA)をこの順序で有し、
前記ステム形成領域(SD)は、前記立体形成領域(D)に対して相補的な配列を有し、
前記ステム形成領域(SA)は、前記結合領域(A)に対して相補的な配列を有し、
前記ターゲット非存在下、前記立体形成領域(D)は、前記立体構造の形成が阻害され、且つ前記第2鎖(ss2)とハイブリダイズし、
前記ターゲット存在下、前記第1鎖(ss1)の前記結合領域(A)へのターゲットの接触により、前記立体形成領域(D)が前記立体構造を形成し、且つ前記第2鎖(ss2)から解離し、
前記立体構造の形成時において、前記トランジスタのデバイ長の範囲における前記核酸センサを構成するヌクレオチド残基の数が、前記立体構造の形成の阻害時よりも減少する二本鎖型核酸センサ。 - 前記(I)の核酸センサにおいて、前記第1鎖(ss1)および前記第2鎖(ss2)の一方が、前記トランジスタに配置され、
他方の鎖を試薬として含む、請求項4記載の検出デバイス。 - 前記核酸センサが、下記(II)の核酸センサである、請求項1から3のいずれか一項に記載の検出デバイス。
(II)前記立体形成領域(D)および前記結合領域(A)を有する一本鎖型核酸センサであり、
前記ターゲット非存在下、前記立体形成領域(D)は、前記立体構造の形成が阻害され、
前記ターゲット存在下、前記結合領域(A)へのターゲットの接触により、前記立体形成領域(D)が前記立体構造を形成し、
前記立体構造の形成時において、前記トランジスタのデバイ長の範囲における前記核酸センサを構成するヌクレオチド残基の数が、前記立体構造の形成の阻害時よりも増加する一本鎖型核酸センサ。 - 前記(II)の核酸センサが、下記(i)〜(iv)および(v)からなる群から選択された少なくとも1つの核酸センサである、請求項6記載の検出デバイス。
(i)前記立体形成領域(D)、ブロッキング領域(B)、および前記結合領域(A)をこの順序で有し、
前記ブロッキング領域(B)が、前記立体形成領域(D)における部分領域(Dp)に対して相補的であり、
前記結合領域(A)における前記ブロッキング領域(B)側の末端領域(Ab)が、前記立体形成領域(D)における前記部分領域(Dp)の隣接領域(Df)に相補的であり、且つ、前記結合領域(A)における前記ブロッキング領域(B)側とは反対側の末端領域(Af)に相補的である一本鎖型核酸センサ。
(ii)前記立体形成領域(D)、ブロッキング領域(B)、前記結合領域(A)、および安定化領域(S)をこの順序で有し、
前記ブロッキング領域(B)が、前記立体形成領域(D)の部分領域(Dp)に対して相補的であり、
前記ブロッキング領域(B)の前記結合領域(A)側の末端領域(Ba)が、前記安定化領域(S)に対して相補的である一本鎖型核酸センサ。
(iii)前記立体形成領域(D)、ステム形成領域(SD)、前記結合領域(A)およびステム形成領域(SA)を有し、
前記ステム形成領域(SD)は、前記立体形成領域(D)に対して相補的な配列を有し、
前記ステム形成領域(SA)は、前記結合領域(A)に対して相補的な配列を有する一本鎖型核酸センサ。
(iv)前記立体形成領域(D)および前記結合領域(A)を有し、
前記立体形成領域(D)が、第1領域(D1)と第2領域(D2)とを含み、前記第1領域(D1)と前記第2領域(D2)とにより立体構造を形成する領域であり、
前記結合領域(A)の一方の末端側に前記第1領域(D1)を有し、前記結合領域(A)の他方の末端側に前記第2領域(D2)を有する一本鎖型核酸センサ。
(v)前記立体形成領域(D)および前記結合領域(A)をこの順序で有し、
前記立体形成領域(D)と前記結合領域(A)とが、互いに相補的な配列を有する一本鎖型核酸センサ。 - 前記(i)または(ii)の一本鎖型核酸センサにおいて、
前記立体形成領域(D)、前記ブロッキング領域(B)、および前記結合領域(A)を、5’側からこの順序で含む、請求項7記載の検出デバイス。 - 前記(iii)の一本鎖型核酸センサにおいて、
前記ステム形成領域(S)として、ステム形成領域(SD)とステム形成領域(SA)とを有し、
前記立体形成領域(D)と前記ステム形成領域(SD)とが、互いに相補的な配列を有し、
前記結合領域(A)と前記ステム形成領域(SA)とが、互いに相補的な配列を含む、請求項7記載の検出デバイス。 - 前記(iii)の一本鎖型核酸センサにおいて、前記立体形成領域(D)、前記ステム形成領域(SD)、前記結合領域(A)および前記ステム形成領域(SA)が、下記(1)、(2)、(3)または(4)の順序で連結されている、請求項7記載の検出デバイス。
(1) 前記結合領域(A)、前記ステム形成領域(SD)、前記立体形成領域(D)および前記ステム形成領域(SA)の順序
(2) 前記ステム形成領域(SA)、前記立体形成領域(D)、前記ステム形成領域(SD)および前記結合領域(A)の順序
(3) 前記立体形成領域(D)、前記ステム形成領域(SA)、前記結合領域(A)および前記ステム形成領域(SD)の順序
(4) 前記ステム形成領域(SD)、前記結合領域(A)、前記ステム形成領域(SA)および前記立体形成領域(D)の順序 - 前記(iv)の一本鎖型核酸センサにおいて、
前記第1領域(D1)と前記第2領域(D2)とが、
それぞれ、前記結合領域(A)の位置とは反対側の末端に、互いに相補的な配列を含む、請求項7記載の検出デバイス。 - 前記(v)の一本鎖型核酸センサにおいて、
前記立体形成領域(D)の5’側からの配列と、前記結合領域(A)の3’側からの配列とが、互いに相補的な配列を有する、請求項7記載の検出デバイス。 - 前記立体形成領域(D)は、G−カルテット構造を形成するG形成領域(G)であり、
前記立体構造は、G−カルテット構造である、請求項1から12のいずれか一項に記載の検出デバイス。 - 前記立体形成領域(D)と前記結合領域(A)との間に、リンカー領域を有する、請求項1から13のいずれか一項に記載の検出デバイス。
- 前記核酸センサが、リンカー領域を介して前記トランジスタに連結されている、請求項1から14のいずれか一項に記載の検出デバイス。
- 請求項1から15のいずれか一項に記載の検出デバイスに試料を接触させる接触工程、および
前記検出デバイスのデバイ長の範囲における核酸センサを構成するヌクレオチド残基の数の増加または減少を検出することによって、前記試料中のターゲットを検出する検出工程を含むことを特徴とする、ターゲットの検出方法。 - 請求項5に記載の検出デバイスを使用し、
前記試料と前記試薬とを混合する混合工程、
前記検出デバイスに得られた混合物を接触させる接触工程、および
前記検出デバイスのデバイ長の範囲における核酸センサを構成するヌクレオチド残基の数の増加または減少を検出することによって、前記試料中のターゲットを検出する検出工程を含む、請求項16記載のターゲットの検出方法。 - 前記検出工程が、
前記検出デバイスにより、前記検出デバイスのデバイ長の範囲における電荷を測定する電荷測定工程と、
前記電荷および基準電荷に基づき、前記デバイ長の範囲における前記ヌクレオチド残基の数の増加または減少を検出し、前記ターゲットを検出するターゲット検出工程とを含む、請求項16または17記載のターゲットの検出方法。 - 前記電荷の測定が、電気シグナルの測定である、請求項18記載のターゲットの検出方法。
- 前記電気シグナルが、電圧および電流の少なくとも一方である、請求項19記載のターゲットの検出方法。
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