KR19990028484A - Electrochemical detection method of nucleic acid hybrids - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (a) 핵산을, 산화-환원 반응으로 미리 선택된 염기를 산화시킬 수 있는, 전이금속 착물과 반응시켜; (b) 산화-환원 반응을 검출하고; (c) 미리 선택된 염기에서 검출된 산화-환원 반응으로부터 핵산의 존부를 측정하는 것으로 구성되는, 하나 이상의 미리 선택된 염기(예를 들어, 아데닌, 메르캅토구아닌, 8-옥소-구아닌 및 8-옥소-아데닌)를 함유하는 핵산(예를 들어, DNA, RNA)을 검출하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 여러 용도, 예를 들어, DNA 시퀀스, 진단 및 정량 분석에 사용될 수 있다.(A) reacting a nucleic acid with a transition metal complex capable of oxidizing a base preselected by an oxidation-reduction reaction; (b) detecting an oxidation-reduction reaction; (c) measuring one or more pre-selected bases (e.g., adenine, mercapto guanine, 8-oxo-guanine, and 8-oxo (E. G., DNA, RNA) containing the nucleotide sequence (e. This method can be used in many applications, for example, in DNA sequencing, diagnosis and quantitative analysis.

Description

핵산 하이브리드의 전기화학적 검출방법Electrochemical detection method of nucleic acid hybrids

불균질 시료에서 각각의 DNA 시퀀스를 검출하는 것은 유전자 규명, DNA 윤곽, 및 DNA 시퀀싱의 새로운 접근의 기초를 제공한다. DNA 하이브리드 검출의 한 방법은 불균질 시료에서 시퀀스에 표면 결합된 올리고머의 하이브리드를 나타내는 분석학적 감응을 사용하여 검증할 수 있는 표면 결합된 DNA 시퀀스를 이용하는 것이다. 이러한 분석 방법은 일반적으로 표적 DNA 사슬에 공유결합된 라벨로부터 생기는 레이저-유도된 형광을 포함하고, 이것은 표면 결합된 이중 사슬에서 단일-염기 불일치에 감응하지 않는다. 예를 들어, 미국 특허 제 5, 143, 854 호 및 5, 405, 783 호; Nature 364:555 (1993); Angew. Chem. 107:356 (1995); Analytica Chemistry 67(5):201A (1995)는 이러한 적용을 위한 표면 또는 "칩"을 제안하고 있다. Biochem. and Molec. Bio. Inter. 32(1):21 (1994)에 제안된 다른 방법에서는, 단일 사슬 DNA와 이중 사슬 DNA의 산화-환원 반응을 비교관찰하는 것을 포함하는 전기화학적 방법에 의해 DNA 하이브리드를 검출하였다. 이 기술도 DNA 시료의 단일 염기 불일치에는 감응하지 않는다. 미합중국 특허 제 5, 194, 372 호 등에서, 효소적 또는 화학적 분해를 포함하는, 단일-염기 불일치를 검출하기 위한 기술이 제안되어 있다. 그러나, 이러한 기술은 많은 시간을 요하고 분리기술이 필요한 단점이 있었다.Detecting each DNA sequence in a heterogeneous sample provides the basis for a new approach to gene identification, DNA contouring, and DNA sequencing. One method of detecting DNA hybrids is to use surface-bound DNA sequences that can be verified using analytical sensitivity to hybridization of oligomers surface-bound to a sequence in a heterogeneous sample. These analytical methods generally involve laser-induced fluorescence from labels covalently attached to the target DNA chain, which is not sensitive to single-base mismatches in surface-bound duplexes. See, for example, U.S. Patent Nos. 5,143, 854 and 5,405, 783; Nature 364: 555 (1993); Angew. Chem. 107: 356 (1995); Analytica Chemistry 67 (5): 201A (1995) proposes a surface or " chip " for this application. Biochem. and Molec. Bio. Inter. 32 (1): 21 (1994), DNA hybrids were detected by an electrochemical method involving comparative observation of oxidation-reduction reactions of single-chain DNA and double-stranded DNA. This technique is also not sensitive to single base mismatches in DNA samples. In U.S. Patent No. 5,194, 372 and the like, techniques for detecting single-base mismatches, including enzymatic or chemical degradation, have been proposed. However, such a technique requires a long time and requires a separation technique.

미합중국 특허 제 5, 312, 527 호는 산화-환원 반응에 활성인 착물에 접촉하는 이중 사슬 핵산에서 표적 핵산을 검출하기 위한 시퀀스-선택성 전압전류적 센서를 기술하고 있다. 착물 자체가 전압전류 신호를 제공하는 산화-환원 반응에 활성인 화합물이므로, 착물은 촉매적 방법에는 작용하지 않는다.U.S. Patent No. 5,312,527 describes a sequence-selective voltage-current sensor for detecting a target nucleic acid in a double-stranded nucleic acid contacting a complex active in an oxidation-reduction reaction. Since the complex itself is a compound that is active in the oxidation-reduction reaction to provide a voltage-current signal, the complex does not act on the catalytic method.

미합중국 특허 제 4, 840, 893 호는 리간드와 안티리간드 사이에서 경쟁적인 결합이 차례로 전기화학적으로 검출되는, 핵산을 위한 전기화학적 검증방법이 기술되어 있다.U.S. Patent No. 4,840, 893 describes an electrochemical verification method for nucleic acids in which competitive binding between a ligand and an anti-ligand is electrochemically detected in turn.

따라서, 빠르고, 감도가 좋고 온-라인으로 빠르게 적용할 수 있는, 단일-염기 불일치를 검출하는 방법을 포함하는, DNA 하이브리드의 검출방법이 필요하다.Therefore, there is a need for a method for detecting DNA hybrids, including methods for detecting single-base mismatches that are fast, sensitive, and readily applicable on-line.

본 발명은 핵산 하이브리드 및 시퀀싱에 관한 것이며, 보다 상세하게는 핵산 하이브리드를 정성적 및 정량적으로 검출하는 방법 및 핵산 시퀀싱 방법에 관한 것이다.The present invention relates to nucleic acid hybrids and sequencing, and more particularly to a method for qualitatively and quantitatively detecting nucleic acid hybrids and a nucleic acid sequencing method.

도 1은 송아지 흉선 DNA가 있고 없을 때 Ru(bpy)3 2+의 순환 전압전류를 나타낸다. 실선은 700mM NaCl/50mM 인산나트륨 완충액 중의 25mV/s에서 50μM Ru(bpy)3 2+의 스캔을 나타낸 것이다. 점선은 3.0mM(뉴클레오티드) 송아지 흉선 DNA와 50μM Ru(bpy)3 2+의 전압전류를 나타낸다.Figure 1 shows the circulating voltage current of Ru (bpy) 3 2+ when calf thymus DNA is present and absent. The solid line shows a scan of 50 μM Ru (bpy) 3 2+ at 25 mV / s in 700 mM NaCl / 50 mM sodium phosphate buffer. The dotted line shows the voltage current of 3.0 mM (nucleotide) calf thymus DNA and 50 μM Ru (bpy) 3 2+ .

도 2는 단일 사슬로서 5'-AAATATAGTATAAAA가 존재할 때(C) 그리고 상보 사슬과 하이브리드 되었을 때(A&B), Ru(bpy)3 2+의 순환 전압전류를 나타낸다. (A)는 25μM Ru(bpy)3 2++100μM(구아닌 뉴클레오티드에서) 이중 사슬의 완전하게 하이브리드된 DNA(5'-AAATATAGTATAAAA)·(3'-TTTATATCATATTTT)를 나타낸다. (B)는 Ru(bpy)3 2+와 GA불일치를 함유하는 이중 사슬(5'-AAATATAGTATAAAA)·(3'-TTTATATAATATTTT)을 나타내고, (C)는 Ru(bpy)3 2+와 하나의 구아닌 뉴클레오티드를 함유하는 단일 사슬(5'-AAATATAGTATAAAA)을 나타낸다.FIG. 2 shows the cyclic voltammetry of Ru (bpy) 3 2+ when 5'-AAATATAGTATAAAA is present as a single chain (C) and when hybridized with the complementary chain (A & B). (A) represents a fully hybridized DNA (5'-AAATATAGTATAAAA) (3'-TTTATATCATATTTT) double-stranded at 25 μM Ru (bpy) 3 2+ + 100 μM (at the guanine nucleotide). (B) is a Ru (bpy) 3 2+ and shows a double-stranded (5'-AAATATAGTATAAAA) · (3' -TTTATATAATATTTT) containing a GA mismatch, (C) is a Ru (bpy) 3 2+ and a guanine (5'-AAATATAGTATAAAA) containing nucleotides.

도 3은 본 발명의 방법을 수행하는데 유용한 장치의 일례를 나타내는 도면.Figure 3 shows an example of a device useful for carrying out the method of the present invention.

도 4는 미리 선택된 염기가 표적 핵산에 위치하는 DNA의 정량적 검출에 특히 유리한 검출방법을 나타내는 도면.Figure 4 shows a detection method particularly advantageous for the quantitative detection of DNA in which a pre-selected base is located in a target nucleic acid.

도 5는 pH 7, 700mM NaCl/50mM 인산나트륨 완충액 중의 25mV/s의 스캔 속도에서 25μM Ru(bpy)3 2+의 순환 전압전류를 나타낸다. (A) 올리고 뉴클레오티드 무첨가. (B) 75μM d[5'-TTTATACTATATTT] 첨가. (C) B로부터의 올리고머와 d[5'-GGGAAATATAGTATAAAAGGG]의 하이브리드 75μM 첨가. 작용 전극: 주석 도핑된 산화인듐. 기준 전극: Ag/AgCl. 대응전극: 백금 선. C로부터의 하이브리드의 2차구조는 도면에 나타내었다.Figure 5 shows the cyclic voltammetry of 25 [mu] M Ru (bpy) 3 2+ at a scan rate of 25 mV / s in a pH 7, 700 mM NaCl / 50 mM sodium phosphate buffer. (A) No oligonucleotide added. (B) 75 μM d [5'-TTTATACTATATTT] added. (C) 75 μM of oligomer of d [5'-GGGAAATATAGTATAAAAGGG] and oligomer from B was added. Working electrode: tin doped indium oxide. Reference electrode: Ag / AgCl. Corresponding electrode: platinum wire. The secondary structure of the hybrid from C is shown in the figure.

도 6은 (A) 25μM Ru(bpy)3 2+, (B) 25μM Ru(bpy)3 2+와 0.3mM 이노신 5'-모노포스패이트, 및 (C) 25μM Ru(bpy)3 2+와 0.3mM 구아노신 5'-모노포스패이트의 순환 전압전류를 나타낸다. 이노신 및 구아노신의 구조는 도면에 나타내었다.Figure 6 (A) 25μM Ru (bpy) 3 2+, (B) 25μM Ru (bpy) 3 2+ and 0.3mM inosine 5'-mono-phosphine faders agent, and (C) 25μM Ru (bpy) 3 2+ And 0.3 mM guanosine 5'-monophosphate. The structures of inosine and guanosine are shown in the figure.

도 7은 미리 선택된 염기가 말단 전이효소의 연장 생성물 상에 있는, 도 4의 발명의 다른 예를 나타낸 도면이다.Figure 7 is an illustration of another embodiment of the invention of Figure 4, wherein the preselected base is on an extension product of an end-transferase.

도 8은 샌드위치 분석 포맷에서 수행되는, 도 4의 발명의 다른 예를 나타낸 도면이다.FIG. 8 is a diagram showing another example of the invention of FIG. 4, which is performed in the sandwich analysis format.

도 9는 본 발명에 유용한 마이크로일렉트로닉 장치의 평면도.9 is a plan view of a microelectronic device useful in the present invention.

도 10은 도 9에 도시된 장치 일부의 측면도.Figure 10 is a side view of a portion of the apparatus shown in Figure 9;

도 11은 완충액-흡수된 나일론에서 200μM Ru(bpy)3 2+, 고염(700mM NaCl 부가) 완충액에서 DNA-흡수된 나일론에서 200μM Ru(bpy)3 2+, 저염(NaCl 부가 안함) 완충액에서 DNA-흡수된 나일론에서 200μM Ru(bpy)3 2+의 나일론-변성된 ITO 전극을 사용하는 순환 전압전류를 나타낸다.Figure 11 shows the effect of DNA in 200 μM Ru (bpy) 3 2+ , low salt (no NaCl addition) buffer in DNA-absorbed nylon in 200 μM Ru (bpy) 3 2+ , high salt (700 mM NaCl addition) buffer in buffer-absorbed nylon - shows cyclic voltage currents using nylon-modified ITO electrodes of 200 [mu] M Ru (bpy) 3 2+ in absorbed nylon.

도 12는 완충액 또는 DNA에 흡수된 나일론-변성된 ITO 전극을 사용하는 200μM Os(bpy)3 2+의 순환 전압전류를 나타낸다. 도 12A는 700mM NaCl이 부가된 순환 전압전류를 나타낸다. 도 12B는 NaCl이 부가되지 않은 순환 전압전류를 나타낸다.Figure 12 shows the cyclic voltammetry of 200 [mu] M Os (bpy) 3 2+ using nylon-denatured ITO electrodes absorbed in buffer or DNA. 12A shows a circulating voltage current with 700 mM NaCl added. 12B shows a circulating voltage current to which NaCl is not added.

도 13은 완충액-흡수된 나일론에서 200μM Ru(bpy)3 2+, 고염(700mM NaCl 부가) 완충액에서 tRNA-흡수된 나일론에서 200μM Ru(bpy)3 2+, 저염(NaCl 부가 안함) 완충액에서 tRNA-흡수된 나일론에서 200μM Ru(bpy)3 2+의 나일론-변성된 ITO 전극을 사용하는 순환 전압전류를 나타낸다.Figure 13 shows the effect of tRNA-absorbed nylon in 200 μM Ru (bpy) 3 2+ , low salt (no NaCl addition) buffer in 200 μM Ru (bpy) 3 2+ , high salt (700 mM NaCl addition) buffer in buffer-absorbed nylon, - shows cyclic voltage currents using nylon-modified ITO electrodes of 200 [mu] M Ru (bpy) 3 2+ in absorbed nylon.

도 14는 25μM Ru(bpy)3 2+단독 및 n=1(G), 2(GG) 또는 3(GGG)일 때 (100μM)의 5'-AAATATAGnTATAAAA와의 순환 전압전류를 나타낸다. 스캔 속도는 25mV/s이다.14 shows the cyclic voltammetry with 5'-AAATATAG n TATAAAA when 25 μM Ru (bpy) 3 2+ alone and n = 1 (G), 2 (GG) or 3 (GGG) (100 μM). The scan rate is 25 mV / s.

도 15는 25μM Ru(bpy)3 2+단독 및 n=1(G), 2(GG) 또는 3(GGG)일 때 (100μM)의 5'-AAATAT(AGT)nATAAAA와의 순환 전압전류를 나타낸다. 스캔 속도는 25mV/s이다.15 shows the cyclic volt- age current with 5'-AAATAT (AGT) n ATAAAA when 25 μM Ru (bpy) 3 2+ alone and n = 1 (G), 2 (GG) or 3 (GGG) . The scan rate is 25 mV / s.

도 16은 완충액-흡수된 나일론에서 25μM 루테늄(4,4'-디메틸비피리딘)3 2+(또는 "Ru(4,4'-Me2-bpy)3 2+") 단독(실선) 및 (100μM)의 5'-AAATATAGTATAAAA(점선) 및 5'-AAATATAGGGTATAAAA(쇄선)와의 순환 전압전류를 나타낸다. 스캔 속도는 25mV/s이다.Figure 16 is a graph comparing the absorbance of 25 μM ruthenium (4,4'-dimethylbipyridine) 3 2+ (or "Ru (4,4'-Me 2 -bpy) 3 2+ ") alone (Dotted line) and 5'-AAATATAGGGTATAAAA (dashed line) of 100 [micro] M). The scan rate is 25 mV / s.

도 17은 스캔 속도 25mV/s에서, 700mM NaCl이 부가된 50mM 인산나트륨 완충액에서 Ru(4,4'-Me2-bpy)3 2+의 순환 전압전류를 나타낸다. 곡선(A)는 Ru(4,4'-Me2-bpy)3 2+단독을 나타낸다. 곡선(B)는 0.70mM 6-메르캅토구아노신 5'-모노포스패이트의 존재하에 Ru(4,4'-Me2-bpy)3 2+을 나타낸다.17 shows the cyclic voltammetry of Ru (4,4'-Me 2 -bpy) 3 2+ in 50 mM sodium phosphate buffer with 700 mM NaCl added at a scan rate of 25 mV / s. Curve A shows Ru (4,4'-Me 2 -bpy) 3 2+ alone. Curve B shows Ru (4,4'-Me 2 -bpy) 3 2+ in the presence of 0.70 mM 6-mercapto guanosine 5'-monophosphate.

도 18은 Hybond N+ 나일론 막이 부착된 ITO 작용 전극에서 200μM Ru(bpy)3 2+의 순환 전압전류를 나타낸다. 막은 폴리[C]에 함침되어 완충액(A) 및 폴리[G]의 농축액(B)에 하이브리드된다.18 shows the cyclic voltammetry of 200 [mu] M Ru (bpy) 3 2+ on the ITO working electrode with Hybond N + nylon membrane attached. The membrane is impregnated with poly [C] and hybridized to the buffer (A) and the poly (G) concentrate (B).

도 19는 Hybond N+ 나일론 막이 부착된 ITO 작용 전극에서 200μM Ru(bpy)3 2+의 순환 전압전류를 나타낸다. 막은 폴리[G]에 함침되어 완충액(A) 및 송아지 흉선 DNA의 농축액(B)에 하이브리드된다.Fig. 19 shows the cyclic voltammetry of 200 [mu] M Ru (bpy) 3 2+ on an ITO working electrode with Hybond N + nylon membrane attached. The membrane is impregnated with poly [G] and hybridized to the buffer (A) and concentrate (B) of calf thymus DNA.

도 20은 DNA 없이(A) 또는 나일론 필름에 DNA를 흡수시킨 후(B) 나일론 변성된 유리질 탄소 전극에서 200μM Ru(bpy)3 2+의 순환 전압전류를 나타낸다. 스캔 속도는 25mV/s이다.FIG. 20 shows the cyclic voltammetry of 200 μM Ru (bpy) 3 2+ on nylon-denatured glassy carbon electrode after absorbing DNA into (A) or nylon film without DNA. The scan rate is 25 mV / s.

본 발명은 하나 이상의 미리 선택된 염기(예를 들어, 아데닌, 구아닌, 6-메르캅토구아닌, 8-옥소-구아닌, 및 8-옥소-아데닌)를 포함하는 핵산을 검출하는 방법을 제공한다. 이 방법은 (a) 핵산을, 산화-환원 반응에서, 미리 선택된 염기를 산화시킬 수 있는 전이금속 착물과 반응시키고; (b) 상기 산화-환원 반응을 검출하고; (c) 상기 미리 선택된 염기에서 검출된 산화-환원 반응으로부터 상기 핵산의 존부를 측정하는 것으로 구성된다. 본 발명의 특정 예 및 바람직한 특정 목적에 따라, 본 발명은 핵산을 상보 핵산과 접촉시켜 하이브리드 핵산을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.The present invention provides a method for detecting a nucleic acid comprising one or more preselected bases (e.g., adenine, guanine, 6-mercaptoguanine, 8-oxo-guanine, and 8-oxo-adenine). The method comprises: (a) reacting the nucleic acid with a transition metal complex capable of oxidizing a preselected base in an oxidation-reduction reaction; (b) detecting the oxidation-reduction reaction; (c) measuring the presence or absence of the nucleic acid from the oxidation-reduction reaction detected in the preselected base. According to a specific example and preferred specific object of the present invention, the present invention can include the step of forming a hybrid nucleic acid by contacting the nucleic acid with a complementary nucleic acid.

우선, 본 발명은 DNA 하이브리드의 검출방법을 제공한다. 이 방법은 (a) DNA 시료를 올리고 뉴클레오티드 프로브와 접촉시켜 하이브리드 DNA를 형성하고; (b) 상기 하이브리드 DNA를, 산화-환원 반응에서, 하나 이상의 미리 선택된 염기를 갖는 상기 뉴클레오티드 중의 미리 선택된 염기를 산화시킬 수 있는, 전이금속 착물과 반응시키고; (c) 상기 산화-환원 반응을 검출하고; (d) 상기 미리 선택된 염기에서 검출된 산화-환원 반응으로부터 하이브리드 DNA의 존부를 측정하는 것으로 구성된다. 하기에서 설명하는 바와 같이, 산화-환원 반응을 검출하는 단계는 미리 선택된 염기로부터 전자 흐름을 측정하는 것으로 수행된다.First, the present invention provides a method for detecting a DNA hybrid. The method comprises: (a) contacting a DNA sample with an oligonucleotide probe to form a hybrid DNA; (b) reacting the hybrid DNA with a transition metal complex capable of oxidizing a preselected base in the nucleotide having at least one preselected base in an oxidation-reduction reaction; (c) detecting the oxidation-reduction reaction; (d) measuring the presence or absence of the hybrid DNA from the oxidation-reduction reaction detected in the preselected base. As described below, the step of detecting the oxidation-reduction reaction is carried out by measuring the electron flow from the preselected base.

본 발명은 또한, 또 다른 DNA 하이브리드의 검출방법을 제공한다. 이 방법은 (a) DNA 시료를 올리고 뉴클레오티드 프로브와 접촉시켜 하이브리드 DNA를 형성하고; (b) 상기 하이브리드 DNA를, 산화-환원 반응에서, 하나 이상의 미리 선택된 염기를 갖는 상기 뉴클레오티드 중의 미리 선택된 염기를 산화시킬 수 있는, 전이금속 착물과 반응시키고; (c) 상기 산화-환원 반응을 검출하고; (d) 상기 검출된 산화-반응 속도를 측정하고; (e) 상기 측정된 반응 속도를 전이금속 착물과 단일-사슬 DNA의 산화-환원 반응 속도와 비교하고; 그리고 (f) 상기 측정된 반응 속도가 전이금속 착물과 단일-사슬 DNA의 산화-환원 반응 속도와 동일한지를 측정하는 것으로 구성된다.The present invention also provides a method for detecting another DNA hybrid. The method comprises: (a) contacting a DNA sample with an oligonucleotide probe to form a hybrid DNA; (b) reacting the hybrid DNA with a transition metal complex capable of oxidizing a preselected base in the nucleotide having at least one preselected base in an oxidation-reduction reaction; (c) detecting the oxidation-reduction reaction; (d) measuring the detected oxidation-reaction rate; (e) comparing the measured reaction rate with the rate of oxidation-reduction reaction of the transition metal complex and single-chain DNA; And (f) measuring whether the measured reaction rate is the same as the oxidation-reduction reaction rate of the transition metal complex and the single-chain DNA.

또, 본 발명은 DNA 하이브리드의 검출장치를 제공한다. 이 장치는 (a) 복수의 DNA 시료 용기; (b) 상기 복수의 DNA 시료 용기를 이송하기 위한 시료 조작 수단; (c) 상기 DNA 시료 용기 각각에 올리고 뉴클레오티드 프로브를 이송하기 위한 올리고 뉴클레오티드 프로브 이송수단; (d) 상기 DNA 시료 용기 각각에 전이금속 착물을 이송하기 위한 전이금속 착물 이송수단; 및 (e) 산화-환원 반응을 검출하기 위한 산화-환원 반응 검출기로 구성된다.The present invention also provides a DNA hybrid detection apparatus. The apparatus comprises: (a) a plurality of DNA sample vessels; (b) sample manipulating means for transferring the plurality of DNA sample containers; (c) oligonucleotide probe transfer means for transferring the oligonucleotide probe to each of the DNA sample containers; (d) transition metal complex transfer means for transferring the transition metal complex to each of the DNA sample containers; And (e) an oxidation-reduction reaction detector for detecting oxidation-reduction reaction.

본 발명은 또, 다른 DNA 하이브리드 검출장치를 제공한다. 이 장치는 (a) DNA 시료 용기; (b) 상기 DNA 시료 용기에 올리고 뉴클레오티드 프로브를 이송하기 위한 올리고 뉴클레오티드 프로브 이송수단; (c) 상기 DNA 시료 용기에 전이금속 착물을 이송하기 위한 전이금속 착물 이송수단; 및 (d) 산화-환원 반응을 검출하기 위한 산화-환원 반응 검출기로 구성된다.The present invention also provides another DNA hybrid detection device. (A) a DNA sample container; (b) an oligonucleotide probe transfer means for transferring the oligonucleotide probe to the DNA sample container; (c) transition metal complex transporting means for transporting the transition metal complex to the DNA sample vessel; And (d) an oxidation-reduction reaction detector for detecting oxidation-reduction reaction.

본 발명은 또, DNA를 시퀀싱하는 방법을 포함한다. 이 방법은 (a) DNA 시료를, 고유의 산화 전위를 갖는, 미리 선택된 염기를 포함하는 올리고 뉴클레오티드 프로브와 접촉시켜 하이브리드 DNA를 형성하고; (b) 상기 하이브리드 DNA를, 산화-환원 반응에서, 미리 선택된 수의 미리 선택된 염기를 갖는 상기 뉴클레오티드 중의 미리 선택된 염기를 산화시킬 수 있는, 전이금속 착물과 반응시키고; (c) 상기 산화-환원 반응을 검출하고; (d) 상기 검출된 산화-환원 반응의 반응 속도를 측정하고; 그리고 (e) 상기 미리 선택된 염기와 쌍을 이루는 염기를 규명하는 것으로 구성된다.The present invention also includes a method for sequencing DNA. The method comprises: (a) contacting a DNA sample with an oligonucleotide probe comprising a preselected base having a unique oxidation potential to form hybrid DNA; (b) reacting the hybrid DNA with a transition metal complex capable of oxidizing a preselected base in the nucleotide having a preselected number of preselected bases in an oxidation-reduction reaction; (c) detecting the oxidation-reduction reaction; (d) measuring the reaction rate of the detected oxidation-reduction reaction; And (e) identifying the base pairing with the preselected base.

이하, 본 발명을 상세하게 기술한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

여기에서 사용되는 "핵산"이라는 용어는 DNA와 RNA를 모두 포함하는 핵산을 의미한다. 본 발명의 핵산은 3', 5' 포스포디에스테르 결합에 의해 공유결합된 각 뉴클레오티드의 중합체이다.As used herein, the term " nucleic acid " refers to a nucleic acid comprising both DNA and RNA. The nucleic acid of the present invention is a polymer of each nucleotide covalently linked by a 3 ', 5' phosphodiester linkage.

여기에서 사용되는 "상보 핵산"이라는 용어는 다른 핵산에 특정적으로 결합하여 하이브리드 핵산을 형성하는, 올리고 뉴클레오티드 프로브를 포함하는 핵산을 의미한다.As used herein, the term " complementary nucleic acid " refers to a nucleic acid comprising an oligonucleotide probe that specifically binds to another nucleic acid to form a hybrid nucleic acid.

"존부의 측정"이라는 것은 검출물(예를 들어, DNA 하이브리드, RNA 하이브리드, 표적 핵산 검출 등)의 존부에 대한 정성적 측정 및 정량적 측정 모두를 포함한다.&Quot; Measurement of an anatomical site " includes both qualitative and quantitative measurements of the presence of a detectable substance (e.g., DNA hybrid, RNA hybrid, target nucleic acid detection, etc.).

"하이브리드 DNA" 및 "하이브리드 핵산"은 하이브리드 되어 이중 사슬 DNA 또는 핵산을 형성하는 단일 사슬 DNA, 또는 하이브리드 되어 삼중 나선 DNA 또는 핵산을 형성하는 이중-사슬 DNA 또는 핵산을 의미한다.&Quot; Hybrid DNA " and " hybrid nucleic acid " means single-chain DNA hybridized to form double-stranded DNA or nucleic acid, or double-stranded DNA or nucleic acid hybridized to form triple helix DNA or nucleic acid.

본 발명의 방법 및 장치는 때로는 명확성을 위해 DNA에 관해 설명되나, RNA와 같은 다른 핵산에도 적용될 수 있다.The methods and apparatus of the present invention are sometimes described for DNA for clarity, but may also be applied to other nucleic acids such as RNA.

A. 핵산 증식방법A. Method of nucleic acid propagation

본 발명의 방법은 DNA 시료를 올리고 뉴클레오티드 프로브와 접촉시켜 하이브리드 DNA를 생성하는 단계를 포함하고, 어떤 경우에는 프로브와 접촉하기 전에 DNA를 증식시키는 것이 바람직하다. 선택된, 또는 표적 핵산 시퀀스의 증식은 적당한 수단에 의해 행해진다. Am. Biotechnol. lab. 8, 14-15(1990) 참조. 적당한 식기술의 예로는 중합효소 연쇄반응(RNA 증식을 위한, 역전사효소 중합효소 연쇄반응을 포함), 라가아제 연쇄반응, 사슬 치환 증식, 전사에 기초한 증식(Proc. Na Acad Sci. USA 86, 1173-1177(1989) 참조), 시퀀스의 자기복제(Proc. Natl. Acad Sci. USA 87, 1874-1878(1990) 참조), Qβ 복제효소(Biotechnolgy. 6 1179-1202(1988) 참조), 핵산 시퀀스에 기초한 복제(Genetic Engineering News 12(9), (1992) 참조), 사슬 복구 반응(Genetic Engineering News 12(9), (1992) 참조), 부메랑 DNA 증식(Genetic Engineering News 12(9), (1992) 참조)이 있다. 증식 생성물에 결합되는 염기는 천연 또는 변성된 염기(증식 전 또는 후에 변성된)이고, 염기는 후속의 전기화학적 검출을 최적화하도록 선택된다.The method of the present invention includes a step of contacting a DNA sample with an oligonucleotide probe to produce hybrid DNA, and in some cases, it is preferable to amplify the DNA before contacting the probe. The propagation of the selected, or target, nucleic acid sequence is done by appropriate means. Am. Biotechnol. lab. 8, 14-15 (1990). Examples of suitable expression techniques include, but are not limited to, polymerase chain reaction (including reverse transcriptase polymerase chain reaction for RNA amplification), lagase chain reaction, chain substitution proliferation, transcription based proliferation (Proc. Na Acad Sci. USA 86, 1173 (See Biotechnolgy. 6 1179-1202 (1988)), nucleic acid sequences (see, for example, < RTI ID = 0.0 & (See Genetic Engineering News 12 (9), (1992)), chain repair reaction (see Genetic Engineering News 12 (9), 1992), boomerang DNA propagation ). The base bound to the proliferation product is a natural or modified base (pre- or post-proliferation), and the base is selected to optimize subsequent electrochemical detection.

중합효소 연쇄반응(PCR)은 공지기술에 의해 행해질 수 있다. 미합중국 특허 제 4, 683, 195 호; 4,683,202 호, 4,800,159 호, 및 4, 965, 188 호 참조. 일반적으로 PCR은, 우선, 핵산 시료들(예를 들어, 열에 안정한 DNA 중합효소 존재하에) 하이브리드 조건에서 검출되는 특정 시퀀스의 각 사슬을 위한 하나의 올리고 뉴클레오티드 전구체로 처리하는 과정을 포함한다. 이에 따라, 각 전구체의 연장 생성물 각 핵산 사슬에 상보적으로 합성된다. 각 전구체로부터 합성된 연장 생성물은, 보완물로부터 분리되었을 때, 다른 전구체의 연장생성물 합성을 위한 주형으로 작용한다. 그후, 검출되는 시퀀스 또는 시퀀스들이 존재하면, 그들의 주형으로부터 전구체 연장생성물을 분리하는 변성조건에서 시료를 처리한다. 이러한 단계는 바람직한 정도의 증식이 얻어질 때까지 반복된다. 증식 시퀀스의 검출은 반응 생성물에 하이브리드가 가능한 올리고 뉴클레오티드 프로브(예를 들어, 본 발명의 올리고 뉴클레오티드 프로브)를 반응생성물에 부가하는 것으로 수행된다. 프로브는 감지할 수 있는 라벨을 담지하고, 공지기술에 따라 라벨을 검출하게 된다. 증식되는 핵산이 RNA일 때, 증식은 공지기술에 따라 우선 역전사효소로 DNA로 전환시키는 것으로 행해진다.Polymerase chain reaction (PCR) can be performed by known techniques. U.S. Patent No. 4,683,195; 4,683,202, 4,800,159, and 4,965,188. Generally, PCR involves first treating with an oligonucleotide precursor for each chain of a particular sequence that is detected in hybrid conditions (e.g., in the presence of thermostable DNA polymerase) in nucleic acid samples. Thus, the extension product of each precursor is complementarily synthesized to each nucleic acid chain. The elongate products synthesized from each precursor, when separated from the complement, serve as templates for the synthesis of elongation products of different precursors. Thereafter, if the sequences or sequences to be detected are present, the sample is processed under denaturing conditions to separate the precursor elongation product from their template. This step is repeated until a desired degree of propagation is obtained. Detection of the proliferation sequence is performed by adding an oligonucleotide probe capable of hybridization to the reaction product (e.g., an oligonucleotide probe of the present invention) to the reaction product. The probe carries a detectable label and detects the label according to known techniques. When the nucleic acid to be proliferated is RNA, the proliferation is performed according to a known technique by first converting the DNA into a reverse transcriptase.

사슬 치환 증식(SDA)는 공지기술에 의해 행해질 수 있다. Proc. Natl. Acad Sci. USA 89, 392-396(1992); Nucleic Acids Res. 20, 1691-1696(1992) 참조. 예를 들어, SDA는 단일 증식 전구체 또는 쌍으로 된 증식 전구체에 의해 행해지고, 후자에 의해서는 기하급수적인 증식이 이루어진다. 일반적으로, SDA 증식은, 5'에서 3'방향으로, 측면에 위치한 시퀀스(DNA 시퀀스는 중요하지 않음), 반응에 사용되는 제한효소를 위한 제한 부위, 및 증식되는 및/또는 검출되는 표적 시퀀스에 하이브리드하는 올리고 뉴클레오티드 시퀀스(예를 들어, 본 발명의 올리고 뉴클레오티드 프로브)를 포함한다. 측면에 위치한 시퀀스는, 제한효소가 제한 부위에 결합하는 것을 용이하게 하고 제한 부위가 표식된 후 DNA 중합효소 우선부위를 제공하며, 바람직하게는 15 내지 20 뉴클레오티드 길이가 바람직하고; 제한 부위는 SDA 반응에 작용하며; 올리고 뉴클레오티드 프로브 부위는 바람직하게는 13 내지 15 뉴클레오티드 길이이다.Chain displacement proliferation (SDA) can be done by well known techniques. Proc. Natl. Acad Sci. USA 89, 392-396 (1992); Nucleic Acids Res. 20, 1691-1696 (1992). For example, SDA is performed by a single proliferation precursor or a pair of proliferative precursors, and exponential growth by the latter. Generally, SDA proliferation is carried out in a 5 'to 3' direction, with a sequence located on the side (DNA sequence is not critical), a restriction site for the restriction enzyme used in the reaction, and a target sequence to be propagated and / Hybridizing oligonucleotide sequences (e. G. Oligonucleotide probes of the invention). The sequence located on the side facilitates binding of the restriction enzyme to the restriction site and provides a DNA polymerase preference site after the restriction site has been labeled, preferably 15 to 20 nucleotides in length; Restriction sites act on the SDA reaction; The oligonucleotide probe site is preferably 13 to 15 nucleotides in length.

리가아제 연쇄반응(LCR)도 공지기술에 의해 행해진다. Science 254, 1292(1991) 참조. 일반적으로, 두쌍의 올리고 뉴클레오티드 프로브로 수행된다. 한 쌍은 검출되는 시퀀스의 한 사슬에 결합하고; 다른 쌍은 검출되는 시퀀스의 다른 쌍에 결합한다. 각 쌍은 함께, 상응하는 사슬을 완전히 오버랩(overlap)한다. 반응은, 우선, 검출되는 시퀀스 사슬을 변성시키고(예를 들어, 분리), 열에 안정한 리가아제의 존재하에 사슬과 두쌍의 올리고 뉴클레오티드 프로브를 반응시켜 각 쌍의 올리고 뉴클레오티드를 서로 결찰시킨 후, 반응 생성물을 분리하고, 바람직한 정도의 증식이 얻어질 때까지 이 과정을 반복하는 것으로 수행된다. 검출은 상기 PCR에 관해 기술된 방법과 동일한 방법으로 행해진다.Ligase chain reaction (LCR) is also performed by known techniques. Science 254, 1292 (1991). Generally, two pairs of oligonucleotide probes are performed. The pair joining one of the sequences of the detected sequence; The other pair joins the other pair of detected sequences. Each pair together overlaps the corresponding chain completely. In the reaction, first, the sequence chain to be detected is denatured (for example, separated), the pair of oligonucleotide probes are reacted with the chain in the presence of heat-stable ligase to ligate each pair of oligonucleotides to each other, And repeating this process until a desired degree of propagation is obtained. Detection is carried out in the same manner as described for the PCR.

B. 올리고 뉴클레오티드 프로브B. Oligonucleotide probe

상기한 바와 같이, 본 발명의 방법은 DNA 하이브리드의 검출에 유용하다. 방법의 첫 번째 단계는 DNA 시료를 올리고 뉴클레오티드 프로브와 접촉시켜 하이브리드 DNA를 형성하는 것이다. 본 발명의 방법에 유용한 올리고 뉴클레오티드 프로브는 4 또는 6염기에서 80 내지 100염기 사이, 보다 바람직하게는 8 내지 15염기 사이로 구성될 수 있다. 여러 종류의 염기 시퀀스를 갖는 올리고 뉴클레오티드 프로브가 당업계에서 공지되어 있다. 올리고 뉴클레오티드 프로브 제조에 적합한 염기는 아데닌, 시토신, 구아닌, 우라실 및 티민과 같은 천연 뉴클레오티드; 8-옥소-구아닌, 6-메르캅토 구아닌, 4-아세틸시티딘, 5-(카르복시히드록시에틸)우리딘, 2'-O-메틸시티딘, 5-카르복시메틸아미노-메틸-2-티오리딘, 5-카르복시메틸아미노우리딘, 디히드로우리딘, 2'-O-메틸슈도우리딘, β, D-갈락토실퀴오진, 2'-O-메틸구아노신, 이노신, N6-이소펜틸아데노신, 1-메틸아데노신, 1-메틸슈도우리딘, 1-메틸구아노신, 1-메틸이노신, 2, 2'-디메틸구아노신, 2-메틸아데노신, 2-메틸구아노신, 3-메틸시티딘, 5-메틸시티딘, N6-메틸아데노신, 7-메틸구아노신, 5-메틸아미노메틸우리딘, 5-메톡시아미노메틸-2-티오우리딘, β, D-만노실퀴오진, 5-메톡시카르보닐메틸우리딘, 5-메톡시우리딘, 2-메틸티오-N6-이소펜틸아데노신, N-((9-β-D-리보푸라노실-2-메틸티오퓨린-6-일)카르바모일)트레오닌, N-((9-β-D-리보푸라노실-6-일)N-메틸-카르바모일)트레오닌, 우리딘-5-옥시아세트산 메틸 에스테르, 우리딘-5-옥시아세트산, 위부톡신, 슈도우리딘, 퀴오진, 2-티오시티딘, 5-메틸-2-티오우리딘, 2-티오우리딘, 5-메틸우리딘, N-((9-β-D-리보푸라노실-6-일)N-메틸-카르바모일)트레오닌, 2'-O-메틸 -5-우리딘, 2'-O-메틸우리딘, 위부토신, 및 3-(3-아미노-3-카르복시프로필)우리딘과 같은 비천연 또는 합성 뉴클레오티드 염기이다. DNA, RNA(RNA가 DNA보다 덜 바람직하기는 하지만), 카르보사이클과 같은 변성된 당, 및 플루오로 및 메톡시와 같은 2' 치환기를 함유하는 당을 포함하는 올리고 뉴클레오티드 주쇄가 사용될 수 있다. 올리고 뉴클레오티드는, 하나 이상의, 또는 모든 뉴클레오티드를 연결하는 포스패이트 잔기가 변성된 포스패이트인, 올리고 뉴클레오티드일 수 있다. 변성된 포스패이트는 메틸 포스포네이트, 메틸 포스포노티오에이트, 포스포로모르폴리데이트, 포스포로피페라지데이트 및 포스포로아미데이트를 포함한다. 올리고 뉴클레오티드는 Science 254, 1497-1500(1991)에 기재된 것과 같은 펩티드 핵산일 수 있다. 유일한 요건은 올리고 뉴클레오티드 프로브가, DNA 시료 시퀀스의 공지부분에 결합할 수 있는 시퀀스를 가져야 한다는 것이다. 몇 경우에서는, DNA 시료를, 다른 시퀀스를 갖는 다수의 올리고 뉴클레오티드 프로브와 접촉시키는 것이 바람직하다(예를 들어, 시료에 둘 이상의 표적 핵산이 있는 경우, 또는 샌드위치 분석에서 단일 표적 핵산이 둘 이상의 프로브에 하이브리드되는 경우)As described above, the method of the present invention is useful for the detection of DNA hybrids. The first step in the method is to contact the DNA sample with an oligonucleotide probe to form the hybrid DNA. Oligonucleotide probes useful in the methods of the present invention can be composed of between 4 and 6 bases between 80 and 100 bases, more preferably between 8 and 15 bases. Oligonucleotide probes with various types of base sequences are known in the art. Suitable bases for preparing oligonucleotide probes include natural nucleotides such as adenine, cytosine, guanine, uracil and thymine; 2-thioxanthine, 8-oxo-guanine, 6-mercapto guanine, 4-acetylcytidine, 5- (carboxyhydroxyethyl) uridine, 2-O-methylguanosine, 2-O-methylguanosine, inosine, N6-isopentyladenosine, N-isohexyladenosine, Methylguanosine, 2-methyladenosine, 2-methylguanosine, 3-methylcytidine, 2-methylguanosine, 2-methyladenosine, 5-methoxyaminomethyl-2-thiouridine,?, D-mannosylquinazines, 5-methylthiourea, 5-methylthioguanidine, (9- [beta] -D-ribofuranosyl-2-methylthiopurin-6-yl) carboxamidine, 5-methoxyuridine, 2-methylthio-N6-isopentyladenosine, N- (9- [beta] -D-ribofuranosyl-6-yl) N-methyl-carbamoyl) threonine, uridine 5-oxyacetic acid methyl ester, uridine-5-oxyacetic acid, tootoxin, pseudouridine, quiozine, 2-thiocidin, 5-methyl-2-thiouridine, 2- Methyl-5-uridine, 2'-O-methyl (2-methyl-5-pyridyl) Is an unnatural or synthetic nucleotide base such as uridine, povidosine, and 3- (3-amino-3-carboxypropyl) uridine. Oligonucleotide backbones containing DNA, RNA (although RNA is less desirable than DNA), denatured sugars such as carbocycles, and sugars containing 2 'substituents such as fluoro and methoxy may be used. An oligonucleotide can be an oligonucleotide, wherein the phosphat residues connecting the one or more or all of the nucleotides are modified phosphatides. Modified phosphates include methyl phosphonate, methyl phosphonothioate, phosphoramorpholidate, phosphopiperazidate, and phosphoramidate. The oligonucleotide may be a peptide nucleic acid such as those described in Science 254, 1497-1500 (1991). The only requirement is that the oligonucleotide probe should have a sequence that can bind to the known portion of the DNA sample sequence. In some cases, it is desirable to bring the DNA sample into contact with a plurality of oligonucleotide probes having different sequences (e.g., when there is more than one target nucleic acid in the sample, or in a sandwich assay, a single target nucleic acid is present in more than one probe Hybrid)

C. 하이브리드 방법C. Hybrid method

DNA(또는 핵산) 시료는 공지된 적당한 방법에 의해 올리고 뉴클레오티드 프로브와 접촉된다. 예를 들어, DNA 시료를 용액에 용해시켜, 하이브리드가 허용되는 조건에서, DNA 용액으로 올리고 뉴클레오티드 프로브를 용해시키는 것이다. 적합한 조건은 공지되어 있으며(미합중국 제 4, 358, 535 호 참조), 고염 농 조건을 포함한다. DNA 시료를 고체 담체 상에 고정된 올리고 뉴클레오티드 용액에 용해시켜, DNA 시료를 포함하는 용액에서, 그 위에 고정된 올리고 뉴클레오티드 프로브를 갖는 고체 담체를 담그는 것으로 접촉을 행할 수도 있다.The DNA (or nucleic acid) sample is contacted with an oligonucleotide probe by any suitable known method. For example, a DNA sample is dissolved in a solution to dissolve the oligonucleotide probe into a DNA solution under conditions permitting hybrids. Suitable conditions are known (see U.S. 4,358, 535) and include high salt concentration conditions. The DNA sample may be dissolved in a solution of an oligonucleotide immobilized on a solid support to immerse a solid carrier having an oligonucleotide probe immobilized thereon in a solution containing a DNA sample.

D. 산화제 및 산화-환원 방법D. Oxidizing agents and oxidation-reduction methods

하이브리드 단계가 산화 단계로 진행할 때, 하이브리드 후에 하이브리드 DNA를 산화-환원 반응에서 미리 선택된 염기를 산화시킬 수 있는 적절한 산화제와 반응시킨다. 미리 선택된 염기는 선택된 산화제와의 반응에서 산화를 진행하는 올리고 뉴클레오티드 프로브중의 천연 또는 합성 뉴클레오티드이다. 미리 선택된 염기는 쌍을 이루지 않았을 때에 비해 쌍을 이룰 때 독특한 산화 전위를 나타낸다. 미리 선택된 염기는 네가지 천연염기와 쌍을 이룰 때 독특한 산화 전위를 나타낸다. 일반적으로, 104M-1S-1이상의 속도상수를 나타내는 5'-모노뉴클레오티드(예를 들어, 5'-디옥시리보뉴클레오티드 또는 5'-리보뉴클레오티드는 촉매반응을 사용해 검출될 수 있다. 미리 선택되는 염기의 예로는 구아닌, 아데닌, 8-옥소-구아닌, 8-옥소-아데닌, 8-브로모 구아닌, 구아노신, 크산토신, 위오신, 슈도우리딘, 6-메르캅토구아닌, 8-메르캅토구아닌, 2-티오크산틴, 6-티오크산틴, 6-메르캅토퓨린, 2-아미노-6-카르복시메틸-메르캅토퓨린, 2-메르캅토퓨린, 6-메톡시퓨린, 2-아세틸아미노-6-히드록시퓨린, 6-메틸티오-2-히드록시퓨린, 2-디메틸아미노-6-히드록시퓨린, 2-히드록시퓨린, 2-아미노퓨린, 6-아미노-2-디메틸알릴-퓨린, 2-티오아데닌, 8-히드록시아데닌, 8-메톡시아데닌이 있다. 일반적으로, 미리 선택되는 염기는 구아닌, 아데닌, 6-메르캅토구아닌, 8-옥소-구아닌, 및 8-옥소-아데닌으로 구성된 그룹으로부터 선택되며, 구아닌이 바람직한 천연 염기이고 6-메르캅토구아닌이 바람직한 합성 염기이다.When the hybrid step proceeds to the oxidation step, the hybrid DNA is reacted with a suitable oxidizing agent capable of oxidizing the preselected base in the oxidation-reduction reaction. The preselected base is a natural or synthetic nucleotide in an oligonucleotide probe that undergoes oxidation in reaction with the selected oxidizing agent. Preselected bases exhibit unique oxidation potentials when paired compared to when they are not paired. Preselected bases exhibit unique oxidation potentials when paired with four natural bases. Generally, a 5'-mononucleotide (e.g., a 5'-deoxyribonucleotide or a 5'-ribonucleotide) exhibiting a rate constant of 10 4 M -1 S -1 or greater can be detected using a catalytic reaction. Examples of the base include guanine, adenine, 8-oxo-guanine, 8-oxo-adenine, 8-bromoguanine, guanosine, xanthosine, thiosin, pseudoridine, 6- Mercaptopurine, 2-thioxanthine, 6-thioxanthine, 6-mercaptopurine, 2-amino-6-carboxymethyl-mercaptopurine, 2-mercaptopurine, 6-methoxypurine, Aminopurine, 6-amino-2-dimethylallyl, 2-aminopurine, 2-aminopurine, 2-thioadenine, 8-hydroxyadenine, 8-methoxyadenine. Generally, the preselected base is guanine, adenine, 6- mercaptojuanine, -Guanine, and 8-oxo-is selected from the group consisting of adenine, guanine and the preferred natural base is a base other than the preferred synthetic 6-mercapto togu.

산화제는 독특한 산화 전위에서 미리 선택된 염기에 반응성인 양이온, 음이온, 또는 양쪽이온성 분자와 같이 하전된 분자이다. 따라서, 산화제의 선택은 선택된 염기에 따라 달라지며, 이것은 당업자에게는 용이한 기술이다. 특히 바람직한 산화제는, 금속착물의 환원 형태가 생성되어, 촉매적 순환을 완료하도록, 미리 선택된 염기와 금속-DNA 전자 전이를 할 수 있는 전이금속 착물을 포함한다. 본 발명의 방법에 사용하기 위한 적합한 전이금속 착물의 예는, 루테늄2+(2, 2'-비피리딘)3("Ru(bpy)3 2+"), 루테늄2+(4, 4'-디메틸-2, 2'-비피리딘)3("Ru(Me2-bpy)3 2+"), 루테늄2+(5, 6-디메틸-1, 10-펜안트롤린)3("Ru(Me2-phen)3 2+"), 철2+(2, 2'-비피리딘)3("Fe(bpy)3 2+"), 철2+(5-클로로펜안트롤린)3("Fe(5-Cl-phen)3 2+"), 오스뮴2+(2, 2'-비피리딘)3("Os(bpy)3 2+"), 오스뮴2+(5-클로로펜안트롤린)3("Os(5-Cl-phen)3 2+"), 디옥소레늄1+포스핀, 디옥소레늄1+피리딘("ReO2(py)4 1+")이 있다. 산화제로 유용한 음이온 착물은 Ru(bpy)((SO3)2-bpy)2 2-, Ru(bpy)((CO2)2-bpy)2 2-가 있고, 산화제로 유용한 양쪽 이온성 착물은 Ru(bpy)2((SO3)2-bpy), Ru(bpy)2((CO2)2-bpy)가 있다. 여기서, (SO3)2-bpy2-는 4, 4'-디술포네이토-2, 2'-비피리딘이고, (CO2)2-bpy2-는 4, 4'-디카르복시-2, 2'-비피리딘이다. 피리딘, 비피리딘 및 펜안트롤린의 적당하게 치환된 유도체도 상기 금속과의 착물에 사용될 수 있다. 적합한 유도체로는 4-아미노피리딘, 4-디메틸피리딘, 4-아세틸피리딘, 4-니트로피리딘, 4, 4'-디아미노-2, 2'-비피리딘, 5, 5'-디아미노-2, 2'-비피리딘, 6, 6'-디아미노-2, 2'-비피리딘, 4, 4'-디에틸렌디아민-2, 2'-비피리딘, 5, 5'-디에틸렌디아민-2, 2'-비피리딘, 6, 6'-디에틸렌디아민-2, 2'-비피리딘, 4, 4'-디히드록시-2, 2'-비피리딘, 5, 5'-디히드록시-2, 2'-비피리딘, 6, 6'-디히드록시-2, 2'-비피리딘, 4, 4', 4"-트리아미노-2, 2', 2"-테르피리딘, 4, 4', 4"-트리에틸렌디아민-2, 2', 2"-테르피리딘, 4, 4', 4"-트리히드록시-2, 2', 2"-테르피리딘, 4, 4', 4"-트리니트로-2, 2', 2"-테르피리딘, 4, 4', 4"-트리페닐-2, 2';An oxidizing agent is a charged molecule such as a cation, anion, or amphoteric molecule that is reactive to a preselected base at a unique oxidation potential. Thus, the choice of oxidizing agent depends on the chosen base, which is a skill that is readily available to those skilled in the art. Particularly preferred oxidizing agents include transition metal complexes which are capable of undergoing metal-DNA electron transfer with a preselected base, so as to produce a reduced form of the metal complex to complete the catalytic cycle. Examples of suitable transition metal complexes for use in the process of the present invention are ruthenium 2+ (2,2'-bipyridine) 3 ("Ru (bpy) 3 2+ "), ruthenium 2+ dimethyl-2, 2'-bipyridine) 3 ( "Ru (Me 2 -bpy) 3 2+"), ruthenium 2+ (5, 6-dimethyl-1, 10-phenanthroline) 3 ( "Ru (Me 2 -phen) 3 2+ "), Fe 2+ (2,2'-bipyridine) 3 (" Fe (bpy) 3 2+ "), Fe 2+ (5-chloro-phenanthroline) 3 (" Fe (5-Cl-phen) 3 2+ "), osmium 2+ (2,2'-bipyridine) 3 (Os (bpy) 3 2+ ), osmium 2+ (5-chlorophenanthroline) 3 ("Os (5-Cl-phen) 3 2+ "), dioxolenium 1+ phosphine, dioxolenium 1+ pyridine ("ReO 2 (py) 4 1+ "). The anionic complexes useful as oxidizing agents are Ru (bpy) ((SO 3 ) 2 -bpy) 2 2- , Ru (bpy) ((CO 2 ) 2 -bpy) 2 2- and both ionic complexes useful as oxidizing agents Ru (bpy) 2 ((SO 3 ) 2 -bpy) and Ru (bpy) 2 ((CO 2 ) 2 -bpy). (SO 3 ) 2 -bpy 2- is 4,4' - disulfonato - 2, 2'-bipyridine and (CO 2 ) 2 -bpy 2- is 4,4'-dicarboxy-2 , 2'-bipyridine. Suitable substituted derivatives of pyridine, bipyridine and phenanthroline may also be used for the complexation with the metal. Suitable derivatives include 4-aminopyridine, 4-dimethylpyridine, 4-acetylpyridine, 4-nitropyridine, 4,4'-diamino-2, 2'-bipyridine, Diethylenediamine-2, 2'-bipyridine, 5,6'-diamino-2,2'-bipyridine, 4,4'- 2'-bipyridine, 6'-diethylenediamine-2,2'-bipyridine, 4,4'-dihydroxy-2,2'-bipyridine, 5,5'-dihydroxy- , 2'-bipyridine, 6'-dihydroxy-2,2'-bipyridine, 4,4'4'-triamino-2,2'2'-terpyridine, , 4 "-triethylenediamine-2,2 ', 2" -terpyridine, 4,4', 4 "-trihydroxy-2,2'2" -terpyridine, Trinitro-2, 2 ', 2 "-terpyridine, 4,4', 4" -triphenyl-2,2 ';

2"-테르피리딘, 4, 7-디아미노-1, 10-펜안트롤린, 3, 8-디아미노-1, 10-펜안트롤린, 4, 7-디에틸렌디아민-1, 10-펜안트롤린, 3, 8-디에틸렌디아민-1, 10-펜안트롤린, 7-디히드록시-1, 10-펜안트롤린, 3, 8-디히드록시-1, 10-펜안트롤린, 4, 7-디니트로-1, 10-펜안트롤린, 3, 8-디니트로-1, 10-펜안트롤린, 4, 7-디페닐-1, 10-펜안트린, 3, 8-디페닐-1, 10-펜안트롤린, 4, 7-디스페라민-1, 10-펜안트롤린, 3, 8-디스페라민-1, 10-펜안트롤린, 및 디피리도[3,2-a: 2,2'-c]펜아진이 있다.2 " -terpyridine, 4, 7-diamino-1, 10-phenanthroline, 3,8-diamino-1,10-phenanthroline, Dihydroxy-1, 10-phenanthroline, 4, 10-phenanthroline, 3,8-dihydroxy- 7-dinitro-1, 10-phenanthroline, 3,8-dinitro-1, 10-phenanthroline, , 10-phenanthroline, 4,8-disperamine-1, 10-phenanthroline, 3,8- , 2'-c] phenazine.

산화제는, 미리 선택된 염기와 산화제의 산화-환원 반응에 유효한, 적당한 방법에 의해 하이브리드 DNA와 반응하게 된다. 산화제는 미리 선택된 염기의 선택적 산화에 충분히 유효한 조건에서 하이브리드 DNA 시료와 반응하여야 한다. 예를 들어, 미리 선택된 염기와 산화제의 산화-환원 반응에 유효한 조건하에서, 용해된 하이브리드 DNA를 포함하는 용액에 산화제를 용해시키는 것에 의해 전이금속 착물을 산화제와 반응시킬 수 있다. 또한, 하이브리드 DNA가 고체 담체에 고정되어 있는 경우에는, 산화제를 동일한 고체 담체 상에 고정하고 미리 선택된 염기와 산화제의 산화-환원 반응에 유효한 조건하에서, 고체 담체를 용액에 담그는 것에 의해 산화제를 하이브리드 DNA와 반응시킬 수 있다. 산화-환원 반응이 일어나는 용매는 DNA를 용해시키기에 적합한 용매라면 어떤 용매라도 사용할 수 있으며, 바람직하게는 물이다.The oxidizing agent reacts with the hybrid DNA by a suitable method effective for the oxidation-reduction reaction of the pre-selected base and the oxidizing agent. The oxidizing agent should react with the hybrid DNA sample under conditions sufficiently effective for selective oxidation of the preselected base. For example, the transition metal complex can be reacted with an oxidizing agent by dissolving the oxidizing agent in a solution containing the dissolved hybrid DNA under conditions effective for the oxidation-reduction reaction of the preselected base and the oxidizing agent. When the hybrid DNA is immobilized on a solid support, the oxidant is immobilized on the same solid support, and the solid support is immersed in a solution under conditions effective for the oxidation-reduction reaction of the preselected base and the oxidant, ≪ / RTI > The solvent in which the oxidation-reduction reaction takes place can be any solvent that is suitable for dissolving DNA, preferably water.

하이브리드 DNA 또는 핵산에서, 산화제는 DNA의 작은 홈에 결합하여, 산화제와 미리 선택된 염기의 조기 접촉을 이중 (또는 삼중) 나선의 독특한 구조에 의해 배제하게 된다. 미리 선택된 염기의 이러한 보호는, 전자 전이 속도를 감쇄시키는, 용매를 통한 전자 터널링을 필요하게 한다. 용매 접근성은 미리 선택된 염기와 쌍을 이루게 되는 뉴클레오티드 염기의 성질에 따라 달라지며, 터널링 거리는 하기 식으로 추정된다:In hybrid DNA or nucleic acids, the oxidizing agent binds to the small groove of the DNA, thereby eliminating the premature contact of the oxidizing agent with the preselected base by the unique structure of the double (or triple) helix. This protection of the preselected base requires electron tunneling through a solvent, which attenuates the electron transition rate. The solvent accessibility depends on the nature of the nucleotide base paired with the preselected base, and the tunneling distance is estimated to be:

k/kSS=exp(-β△r)k / kSs = exp (-? r)

상기 식에서 △r은 단일 사슬과 비교한 이중 사슬에서의 거리변화이고, kSS는 단일 사슬 DNA 시료에서 미리 선택된 염기의 산화반응 속도 상수이다. 따라서, 미리 선택된 염기와 산화제 사이의 터널링 거리는 각 염기쌍 및 짝을 이루지 않은 DNA에 따라 달라진다. 전자전이에 대한 구동력이 재배열 에너지(λ)보다 현저히 적다면, 반응물의 접근과 관련되어 수정된 구동력에 대한 RTlnk는, 마커스 이론에 따라, 1/2 기울기로 직선을 이루게 된다. 마커스 이론에 기하여, 절대 속도상수가 하기 식에 의해 계산될 수 있다:Where r is the distance variation in the double chain compared to the single chain and k SS is the oxidation rate constant of the base pre-selected in the single-stranded DNA sample. Thus, the tunneling distance between the preselected base and the oxidizing agent depends on each base pair and unpaired DNA. If the driving force for electronic transfer is significantly less than the rearrangement energy (λ), the RTlnk for the modified driving force associated with the approach of the reactant will be linear with a 1/2 slope according to the Marcus theory. Based on the Marcus theory, the absolute rate constant can be calculated by the following equation:

k=νexp[-β(r-r0)]exp[-(△G+λ)2/4RT]k =? exp [-β (rr 0 )] exp [- (ΔG + λ) 2 / 4RT]

상기 식에서, ν는 확산-조절된 한계(1011M-1S-1)에서 속도상수이고, r은 활성화된 착물에서 반응물과 생성물 사이의 거리이며, r0는 반응물과 생성물이 가장 근접한 거리이고, β는 간섭 매질의 영향이다. 상기한 바와 같이, 미리 선택된 염기가 DNA 내로 결합되므로, 이것이 산화제를 터널링해야 하는 전자를 따라 한정된 거리를 부과하게 된다. 따라서, r과 r0는 동일하지 않다. 물에 대한 β는 3Å-1이다. 이렇게 비교적 큰 β값은 터널링 거리에서의 아주 작은 변화가 전자-전이 속도 상수의 현저한 변화를 가져온다는 것을 나타낸다. 미리 선택된 염기와 미리 선택된 염기에 쌍을 이루는 염기 사이의 DNA 구조는 미리 선택된 염기에 쌍을 이루는 염기에 의존하므로, 미리 선택된 염기에 쌍을 이루는 염기는, 전자가 미리 선택된 염기와 산화제 사이를 터널링 해야 하는 터널링 거리에 영향을 미친다. 따라서, 터널링 거리와 미리 선택된 염기와 쌍을 이루는 특정 염기 사이의 관계가 정립된다.Where r is the rate constant at the diffusion-controlled limit (10 11 M -1 S -1 ), r is the distance between the reactant and the product in the activated complex, r 0 is the closest distance between the reactant and the product , and beta is the influence of the interference medium. As described above, since the preselected base is bound into the DNA, it will impose a limited distance along the electrons that must tunnel the oxidant. Therefore, r and r 0 are not the same. Β for water is 3 Å -1 . This relatively large? Value indicates that a very small change in the tunneling distance results in a significant change in the electron-to-transition rate constant. The DNA structure between the preselected base and the base pairing with the preselected base depends on the base pairing with the preselected base so that the base paired with the preselected base must tunnel between the preselected base and the oxidizer To the tunneling distance. Thus, the relationship between the tunneling distance and the specific base pairing with the preselected base is established.

E. 산화-환원 반응의 검출E. Detection of oxidation-reduction reactions

산화-환원 반응이 일어나는 것은 적당한 공지 기술에 의해 검출할 수 있다. 예를 들어, 산화-환원 반응이 일어나는 것은 산화-환원 반응이 일어나는 것을 나타내는 전기신호 변화를 감지하는 검출전극을 사용하여 검출할 수 있다. 일반적으로, 산화제와 하이브리드 DNA 사이의 전자전이에 감응하는 검출전극은 반응된 하이브리드 DNA와 산화제를 포함하는 용액과 접촉하도록 놓여진다. 일반적으로, 기준전극 및 보조전극이 또한 검출전극과 통하는 용액에 놓여지게 된다(대부분의 전류는 보조전극을 통과한다). 적당한 검출전극은 공지되어 있으며, 예를 들어, 유리질 탄소전극 또는 인듐주석산화물 전극이 있다. 마찬가지로, 적당한 기준전극도 공지되어 있으며, 예를 들면, 은/염화은 전극이 있다.The occurrence of the oxidation-reduction reaction can be detected by a suitable known technique. For example, the occurrence of an oxidation-reduction reaction can be detected using a detection electrode that senses a change in an electrical signal indicating that an oxidation-reduction reaction takes place. Generally, a detection electrode sensitive to the electron transfer between the oxidizing agent and the hybrid DNA is placed in contact with the solution containing the reacted hybrid DNA and the oxidizing agent. In general, the reference electrode and the auxiliary electrode are also placed in a solution communicating with the detection electrode (most of the current passes through the auxiliary electrode). Suitable detection electrodes are known, for example, glassy carbon electrodes or indium tin oxide electrodes. Likewise, suitable reference electrodes are also known, for example silver / silver chloride electrodes.

산화-환원 반응과 관련된 전기신호 검출은 하이브리드 DNA의 존부 측정을 가능하게 한다. 하이브리드 DNA의 존부를 측정하는 단계는 일반적으로 (ⅰ) 산화-반응 속도를 측정하고, (ⅱ) 단일 사슬 DNA와 전이금속 착물의, 공지의 반응 속도와 상기 측정된 산화-반응 속도를 비교하고, (ⅲ) 상기 측정된 반응 속도가 상기 공지의 산화-환원 반응 속도와 동일한지를 측정하는 단계를 포함한다. 반응 속도 측정 단계는 적당한 수단에 의해 행해진다. 예를 들면, 스캔 속도, 프로브 농도, 타겟농도, 매질, 완충액, 온도, 및 또는 전기화학적 방법의 함수로 전류를 비교하는 것에 의해 상대적인 반응 속도를 측정할 수 있다.Detection of electrical signals associated with oxidation-reduction reactions enables the determination of hybrid DNA. The step of measuring the presence of hybrid DNA generally comprises the steps of (i) measuring the rate of oxidation-reaction, (ii) comparing the known rate of reaction of the single-stranded DNA with the transition metal complex to the measured rate of oxidation- (Iii) measuring whether the measured reaction rate is the same as the known oxidation-reduction reaction rate. The reaction rate measuring step is performed by an appropriate means. Relative reaction rates can be measured, for example, by comparing currents as a function of scan speed, probe concentration, target concentration, medium, buffer, temperature, and / or electrochemical method.

산화-환원 반응 속도는 적당한 공지 기술에 의해 측정할 수 있다. 일반적으로, 산화-환원 반응 속도는 산화-환원 반응이 일어나는 것과 관련된 전기신호를 측정하는 것으로 측정할 수 있다. 예를 들면, 산화-환원 반응이 일어나는 것과 관련된 전기신호는 검출전극과 전기적으로 연결되는 적당한 장치를 제공하는 것으로 측정할 수 있다. 예를 들면, 적당한 장치는 산화제와 하이브리드 DNA 사이의 산화-환원 반응의 속도 측정을 제공하도록 생성되는 전기신호를 측정할 수 있을 것이다. 전기신호는 순환 전압전류 측정, 정상 펄스 전압전류 측정, 및 방형파(方形波) 전압전류 측정을 포함하는 전기화학적 방법의 특성이다. 순환 전압전류 측정이 바람직하다.The rate of oxidation-reduction reaction can be measured by any suitable technique. In general, the rate of oxidation-reduction reaction can be measured by measuring the electrical signal associated with the oxidation-reduction reaction taking place. For example, the electrical signal associated with the oxidation-reduction reaction can be measured by providing a suitable device that is electrically connected to the detection electrode. For example, a suitable device would be able to measure the electrical signal generated to provide a rate measurement of the oxidation-reduction reaction between the oxidant and the hybrid DNA. Electrical signals are characteristic of electrochemical methods including cyclic voltammetry measurements, normal pulse voltage and current measurements, and square wave voltage and current measurements. Cyclic voltage and current measurement is preferred.

측정된 반응 속도를 단일 사슬 DNA와 전이금속 착물의 공지의 반응 속도와 비교하게 된다. 상기한 바와 같이, 단일 사슬 또는 하이브리드 DNA 중의 선택된 염기와 산화제 사이의 터널링 거리는 산화제와 미리 선택된 염기 사이의 산화-환원 반응 속도에 영향을 준다. 따라서, 하이브리드 DNA는 단일 사슬 DNA와 다른 산화-환원 반응 속도를 나타낸다. 미리 선택된 염기에서 하이브리드 DNA의 존부는 측정된 반응 속도가 단일 사슬 DNA 중의 미리 선택된 염기와 산화제의 산화-환원 반응 속도와 동일한지를 측정하는 것에 의해 측정할 수 있다. 또한, 산화제와 미리 선택된 염기 사이의 터널링 거리는 미리 선택된 염기와 그 쌍의 결합거리에 따라 달라지므로, 각 가능한 염기 쌍을 다른 것과 구분하는 것이 가능하다. 미리 선택된 염기와 그 쌍의 결합거리는 미리 선택된 염기와 쌍을 이루는 염기에 의존한다. 예를 들면, 아데닌과 쌍을 이루는 구아닌의 산화에 대한 산화-환원 반응 속도는 시토신과 쌍을 이루는 구아닌의 산화에 대한 산화-환원 반응 속도와 다르고, 차례로 구아닌과 쌍을 이루는 구아닌의 산화에 대한 산화-환원 반응 속도와 다르며, 티민과 쌍을 이루는 구아닌의 산화에 대한 산화-환원 반응 속도와 다르다. 보다 상세하게, 구아닌의 산화에 대한 산화-환원 반응 속도는 단일 사슬 구아닌> 아데닌과 쌍을 이루는 구아닌> 구아닌과 쌍을 이루는 구아닌> 티민과 쌍을 이루는 구아닌> 시토신과 쌍을 이루는 구아닌 순이다. 따라서, 본 발명의 방법은 미리 선택된 염기에서 또는 미리 선택된 염기에 인접한 염기 쌍에서 단일 염기 쌍 불일치를 검출하는데 유용하다.The measured reaction rate is compared to the known reaction rates of single-chain DNA and transition metal complexes. As noted above, the tunneling distance between a selected base and an oxidizing agent in a single-chain or hybrid DNA affects the rate of oxidation-reduction reaction between the oxidizing agent and the preselected base. Thus, hybrid DNA represents a different oxidation-reduction reaction rate than single-stranded DNA. The presence of the hybrid DNA in the preselected base can be measured by measuring whether the measured reaction rate is the same as the oxidation-reduction reaction rate of the oxidant and the preselected base in the single-stranded DNA. Also, since the tunneling distance between the oxidizing agent and the preselected base will depend on the preselected base and the coupling distance of the pair, it is possible to distinguish each possible base pair from the others. The binding distance of the preselected base and the pair depends on the base pairing with the preselected base. For example, the rate of oxidation-reduction reaction for the oxidation of guanine paired with adenine differs from the rate of oxidation-reduction reaction for the oxidation of guanine paired with cytosine, and in turn, the oxidation of guanine - It is different from the rate of reduction reaction and differs from the rate of oxidation-reduction reaction for the oxidation of guanine paired with thymine. More specifically, the rate of oxidation-reduction reaction for the oxidation of guanine is guanine in pairs with guanine> guanine in pair with guanine> guanine in pair with guanine> guanine in pair with thymine> cytosine. Thus, the methods of the present invention are useful for detecting single base pair mismatches in preselected bases or in base pairs adjacent to preselected bases.

바람직하게, 각각의 여러 가지 천연 염기와 쌍을 이룰 때 미리 선택된 염기의 산화에 대한 산화-환원 반응 속도 사이의 구별은 미리 선택된 염기와 쌍을 이루는 염기의 규명을 가능하게 한다. 미리 선택된 염기와 쌍을 이루는 염기의 규명은 (ⅰ) 검출된 산화-반응 속도를 측정하고, (ⅱ) 미리 선택된 염기에 결합된 아데닌, 시토신, 구아닌, 또는 티민 염기를 갖는 DNA와 전이금속 착물의 각각 다른 네 가지 공지의 반응 속도와 상기 측정된 산화-반응 속도를 비교하고, (ⅲ) 상기 측정된 반응 속도가 상기 공지의 산화-환원 반응 속도와 동일한지를 측정하는 단계로 구성된다. 반응 속도는 상기의 기술에 따라 측정할 수 있다. 미리 선택된 염기에 결합된 아데닌, 시토신, 구아닌, 또는 티민 염기를 갖는 DNA와 전이금속 착물의 각각의 반응 속도도 동일한 기술에 따라 측정할 수 있으며, 이들 속도는 공지되어 있다. 산화제와 하이브리드 DNA의 산화-환원 반응의 측정된 속도를 미리 선택된 염기에 결합된 아데닌, 시토신, 구아닌, 또는 티민 염기를 갖는 DNA와 전이금속 착물의 공지의 반응 속도와 비교한다. 예를 들어, 미리 선택된 염기와 쌍을 이루는 염기는 측정된 산화-환원 반응 속도와 동일한 산화-환원 반응 속도를 갖는 공지의 겸기 쌍을 측정하는 것에 의해 측정된다.Preferably, when paired with each of the various natural bases, the distinction between oxidation-reduction kinetics for oxidation of preselected bases enables the identification of bases paired with preselected bases. Identification of the base pairing with the preselected base can be accomplished by (i) measuring the rate of oxidation-reaction detected, and (ii) determining the rate of oxidation of the DNA with an adenine, cytosine, guanine, or thymine base attached to a preselected base, Comparing the four different known reaction rates with the measured oxidation-reaction rate, and (iii) measuring whether the measured reaction rate is the same as the known oxidation-reduction reaction rate. The reaction rate can be measured according to the above-described technique. The reaction rates of each of the transition metal complexes with DNA having an adenine, cytosine, guanine, or thymine base bound to a preselected base can also be measured according to the same technique, and these rates are known. The measured rate of oxidation-reduction reaction of the oxidizing agent and the hybrid DNA is compared with the known reaction rate of the transition metal complex with the DNA having adenine, cytosine, guanine, or thymine base bound to the preselected base. For example, bases paired with preselected bases are measured by measuring known well-known pairings having an oxidation-reduction reaction rate equal to the measured oxidation-reduction reaction rate.

F. DNA 시퀀싱F. DNA sequencing

본 발명은 또한 (a) DNA 시료를, 고유의 산화 전위를 갖는 미리 선택된 염기를 포함하는 올리고 뉴클레오티드 프로브와 접촉시켜 하이브리드 DNA를 형성하고; (b) 상기 하이브리드 DNA를, 산화-환원 반응에서, 미리 선택된 수의 미리 선택된 염기를 갖는 상기 뉴클레오티드 중의 미리 선택된 염기를 산화시킬 수 있는, 전이금속 착물과 반응시키고; (c) 상기 산화-환원 반응을 검출하고; (d) 상기 검출된 산화-환원 반응의 반응 속도를 측정하고; 그리고 (e) 상기 미리 선택된 염기와 쌍을 이루는 염기를 규명하는 것으로 구성되는, DNA 시퀀싱 방법을 제공한다.(A) contacting a DNA sample with an oligonucleotide probe comprising a preselected base having a unique oxidation potential to form hybrid DNA; (b) reacting the hybrid DNA with a transition metal complex capable of oxidizing a preselected base in the nucleotide having a preselected number of preselected bases in an oxidation-reduction reaction; (c) detecting the oxidation-reduction reaction; (d) measuring the reaction rate of the detected oxidation-reduction reaction; And (e) identifying a base pairing with the preselected base.

상기한 방법에서와 같이, DNA 시료는, 공지기술에 따라, 올리고 뉴클레오티드 프로브와 접촉하기 전에 증식될 수 있다. 합성 염기는 상기의 염기 및 공지된 다른 염기로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 합성염기에 대한 유일한 제한은 네 개의 천연염기, 즉 아데닌, 구아닌, 시토신, 티민에 비교하여 구별되는 고유의 산화 전위를 가져야 한다는 것이다. 상기한 바와 같이, DNA 시료를, 올리고 뉴클레오티드 프로브와 접촉시키고; 하이브리드 DNA를 산화제와 반응시키고; 산화-환원 반응을 검출하게 된다. 미리 선택된 염기와 쌍을 이루는 염기의 규명은 (ⅰ) 미리 선택된 염기에 결합된 아데닌, 시토신, 구아닌, 또는 티민 염기를 갖는 DNA와 전이금속 착물의 각각 다른 네가지 공지의 반응 속도와 상기 측정된 산화-반응 속도를 비교하고, (ⅱ) 상기 측정된 반응 속도가 상기 공지의 산화-환원 반응 속도와 동일한지를 측정하는 단계로 구성된다.As in the above method, the DNA sample can be proliferated prior to contact with the oligonucleotide probe, according to known techniques. The synthetic base is selected from the group consisting of the above bases and other known bases. The only restriction on synthetic bases is that they have inherent oxidation potentials that are distinct compared to the four natural bases: adenine, guanine, cytosine, and thymine. Contacting the DNA sample with an oligonucleotide probe; Reacting the hybrid DNA with an oxidizing agent; Oxidation-reduction reaction is detected. Identification of the base pairing with the preselected base can be accomplished by: (i) detecting four different known reaction rates of the DNA having the adenine, cytosine, guanine, or thymine base bound to the preselected base and the transition metal complex, And (ii) measuring whether the measured reaction rate is the same as the known oxidation-reduction reaction rate.

다른 예에서, 올리고 뉴클레오티드 프로브는 두 번째의 미리 선택된 합성염기를 더 포함할 수 있다. 두 번째의 미리 선택된 합성염기는 첫 번째의 미리 선택된 합성염기와 다른 고유의 산화 전위를 갖는다. 이 예에서, 검출 단계는 전이금속 착물과 상기 두 번째 미리 선택된 염기 사이의 산화-환원 반응을 검출하는 것으로 더 구성된다. 또, 측정 단계는 전이금속 착물과 상기 두 번째 미리 선택된 염기 사이의 산화-환원 반응의 반응 속도를 측정하는 것으로 더 구성된다. 또한, 규명 단계는 상기 두 번째 미리 선택된 염기와 쌍을 이루는 염기를 규명하는 것으로 더 구성된다. 이 예에 따라, 양자 모두의 미리 선택된 염기의 산화-환원 반응이 검출되어 각각의 미리 선택된 합성 염기와 쌍을 이루는 염기가 상기 방법에 의해 규명된다. 당업자에게 명백하듯이, 상기 방법은 두 개 이상의 미리 선택된 염기로 행해질 수도 있다. 단, 상기 합성염기들의 산화전위는 서로 달라야 하며, 네가지 천연염기의 산화전위와도 다른 고유의 산화전위를 각각 가지는 것이라야 한다.In another example, the oligonucleotide probe may further comprise a second preselected synthetic base. The second preselected synthetic base has a unique oxidation potential different from the first preselected synthetic base. In this example, the detecting step is further comprised of detecting a redox reaction between the transition metal complex and the second preselected base. The measuring step is further comprised of measuring the reaction rate of the oxidation-reduction reaction between the transition metal complex and the second preselected base. The identifying step is further comprised of identifying a base pairing with the second preselected base. According to this example, oxidation-reduction reactions of both pre-selected bases are detected and bases paired with each preselected synthetic base are identified by this method. As will be apparent to those skilled in the art, the method may be performed with two or more preselected bases. However, the oxidation potentials of the synthetic bases should be different from each other, and have different intrinsic oxidation potentials from the oxidation potentials of the four natural bases.

본 발명에 따라 규명되는 미리 선택된 염기와 쌍을 이루는 각 염기의 수만큼, DNA 시료에서 각 염기를 규명하는 다른 자리에서 상기 미리 선택된 합성 염기를 갖는 충분한 수의 올리고 뉴클레오티드 프로브로 상기 방법의 단계를 반복하는 것에 의해 DNA 시퀀싱을 행할 수 있다. 다시 말해서, 각 프로브 시퀀스가 하나 이상의 미리 선택된 합성 염기를 포함하고, 각 합성염기가 각 올리고 뉴클레오티드 프로브으이 프로브 시퀀스를 따라 각기 다른 계산된 부위에 위치하는, 충분한 수의 올리고 뉴클레오티드 프로브를 제공하는 것에 의해 DNA 시퀀싱을 행할 수 있다. 이 방법에서, 합성염기 DNA와 산화제의 산화-환원 반응의 반복 검출, 산화-환원 반응 속도의 측정 및 미리 선택된 합성 염기와 쌍을 이루는 염기의 규명은 DNA 시료의 시퀀스의 염기들의 규명을 가져온다.Repeating the steps of the method with a sufficient number of oligonucleotide probes with the preselected synthetic base at a different site identifying each base in the DNA sample as many as the number of bases paired with preselected bases identified in accordance with the present invention DNA sequencing can be performed. In other words, by providing a sufficient number of oligonucleotide probes, each probe sequence comprising one or more preselected synthetic bases, each synthetic base being located at a different calculated site along the probe sequence of each oligonucleotide probe DNA sequencing can be performed. In this method, repeated detection of the oxidation-reduction reaction of synthetic base DNA and oxidant, measurement of the rate of oxidation-reduction reaction, and identification of the base pairing with the preselected synthetic base lead to the identification of the bases of the sequence of the DNA sample.

G. 장치G. Devices

본 발명은 또한, 본 발명의 방법을 수행하는데 유용한 장치를 제공한다. 그러한 장치의 일례가 도 3에 도시되어 있다. 일반적으로, 장치는 다수의 DNA 시료용기(10)를 포함한다. 구동 장치(11)는 다수의 DNA 시료용기(10)를 옮기기 위한 시료 처리 수단으로 작용한다. 액체 수용기(12), 공급 라인(13) 및 밸브(14)는 DNA 시료 용기에 올리고 뉴클레오티드 프로브를 이송하기 위한 이송수단으로 작용하고, 상응하는 액체 수용기(15), 공급 라인(16) 및 밸브(17)는 각 DNA 시료 용기에 전이금속 착물을 이송하기 위한 이송수단으로 작용한다. 프로브 장치(20)는 드라이브(21) 및 프로브(22)를 포함하고, 산화-환원 반응을 검출하기 위한 산화-환원 반응 검출 수단으로 작용한다. 작동시, DNA 시료는 시료 용기(10)에 미리 담겨 진다. 구동 장치(11)가 시료 용기(10)를 올리고 뉴클레오티드 프로브 이송수단과 산화제 이송수단 밑으로 이동시킨다. 각각의 시약의 이송후에, 각 시료 용기는 구동수단에 의해 프로브(22) 밑으로 이동하고, 프로브(22)는 드라이브(21)에 의해 시료 용기로 이동하여 산화-환원 반응을 검출하게 된다. 순환 전압전류 측정에 필요한 부가의 전극이 프로브(22)와 함께 이동한다. 여러 구성요소의 조작과 데이터 수집은, 일반적인 컴퓨터 상에서 작동하는 프로그램과 같은, 적당한 콘트롤러(30)에 의해 수행될 수 있다.The present invention also provides an apparatus useful for carrying out the method of the present invention. An example of such a device is shown in Fig. Generally, the apparatus comprises a plurality of DNA sample vessels 10. The driving device 11 serves as a sample processing means for transferring a plurality of DNA sample containers 10. The liquid receiver 12, the feed line 13 and the valve 14 serve as transport means for transporting the oligonucleotide probe to the DNA sample vessel and are connected to the corresponding liquid receiver 15, 17) serve as transferring means for transferring the transition metal complex to each DNA sample container. The probe apparatus 20 includes a drive 21 and a probe 22 and functions as oxidation-reduction reaction detecting means for detecting oxidation-reduction reaction. In operation, the DNA sample is pre-packed in the sample container (10). The driving device 11 moves the sample container 10 below the oligonucleotide probe transfer means and oxidant transfer means. After transfer of each reagent, each sample vessel is moved under the probe 22 by the driving means, and the probe 22 is moved to the sample vessel by the drive 21 to detect the oxidation-reduction reaction. An additional electrode necessary for cyclic voltage and current measurement moves together with the probe 22. The manipulation and data collection of the various components can be performed by a suitable controller 30, such as a program running on a general computer.

물론, 상기 장치의 여러 가지 변형이 가능함은 당업자에게 명백한 사실이다. 다수의 DNA 시료 용기는 공지된 적당한 용기로서, 예를 들어 DNA 시료를 담을 수 있는, 미세적정판, 시험관, 페트리 접시, 배양 바이알, 고체 담체 등이다. 시료 처리 수단은 DNA 시료 용기를 이동시킬 수 있는, 공지의 적당한 시료 처리 수단이다.Of course, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications of the device are possible. Many DNA sample vessels are known well known vessels, such as microtiter plates, test tubes, petri dishes, culture vials, solid supports, etc., which can contain, for example, DNA samples. The sample processing means is a well-known suitable sample processing means capable of moving the DNA sample container.

올리고 뉴클레오티드를 DNA 시료 용기에 이송하기 위한 적당한 올리고 뉴클레오티드 이송수단은 공지되어 있다. 예를 들어, 일례로, 올리고 뉴클레오티드 프로브 이송수단은 올리고 뉴클레오티드가 고정된 고체 담체를 포함한다. 올리고 뉴클레오티드 프로브 이송수단은 올리고 뉴클레오티드 프로브와 DNA의 하이브리드가 유효한 적정 조간하에서 DNA 시료와 올리고 뉴클레오티드 프로브 사이의 충분한 접촉을 하도록 하여야 한다. 산화제를 DNA 시료 용기에 이송하기 위한 적당한 산화제 이송수단은 공지되어 있다. 예를 들어, 일례로, 산화제 이송수단은 산화제가 고정된 고체 담체를 포함한다. 산화-환원 반응을 검출하기 위한 산화-환원 반응 검출기는, 일례로, 미리 선택된 염기의 산화를 검출할 수 있는 하나 이상의 전극을 포함한다. 적당한 검출 전극 및 기준 전극은 상기의 참고 문헌에 기재되어 있다. 바람직하게, 전극은 산화-환원 반응의 반응 속도를 측정하기 위한 수단과 전기적으로 통하게 되어 있다. 산화-환원 반응 속도를 측정하기 위한 수단은 공지되어 있다.Suitable oligonucleotide transfer means for transferring oligonucleotides to a DNA sample container are known. For example, in one example, the oligonucleotide probe delivery means comprises a solid support to which the oligonucleotide is immobilized. The oligonucleotide probe transfer means should allow sufficient contact between the DNA sample and the oligonucleotide probe under the appropriate conditions in which the hybridization of the oligonucleotide probe and the DNA is effective. Suitable oxidant transfer means for transferring the oxidant to the DNA sample vessel are known. For example, in one example, the oxidant transfer means comprises a solid support to which the oxidant is immobilized. An oxidation-reduction reaction detector for detecting an oxidation-reduction reaction includes, for example, one or more electrodes capable of detecting oxidation of a preselected base. Suitable sensing and reference electrodes are described in the above reference. Preferably, the electrode is in electrical communication with the means for measuring the reaction rate of the oxidation-reduction reaction. Means for measuring the oxidation-reduction reaction rate are known.

본 발명의 다른 예에서, DNA 하이브리드를 검출하기 위한 장치는 (a) DNA 시료 용기; (b) 상기 DNA 시료 용기에 올리고 뉴클레오티드 프로브를 이송하기 위한 올리고 뉴클레오티드 프로브 이송수단; (c) 상기 DNA 시료 용기에 전이금속 착물을 이송하기 위한 전이금속 착물 이송수단; 및 (d) 산화-환원 반응을 검출하기 위한 산화-환원 반응 검출기로 구성된다. 이 장치는 미합중국 특허 제 5, 143, 854 호 및 5, 405, 783 호; Nature 364:555(1993); Angew. Chem. 107:356(1995); 및 Analytica Chemistry 67(5): 21(1995)에 기재되어 있는 고정된 프로브에 사용하기 적합하다.In another example of the present invention, an apparatus for detecting a DNA hybrid comprises (a) a DNA sample container; (b) an oligonucleotide probe transfer means for transferring the oligonucleotide probe to the DNA sample container; (c) transition metal complex transporting means for transporting the transition metal complex to the DNA sample vessel; And (d) an oxidation-reduction reaction detector for detecting oxidation-reduction reaction. This device is described in U.S. Patent Nos. 5,143, 854 and 5,405, 783; Nature 364: 555 (1993); Angew. Chem. 107: 356 (1995); And Analytica Chemistry 67 (5): 21 (1995).

상기한 바와 같이, DNA 시료 용기는 공지된 적당한 용기이다. 올리고 뉴클레오티드 이송수단은, 바람직하게는, 프로브를 DNA 시료 용기에 이송할 수 있고, 그 위에 고정된 다수의 올리고 뉴클레오티드를 갖는 고체 담체이다. 예를 들어, 하나 이상의 올리고 뉴클레오티드 프로브와 DNA의 하이브리드를 충분히 허용하는 조건하에서 DNA 시료 용기내의 DNA 시료와 그 위에 고정된 다수의 올리고 뉴클레오티드를 갖는 고체 담체가 접촉을 한다.As described above, the DNA sample container is a known suitable container. The oligonucleotide transfer means is preferably a solid support capable of transferring a probe to a DNA sample container and having a plurality of oligonucleotides fixed thereon. For example, a DNA sample in a DNA sample container is contacted with a solid carrier having a plurality of oligonucleotides immobilized thereon under conditions that allow a hybridization of one or more oligonucleotide probes and DNA.

산화제를 DNA 시료 용기에 이송하기 위한 적당한 산화제 이송수단은 상기에 기재되어 있다. 바람직한 산화제 이송수단은 산화제가 고정된 고체 담체를 포함한다. 본 발명의 바람직한 예에서 올리고 뉴클레오티드 프로브와 산화제는 동일한 고체 담체에 고정된다.Suitable oxidant transfer means for transferring the oxidant to the DNA sample vessel are described above. A preferred oxidant transfer means comprises a solid carrier to which an oxidant is immobilized. In a preferred embodiment of the present invention, the oligonucleotide probe and the oxidizing agent are immobilized on the same solid carrier.

본 발명의 장치는 여러 DNA 시료의 진단 분석을 수행하는데 유용하다. 다수의 올리고 뉴클레오티드 프로브는 동일한 용기 내의 여러 가지 DNA의 검출 및 분석을 가능하게 하여, 병원균, 바이러스 등을 포함하는 여러 가지 DNA에 대한 단일 시료의 스크리닝 도구로 유용하다.The apparatus of the present invention is useful for performing diagnostic analysis of various DNA samples. Many oligonucleotide probes enable the detection and analysis of various DNAs in the same container and are useful as screening tools for single samples against various DNA including pathogens, viruses and the like.

H. RNA 하이브리드 검출, RNA 시퀀싱, 및 RNA 불일치 검출H. RNA hybrid detection, RNA sequencing, and RNA mismatch detection

본 발명은 또한 RNA 하이브리드 검출, RNA 시퀀싱, 및 RNA 불일치 검출을 위한 방법을 제공한다. 그러한 방법을 수행하는데 유용한 RNA는 리보솜 RNA, 전령 RNA, 또는 게놈 RNA를 포함한다(예를 들어, 리트로 바이러스, HIV-1 등과 같은 RNA 바이러스로부터 얻어진 RNA). 본 발명에 따라, RNA 하이브리드의 검출방법은 (a) RNA 시료를 올리고 뉴클레오티드 프로브와 접촉시켜 하이브리드 RNA를 형성하고; (b) 상기 하이브리드 RNA를, 산화-환원 반응에서, 하나 이상의 미리 선택된 염기를 갖는 상기 뉴클레오티드 중의 미리 선택된 염기를 산화시킬 수 있는, 전이금속 착물과 반응시키고; (c) 상기 산화-환원 반응을 검출하고; (d) 상기 미리 선택된 염기에서 검출된 산화-환원 반응으로부터 하이브리드 RNA의 존부를 측정하는 것으로 구성된다.The present invention also provides methods for RNA hybrid detection, RNA sequencing, and RNA mismatch detection. RNAs useful for carrying out such methods include ribosomal RNA, messenger RNA, or genomic RNA (e. G., RNA obtained from RNA viruses such as retrovirus, HIV-1, etc.). According to the present invention, a method for detecting an RNA hybrid comprises: (a) contacting an RNA sample with an oligonucleotide probe to form a hybrid RNA; (b) reacting the hybrid RNA with a transition metal complex capable of oxidizing a preselected base in the nucleotide having at least one preselected base in an oxidation-reduction reaction; (c) detecting the oxidation-reduction reaction; (d) measuring the presence of the hybrid RNA from the oxidation-reduction reaction detected in the preselected base.

보다 상세하게, RNA 하이브리드의 검출 방법은 (a) RNA 시료를 올리고 뉴클레오티드 프로브와 접촉시켜 하이브리드 RNA를 형성하고; (b) 상기 하이브리드 RNA를, 산화-환원 반응에서, 하나 이상의 미리 선택된 염기를 갖는 상기 뉴클레오티드 중의 미리 선택된 염기를 산화시킬 수 있는, 전이금속 착물과 반응시키고; (c) 상기 산화-환원 반응을 검출하고; (d) 상기 검출된 산화-반응 속도를 측정하고; (e) 상기 측정된 반응 속도를 전이금속 착물과 단일-사슬 RNA의 산화-환원 반응 속도와 비교하여; (f) 상기 측정된 반응 속도가 전이금속 착물과 단일-사슬 RNA의 산화-환원 반응 속도와 동일한지를 측정하는 것으로 구성된다.More specifically, a method of detecting an RNA hybrid comprises: (a) contacting an RNA sample with an oligonucleotide probe to form a hybrid RNA; (b) reacting the hybrid RNA with a transition metal complex capable of oxidizing a preselected base in the nucleotide having at least one preselected base in an oxidation-reduction reaction; (c) detecting the oxidation-reduction reaction; (d) measuring the detected oxidation-reaction rate; (e) comparing the measured reaction rate with the rate of oxidation-reduction reaction of the transition metal complex and single-chain RNA; (f) measuring whether the measured reaction rate is the same as the oxidation-reduction reaction rate of the transition metal complex and the single-chain RNA.

RNA 시퀀싱 방법은 (a) RNA 시료를, 고유의 산화 전위를 갖는 미리 선택된 염기를 포함하는 올리고 뉴클레오티드 프로브와 접촉시켜 하이브리드 RNA를 형성하고; (b) 상기 하이브리드 RNA를, 산화-환원 반응에서, 미리 선택된 수의 미리 선택된 염기를 갖는 상기 뉴클레오티드 중의 미리 선택된 염기를 산화시킬 수 있는, 전이금속 착물과 반응시키고; (c) 상기 산화-환원 반응을 검출하고; (d) 상기 검출된 산화-환원 반응의 반응 속도를 측정하고; 그리고 (e) 상기 미리 선택된 염기와 쌍을 이루는 염기를 규명하는 것으로 구성된다.The RNA sequencing method comprises: (a) contacting an RNA sample with an oligonucleotide probe comprising a preselected base having a unique oxidation potential to form a hybrid RNA; (b) reacting the hybrid RNA with a transition metal complex capable of oxidizing in a redox reaction a preselected base in the nucleotide having a preselected number of preselected bases; (c) detecting the oxidation-reduction reaction; (d) measuring the reaction rate of the detected oxidation-reduction reaction; And (e) identifying the base pairing with the preselected base.

올리고 뉴클레오티드 프로브, 하이브리드 방법, 산화제, 산화-환원 반응의 검출, 이 방법을 수행하는데 유용한 장치는 상기 A-H에 기재된 바와 같으며, 핵산 시료로 공지된 원리에 따라 RNA를 적용하기만 하면 된다.An oligonucleotide probe, a hybrid method, an oxidizing agent, a detection of oxidation-reduction reaction, an apparatus useful for carrying out this method are as described in A-H above, and only RNA is applied according to a principle known as a nucleic acid sample.

I. 표적 핵산 상의 미리 선택된 염기의 검출I. Detection of preselected bases on the target nucleic acid

상기 방법에서, 착물은 단일- 또는 이중 사슬 DNA 또는 핵산으로부터 전기화학적 전류를 얻는데 사용된다. 구아닌과 같이 미리 선택된 염기는 이중 사슬 DNA보다 훨씬 약한 전기화학적 신호를 생성한다. 그러한 방법은 바람직하게, 높은 감도를 나타내, 단일 염기 불일치를 해결할 수 있다. 따라서, 그러한 방법은 DNA 시퀀싱에 특히 유리하다. 그러나, 그러한 방법은 (a) 프로브 사슬로부터 하이브리드로 진행하는 음성신호가 있고; (b) 신호의 증폭이 없다는 두가지 단점이 있다. 하기 기술은 이러한 문제점의 해결방법을 제시한다. 또한, 하기 기술은 진단 분석에 특히 유용하며, 핵산의 정량적 검출에 특히 유용하다.In this method, the complexes are used to obtain electrochemical currents from single- or double-stranded DNA or nucleic acids. Pre-selected bases, such as guanine, produce electrochemical signals that are much weaker than double-stranded DNA. Such a method preferably exhibits high sensitivity and can resolve single base mismatches. Thus, such methods are particularly advantageous for DNA sequencing. However, such methods require (a) there is a voice signal going from the probe chain to the hybrid; (b) there is no signal amplification. The following techniques provide solutions to these problems. In addition, the following techniques are particularly useful for diagnostic assays and are particularly useful for quantitative detection of nucleic acids.

본 발명은 시험 시료중의, 하나 이상의 미리 선택된 염기를 함유하는 표적 핵산의 검출 방법을 제공한다.The present invention provides a method for detecting a target nucleic acid containing one or more preselected bases in a test sample.

바람직하게, 표적 핵산은 올리고 뉴클레오티드 프로브보다 10개 이상 많은 미리 선택된 염기를 포함하고, 바람직하게는 올리고 뉴클레오티드 프로브보다 50 또는 100개 이상 많은 미리 선택된 염기를 포함한다. 표적핵산이 올리고 뉴클레오티드 프로브보다 훨씬 많은 미리 선택된 염기를 포함할 때 더 큰 전류 증가가 얻어진다.Preferably, the target nucleic acid comprises more than 10 pre-selected bases than the oligonucleotide probe, preferably more than 50 or 100 more pre-selected bases than the oligonucleotide probe. A larger current increase is obtained when the target nucleic acid contains much more pre-selected bases than the oligonucleotide probes.

임의로, 그러나 바람직하게, 올리고 뉴클레오티드 프로브는 미리 선택된 염기로부터 유리된다(즉, 프로브로부터의 신호를 간섭하지 않거나 또는 표적 핵산으로부터의 신호로 오류를 발생시키지 않도록 충분히 적은 수의 미리 선택된 염기를 포함한다). 표적 핵산에 하이브리드되는 천연 염기를 사용할 수 없을 때, 산화환원에 불활성인 다른 염기가 사용된다.Optionally, but preferably, the oligonucleotide probes are free from pre-selected bases (i.e., contain a sufficiently small number of preselected bases so as not to interfere with the signal from the probe or to cause errors from the target nucleic acid) . When a natural base that hybridizes to a target nucleic acid can not be used, other bases that are inert to redox are used.

표적 핵산은 바람직하게는 올리고 뉴클레오티드 프로브보다 길고, 도 4에 도시한 바와 같이, 하나 이상의 미리 선택된 염기는 하이브리드 핵산에서 올리고 뉴클레오티드 프로브에 하이브리드되지 않는다(즉, 오버행잉(overhanging)). 바람직하게는, 10, 50, 또는 100개 이상의 미리 선택된 염기가 오버행잉 염기이고, 이에 의해, 검출되는 전기화학적 신호의 증폭이 제공된다.The target nucleic acid is preferably longer than the oligonucleotide probe, and as shown in Figure 4, one or more preselected bases are not hybridized (i.e., overhanging) to the oligonucleotide probe in the hybrid nucleic acid. Preferably, 10, 50, or more than 100 pre-selected bases are over-hanging bases, thereby providing amplification of the detected electrochemical signal.

예를 들어, 구아닌 잔기를 함유하지 않는(예를 들어 A, T 및 C를 함유하는) 올리고 뉴클레오티드 프로브가 사용될 수 있다. 이 사슬의 존재하에서 Ru(bpy)3 2+의 순환 전압전류는 올리고머가 없는 것과 매우 유사하다. 이 사슬은 오버랩핑 구역 또는 표적 핵산이 올리고 뉴클레오티드 프로브보다 긴 경우 오버 행잉 구역의 한쪽 또는 양쪽 모두에서 구아닌을 함유하는 표적 사슬에 하이브리드 된다. 여러 구아닌이 검출되므로, 신호는 형성되는 하이브리드의 수에 상대적으로 증폭된다. 게놈 DNA 또는 RNA가 표적 핵산인 경우에 다수의 오버행잉 구아닌이 생기고, 굉장한 증폭이 발생하게 된다. 예를 들어, 리보솜 RNA는 특정 기관에 대해 1,000개의 구아닌을 함유할 수 있고, 따라서 하이브리드당 1000배의 증폭을 제공하게 된다.For example, oligonucleotide probes which do not contain a guanine residue (containing, for example, A, T and C) can be used. The cyclic voltametry of Ru (bpy) 3 2+ in the presence of this chain is very similar to the absence of oligomers. This chain hybridizes to the target chain containing guanine in either the overlapping region or the overhanging region if the target nucleic acid is longer than the oligonucleotide probe. Since multiple guanines are detected, the signal is amplified relative to the number of hybrids formed. When the genomic DNA or RNA is a target nucleic acid, a large number of overhanging guanines are generated, and a tremendous amplification occurs. For example, ribosomal RNA can contain 1,000 guanines for specific organs, thus providing a 1000-fold amplification per hybrid.

예를 들어, 바람직한 예에서, 표적 사슬 상의 미리 선택된 염기를 위한 분석에서는, 전극표면에 인접하여 배향된 고체 표면에 프로브 사슬을 고정시켜, 매질 존재하에 스캔했을 때 낮은 배경 신호를 제공하게 한다. 고체 표면은, 미리 선택된 염기를 포함하는, 표적 사슬의 용액과 접촉하게 된다. 하이브리드가 일어난다면, 표적 사슬은 전극에 근접하고, 전류 증가가 검출된다.For example, in a preferred example, analysis for preselected bases on the target chain will immobilize the probe chains on a solid surface oriented adjacent to the electrode surface, thereby providing a low background signal when scanned in the presence of the medium. The solid surface is brought into contact with a solution of the target chain, including the preselected base. If a hybrid occurs, the target chain is close to the electrode and an increase in current is detected.

핵산 정량.Quantification of nucleic acids.

본 방법은 핵산의 정량분석에 적합하다. 이 경우, 산화제(예를 들어, Ru(bpy)3 2+)에 의한 하이브리드의 산화에 대한 속도상수는 디지털 시뮬레이션에 의한 순환 전압전류(또는 다른 전기 신호)로부터 측정된다. 이 반응은 이차 반응이므로, 속도는 k[ Ru(bpy)3 2+][DNA]이다. 여기서 k는 속도상수, [ Ru(bpy)3 2+]는 산화제의 농도, [DNA]는 하이브리드(DNA-DNA 하이브리드)의 농도이다. k와 [Ru(bpy)3 2+]가 알려지면, 하이브리드의 양을 측정할 수 있다. 표적 DNA 또는 RNA를 함유하는 각기 다른 양의 표준 용액으로 얻어지는 전류증가에 대한 검량곡선을 구하고, 실제 증가된 전류를 사용해 직접 하이브리드의 양을 얻는다. 이 양은 표적 물질(예를 들어 의료용 시료에서 감염 기관)의 양과 직접 관계가 있다. J. Virol. 69, 3510-3516(1995); Science 272, 1167-1170(1996) 참조.This method is suitable for quantitative analysis of nucleic acids. In this case, the rate constant for oxidation of the hybrid by the oxidant (for example, Ru (bpy) 3 2+ ) is measured from the cyclic voltage current (or other electrical signal) by digital simulation. Since this reaction is a secondary reaction, the rate is k [Ru (bpy) 3 2+ ] [DNA]. Where k is the rate constant, [Ru (bpy) 3 2+ ] is the concentration of the oxidant, and [DNA] is the concentration of the hybrid (DNA-DNA hybrid). k and [Ru (bpy) 3 2+ ] are known, the amount of the hybrid can be measured. Obtain a calibration curve for the current increase obtained with a different amount of standard solution containing the target DNA or RNA and obtain the amount of the hybrid directly using the actual increased current. This amount is directly related to the amount of the target substance (eg, the infecting organ in a medical sample). J. Virol. 69, 3510-3516 (1995); Science 272, 1167-1170 (1996).

J. 산화 환원반응에 불활성인 다른 염기J. Other bases inert to redox reactions

상기 H에 기술된 방법의 한가지 단점은 올리고 뉴클레오티드 프로브가 상당수의 미리 선택된 염기(예를 들어, 구아닌)을 포함하지 않는다는 것이다. 이 문제의 해법은 프로브 사슬에서 구아닌을 대체하면서도 반응조건에서 산화제에 의해 산화되지는 않는 다른 염기(예를 들어, 구아닌과 같이, 핵산 이중 나선에서 다른 염기보다 시토신에 대해 큰 결합 친화성을 갖는 염기)를 사용하는 것이다. 그러한 염기의 예로는 이노신 및 7-데아자-구아닌이 있다.One disadvantage of the method described in H above is that the oligonucleotide probe does not contain a significant number of preselected bases (e.g., guanine). The solution to this problem is to replace the guanine in the probe chain, but in the presence of other bases which are not oxidized by the oxidizing agent under the reaction conditions (for example, bases having a greater affinity for cytosine than the other bases in the nucleic acid duplex, ). Examples of such bases are inosine and 7-deaza-guanine.

따라서, 표적 핵산이 하나 이상의 미리 선택된 염기를 함유하고, 프로브 또는 포착 핵산이 다른 산화-환원 반응에 불활성인 염기를 포함하는 표적 핵산의 검출 방법은 (a) 시험 시료를, 표적 핵산에 특정하게 결합하는 상보 핵산과 접촉시켜 하이브리드 핵산을 형성하고; (b) 상기 하이브리드 핵산을, 산화-환원 반응에서, 상기 미리 선택된 염기를 산화시키는 전이금속 착물과 접촉시키고; (c) 상기 하이브리드 핵산과 관련된 산화-환원 반응의 존부를 검출하고; 그리고 (d) 상기 미리 선택된 염기에서 검출된 산화-환원 반응으로부터 상기 시험 시료 중의 상기 표적 핵산의 존부를 측정하는 것으로 구성된다. 상기 표적 핵산에서 상기 미리 선택된 염기는 구아닌이고; 상기 표적 핵산은 (상보 핵산에서 일반적으로 구아닌과 결합하는) 시토신을 포함하고; 상기 올리고 뉴클레오티드 프로브는 상기 하이브리드 핵산 중의 시토신에 결합하는 대응 염기를 포함한다. 상기 다른 염기는 이노신 및 7-데아자-구아닌으로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 반응 단계는 상기 다른 염기를 산화시키지 않고 미리 선택된 염기를 산화시키기에 충분히 유효한 조건에서 전이금속 착물과 핵산을 반응시키는 것으로 구성된다.Thus, a method for detecting a target nucleic acid wherein the target nucleic acid contains one or more preselected bases and wherein the probe or the capture nucleic acid comprises a base that is inert to the other oxidation-reduction reactions comprises the steps of (a) contacting the test sample with a target nucleic acid Lt; / RTI > to form a hybrid nucleic acid; (b) contacting the hybrid nucleic acid with a transition metal complex which oxidizes the preselected base in an oxidation-reduction reaction; (c) detecting the presence of an oxidation-reduction reaction associated with the hybrid nucleic acid; And (d) measuring the presence or absence of the target nucleic acid in the test sample from the oxidation-reduction reaction detected in the preselected base. Wherein the preselected base in the target nucleic acid is guanine; The target nucleic acid comprises cytosine (which is generally associated with guanine in a complementary nucleic acid); The oligonucleotide probe comprises a corresponding base which binds to cytosine in the hybrid nucleic acid. The other base is selected from the group consisting of inosine and 7-deaza-guanine. The reaction step consists of reacting the transition metal complex with the nucleic acid under conditions effective to oxidize the preselected base without oxidizing the other base.

올리고 뉴클레오티드 프로브, 하이브리드 방법, 산화제 및 산화-환원 반응 방법, 산화-환원 반응의 검출, 및 본 방법의 수행에 유용한 장치는 상기 A-I에 기술되어 있다.Useful devices for oligonucleotide probes, hybrid methods, oxidizing agents and oxidation-reduction reaction methods, detection of oxidation-reduction reactions, and performance of the method are described in A-I above.

K. 말단 전이효소와 미리 선택된 염기의 중합K. Polymerization of terminally transferase and pre-selected bases

상기 H에 기술된 방법은 말단 전이효소로 표적 핵산을 연장시켜 그 위에 미리 선택된 염기가 부가된 것을 제공한다. 도 7에 도시한 바와 같이, 그러한 방법은 (a) 시험 시료를, 표적 핵산에 특정하게 결합하고, 말단 전이효소에 의해 차단된 말단을 갖는, 올리고 뉴클레오티드 프로브와 접촉시켜 하이브리드 핵산을 형성하고; (b) 상기 하이브리드 핵산을 말단 전이효소의 존재하에 미리 선택된 염기를 함유하는 용액에 접촉시켜, 미리 선택된 염기로 구성되는 연장 생성물을 생성하고; (c) 상기 올리고 뉴클레오티드 프로브를, 산화-환원 반응에서 상기 미리 선택된 염기를 산화시키는, 전이금속 착물과 접촉시키고; (d) 산화-환원 반응에서 상기 표적 핵산의 존부를 검출하고; 그리고 (e) 상기 미리 선택된 염기에서 검출된 산화-환원 반응으로부터 상기 시험 시료 중의 상기 표적 핵산의 존부를 측정하는 것으로 구성된다. 시험 시료는, 바람직하게, 검출 단계 전에 올리고 뉴클레오티드 프로브로부터 분리되며, 보다 바람직하게는 단계(a)와 (b) 사이에 분리된다. 분리는 고정된 프로브를 사용하여 행해질 수 있다. 또는, 상기 H에서 기술한 바와 같이, 프로브가 용액으로 제공될 수 있다.The method described in H above prolongs the target nucleic acid with a terminal transferase to provide a pre-selected base added thereto. As shown in Fig. 7, such a method comprises: (a) contacting a test sample with an oligonucleotide probe, which specifically binds to a target nucleic acid and has a terminal blocked by a terminal transferase to form a hybrid nucleic acid; (b) contacting the hybrid nucleic acid with a solution containing a base selected in advance in the presence of a terminal transferase to produce an extension product consisting of a preselected base; (c) contacting the oligonucleotide probe with a transition metal complex that oxidizes the preselected base in a redox reaction; (d) detecting the presence of the target nucleic acid in an oxidation-reduction reaction; And (e) measuring the presence or absence of the target nucleic acid in the test sample from the oxidation-reduction reaction detected in the preselected base. The test sample is preferably separated from the oligonucleotide probe before the detection step, more preferably between steps (a) and (b). The separation can be done using a fixed probe. Alternatively, as described in H above, the probe may be provided as a solution.

올리고 뉴클레오티드 프로브, 하이브리드 방법, 산화제 및 산화-환원 반응 방법, 산화-환원 반응의 검출, 및 본 방법에 유용한 장치는 상기 A-I에 기술되어 있다.Oligonucleotide probes, hybrid methods, oxidizing agents and oxidation-reduction reaction methods, detection of oxidation-reduction reactions, and apparatus useful for the method are described in A-I above.

L. 샌드위치 분석L. Sandwich Analysis

상기 H에 기술된 방법의 또 다른 예는 도 8에 도시되어 있는, 소위 "샌드위치" 분석이다. 샌드위치 분석에서 표적 핵산은 포착 프로브, 표적 핵산, 및 신호 프로브로 구성된 세 개의 하이브리드의 일부이다.Another example of the method described in H above is the so-called " sandwich " analysis, shown in FIG. In a sandwich assay, the target nucleic acid is part of three hybrids composed of a capture probe, a target nucleic acid, and a signal probe.

시험 시료중의 표적 핵산의 검출 방법은 (a) 표적 핵산에 특정하게 결합하는 포착 프로브를 제공하고; (b) 시험 시료를 상기 포착 프로브와 접촉시켜 하이브리드 핵산을 형성하고; (c) 상기 표적 핵산에 특정하게 결합하고, 하나 이상의 미리 선택된 염기를 함유하는, 올리고 뉴클레오티드 신호 프로브를 상기 하이브리드 핵산에 접촉시켜 하이브리드 핵산 샌드위치를 생성하고; (d) 상기 하이브리드 핵산 샌드위치를, 산화-환원 반응에서 상기 미리 선택된 염기를 산화시키는 전이금속 착물과 접촉시키고; (e) 상기 하이브리드 핵산 샌드위치와 관련된 산화-환원 반응의 존부를 검출하고; 그리고 (f) 상기 미리 선택된 염기에서 검출된 산화-환원 반응으로부터 상기 시험 시료 중의 상기 표적 핵산의 존부를 측정하는 것으로 구성된다. 시험시료는 바람직하게 포착 프로브로부터 분리되며, 분리 단계는 상기의 (b)와 (c) 단계 사이, 또는 (c)와 (d) 단계 사이에 일어난다. 분석 형식(균질, 또는 불균질)에 따라, 올리고 뉴클레오티드 포착 프로브가 고체 담체(예를 들어, 중합체 입자, 판, 또는 미세적정판 웰의 내부 표면)상에 고정되거나, 또는 하이브리드 핵산을 분리하기 위한 다른 수단을 사용할 수 있다.A method of detecting a target nucleic acid in a test sample comprises the steps of: (a) providing a capture probe that specifically binds to the target nucleic acid; (b) contacting the test sample with the capture probe to form a hybrid nucleic acid; (c) contacting the oligonucleotide signal probe, which specifically binds to the target nucleic acid and contains one or more preselected bases, to the hybrid nucleic acid to generate a hybrid nucleic acid sandwich; (d) contacting the hybrid nucleic acid sandwich with a transition metal complex that oxidizes the preselected base in an oxidation-reduction reaction; (e) detecting the presence of an oxidation-reduction reaction associated with the hybrid nucleic acid sandwich; And (f) measuring the presence or absence of the target nucleic acid in the test sample from the oxidation-reduction reaction detected in the preselected base. The test sample is preferably separated from the acquisition probe and the separation step occurs between steps (b) and (c) above or between steps (c) and (d). Depending on the type of analysis (homogeneous or heterogeneous), the oligonucleotide capture probe may be immobilized on a solid support (e.g., the interior surface of a polymer particle, plate, or microtiter plate well) Other means may be used.

여러 가지 샌드위치 형식이 공지되어 있다. 분석형식의 선택은 중요하지 않으며, 본 발명에 적합한 형식을 사용하면 된다. 예를 들어, 올리고 뉴클레오티드 포착 프로브를 미합중국 특허 제 4,486,539 호에 기재된 바와 같이, 고체 담체상에 고정할 수 있다. 올리고 뉴클레오티드 프로브는 미합중국 특허 제 4,868,104 호에 기재된 바와 같이, 중합체 형성 단위를 포함할 수 있고, 하이브리드 핵산 샌드위치는 중합에 의해 분리된다. 신호 프로브는 Clinical Chem. 39, 725-726(1993)에 지개된 바와 같이, 직쇄 또는 측쇄일 수 있다. 미합중국 특허 제 4, 751, 177 호에 기재된, 올리고 뉴클레오티드 포착 프로브를 고정 폴리뉴클레오티드에 결합시킨 매질 폴리뉴클레오티드를 사용할 수도 있다. 올리고 뉴클레오티드 프로브는 특정 결합쌍의 한 멤버, 및 결합쌍의 다른 멤버와 두 번째 결합 작용을 하는 수단에 의해 시험시료로부터 분리된 하이브리드 핵산 샌드위치에 결합될 수 있고(예를 들어, 비오틴), 고체 담체에 고정된다(예를 들어, 아비딘). 유럽 특허출원 제 0 238 332 호, 0 139 489 호 및 0 192 168 호 참조.Several types of sandwiches are known. Selection of the analysis format is not important, and a format suitable for the present invention may be used. For example, an oligonucleotide capture probe can be immobilized on a solid support, as described in U.S. Patent No. 4,486,539. The oligonucleotide probes may comprise polymeric units as described in U.S. Patent No. 4,868,104, and the hybrid nucleic acid sandwiches are separated by polymerization. The signal probe is described in Clinical Chem. 39, 725-726 (1993). A medium polynucleotide in which an oligonucleotide capture probe bound to a fixed polynucleotide described in U.S. Patent No. 4,751,177 may be used. The oligonucleotide probe can be conjugated to a hybrid nucleic acid sandwich separated from the test sample (e.g., biotin) by means of a second member interaction with one member of the specific binding pair, and the other member of the binding pair, (E.g., avidin). See European Patent Application Nos. 0 238 332, 0 139 489 and 0 192 168.

올리고 뉴클레오티드 프로브, 하이브리드 방법, 산화제 및 산화-환원 반응 방법, 산화-환원 반응의 검출, 및 본 방법에 유용한 장치는 상기 A-K에 기술되어 있다.Oligonucleotide probes, hybrid methods, oxidizing agents and oxidation-reduction reaction methods, detection of oxidation-reduction reactions, and apparatus useful for the method are described in A-K above.

M. 배경 구아닌 신호 존재하에 미리 선택된 염기의 검출M. Background Detection of preselected bases in the presence of guanine signal

올리고 뉴클레오티드 프로브에서 미리 선택된 염기의 존재는 구아닌의 산화로부터 발생되는 배경 신호 생성물의 존재하에서도 검출될 수 있다. 불일치의 검출은 네 개의 천연염기의 존재하에 올리고 뉴클레오티드 프로브에서 미리 선택된 염기를 검출하는 성능에 의존한다. 그러므로, 미리 선택된 염기는 다른 네 개의 염기보다 빠르게 산화될 수 있어야 한다.The presence of a preselected base in an oligonucleotide probe can also be detected in the presence of a background signal product resulting from the oxidation of guanine. Detection of the mismatch depends on the ability to detect a pre-selected base in an oligonucleotide probe in the presence of four natural bases. Therefore, preselected bases should be able to be oxidized faster than the other four bases.

본 발명은 배경 구아닌 신호 존재하에서 미리 선택된 염기의 전기화학적 검출에 유용한 올리고 뉴클레오티드 프로브를 제공한다. 올리고 뉴클레오티드 프로브는 하기 식(Ⅰ)의 퓨린 치환체를 하나 이상 포함하는, 상기 B 섹션에 기재된 올리고 뉴클레오티드 프로브일 수 있다:The present invention provides oligonucleotide probes useful for electrochemical detection of preselected bases in the presence of background guanine signals. The oligonucleotide probe may be an oligonucleotide probe as described in section B above, comprising at least one purine substituent of formula (I): < EMI ID =

올리고뉴클레오티드 프로브는 상기 식의 염기를 결합 상대에 따라 바람직한 수(예를 들어, 1, 2 또는 3 내지 5, 10, 또는 15 이상)로 함유할 수 있다. 그러한 올리고 뉴클레오티드 프로브의 특정예, 및 그 제조에 유용한 뉴클레오티드로는 하기 식(Ⅱ)의 화합물이 있다:The oligonucleotide probe may contain a desired number of bases (for example, 1, 2 or 3 to 5, 10, or 15 or more) according to the binding partner of the base of the above formula. Specific examples of such oligonucleotide probes, and nucleotides useful in the production thereof, include the following compounds of formula (II): < EMI ID =

상기식에서;Wherein:

R1은 HO-P(O)(OH)-O-, 뉴클레오티드, 또는 올리고 뉴클레오티드;R 1 is HO-P (O) (OH) -O-, a nucleotide, or oligonucleotide;

R2는 -H, 뉴클레오티드, 또는 올리고 뉴클레오티드;R 2 is -H, a nucleotide, or an oligonucleotide;

R3는 -H, -OH, 할로겐(플로오로, 클로로), 알콕시, 아미노, 또는 아지도; 이고;R 3 is -H, -OH, halogen (fluoro, chloro), alkoxy, amino, or azido; ego;

R4는 -O- 또는 CH2-이다.R 4 is -O- or CH 2 -.

상기 식(Ⅰ) 및 (Ⅱ)와 관련하여 기재된 올리고 뉴클레오티드 프로브는 공지기술에 의해 제조되며, 하기 실시예 이외에도 변형이 가능함은 당업자에게 명백한 일이다.It is apparent to those skilled in the art that the oligonucleotide probes described in connection with the above formulas (I) and (II) are prepared by known techniques, and that modifications other than the following examples are possible.

상기 식(Ⅱ)의 화합물의 바람직한 예는 R1이 OH-P(O)(OH)-O-인 것이다. 상기 식(Ⅰ)의 화합물의 다른 바람직한 예는 R이 H인 것이다. R1이 뉴클레오티드 또는 올리고 뉴클레오티드일 때, 포스포디에스테르 결합은 3' 말단이다. R2가 뉴클레오티드 또는 올리고 뉴클레오티드일 때, 포스포디에스테르 결합은 5' 말단이다.A preferred example of the compound of the formula (II) is that R 1 is OH-P (O) (OH) -O-. Another preferred example of the compound of formula (I) is that R is H. When R < 1 > is a nucleotide or oligonucleotide, the phosphodiester linkage is at the 3 ' end. When R 2 is a nucleotide or oligonucleotide, the phosphodiester linkage is at the 5 'end.

식(Ⅰ)의 화합물은 바람직하게는 상기 A-M 섹션에서 기술한 바와 같이, 본 발명의 방법에 사용될 수 있는 올리고 뉴클레오티드 프로브에서 염기로서 포함된다. 올리고 뉴클레오티드 프로브는 물론 여러 가지 염기를 포함할 수 있으나, 올리고 뉴클레오티드 프로브가 배경 구아닌 신호 존재하에서 미리 선택된 염기의 전기화학적 검출에 사용될 때는 식(Ⅰ)의 염기를 하나 이상 포함하여야 한다.The compound of formula (I) is preferably included as a base in an oligonucleotide probe which can be used in the method of the present invention, as described in section A-M above. Oligonucleotide probes may, of course, include various bases, but when the oligonucleotide probes are used for electrochemical detection of preselected bases in the presence of background guanine signals, they should include one or more bases of formula (I).

올리고 뉴클레오티드 프로브는 5, 10 50 또는 100 염기쌍 이하의 길이이다. 식(Ⅱ) 화합물의 특정예는 6-메르캅토구아노신 5'-모노포스패이트이다.The oligonucleotide probes are 5, 10 or 50 bases or less in length. A specific example of the compound of formula (II) is 6-mercapto guanosine 5'-monophosphate.

N. 전극 구조N. Electrode Structure

상기 방법에 따라 핵산에서 미리 선택된 염기의 전기화학적 검출에 유용한 전극은 (a) 작업 표면을 갖는 전도성 기판; 및 (b) 상기 작업 표면에 연결되고, 핵산에 결합되는 비-전도성 중합체 층으로 구성된다. 중합체 층은 핵산을 결합하고(예를 들어, 소수 작용 또는 다른 적당한 결합기술에 의해), 전이금속 착물에 공극성인 층이다(즉, 전이금속이 중합체에 결합된 핵산으로 전이할 수 있다). 전도성 기판은, 반도체 기판을 포함해서, 금속성 또는 비금속성 기판일 수 있다(예를 들어, 금, 유리질 탄소, 인듐-도핑된 산화주석). 전도성 기판은 그 단부에 작업 표면을 갖는 긴 프로브, 또는 그 측면에 작업 표면을 갖는 평평한 시트와 같이 여러가지 물리적 형태를 가질 수 있다. 중합체 층은 적정 수단, 예를 들어, 중합체 층을 작업 표면에 클램핑하는 것, 중합체 용액을 전극상에 증발시키는 것, 또는 전기 중합, 에 의해 작업 표면에 연결될 수 있다. 중합체의 예로는 나일론, 니트로셀룰로즈, 폴리스티렌, 및 폴리(비닐피리딘)이 있다. 중합체 층의 두께는 중요하지 않으나, 100Å 내지 1, 10, 또는 100미크론일 수도 있다. 전극은 상기 A-M의 모든 방법에 사용된다. 따라서, 일반적으로, 본 발명은 하나 이상의 미리 선택된 염기를 포함하는 핵산의 검출방법을 제공하며, 그 방법은 (a) 핵산을 포함하는 시료를 (ⅰ) 작업 표면을 갖는 전도성 기판; 및 (ⅱ) 상기 작업 표면에 연결되고, 핵산에 결합되는 비-전도성 중합체 층으로 구성된, 전극에 접촉시키고; (b) 상기 핵산을, 산화-환원 반응에서, 상기 미리 선택된 염기를 산화시킬 수 있고, 상기 중합체 층이 그에 대해 공극성인, 전이금속 착물과 반응시키고; (c) 상기 전극을 흐르는 전류를 측정하여 상기 산화-환원 반응을 검출하고; 그리고 (d) 상기 미리 선택된 염기에서 검출된 산화-환원 반응으로부터 상기 시험 시료 중의 상기 표적 핵산의 존부를 측정하는 것으로 구성된다.Electrodes useful for electrochemical detection of a base preselected in nucleic acids according to the above method include: (a) a conductive substrate having a work surface; And (b) a non-conducting polymer layer coupled to the working surface and coupled to the nucleic acid. The polymeric layer is a layer that is conjugated to the nucleic acid (e. G., By hydrophobic action or other suitable bonding technique) and is porous to the transition metal complex (i. E., The transition metal can be transferred to the nucleic acid bound to the polymer). The conductive substrate can be a metallic or non-metallic substrate, including a semiconductor substrate (e.g., gold, glassy carbon, indium-doped tin oxide). The conductive substrate may have various physical forms, such as a long probe with a working surface at its end, or a flat sheet with a working surface on its side. The polymer layer can be connected to the work surface by suitable means, for example, clamping the polymer layer to the work surface, evaporating the polymer solution onto the electrode, or electropolymerization. Examples of polymers include nylon, nitrocellulose, polystyrene, and poly (vinylpyridine). The thickness of the polymer layer is not critical, but may be from 100 ANGSTROM to 1, 10, or 100 microns. The electrode is used in all the methods of A-M above. Thus, in general, the invention provides a method of detecting a nucleic acid comprising one or more preselected bases, said method comprising the steps of: (a) contacting a sample comprising a nucleic acid with (i) a conductive substrate having a working surface; And (ii) a non-conducting polymer layer connected to the working surface and bonded to a nucleic acid; (b) reacting the nucleic acid with a transition metal complex capable of oxidizing the preselected base in a redox reaction and wherein the polymer layer is pore-free therewith; (c) detecting the oxidation-reduction reaction by measuring a current flowing through the electrode; And (d) measuring the presence or absence of the target nucleic acid in the test sample from the oxidation-reduction reaction detected in the preselected base.

O. 마이크로일렉트로닉 장치O. Microelectronic devices

상기 기술의 장점은 마이크로일렉트로닉 장치에 의해 수행될 수 있다. 상기 방법에서 핵산 종의 검출에 유용한 마이크로일렉트로닉 장치는, 첫 번째 및 두 번째 대향면을 갖는 마이크로일렉트로닉 기판; 첫 번째 면 상의 전도성 전극; 및 상기 전도성 전극에 인접한 첫 번째 면 상에 고정된 올리고 뉴클레오티드 포착 프로브로 구성된다. 포착 프로브는 인접 전극과 충분히 가깝도록 공간을 두어(예를 들어 0.1, 1, 또는 2μ 내지 50, 100, 500 또는 1000μ), 프로브 또는 프로브에 하이브리드되는 표적 핵산에서 일어나는 산화 환원 반응이 인접 전극에서 검출되도록 한다.The advantages of the above technique can be achieved by a microelectronic device. A microelectronic device useful in the detection of nucleic acid species in the method comprises a microelectronic substrate having first and second opposing faces; A conductive electrode on the first side; And an oligonucleotide capture probe immobilized on the first surface adjacent to the conductive electrode. The capture probe is placed in close proximity to the adjacent electrode (e.g., 0.1, 1, or 2 to 50, 100, 500, or 1000 microns) so that the redox reaction that occurs in the target nucleic acid that hybridizes to the probe or probe is detected .

도 9 및 도 10에 도시된 바람직한 예어서, 마이크로일렉트로닉 장치(20)은 첫 번째 대향면 상의 다수의 분리된 전극(21), 및 상기 각각의 분리된 전극에 인접하여 고정된 다수의 분리된 올리고 뉴클레오티드 포착 프로브(22)를 갖는다. 각각 전극과 관련된, 서로 다른, 다수의 분리된 올리고 뉴클레오티드 포착 프로브를 제공하는 것에 의해, 여러 가지 다른 하이브리드를 검출할 수 있는 단일의 컴팩트한 장치가 제공된다. 각 전극은 적절한 콘택트(23)에 전기적으로 연결되어 상기 방법의 검출 및 측정 단계를 수행하기 위한 필요한 전기적 장치와 연관되어 작동된다.9 and 10, the microelectronic device 20 includes a plurality of discrete electrodes 21 on a first opposing face, and a plurality of discrete electrodes 22, And a nucleotide capture probe 22. By providing different, multiple, separate oligonucleotide capture probes, each associated with an electrode, a single compact device is provided that can detect several different hybrids. Each electrode is electrically connected to an appropriate contact 23 to operate in association with the necessary electrical device to perform the detection and measurement steps of the method.

핵산은 공지기술에 의해 마이크로일렉트로닉 기판상의 적정 위치에 고정된다. 미합중국 특허 제 5, 405, 783 호 참조. 마이크로일렉트로닉 기판은 반도체(예를 들어, 실리콘) 또는 일반적인 마이크로일렉트로닉 기술을 사용해 가공할 수 있는 비-반도체 물질(예를 들어, 유리)일 수 있다. 전극은 금속, 또는 다결정성 실리콘과 같은 비금속성 물질이다. 전극은, 침적 에칭과 같은, 일반적인 마이크로일렉트로닉 기술을 사용해 제조될 수 있다. 여러 가지 적당한 마이크로일렉트로닉 구조 및 가공기술이 공지되어 있다. VLSI Technology(1983); VLSI Fabrification Principles(1983) 참조.The nucleic acid is immobilized at an appropriate position on the microelectronic substrate by known techniques. See U.S. Patent No. 5,405, 783. The microelectronic substrate may be a semiconductor (e.g., silicon) or a non-semiconductor material (e.g., glass) that can be processed using conventional microelectronic techniques. The electrode is a metal, or a non-metallic material such as polycrystalline silicon. The electrodes can be fabricated using conventional microelectronic techniques, such as dip etch. A variety of suitable microelectronic structures and fabrication techniques are known. VLSI Technology (1983); See VLSI Fabrication Principles (1983).

하기의 실시예에 의해 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 이 실시예에서, ㎠/s는 초당 제곱센티미터, M은 몰 농도, M-1S-1는 초당몰당, eV는 전자볼트, V는 볼트, nm은 나노미터, GMP는 구아노신 5'-모노포스패이트, ITO는 주석 도핑된 산화인듐 전극을 의미한다. 순환 전압전류는 공지기술에 따라, EG+G Princeton Applied Research Potentiostat/Galvanostat, 모델 273A로 수집하였다. ITO 전극은 미국 미네소타주 스틸워터에 소재하는 Delta Technology에서 구입할 수 있는 ITO-코팅된 소다회 유리시트를 가공하여 사용하였다. 나일론 필름은 미국 일리노이주 앨링튼 하이츠에 소재하는 Amersham Corp로부터 구입할 수 있는, HYBOND-N+나일론 막을 사용하였다.The present invention will be described in more detail by the following examples. In this embodiment, ㎠ / s is the square centimeter per second, M is the molar concentration, M -1 S -1 is the mole per second, eV is the electron volt, V is the bolt, nm is the nanometer, GMP is guanosine 5'- Phosphite, and ITO refers to a tin-doped indium oxide electrode. The cyclic volt-ampere was collected with EG + G Princeton Applied Research Potentiostat / Galvanostat, Model 273A, according to the known art. The ITO electrode was processed by processing an ITO-coated soda ash glass sheet available from Delta Technology, Steelwater, Minn. The nylon film used was a HYBOND-N + nylon membrane available from Amersham Corp. of Alington Heights, Illinois, USA.

[실시예 1][Example 1]

Ru(bpy)3 2+의 순환 전압전류의 측정Measurement of cyclic voltammogram of Ru (bpy) 3 2+

도 1에는 송아지 흉선 DNA가 있고 없을 때 Ru(bpy)3 2+의 순환 전압전류가 도시되어 있다. 단일 전압전류 스위프 동안에 관찰되는 금속 착물의 산화된 형태에 의한 DNA의 산화에 의해 촉매적 증가가 생긴다. DNA 결합된 산화환원 커플의 전압전류는 DNA의 확산계수(2.0×10-7㎠/s)는 금속착물의 확산계수(8.0×10-6㎠/s)보다 훨씬 작으므로 결합 및 비결합된 형태에 따라 달라진다. 이 현상은 결합된 형태의 전류를 급격히 감소시킨다. 그러나, 충분히 높은 이온강도([Na+]=0.8M)에서, 금속 착물의 결합은 너무 약해서 전류 감응에 영향을 줄 수 없다. 이 경우, 전류는 시료의 EC' 메카니즘으로 분석할 수 있다.Figure 1 shows the circulating voltage current of Ru (bpy) 3 2+ when calf thymus DNA is present and absent. Catalytic increase is caused by the oxidation of DNA by the oxidized form of the metal complex observed during the single voltage current sweep. The voltage current of the DNA coupled redox couple is much smaller than that of the metal complex (8.0 × 10 -6 ㎠ / s) because the diffusion coefficient of DNA (2.0 × 10 -7 ㎠ / s) ≪ / RTI > This phenomenon sharply reduces the combined form of current. However, at a sufficiently high ionic strength ([Na + ] = 0.8M), the binding of the metal complex is too weak to affect the current response. In this case, the current can be analyzed by the EC 'mechanism of the sample.

Ru(bpy)3 2+→ Ru(bpy)3 3+(E)Ru (bpy) 3 2+ ? Ru (bpy) 3 3+ (E)

Ru(bpy)3 3++ DNA → Ru(bpy)3 2++ DNAox(C')Ru (bpy) 3 3+ + DNA → Ru (bpy) 3 2+ + DNA ox (C ')

[실시예 2][Example 2]

순환 전압전류의 분석Analysis of cyclic voltage current

순환 전압전류는 DIGISIMTM데이타 분석 패키지를 사용하여, 추출된 배경으로, 완전한 전류-전위 곡선을 맞추는 것으로 분석하였다. 입력 변수는 금속착물에 대한 E1/2과 금속 착물과 DNA에 대한 확산계수이다. 그러므로, 얻어진 단독 변수는 식 2에 대한 2차속도 상수, k=9.0×103M-1S-1였다. 여러 스캔 속도에서 동일한 속도상수가 얻어졌다.The cyclic voltage current was analyzed using a DIGISIM TM data analysis package, fitting the complete current-potential curve to the extracted background. Input variables are E 1/2 for metal complexes and diffusion coefficients for metal complexes and DNA. Therefore, the obtained single variable was the second-order rate constant for Equation 2, k = 9.0 × 10 3 M -1 S -1 . The same rate constant was obtained at several scan rates.

Ru(bpy)3 3+에 의한 DNA의 산화에 대한 속도상수는 두가지 별도의 실험으로 확인하였다. 첫 번째로, 방형파(方形波) 전압전류를 사용하여 COOLTM알고리즘으로 식 2에 대한 kobs를 얻었다. COOLTM알고리즘은 DIGISIMTM과는 현저히 다른 접근 방식을 사용하나, DNA에 대한 kobs는 선형이었고, 이차속도상수 k=8.2×103M-1S-1를 얻었다. 이것은 DIGISIMTM으로 얻어진 것과 일치하였다. 두 번째로, Ru(bpy)3 3+시료를 제조하여 빠른 스캐닝 정류에서 DNA와 직접 반응시켰다. 350 내지 600nm 사이의 시간에 의존하는 스펙트럼은 Ru(bpy)3 3+가, 중간체 없이, 완전히 Ru(bpy)3 2+로 전환되었으며, 속도상수 k=1.2×103M-1S-1였다. 따라서, Ru(bpy)3 3+에 의한 DNA의 산화에 대한 속도상수는 완전히 다른 방법으로 측정된 두가지 독립적인 전기화학적 측정과 비-전기화학적인 정류 기술로 최종적으로 완성되었다.The rate constants for the oxidation of DNA by Ru (bpy) 3 3+ were confirmed by two separate experiments. First, k obs for Equation 2 was obtained with the COOL TM algorithm using a square wave voltage current. The COOL TM algorithm uses a different approach from DIGISIM TM , but the k obs for DNA was linear and the secondary rate constant k = 8.2 × 10 3 M -1 S -1 . This was in agreement with that obtained with DIGISIM TM . Second, Ru (bpy) 3 3+ samples were prepared and reacted directly with DNA in fast scanning rectification. The time-dependent spectrum between 350 and 600 nm was that Ru (bpy) 3 3+ was completely converted to Ru (bpy) 3 2+ without an intermediate and the rate constant k = 1.2 × 10 3 M -1 S -1 . Thus, the rate constants for the oxidation of DNA by Ru (bpy) 3 3+ were finally completed with two independent electrochemical measurements and non-electrochemical rectification techniques measured in completely different ways.

[실시예 3][Example 3]

순환 전압전류의 분석Analysis of cyclic voltage current

전자 전이에 대한 구동력이 재배열 에너지(λ)보다 현저히 적다면, RTlnk 대 구동력의 플롯(반응물 접근과 관련하여 수정되었을 때)은 1/2기울기를 가진 직선이어야 한다. 다른 산화환원 전위를 갖는 여러 가지 금속(bpy)3 3+유도체에 의한 DNA의 산화에 대한 속도상수가 하기 표 1에 기재되어 있다.If the driving force for the electron transition is significantly less than the rearrangement energy (λ), the plot of RTlnk vs. drive force (when modified with respect to reactant access) should be a straight line with a 1/2 slope. The rate constants for the oxidation of DNA by various metal (bpy) 3 < 3 + > derivatives with different redox potentials are given in Table 1 below.

마커스 이론은 전자-전이 속도에 의존하는 구동력을 기술하고 있으므로, 절대 속도상수는 하기 식으로 분석될 수 있다:Since the Marcus theory describes the driving force depending on the electron-to-transition velocity, the absolute velocity constant can be analyzed by the following equation:

k=νexp[-β(r-r0)]exp[-(△G+λ)2/4RT]k =? exp [-β (rr 0 )] exp [- (ΔG + λ) 2 / 4RT]

DNA의 산화에 대한 속도상수가 하기 표 1에 기재되어 있다.The rate constants for the oxidation of DNA are listed in Table 1 below.

상기 식에서, ν는 확산-조절된 한계(1011M-1S-1)에서 속도상수이고, r은 활성화된 착물에서 반응물과 생성물 사이의 거리이며, r0는 반응물과 생성물이 가장 근접한 거리이고, β는 간섭 매질의 영향이다. 구아닌 주게가 DNA 내로 결합되는 경우, 이것이 산화제를 터널링해야 하는 전자를 따라 한정된 거리를 부과하게 된다. 따라서, r과 r0는 동일하지 않다. 그러나, 전자 주게로 구아노신 5'-모노포스패이트(GMP)가 사용된다면 구아닌과 금속착물의 직접적인 충돌이 가능하다(r=r0). Fe(bpy)3 3+및 GMP에 대해, 정류에 의해 측정된 속도상수는 2.6×103M-1S-1이다. 관련 반응에 대해 공지된 λ값은 1-1.5eV이고, 구아닌 커플에 대한 △G(구아닌+/0+/0)는 1.1±0.1V이다.Where r is the rate constant at the diffusion-controlled limit (10 11 M -1 S -1 ), r is the distance between the reactant and the product in the activated complex, r 0 is the closest distance between the reactant and the product , and beta is the influence of the interference medium. When guanine ions are coupled into DNA, it will impose a limited distance along the electrons that must tunnel the oxidant. Therefore, r and r 0 are not the same. However, if an electron donor guanosine 5'-monophosphate (GMP) is used, a direct collision of guanine with a metal complex is possible (r = r 0 ). For Fe (bpy) 3 3+ and GMP, the rate constant measured by rectification is 2.6 x 10 3 M -1 S -1 . The known lambda value for the relevant reaction is 1-1.5 eV, and DELTA G (guanine + / 0 + / 0 ) for the guanine couple is 1.1 +/- 0.1V.

[표 1][Table 1]

Ru(bpy)3 2+에 의한, DNA 올리고머 중의, 구아닌 산화의 속도상수Rate constants of guanine oxidation in DNA oligomers by Ru (bpy) 3 2+

a: 속도상수 측정에 사용된 DNA 농도는 구아닌 뉴클레오티드에 기초한 것이다.a: The DNA concentration used in the rate constant measurement is based on guanine nucleotides.

b: 용매를 통한 터널링의 측정거리. β(H2O)=3Å이고 kss=1.8×105M-1S-1일 때, k/kss=exp[-β△r]dp 따라 계산한 거리.b: Measuring distance of tunneling through solvent. The distance calculated according to k / k ss = exp [-βΔr] dp when β (H 2 O) = 3 Å and k ss = 1.8 × 10 5 M -1 S -1 .

c: 속도상수는 구아닌 농도에 상대적이므로, GG 불일치에 대해 관찰된 속도는 단일 구아닌을 함유하는 다른 올리고머에 대해 상대적으로 노말화된 것이다.c: Since the rate constant is relative to the guanine concentration, the observed rate for GG mismatch is relatively normalized to other oligomers containing a single guanine.

도 2는 단일 사슬로서 5'-AAATATAGTATAAAA5가 존재할 때(C) 그리고 상보 사슬과 하이브리드 되었을 때(A) Ru(bpy)3 2+의 순환 전압전류를 나타낸다. 단일 사슬에 대한 r=r0, 속도 상수가 k=1.8×105M-1S-1인 GMP는 △G(구아닌+/0)=1.1V이고 λ값은 1.1eV이다. 이것은 구아닌 산화로부터 얻은 값과 일치한다. 단일 사슬에서 급격한 증가가 있은 반면, 이 스캔 속도에서 완전히 하이브리드 된 이중 사슬에서는 약간의 증가만이 관찰되어 하이브리드시 전류에서 네배의 감소가 생긴다. Ru(bpy)3 2+와 같은 금속 착물은 DNA의 작은 홈에 결합되는 것으로 알려져 있다. 그러므로 구아닌 잔기와 표면에 결합된 착물 사이의 거리로부터 이중 사슬의 산화에 대한 속도상수는 150배 더 느려져야 한다. 금속 착물이 작은 홈에 도킹될 때, 구아닌과 금속 착물은 가까운 접촉을 할 수 없고, 전자는 구아닌 잔기와 금속 착물을 분리하는 용매를 통해 터널링하여야 한다. 물을 통한 터널링은 비극성 용매를 통하는 것보다 덜 효과적이며, 물에 대한 β값은 3Å으로 추정된다. 따라서, 터널링 거리는 하기식으로 계산된다:Figure 2 shows the cyclic voltammetry of (A) Ru (bpy) 3 2+ when 5'-AAATATAGTATAAAA 5 is present as a single chain (C) and hybridized with the complementary chain. The GMP with r = r 0 for the single chain and the rate constant k = 1.8 × 10 5 M -1 S -1 is ΔG (guanine + / 0 ) = 1.1 V and the λ value is 1.1 eV. This is consistent with the value obtained from guanine oxidation. While there was a sharp increase in the single chain, only a slight increase was observed at the fully hybridized double chain at this scan rate, resulting in a fourfold reduction in hybrid current. Metal complexes such as Ru (bpy) 3 2+ are known to bind to small grooves in DNA. Therefore, the rate constant for oxidation of the double chain from the distance between the guanine residue and the complex bound to the surface should be 150 times slower. When a metal complex is docked in a small groove, guanine and the metal complex can not make close contact, and the electrons must tunnel through a solvent that separates the guanine residue from the metal complex. Tunneling through water is less effective than through a nonpolar solvent, and the value of β for water is estimated to be 3 Å. Thus, the tunneling distance is calculated by the following equation:

k/kss=exp(-β△r)k / k ss = exp (-? r)

상기 식에서 △r은 단일 사슬과 비교한 이중 사슬에서의 거리변화이다. 완전히 하이브리드 된 이중 사슬의 △r은 1.8이다.Where? R is the change in distance in the double chain compared to the single chain. The Δr of the fully hybridized double chain is 1.8.

물에 대한 β값이 큰 것은, 터널링 거리에서의 작은 변화가 전자-전이 속도상수에 현저한 변화를 가져온다는 것을 보여주는 것으로, 이것은 다시 DNA 구조에서의 교란이 작다는 것을 반영하는 것이다. 도 2에는 GC 염기쌍이 GA 불일치로 대체된 동일한 이중사슬 존재하의 Ru(bpy)3 2+의 순환 전압전류가 나타나 있다. GA를 일치의 삽입은 원래 이중사슬에 비해 두배 증가된 전류를 나타내게 하고, 이것은 속도상수의 16배 증가를 가져온다(kGA=1.9×104M-1S-1). 단일 사슬, 완전히 하이브리드 된 이중사슬, 및 모두 세 개의 GX 불일치에 대한 데이터가 표 1에 나타나 있다. 단일 사슬에 대해 상대적으로 계산된 터널링 거리 △r도 보여준다. 예상대로, G- 퓨린 염기 불일치에서 구아닌은 두 염기가 두 개의 수소결합에 의해 결합되는 GT 불일치에서보다 금속 착물에 접근하기 쉽다. 그럼에도 불구하고, GT 불일치는 속도상수의 네 배의 변화를 일으켜, 용이하게 검출 가능하다. 그러므로, 산화 속도 상수는 구아닌(단일 사슬)> GA >GG> GT>GC 순이다. 이러한 각각의 불일치를 구별하는 능력은, 미리 선택된 염기에 인접한 염기 쌍에서 단일 염기 쌍 불일치에도 감응하는, 하이브리드의 불일치 감응 검출의 기초를 제공한다.The large β value for water indicates that a small change in the tunneling distance results in a significant change in the electron-transfer rate constant, again reflecting the small disturbance in the DNA structure. Figure 2 shows the cyclic voltammetry of Ru (bpy) 3 2+ in the presence of the same double chain with GC base pairs replaced by GA mismatches. The insertion of a GA match results in a doubled current compared to the original double chain, which results in a 16-fold increase in the rate constant (k GA = 1.9 × 10 4 M -1 S -1 ). The data for single chain, fully hybridized double chain, and all three GX mismatches are shown in Table 1. The tunneling distance Δr calculated relative to the single chain is also shown. As expected, in the G-purine base mismatch, guanine is more accessible to metal complexes than GT mismatches in which two bases are bound by two hydrogen bonds. Nevertheless, GT mismatch causes four times the rate constant and is easily detectable. Therefore, the oxidation rate constant is in order of guanine (single chain)>GA>GG>GT> GC. The ability to distinguish each of these mismatches provides a basis for mismatch-sensitive detection of the hybrid, which is also sensitive to single base pair mismatches in base pairs adjacent to the preselected base.

[실시예 4][Example 4]

프로브 사슬에서 산화를 피하기 위해 변성된 염기; 구아닌에 대한 이노신의 치환A base denatured to avoid oxidation in the probe chain; Substitution of inosine for guanine

순환 전압전류를 인듐 주석 산화물(ITO) 작용전극(면적=0.32㎠)을 사용하여 수집하였다. 도 5는 pH 7, 700mM NaCl/50mM 인산나트륨 완충액 중의 25mV/s의 스캔 속도에서 25μM Ru(bpy)3 2+를 함유하는 시료의 순환 전압전류를 나타낸다. 도 6은 700mM NaCl/50mM 인산나트륨 완충액 중에 용해된 25μM Ru(bpy)3 2+와 0.3mM 이노신 5'-모노포스패이트 또는 0.3mM 구아노신 5'-모노포스패이트의 25mV/s의 스캔 속도에서의 순환 전압전류를 나타낸다. Ru(bpy)3 2+가 없는 모노뉴클레오티드의 스캔은 산화 전류를 나타내지 않았다. 세척된 ITO 전극이 각 실험에 사용되며, 완충액 단독의 배경 스캔은 후속 스캔으로부터 제외된다. 2차의 구아닌 산화반응 속도상수는 DIGISIMTM데이타 분석 패키지를 사용하여, 순환 전압전류 데이터를 2 단계 메카니즘에 맞추는 것으로 측정된다. 산화반응이 아닌 모든 변수는 동일한 전극상에서 금속 착물 단독의 전압전류로부터 측정된다. 이노신 5'-모노포스패이트는 시그마사에서 구입하였고, 구아노신 5'-모노포스패이트는 미국 바이오케미컬사에서 구입하였으며, 둘 다 더 이상의 정제없이 그대로 사용하였다. 올리고 뉴클레오티드를 UNC Department Pathology에서 제조하였고, 3000-분자량 분리 필터를 통과시켜 모노뉴클레오티드를 제거하였다. 역상 HPLC로 정제하였다. CRC Handbook of Biochemistry and Molecular Biology; 1975; Vol 1에 기재된 대로 260nm에서의 광 흡수로부터 농도를 측정하였다. 상보 사슬을 90℃에서 5분간 가열하고 2시간에 걸쳐 25℃로 서서히 냉각시켜 도 5의 하이브리드를 제조하였다.Cyclic voltage currents were collected using an indium tin oxide (ITO) working electrode (area = 0.32 cm 2). Figure 5 shows the cyclic voltammetry of a sample containing 25 [mu] M Ru (bpy) 3 2+ at a scan rate of 25 mV / s in a pH 7, 700 mM NaCl / 50 mM sodium phosphate buffer. Figure 6 shows the results of a 25 mV / s scan of 25 uM Ru (bpy) 3 2+ and 0.3 mM inosine 5'-monophosphate or 0.3 mM guanosine 5'-monophosphate dissolved in 700 mM NaCl / 50 mM sodium phosphate buffer It represents the cyclic voltage current at the speed. The scan of mononucleotides without Ru (bpy) 3 2+ did not show an oxidation current. A cleaned ITO electrode is used for each experiment and the background scan of the buffer alone is excluded from subsequent scans. The secondary guanine oxidation kinetics constant is measured using a DIGISIM TM data analysis package, fitting the cyclic voltammetric data to a two-step mechanism. All parameters other than the oxidation reaction are measured from the voltage current of the metal complex alone on the same electrode. The inosine 5'-monophosphate was purchased from Sigma, and the guanosine 5'-monophosphate was purchased from Biochemical, USA, both of which were used without further purification. Oligonucleotides were prepared in UNC Department Pathology and passed through a 3000-molecular weight separation filter to remove mononucleotides. Purified by reverse phase HPLC. CRC Handbook of Biochemistry and Molecular Biology; 1975; The concentration was measured from the light absorption at 260 nm as described in Vol 1. The complementary chain was heated at 90 占 폚 for 5 minutes and slowly cooled to 25 占 폚 over 2 hours to prepare the hybrid of Fig.

이 데이터는 프로브 사슬에서 구아닌에 치환된 이노신이 산화환원 반응에 불활성인 프로브 사슬을 제공한다는 것을 나타낸다.This data shows that inosine substituted for guanine in the probe chain provides a probe chain that is inactive for the redox reaction.

[실시예 5][Example 5]

프로브 사슬에서 산화를 피하기 위해 변성된 염기: 7-데아자-구아닌A denatured base to avoid oxidation in the probe chain: 7-deaza-guanine

이 실시예는, 구아닌에 치환되어 산화환원 반응에 불활성이 프로브 사슬을 제공하는 염기로 7-데아자-구아닌이 사용된 것을 제외하고는 실시예 4와 동일하게 수행되었다.This example was carried out in the same manner as in Example 4, except that 7-deaza-guanine was used as a base substituted with guanine and inert to the redox reaction to provide a probe chain.

7-데아자-구아닌은 단지 103M-1S-1의 속도로 산화된다. 이것은 구아닌보다 두 단계 느리며 산화환원 반응에 불활성인 프로브 사슬을 제공하기에 충분히 느리다.7-deaza-guanine is only oxidized at a rate of 10 3 M -1 S -1 . This is slow enough to provide a probe chain that is two orders of magnitude slower than guanine and inert to redox reactions.

[실시예 6][Example 6]

ITO 전극에 부착된 나일론 막에 결합된 송아지 흉선 DNA를 사용하는 검출Detection using calf thymus DNA bound to nylon membrane attached to ITO electrode

나일론 필름을 직경 6mm의 원형으로 잘라 전기화학전지에 끼우고, 용액에 노출된 ITO 전극 부분을 덮는다.The nylon film was cut into a circular shape having a diameter of 6 mm, sandwiched in an electrochemical cell, and covered with the ITO electrode portion exposed to the solution.

금속 착물의 순환 전압전류만이 얻어지는 실험을 위해, ITO 전극은 완충액으로 조절된다. 나일론 디스크(DNA 없음)를 전기화학전지에 끼우고 200μM 금속 착물 용액 200㎕를 부가한다. Os(bpy)3 2+실험을 위해, 전기화학 분석 전에 6분의 평형시간이 사용된다. Ru(bpy)3 2+실험을 위해서는, 전기화학 분석 전에 15분의 평형시간이 사용된다. 순환 전압전류는 PAR 273A를 사용하여 25mV/s의 스캔 속도에서 수집한다.For experiments in which only the cyclic voltage current of the metal complex is obtained, the ITO electrode is controlled with a buffer solution. A nylon disk (no DNA) is inserted into the electrochemical cell and 200 μM of 200 μM metal complex solution is added. For Os (bpy) 3 2+ experiments, an equilibration time of 6 minutes is used before the electrochemical analysis. For Ru (bpy) 3 2+ experiments, an equilibration time of 15 minutes is used before the electrochemical analysis. The cyclic voltage current is collected using a PAR 273A at a scan rate of 25 mV / s.

DNA 실험을 위해, DNA-흡수된 나일론 디스크를, 전극을 적당한 완충액에서 조절한 후에, 전기화학전지에 끼우고 200μM 금속 착물 용액 200㎕를 부가한다. 적당한 평형시간( Os(bpy)3 2+에 대해서는 6분, Ru(bpy)3 2+에 대해서는, 15분)후에 25mV/s의 스캔 속도에서 순환 전압전류를 측정한다. DNA-흡수된 나일론 디스크를, 물에 용해된 5.8mM 송아지 흉선 DNA의 용액에 약 5분간 흡수시킨다. 5분 내지 18시간의 여러 가지 흡수 시간이 관찰되었다. DNA는 빨리 나일론과 연관되므로, 짧은 흡수 시간이 일반적으로 사용된다. 저염조건 하에서, 50mM 나트륨-인산염 완충액이 사용된다(pH=6.8, [Na+]=80mM). 고염조건 하에서, 50mM 나트륨-인산염 완충액과 700mM NaCl 용액이 사용된다(pH=6.8, [Na+]=780mM). 나일론-ITO 전극에서 Ru(bpy)3 2+의 순환 전압전류는 도 11에 도시되어 있다. 점선은 전극에 부착되기 전에 나일론 막이 송아지 흉선 DNA의 용액에 흡수될 때 전압전류를 나타낸다. 용액에서 관찰되는 것과 평행하는 DNA-라벨된 막에 대한 큰 촉매적 전류가 있다. 이 실험은 Ru(bpy)3 2+가 나일론 필름에 자유롭게 확산되고 촉매적 전류를 실현하는데 DNA의 확산은 필요하지 않는다는 것을 나타낸다. 도 11은 또한 매질과 고정된 DNA 사이의 작용에 기인한, 저염 농도에서 관찰되는 큰 촉매적 전류를 보여준다.For DNA experiments, the DNA-absorbed nylon disk is adjusted in an appropriate buffer, then inserted into an electrochemical cell and 200 μM of a 200 μM metal complex solution is added. The cyclic voltammetry is measured at a scan rate of 25 mV / s after a reasonable equilibrium time (6 min for Os (bpy) 3 2+ and 15 min for Ru (bpy) 3 2+ ). The DNA-absorbed nylon disk is absorbed in a solution of 5.8 mM calf thymus DNA dissolved in water for about 5 minutes. Various absorption times of 5 minutes to 18 hours were observed. Because DNA is rapidly associated with nylon, short absorption times are commonly used. Under low salt conditions, 50 mM sodium-phosphate buffer is used (pH = 6.8, [Na + ] = 80 mM). Under high salt conditions, 50 mM sodium-phosphate buffer and 700 mM NaCl solution are used (pH = 6.8, [Na +] = 780 mM). The cyclic voltage current of Ru (bpy) 3 2+ in the nylon-ITO electrode is shown in Fig. The dashed line shows the voltage current when the nylon membrane is absorbed into the solution of calf thymus DNA before it attaches to the electrode. There is a large catalytic current for DNA-labeled membranes parallel to that observed in solution. This experiment shows that Ru (bpy) 3 2+ diffuses freely into the nylon film and diffusion of DNA is not necessary to realize the catalytic current. Figure 11 also shows the large catalytic currents observed at low salt concentrations due to the interaction between the medium and the immobilized DNA.

도 12A는 매질로 Os(bpy)3 2+를 사용하는 동일한 실험을 나타낸다. 오스뮴 착물은 구아닌을 산화시키지 않으므로, 구아닌 존재하에 관찰되는 전류증가는 DNA 결합에 기인한 매질의 집중으로부터 생겨나야 한다. 사실, 나일론 전극에서 DNA 존재하에서 Os(bpy)3 2+에 대한 전류는 DNA가 없을 때보다 낮다. 실험은 DNA가 나일론 전극에 결합할 때 Os(bpy)3 2+에 대한 증가된 전류는 단지 독점적인 촉매 반응에 기인한 것이며 결합 차이에 기인한 것은 아니다는 것을 보여준다. 염 농도의 효과는 도 12B에 나타나 있고, 촉매반응에 대해 관찰되는 고염 효과에 비해 작은 것이 관찰되었다.Figure 12A shows the same experiment using Os (bpy) 3 2+ as the medium. Since the osmium complex does not oxidize guanine, the current increase observed in the presence of guanine should arise from the concentration of the medium due to DNA binding. In fact, the current for Os (bpy) 3 2+ in the presence of DNA in nylon electrodes is lower than in the absence of DNA. Experiments show that when the DNA binds to the nylon electrode, the increased current for Os (bpy) 3 2+ is due only to a proprietary catalytic reaction and not due to binding differences. The effect of the salt concentration is shown in Figure 12B, which is small compared to the high salt effect observed for the catalytic reaction.

DNA를 ITO 전극에 부착된 나일론 막에 결합시키는 것에 의해, DNA가 확산되지 않고 매질이 확산되는 경우에도 DNA가 검출된다는 것을 알 수 있다. 따라서, 고정된 프로브가 전극에 충분히 근접하여 프로브-표적 하이브리드가 매질의 확산층에 존재하는 경우 DNA의 검출이 가능하다.By binding the DNA to the nylon membrane attached to the ITO electrode, it can be seen that the DNA is detected even when the medium is diffused without spreading the DNA. Thus, detection of DNA is possible if the immobilized probe is sufficiently close to the electrode that a probe-target hybrid is present in the diffusion layer of the medium.

[실시예 7][Example 7]

ITO 전극에 부착된 나일론 막에 결합된 RNA의 검출Detection of RNA bound to nylon membrane attached to ITO electrode

시그마사에서 구입한 Bakers Yeast의 tRNA를 송아지 흉선 DNA 대신 사용한 것을 제외하고는 실시예 6과 동일하게 수행하였다. 나일론 필름 디스크를 실시예 6에 기재된 대로 tRNA 용액에 흡수새켰다. Ru(bpy)3 2+존재하의 순환 전압전류를 도 13에 나타내었다. 두 완충액 모두에서 촉매적 전류가 관찰되었고, 저염에서 더 많았다. 저염과 고염에서의 전류차이가 실시예 6의 DNA에서와 같이 현저하지는 않았다. tRNA는 양이온과 DNA에 결합하지 않으므로 염의 효과가 현저하지 않다.The same procedure as in Example 6 was carried out except that the tRNA of Bakers Yeast purchased from Sigma was used instead of calf thymus DNA. A nylon film disk was absorbed into the tRNA solution as described in Example 6. The circulating voltage current in the presence of Ru (bpy) 3 2+ is shown in Fig. Catalytic currents were observed in both buffers and more in low salt. The difference in current between the low salt and the high salt was not as remarkable as in the DNA of Example 6. Since tRNA does not bind to cations and DNA, the effect of salts is not remarkable.

도 13의 결과는 RNA돠 DNA 모두 구아닌을 포함하므로, DNA와 동일한 방법으로 RNA를 검출할 수 있다는 것을 보여준다. 그러므로, 당-인산염 주쇄의 화학적 조성물은 촉매적 전류에 영향을 주지 않는다. 이러한 관찰에 기해, 단일- 및 이중- 사슬의 DNA와 RNA, DNA-DNA 하이브리드와, PNA, 카보사이클, 포스포로티오에이트 또는 다른 치환된 리보스와 같은 변성된 주쇄를 포함하는 단일- 및 이중- 사슬을 검출할 수 있다.The results in Figure 13 show that both RNA and DNA contain guanine, so that RNA can be detected in the same way as DNA. Therefore, the chemical composition of the sugar phosphate backbone does not affect the catalytic current. As a result of this observation, single- and double-stranded DNAs and RNAs comprising DNA and DNA hybrids and denatured backbones such as PNA, carbocycle, phosphorothioate or other substituted ribose, Can be detected.

[실시예 8][Example 8]

RNA의 검출Detection of RNA

RNA의 정량분석을 위해, DNA(또는 RNA, PNA, 또는 다른 주쇄) 프로브를 고체 담체에 고정시킨다. 프로브는 구아닌을 이노신이나 7-데아자-구아닌으로 치환하는 것에 의해 산화환원에 불활성인 상태로 변성된다. 그 다음, 고정 프로브를 표적 RNA(예를 들면, HIV 또는 C형 간염균의) 용액과 접촉시킨다. 고체 표면은, 산화-환원에 불활성이고, RNA 사슬에 하이브리드 된 고정 프로브를 포함한다. 고체 표면을 Ru(bpy)3 2+용액과 접촉시키고 매질의 순환 전압전류를 측정한다. 촉매 전류 신호, 하이브리드, 전류량이, 사슬에서 공지된 수의 구아닌에 기초하여 결합된 RNA 사슬을 정량하는데 사용된다.For quantitative analysis of RNA, DNA (or RNA, PNA, or other backbone) probes are immobilized on a solid support. The probe is denatured to an inactive state by redox by substituting guanine with inosine or 7-deaza-guanine. The immobilized probe is then contacted with a solution of the target RNA (for example, HIV or hepatitis C virus). The solid surface includes immobilized probes that are inert to oxidation-reduction and hybridized to the RNA chain. The solid surface is contacted with Ru (bpy) 3 2 + solution and the cyclic volt-ampere of the medium is measured. The catalytic current signals, hybrids, and currents are used to quantify bound RNA chains based on guanine numbers known in the chain.

RNA의 불일치 검출을 위해, DNA(또는 RNA, PNA, 또는 다른 주쇄) 프로브를 고체 담체에 고정시킨다. 프로브 사슬에서 미리 선택된 염기는 다른 염기보다 용이하게 산화된다. 표면을 표적 RNA 용액과 접촉시키고, 다시 Ru(bpy)3 2+용액 또는 다른 매질과 접촉시킨다. 하이브리드(완전한 일치) 정도를 DNA와 동일한 방법으로 미리 선택된 염기에서 측정한다.For detection of RNA mismatches, DNA (or RNA, PNA, or other backbone) probes are immobilized on a solid support. Preselected bases in the probe chain are more readily oxidized than other bases. The surface is contacted with the target RNA solution and contacted again with Ru (bpy) 3 2+ solution or other medium. The degree of hybridization (complete agreement) is measured in preselected bases in the same manner as DNA.

[실시예 9][Example 9]

미리 선택된 염기 시퀀스의 검출Detection of pre-selected base sequences

실시예 3에 기재된 방법으로 수행한다. 도 14는 5'-G에 기인한 전류가 가장 작고 그 다음이 5'-GG에 기인한 전류, 그리고 그 다음이 5'-GGG이 기인한 전류라는 것을 보여준다. 이러한 급격한 증가는 GG 및 GGG 시퀀스를 함유하는 단일 사슬과 이중 사슬 모두에서 관찰된다. 전류의 증가는 단순히 G의 숫자 증가에 기인한 것이 아니다. 따라서, 15도에 나타낸 바와 같이, G가 산포되어 있는 경우 동일한 사슬에 G를 부가하는데 기인한 전류 증가는 훨씬 낮다. GGG의 5'-G에는 단일의 G보다 훨씬 용이하게 산화되므로, G가 아닌 GGG를 산화시킬 수 있는(더 낮은 산화-환원 전위를 갖는) 매질을 선택하는 것이 가능하다.Is carried out by the method described in Example 3. Figure 14 shows that the current due to 5'-G is the smallest, followed by the current due to 5'-GG, and then the current due to 5'-GGG. This abrupt increase is observed in both single and double chains containing GG and GGG sequences. The increase in current is not simply due to an increase in the number of G's. Thus, as shown in Figure 15, when G is scattered, the current increase due to the addition of G to the same chain is much lower. Since the 5'-G of GGG is much more readily oxidized than a single G, it is possible to select a medium (with a lower oxidation-reduction potential) capable of oxidizing GGG other than G.

도 16에는 Ru(4,4'-Me2-bpy)3 2+의 순환 전압전류를 단일 G 올리고 뉴클레오티드 및 GGG 올리고 뉴클레오티드의 존재하에 반복 스캔을 따라 나타낸다. 도시한 바와 같이, 촉매 전류는 GGG 올리고 뉴클레오티드의 존재하에서만 관찰되었다. 이 실시예는 배경 구아닌의 존재하에서 보다 쉽게 산화되는 시퀀스가 검출되도록 매질의 전위를 조절하는 능력을 보여준다. 동일한 원칙이 구아닌보다 용이하게 산화되는 단일의 합성염기를 검출하는데도 적용될 수 있다.16, the Ru (4,4'-Me 2 -bpy) oligonucleotide single G for cyclic voltammetry of the 2 + 3 oligonucleotide and the GGG indicates repeated along the scan in the presence of nucleotides. As shown, the catalytic current was only observed in the presence of GGG oligonucleotides. This example shows the ability to regulate the potential of the medium so that a sequence that is more easily oxidized in the presence of background guanine is detected. The same principle can be applied to the detection of a single synthetic base which is more easily oxidized than guanine.

실시예는 매질의 전위를 낮추고 보다 용이하게 산화되는 염기 또는 염기 시퀀스를 구별하는 것이 가능하다는 것을 보여준다.The example shows that it is possible to lower the potential of the medium and distinguish the base or base sequence to be oxidized more easily.

[실시예 10][Example 10]

배경 천연 구아닌의 존재하에 미리 선택된 구아닌 유도체의 검출Background Detection of preselected guanine derivatives in the presence of natural guanine

6-메르캅토구아노신 5'-모노포스패이트(6-S-GMP)의 디소듐염을 시그마사의 구입한 6-메르캅토구아노신의 포스포릴화로 제조하였다.The disodium salt of 6-mercapto guanosine 5'-monophosphate (6-S-GMP) was prepared by the phosphorylation of 6-mercapto guanosine purchased from Sigma.

포스포릴화는 Bull. Chem. Soc. Jpn. 42:3505(1969)에 따라 POCl3를 사용해 수행하였다. 6-S-GMP의 디소듐염은 전압전류 측정전에 HPLC로 정제한다. 순환 전압전류는 이노신-5'-모노포스패이트에서와 같이, 높은 이온강도에서 수행된다. 작용전극은 Hybond N+ 나일론 막을 표면에 부착하여 6-S-GMP의 직접 산화를 방지한 ITO 전극이다. 상대전극은 백금선이다. 기준전극은 Ag/AgCl이다. 스캔 속도는 25mV/s이다.Phosphorylation is described by Bull. Chem. Soc. Jpn. 42: According to 3505 (1969) was performed using POCl 3. The disodium salt of 6-S-GMP is purified by HPLC before measuring the voltage and current. The cyclic voltammogram is carried out at high ionic strength, such as in the inosine-5'-monophosphate. The working electrode is an ITO electrode that prevents direct oxidation of 6-S-GMP by attaching a Hybond N + nylon film to the surface. The counter electrode is a platinum wire. The reference electrode is Ag / AgCl. The scan rate is 25 mV / s.

측정된 순환 전압전류를 도 17에 나타내었다. 곡선(A)는 Ru(4,4'-Me2-bpy)3 2+단독을 나타낸다. 5'-GMP의 부가시 Ru(4,4'-Me2-bpy)3 2+파장의 증가는 없었다. 그러나, 곡선(B)에 나타난 바와 같이, 6-메르캅토구아노신 5'-모노포스패이트의 부가는 급격한 전류증가를 가져온다. 5'-GMP의 부가시 전류 피크는 곡선 A와 동일하였다. 이 데이터는 배경의 천연염기 존재하에 6-메르캅토구아노신 염기의 검출이 가능하다는 것을 보여준다.The measured cyclic voltage current is shown in Fig. Curve A shows Ru (4,4'-Me 2 -bpy) 3 2+ alone. Addition of 5'-GMP did not increase the wavelength of Ru (4,4'-Me 2 -bpy) 3 2+ . However, as shown in curve (B), the addition of 6-mercapto guanosine 5'-monophosphate leads to a sharp current increase. The current peak at the time of addition of 5'-GMP was the same as the curve A. This data shows that it is possible to detect 6-mercapto guanosine base in the presence of background natural base.

[실시예 11][Example 11]

타겟 사슬 상에 미리 선택된 염기와 DNA 하이브리드의 검출Detection of pre-selected bases and DNA hybrids on the target chain

Hybond N+ 나일론 막(Amersham, 480-600 ㎍/㎠)을 직경 6mm의 원형으로 자른다. 나일론 디스크를 폴리시티딜산(시그마사 제품)의 진한 수용액에 넣어 1시간동안 흡수시킨다. 디스크를 폴리시티딜산(폴리[C]) 용액에서 제거하여 파라필름에 올려놓고 건조시킨다. 건조하면, 5㎕씩 세 번으로 나누어 15㎕의 폴리[C] 용액을 필름에 부가한다. 디스크를 완전히 건조시키고, 저염 완충액(50mM 나트륨-인산염, pH=6.8, [Na+]=80mM)으로 세척하여 흡수과정에서 강하게 결합하지 않은 폴리[C]를 제거한다.Hybond N + nylon membrane (Amersham, 480-600 ㎍ / ㎠) is cut into a circle 6 mm in diameter. A nylon disc is placed in a concentrated aqueous solution of poly-cytidyl acid (Sigma) and absorbed for 1 hour. The disc is removed from the poly-cytidyl acid (poly [C]) solution and placed on the parafilm and dried. After drying, 15 μl of poly [C] solution is added to the film by dividing into 3 times by 5 μl. The disk is completely dried and washed with low salt buffer (50 mM sodium-phosphate, pH = 6.8, [Na + ] = 80 mM) to remove strongly unbound poly [C].

대조실험으로, 폴리[C]가 함침된 디스크를 핵산에 노출시키지 않으면서 다른 하이브리 단계에는 모두 노출시키는 하이브리드 과정을 거치게 한다. 디스크를 400㎕의 밀리-Q 물에 넣어 48℃에서 1시간동안 가열한 후, 실온에서 냉각시킨다. 디스크를 물에서 제거하여 저염 완충액으로 세척하여 전기화학 분석을 행한다. 이 방법으로 제조된 디스크는 도 18 및 도 19에서 (A)를 나타낸다.As a control experiment, poly [C] impregnated discs undergo a hybridization process that exposes them to other hybridization steps without exposing them to nucleic acids. The disk was placed in 400 占 퐇 of Milli-Q water, heated at 48 占 폚 for 1 hour, and then cooled at room temperature. The disk is removed from the water and washed with a low salt buffer for electrochemical analysis. The disc manufactured by this method shows (A) in Figs. 18 and 19.

폴리[C]가 함침된 디스크를 400㎕의 폴리구아닐산(시그마사 제품)의 수용액에 넣어 48℃에서 1시간동안 가열한 후, 실온에서 냉각시킨다. 디스크를 물에서 제거하여 저염 완충액으로 세척하여 전기화학 분석을 행한다.The poly [C] impregnated disk was placed in an aqueous solution of poly (phthalic acid) (manufactured by Sigma Co.) at 400 어, heated at 48 캜 for 1 hour, and then cooled at room temperature. The disk is removed from the water and washed with a low salt buffer for electrochemical analysis.

물중의 송아지 흉선 DNA를 90℃에서 1시간동안 가열하여 변성시킨다. 폴리[C]가 함침된 디스크를 변성된 송아지 흉선 DNA 용액에 넣고, 48℃에서 1시간동안 가열한 후, 실온에서 냉각시킨다. 디스크를 물에서 제거하여 저염 완충액으로 세척하여 전기화학 분석을 행한다. 대조실험으로, 폴리[C]에 함침되지 않은 디스크를 동일한 과정을 거치게 한다. 나일론 필름으로의 흡수에 의한 송아지 흉선 DNA의 결합 및 검출이 대조군에서 관찰된다.Calf thymus DNA in water is denatured by heating at 90 ° C for 1 hour. The poly [C] impregnated disk is placed in denatured calf thymus DNA solution, heated at 48 ° C for 1 hour, and then cooled at room temperature. The disk is removed from the water and washed with a low salt buffer for electrochemical analysis. As a control experiment, a disk not impregnated with poly [C] is subjected to the same process. Binding and detection of calf thymus DNA by absorption with nylon film is observed in the control group.

ITO 전극을 저염 완충액으로 저절한 후, 상기한 바와 같이, 처리된 나일론 디스크를 전기화학전지에 끼워넣는다. 200㎕의 Ru(bpy)3 2+를 전기화학 전지에 가하고, 15분의 평형시간 후에 순환 전압전류를 나타낸다. 스캔 속도는 25mV/s이다.The ITO electrode is cut with a low salt buffer and the treated nylon disk is inserted into the electrochemical cell as described above. 200 [mu] l of Ru (bpy) 3 < 2 + > is added to the electrochemical cell and exhibits a cyclic voltage current after an equilibration time of 15 minutes. The scan rate is 25 mV / s.

순환 전압전류는 도 18에 나타내었다. 프로브 시퀀스 폴리[C]는 Hybond N+ 나일론 막이 고정되고 하이브리드가 완충액에서 수행된다. 막은 ITO 전극에 부착되고 Ru(bpy)3 2+의 순환 전압전류가 얻어진다(A). 막을 폴리[G]에 용액에 담그고 동일한 방법에 따라 하이브리드가 수행된다. Ru(bpy)3 2+의 순환 전압전류가 측정되고(B), 하이브리드 된 폴리[G] 표적의 촉매적 산화에 기인한 큰 전류의 증가가 얻어진다. 도 19에 나타낸 바와 같이, 분석은 적정 시퀀스에 특정적이다. 도 19는 하이브리드가 완충액에서 수행되는 경우(A) 또는 단일 사슬 송아지 흉선 DNA 용액에서 수행되는 경우에 폴리[C]는 막의 순환 전압전류를 비교한다. 도 19는 표적 시퀀스가 존재하지 않으면 전류증가가 없다는 것을 보여준다.The cyclic voltage current is shown in Fig. The probe sequence poly [C] is immobilized on the Hybond N + nylon membrane and the hybrid is carried out in the buffer. The film is attached to the ITO electrode and a circulating voltage current of Ru (bpy) 3 2+ is obtained (A). The membrane is immersed in poly [G] and the hybrid is performed according to the same method. The cyclic voltametry of Ru (bpy) 3 2+ is measured (B) and an increase in large current due to the catalytic oxidation of the hybridized poly [G] target is obtained. As shown in Fig. 19, the analysis is specific to the appropriate sequence. Figure 19 compares the cyclic volt- ages of the membranes of poly [C] when the hybrid is performed in buffer (A) or in single-chain calf thymus DNA solution. Figure 19 shows that there is no current increase if no target sequence is present.

[실시예 12][Example 12]

나일론-변성된 유리질 탄소 전극에서 DNA의 검출Detection of DNA in nylon-modified glassy carbon electrodes

도 20은 DNA를 나일론 필름에 고정시켜 전(A) 및 후(B) 나일론 필름이 부착된 유리질 탄소 전극의 순환 전압전류를 나타낸다.20 shows the cyclic voltammetry of the glassy carbon electrode with the nylon film adhered to the (A) and (B) nylon films by fixing the DNA to the nylon film.

나일론 막(Zeta Probe, Bio-Rad, 80-100㎍/㎠) 직경 5mm의 원형으로 잘랐다. 나일론 디스크로 유리질 탄소 전극의 표면을 덮고 플라스틱 슬리브로 고정시킨다. 금속 착물의 CV만 얻어진 실험에서, 유리질 탄소 전극은 우선, 저염 완충액(50mM 나트륨-인산염, pH=6.8, [Na+]=80mM)으로 조절된다. 나일론 디스크를 전극에 부착하고 400㎕의 200μM Ru(bpy)3 2+를 전기화학전지에 부가하고 15분의 평형후 순환 전압전류를 스캔 속도 25mV/s에서 측정하였다.Nylon membrane (Zeta Probe, Bio-Rad, 80-100 占 퐂 / cm2) was cut into a circle having a diameter of 5 mm. Cover the surface of the glassy carbon electrode with a nylon disc and fix it with a plastic sleeve. In experiments where only the CV of metal complexes was obtained, the glassy carbon electrode was first controlled with a low salt buffer (50 mM Sodium Phosphate, pH = 6.8, [Na + ] = 80 mM). A nylon disk was attached to the electrode and 400 μl of 200 μM Ru (bpy) 3 2+ was added to the electrochemical cell. After 15 min equilibration, the circulating voltage current was measured at a scan rate of 25 mV / s.

상기의 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 제한되는 것은 아니다. 하기의 청구범위와 균등한 범위내의 변형이 가능함은 당업자에게 자명한 일이다.The above embodiments are for illustrating the present invention, and the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that variations and modifications within the scope of the appended claims are possible.

Claims (151)

(a) DNA 시료를 올리고 뉴클레오티드 프로브와 접촉시켜 하이브리드 DNA를 형성하고;(a) contacting a DNA sample with an oligonucleotide probe to form hybrid DNA; (b) 상기 하이브리드 DNA를, 산화-환원 반응에서, 하나 이상의 미리 선택된 염기를 갖는 상기 뉴클레오티드 중의 미리 선택된 염기를 산화시킬 수 있는, 전이금속 착물과 반응시키고;(b) reacting the hybrid DNA with a transition metal complex capable of oxidizing a preselected base in the nucleotide having at least one preselected base in an oxidation-reduction reaction; (c) 상기 산화-환원 반응을 검출하고;(c) detecting the oxidation-reduction reaction; (d) 상기 미리 선택된 염기에서 검출된 산화-환원 반응으로부터 하이브리드 DNA의 존부를 측정하는 것으로 구성되는, DNA 하이브리드를 검출하는 방법.(d) measuring the presence or absence of the hybrid DNA from the oxidation-reduction reaction detected in the preselected base. 제 1 항에 있어서, 상기 측정 단계는 (ⅰ) 상기 검출된 산화-반응 속도를 측정하고, (ⅱ) 상기 측정된 반응 속도를 전이금속 착물과 단일-사슬 DNA의 산화-환원 반응 속도와 비교하여, (ⅲ) 상기 측정된 반응 속도가 전이금속 착물과 단일-사슬 DNA의 산화-환원 반응 속도와 동일한지를 측정하는 단계로 더 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.2. The method of claim 1, wherein the measuring step comprises the steps of: (i) measuring the detected oxidation-kinetics rate; and (ii) comparing the measured kinetics with the rate of oxidation-reduction reaction of the transition metal complex and single- , And (iii) measuring whether the measured reaction rate is the same as the oxidation-reduction reaction rate of the transition metal complex and single-chain DNA. 제 1 항에 있어서, 상기 DNA 시료는 단일 사슬 DNA 시료이고, 상기 하이브리드 DNA는 이중 사슬인 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 1, wherein the DNA sample is a single-stranded DNA sample, and the hybrid DNA is a double-stranded DNA. 제 1 항에 있어서, 상기 올리고 뉴클레오티드 프로브는 4 내지 100개의 염기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.2. The method of claim 1, wherein the oligonucleotide probe comprises 4 to 100 bases. 제 1 항에 있어서, 상기 미리 선택된 염기는 구아닌인 것을 특징으로 하는 방법.2. The method of claim 1, wherein the preselected base is guanine. 제 1 항에 있어서, 상기 미리 선택된 염기는 아데닌인 것을 특징으로 하는 방법.2. The method of claim 1, wherein the preselected base is adenine. 제 1 항에 있어서, 상기 전이금속 착물은 Ru(bpy)3 2+, Ru(Me2-bpy)3 2+, Ru(Me2-phen)3 2+, Fe(bpy)3 2+, Fe(5-Cl-phen)3 2+, Os(5-Cl-phen)3 2+, 및 ReO2(py)4 1+로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the transition metal complex is Ru (bpy) 3 2+, Ru (Me 2 -bpy) 3 2+, Ru (Me 2 -phen) 3 2+, Fe (bpy) 3 2+, Fe (5-Cl-phen) 3 2+ , Os (5-Cl-phen) 3 2+ , and ReO 2 (py) 4 1+ . 제 1 항에 있어서, 상기 반응 단계는 상기 미리 선택된 염기의 선택적 산화에 충분히 유효한 조건하에서 상기 전이금속 착물과 상기 하이브리드 DNA를 반응시키는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.2. The method of claim 1, wherein the step of reacting comprises reacting the hybrid DNA with the transition metal complex under conditions sufficiently effective for selective oxidation of the preselected base. 제 1 항에 있어서, 상기 접촉 단계 전에 상기 하이브리드 DNA를 증식시키는 단계로 더 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.2. The method of claim 1, further comprising propagating the hybrid DNA before the contacting step. 제 9 항에 있어서, 상기 DNA 시료의 증식 단계는 중합효소 연쇄 반응, 사슬 대체 증식, 리가아제(ligase) 연쇄반응, 또는 핵산 배열에 기초한 증식에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 방법.10. The method according to claim 9, wherein the step of propagating the DNA sample is carried out by a polymerase chain reaction, a chain replacement proliferation, a ligase chain reaction, or a proliferation based on a nucleic acid sequence. 제 2 항에 있어서, 상기 산화-환원 반응의 반응 속도를 측정하는 단계는 반응의 순환 전압전류를 측정하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.3. The method of claim 2, wherein measuring the reaction rate of the oxidation-reduction reaction comprises measuring a cyclic volt-ampere of the reaction. 제 2 항에 있어서, 상기 비교 단계는 전이금속 착물과 하이브리드 DNA 시료의 반응의 순환 전압전류와 전이금속 착물과 단일-사슬 DNA의 반응의 공지된 순환 전압전류를 비교하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.3. The method of claim 2, wherein said comparing step comprises comparing the cyclic voltage current of the reaction of the transition metal complex with the hybrid DNA sample and the known cyclic voltage current of the reaction of the transition metal complex with single-chain DNA Way. 제 1 항에 있어서, 상기 올리고 뉴클레오티드 프로브는 고체 표면상에 고정된 것을 특징으로 하는 방법.2. The method of claim 1, wherein the oligonucleotide probe is immobilized on a solid surface. 제 13 항에 있어서, 상기 전이금속 착물은 상기 고체 표면상에 고정된 것을 특징으로 하는 방법.14. The method of claim 13, wherein the transition metal complex is fixed on the solid surface. 제 1 항에 있어서, (e) 상기 미리 선택된 염기와 쌍을 이루는 염기를 규명하는 단계로 더 구성되는 방법.2. The method of claim 1, further comprising: (e) identifying a base pairing with the preselected base. 제 1 항에 있어서, (e) 상기 미리 선택된 염기에 인접한 염기와 쌍을 이루는 염기를 규명하는 단계로 더 구성되는 방법.2. The method of claim 1, further comprising: (e) identifying a base paired with a base adjacent to the preselected base. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서, 상기 염기를 규명하는 단계는 (ⅰ) 상기 검출된 산화-반응 속도를 측정하고, (ⅱ) 상기 미리 선택된 염기에 결합된 아데닌, 시토신, 구아닌, 또는 티민 염기를 갖는 DNA와 전이금속 착물의 각각 다른 네 가지 공지의 반응 속도와 상기 측정된 산화-반응 속도를 비교하고, (ⅲ) 상기 측정된 반응도가 상기 공지의 산화-환원 반응 속도와 동일한지를 측정하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.17. The method of claim 15 or 16, wherein identifying the base comprises the steps of (i) measuring the detected oxidation-kinetics rate, and (ii) determining the amount of adenine, cytosine, guanine, or thymine base (Iii) measuring whether the measured reactivity is the same as the known oxidation-reduction reaction rate, and (ii) comparing the measured oxidation- ≪ / RTI > (a) DNA 시료를 올리고 뉴클레오티드 프로브와 접촉시켜 하이브리드 DNA를 형성하고;(a) contacting a DNA sample with an oligonucleotide probe to form hybrid DNA; (b) 상기 하이브리드 DNA를, 산화-환원 반응에서, 하나 이상의 미리 선택된 염기를 갖는 상기 뉴클레오티드 중의 미리 선택된 염기를 산화시킬 수 있는, 전이금속 착물과 반응시키고;(b) reacting the hybrid DNA with a transition metal complex capable of oxidizing a preselected base in the nucleotide having at least one preselected base in an oxidation-reduction reaction; (c) 상기 산화-환원 반응을 검출하고;(c) detecting the oxidation-reduction reaction; (d) 상기 검출된 산화-반응 속도를 측정하고;(d) measuring the detected oxidation-reaction rate; (e) 상기 측정된 반응 속도를 전이금속 착물과 단일-사슬 DNA의 산화-환원 반응 속도와 비교하고; 그리고(e) comparing the measured reaction rate with the rate of oxidation-reduction reaction of the transition metal complex and single-chain DNA; And (f) 상기 측정된 반응 속도가 전이금속 착물과 단일-사슬 DNA의 산화-환원 반응 속도와 동일한지를 측정하는 것으로 구성되는, DNA 하이브리드를 검출하는 방법.(f) measuring whether the measured reaction rate is the same as the oxidation-reduction reaction rate of the transition metal complex and the single-chain DNA. 제 18 항에 있어서, 상기 미리 선택된 염기는 구아닌인 것을 특징으로 하는 방법.19. The method of claim 18, wherein the preselected base is guanine. 제 18 항에 있어서, 상기 미리 선택된 염기는 아데닌인 것을 특징으로 하는 방법.19. The method of claim 18, wherein the preselected base is adenine. 제 18 항에 있어서, 상기 전이금속 착물은 Ru(bpy)3 2+, Ru(Me2-bpy)3 2+, Ru(Me2-phen)3 2+, Fe(bpy)3 2+, Fe(5-Cl-phen)3 2+, Os(5-Cl-phen)3 2+, 및 ReO2(py)4 1+로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.19. The method of claim 18, wherein the transition metal complex is Ru (bpy) 3 2+, Ru (Me 2 -bpy) 3 2+, Ru (Me 2 -phen) 3 2+, Fe (bpy) 3 2+, Fe (5-Cl-phen) 3 2+ , Os (5-Cl-phen) 3 2+ , and ReO 2 (py) 4 1+ . 제 18 항에 있어서, 상기 반응 단계는 상기 미리 선택된 염기의 선택적 산화에 충분히 유효한 조건하에서 상기 전이금속 착물과 상기 하이브리드 DNA를 반응시키는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.19. The method of claim 18, wherein the step of reacting comprises reacting the hybrid DNA with the transition metal complex under conditions sufficiently effective for selective oxidation of the preselected base. 제 18 항에 있어서, 상기 접촉 단계 전에 상기 하이브리드 DNA를 증식시키는 단계로 더 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.19. The method of claim 18, further comprising propagating the hybrid DNA prior to the contacting step. 제 23 항에 있어서, 상기 DNA 시료의 증식 단계는 중합효소 연쇄 반응, 사슬 대체 증식, 리가아제(ligase) 연쇄반응, 또는 핵산 배열에 기초한 증식에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 방법.24. The method according to claim 23, wherein the step of propagating the DNA sample is performed by a polymerase chain reaction, a chain substitution proliferation, a ligase chain reaction, or a proliferation based on a nucleic acid sequence. 제 18 항에 있어서, 상기 산화-환원 반응의 반응 속도를 측정하는 단계는 반응의 순환 전압전류를 측정하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.19. The method of claim 18, wherein measuring the reaction rate of the oxidation-reduction reaction comprises measuring a cyclic volt-ampere of the reaction. 제 18 항에 있어서, 상기 비교 단계는 전이금속 착물과 하이브리드 DNA 시료의 반응의 순환 전압전류와 전이금속 착물과 단일-사슬 DNA의 반응의 공지된 순환 전압전류를 비교하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.19. The method of claim 18, wherein the step of comparing comprises comparing the cyclic voltage current of the reaction of the transition metal complex with the hybrid DNA sample and the known cyclic voltage current of the reaction of the transition metal complex with the single- Way. 제 18 항에 있어서, 상기 올리고 뉴클레오티드 프로브는 고체 표면상에 고정된 것을 특징으로 하는 방법.19. The method of claim 18, wherein the oligonucleotide probe is immobilized on a solid surface. 제 27 항에 있어서, 상기 전이금속 착물은 상기 고체 표면상에 고정된 것을 특징으로 하는 방법.28. The method of claim 27, wherein the transition metal complex is fixed on the solid surface. 제 18 항에 있어서, (g) 상기 미리 선택된 염기와 쌍을 이루는 염기를 규명하는 단계로 더 구성되는 방법.19. The method of claim 18, further comprising (g) identifying a base that pairs with the preselected base. 제 29 항에 있어서, 상기 염기를 규명하는 (g) 단계는 (ⅰ) 상기 미리 선택된 염기에 결합된 아데닌, 시토신, 구아닌, 또는 티민 염기를 갖는 DNA와 전이금속 착물의 각각 다른 네가지 공지의 반응 속도와 상기 측정된 산화-반응 속도를 비교하고, (ⅱ) 상기 측정된 반응 속도가 상기 공지의 산화-환원 반응 속도와 동일한지를 측정하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.30. The method of claim 29, wherein step (g) of identifying the base comprises the steps of: (i) determining four different known reaction rates of the DNA having the adenine, cytosine, guanine, or thymine base bound to the preselected base and the transition metal complex, And (ii) measuring whether the measured reaction rate is the same as the known oxidation-reduction reaction rate. (a) 복수의 DNA 시료 용기;(a) a plurality of DNA sample containers; (b) 상기 복수의 DNA 시료 용기를 이송하기 위한 시료 조작 수단;(b) sample manipulating means for transferring the plurality of DNA sample containers; (c) 상기 DNA 시료 용기 각각에 올리고 뉴클레오티드 프로브를 이송하기 위한 올리고 뉴클레오티드 프로브 이송수단;(c) oligonucleotide probe transfer means for transferring the oligonucleotide probe to each of the DNA sample containers; (d) 상기 DNA 시료 용기 각각에 전이금속 착물을 이송하기 위한 전이금속 착물 이송수단; 및(d) transition metal complex transfer means for transferring the transition metal complex to each of the DNA sample containers; And (e) 산화-환원 반응을 검출하기 위한 산화-환원 반응 검출기로 구성되는, DNA 하이브리드 검출장치.(e) an oxidation-reduction reaction detector for detecting oxidation-reduction reaction. 제 31 항에 있어서, 상기 검출된 산화-환원 반응 속도를 측정하는 산화-환원 반응을 측정 수단으로 더 구성되는 장치.32. The apparatus of claim 31, further comprising a measurement means for measuring the oxidation-reduction reaction rate to detect the detected oxidation-reduction reaction rate. 제 31 항에 있어서, 상기 산화-환원 반응 검출기는 전극인 것을 특징으로 하는 장치.32. The apparatus of claim 31, wherein the oxidation-reduction reaction detector is an electrode. 제 31 항에 있어서, 상기 올리고 뉴클레오티드 프로브 이송수단은 그 위에서 이동하지 않는 올리고 뉴클레오티드 프로브를 갖는 고체 표면으로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.32. The apparatus of claim 31, wherein the oligonucleotide probe transfer means comprises a solid surface having an oligonucleotide probe that does not move thereon. (a) DNA 시료 용기;(a) a DNA sample container; (b) 상기 DNA 시료 용기에 올리고 뉴클레오티드 프로브를 이송하기 위한 올리고 뉴클레오티드 프로브 이송수단;(b) an oligonucleotide probe transfer means for transferring the oligonucleotide probe to the DNA sample container; (c) 상기 DNA 시료 용기에 전이금속 착물을 이송하기 위한 전이금속 착물 이송수단; 및(c) transition metal complex transporting means for transporting the transition metal complex to the DNA sample vessel; And (d) 산화-환원 반응을 검출하기 위한 산화-환원 반응 검출기로 구성되는, DNA 하이브리드 검출장치.(d) an oxidation-reduction reaction detector for detecting an oxidation-reduction reaction. 제 35 항에 있어서, 상기 검출된 산화-환원 반응 속도를 측정하는 산화-환원 반응을 측정 수단으로 더 구성되는 장치.36. The apparatus of claim 35, further comprising a redox reaction measuring the detected oxidation-reduction reaction rate. 제 35 항에 있어서, 상기 산화-환원 반응 검출기는 전극인 것을 특징으로 하는 장치.36. The apparatus of claim 35, wherein the oxidation-reduction reaction detector is an electrode. 제 35 항에 있어서, 상기 올리고 뉴클레오티드 프로브 이송수단은 그 위에서 이동하지 않는 서로 다른 복수의 올리고 뉴클레오티드 프로브를 갖는 고체 표면으로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.36. The apparatus of claim 35, wherein the oligonucleotide probe transfer means comprises a solid surface having a plurality of different oligonucleotide probes that do not migrate thereon. 제 38 항에 있어서, 상기 전이금속 착물 이송수단은 그 위에서 이동하지 않는 복수의 올리고 뉴클레오티드 프로브 및 전이금속 착물을 갖는 고체 표면으로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.39. The apparatus of claim 38, wherein the transition metal complex transport means comprises a solid surface having a plurality of oligonucleotide probes and a transition metal complex that do not move thereon. (a) DNA 시료를, 고유의 산화 전위를 갖는 미리 선택된 염기를 포함하는 올리고 뉴클레오티드 프로브와 접촉시켜 하이브리드 DNA를 형성하고;(a) contacting a DNA sample with an oligonucleotide probe comprising a preselected base having a unique oxidation potential to form hybrid DNA; (b) 상기 하이브리드 DNA를, 산화-환원 반응에서, 미리 선택된 수의 미리 선택된 염기를 갖는 상기 뉴클레오티드 중의 미리 선택된 염기를 산화시킬 수 있는, 전이금속 착물과 반응시키고;(b) reacting the hybrid DNA with a transition metal complex capable of oxidizing a preselected base in the nucleotide having a preselected number of preselected bases in an oxidation-reduction reaction; (c) 상기 산화-환원 반응을 검출하고;(c) detecting the oxidation-reduction reaction; (d) 상기 검출된 산화-환원 반응의 반응 속도를 측정하고; 그리고(d) measuring the reaction rate of the detected oxidation-reduction reaction; And (e) 상기 미리 선택된 염기와 쌍을 이루는 염기를 규명하는 것으로 구성되는, DNA 시퀀싱 방법.(e) identifying a base paired with said preselected base. 제 40 항에 있어서, 상기 규명 단계는 (ⅰ) 상기 미리 선택된 염기에 결합된 아데닌, 시토신, 구아닌, 또는 티민 염기를 갖는 DNA와 전이금속 착물의 각각 다른 네가지 공지의 반응 속도와 상기 측정된 산화-반응 속도를 비교하고, (ⅱ) 상기 측정된 반응 속도가 상기 공지의 산화-환원 반응 속도와 동일한지를 측정하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.42. The method of claim 40, wherein said identifying step comprises the steps of: (i) determining four different known reaction rates of each of the transition metal complexes with DNA having an adenine, cytosine, guanine, or thymine base bound to the preselected base, And (ii) measuring whether the measured reaction rate is the same as the known oxidation-reduction reaction rate. 제 40 항에 있어서, 상기 올리고 뉴클레오티드 프로브는, 상기 미리 선택된 염기의 산화 전위와는 다른 고유의 산화 전위를 갖는 두 번째 미리 선택된 염기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.41. The method of claim 40, wherein the oligonucleotide probe comprises a second preselected base having an intrinsic oxidation potential different from the oxidation potential of the preselected base. 제 42 항에 있어서, 상기 검출 단계는 전이금속 착물과 상기 두 번째 미리 선택된 염기 사이의 산화-환원 반응을 검출하는 것으로 더 구성되고; 상기 측정 단계는 전이금속 착물과 상기 두 번째 미리 선택된 염기 사이의 산화-환원 반응의 반응 속도를 측정하는 것으로 더 구성되고; 상기 규명 단계는 상기 두 번째 미리 선택된 염기와 쌍을 이루는 염기를 규명하는 것으로 더 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.43. The method of claim 42, wherein the detecting step further comprises detecting an oxidation-reduction reaction between the transition metal complex and the second preselected base, Wherein the measuring step further comprises measuring the rate of the oxidation-reduction reaction between the transition metal complex and the second preselected base; Wherein the identifying step further comprises identifying a base pairing with the second preselected base. 제 40 항에 있어서, 상기 DNA 시료에서 각 염기를 규명하는 다른 자리에서 상기 미리 선택된 염기를 갖는 충분한 수의 올리고 뉴클레오티드 프로브로 (a) 내지 (e) 단계를 반복하는 것으로 더 구성되는 방법.41. The method of claim 40, further comprising repeating steps (a) to (e) with a sufficient number of oligonucleotide probes having the preselected base at a different site that identifies each base in the DNA sample. (a) RNA 시료를 올리고 뉴클레오티드 프로브와 접촉시켜 하이브리드 RNA를 형성하고;(a) contacting an RNA sample with an oligonucleotide probe to form a hybrid RNA; (b) 상기 하이브리드 RNA를, 산화-환원 반응에서, 하나 이상의 미리 선택된 염기를 갖는 상기 뉴클레오티드 중의 미리 선택된 염기를 산화시킬 수 있는, 전이금속 착물과 반응시키고;(b) reacting the hybrid RNA with a transition metal complex capable of oxidizing a preselected base in the nucleotide having at least one preselected base in an oxidation-reduction reaction; (c) 상기 산화-환원 반응을 검출하고;(c) detecting the oxidation-reduction reaction; (d) 상기 미리 선택된 염기에서 검출된 산화-환원 반응으로부터 하이브리드 RNA의 존부를 측정하는 것으로 구성되는, RNA 하이브리드를 검출하는 방법.(d) measuring the presence of the hybrid RNA from the oxidation-reduction reaction detected in the preselected base. 제 45 항에 있어서, 상기 측정 단계는 (ⅰ) 상기 검출된 산화반응의 반응 속도를 측정하여, (ⅱ) 상기 미리 선택된 염기에 결합된 아데닌, 시토신, 구아닌, 또는 티민 염기를 갖는 RNA와 전이금속 착물의 각각 다른 네가지 공지의 반응 속도와 상기 측정된 산화-반응 속도를 비교하고, (ⅲ) 상기 측정된 반응 속도가 상기 공지의 산화-환원 반응 속도와 동일한지를 측정하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.48. The method of claim 45, wherein said measuring step comprises the steps of: (i) measuring the rate of the reaction of the detected oxidation reaction; (ii) determining the ratio of RNA having an adenine, cytosine, guanine, or thymine base bound to the pre- And (iii) measuring whether the measured reaction rate is the same as the known oxidation-reduction reaction rate, characterized by comprising the steps of: How to. 제 45 항에 있어서, 상기 RNA 시료는 단일 사슬 RNA 시료이고, 상기 하이브리드 RNA는 이중 사슬인 것을 특징으로 하는 방법.46. The method of claim 45, wherein the RNA sample is a single-stranded RNA sample and the hybrid RNA is a double-stranded. 제 45 항에 있어서, 상기 올리고 뉴클레오티드 프로브는 4 내지 100개의 염기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.46. The method of claim 45, wherein the oligonucleotide probe comprises 4 to 100 bases. 제 45 항에 있어서, 상기 미리 선택된 염기는 구아닌인 것을 특징으로 하는 방법.46. The method of claim 45, wherein said preselected base is guanine. 제 45 항에 있어서, 상기 미리 선택된 염기는 아데닌인 것을 특징으로 하는 방법.46. The method of claim 45, wherein the preselected base is adenine. 제 45 항에 있어서, 상기 전이금속 착물은 Ru(bpy)3 2+, Ru(Me2-bpy)3 2+, Ru(Me2-phen)3 2+, Fe(bpy)3 2+, Fe(5-Cl-phen)3 2+, Os(5-Cl-phen)3 2+, 및 ReO2(py)4 1+로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 45 wherein the transition metal complex is Ru (bpy) 3 2+, Ru (Me 2 -bpy) 3 2+, Ru (Me 2 -phen) 3 2+, Fe (bpy) 3 2+, Fe (5-Cl-phen) 3 2+ , Os (5-Cl-phen) 3 2+ , and ReO 2 (py) 4 1+ . 제 45 항에 있어서, 상기 반응 단계는 상기 미리 선택된 염기의 선택적 산화에 충분히 유효한 조건하에서 상기 전이금속 착물과 상기 하이브리드 RNA를 반응시키는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.46. The method of claim 45, wherein said step of reacting comprises reacting said hybridization RNA with said transition metal complex under conditions sufficiently effective for selective oxidation of said preselected base. 제 45 항에 있어서, 상기 접촉 단계 전에 상기 하이브리드 RNA를 증식시키는 단계로 더 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.46. The method of claim 45, further comprising propagating the hybrid RNA prior to the contacting step. 제 48 항에 있어서, 상기 RNA 시료의 증식 단계는 역-전사효소 중합효소 연쇄 반응에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 방법.49. The method according to claim 48, wherein the step of propagating the RNA sample is performed by a reverse-transcription enzyme-polymerase chain reaction. 제 46 항에 있어서, 상기 산화-환원 반응의 반응 속도를 측정하는 단계는 반응의 순환 전압전류를 측정하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.47. The method of claim 46, wherein measuring the reaction rate of the oxidation-reduction reaction comprises measuring a cyclic volt-ampere of the reaction. 제 46 항에 있어서, 상기 비교 단계는 전이금속 착물과 하이브리드 RNA 시료의 반응의 순환 전압전류와 전이금속 착물과 단일-사슬 RNA의 반응의 공지된 순환 전압전류를 비교하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.47. The method of claim 46, wherein said comparing step comprises comparing the cyclic voltage current of the reaction of the transition metal complex with the hybrid RNA sample and the known cyclic voltammetric of the reaction of the transition metal complex with the single-chain RNA Way. 제 45 항에 있어서, 상기 올리고 뉴클레오티드 프로브는 고체 표면상에 고정된 것을 특징으로 하는 방법.46. The method of claim 45, wherein the oligonucleotide probe is immobilized on a solid surface. 제 57 항에 있어서, 상기 전이금속 착물은 상기 고체 표면상에 고정된 것을 특징으로 하는 방법.58. The method of claim 57, wherein the transition metal complex is immobilized on the solid surface. 제 45 항에 있어서, (e) 상기 미리 선택된 염기와 쌍을 이루는 염기를 규명하는 단계로 더 구성되는 방법.46. The method of claim 45, further comprising: (e) identifying a base paired with the preselected base. 제 45 항에 있어서, (e) 상기 미리 선택된 염기에 인접한 염기와 쌍을 이루는 염기를 규명하는 단계로 더 구성되는 방법.46. The method of claim 45, further comprising: (e) identifying a base paired with a base adjacent to the preselected base. 제 45 항에 있어서, 상기 규명 단계는 (ⅰ) 상기 검출된 산화반응의 반응 속도를 측정하여, (ⅱ) 상기 미리 선택된 염기에 결합된 아데닌, 시토신, 구아닌, 또는 티민 염기를 갖는 RNA와 전이금속 착물의 각각 다른 네가지 공지의 반응 속도와 상기 측정된 산화-반응 속도를 비교하고, (ⅲ) 상기 측정된 반응 속도가 상기 공지의 산화-환원 반응 속도와 동일한지를 측정하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.46. The method of claim 45, wherein said identifying step comprises the steps of: (i) measuring the rate of said detected oxidation reaction to determine (ii) the RNA having an adenine, cytosine, guanine, or thymine base bound to said pre- And (iii) measuring whether the measured reaction rate is the same as the known oxidation-reduction reaction rate, characterized by comprising the steps of: How to. (a) RNA 시료를 올리고 뉴클레오티드 프로브와 접촉시켜 하이브리드 RNA를 형성하고;(a) contacting an RNA sample with an oligonucleotide probe to form a hybrid RNA; (b) 상기 하이브리드 RNA를, 산화-환원 반응에서, 하나 이상의 미리 선택된 염기를 갖는 상기 뉴클레오티드 중의 미리 선택된 염기를 산화시킬 수 있는, 전이금속 착물과 반응시키고;(b) reacting the hybrid RNA with a transition metal complex capable of oxidizing a preselected base in the nucleotide having at least one preselected base in an oxidation-reduction reaction; (c) 상기 산화-환원 반응을 검출하고;(c) detecting the oxidation-reduction reaction; (d) 상기 검출된 산화-반응 속도를 측정하고;(d) measuring the detected oxidation-reaction rate; (e) 상기 측정된 반응 속도를 전이금속 착물과 단일-사슬 RNA의 산화-환원 반응 속도와 비교하여;(e) comparing the measured reaction rate with the rate of oxidation-reduction reaction of the transition metal complex and single-chain RNA; (f) 상기 측정된 반응 속도가 전이금속 착물과 단일-사슬 RNA의 산화-환원 반응 속도와 동일한지를 측정하는 것으로 구성되는, RNA 하이브리드를 검출하는 방법.(f) measuring whether the measured reaction rate is equal to the oxidation-reduction reaction rate of the transition metal complex and the single-chain RNA. 제 62 항에 있어서, 상기 미리 선택된 염기는 구아닌인 것을 특징으로 하는 방법.63. The method of claim 62, wherein said preselected base is guanine. 제 62 항에 있어서, 상기 미리 선택된 염기는 아데닌인 것을 특징으로 하는 방법.63. The method of claim 62, wherein the preselected base is adenine. 제 62 항에 있어서, 상기 전이금속 착물은 Ru(bpy)3 2+, Ru(Me2-bpy)3 2+, Ru(Me2-phen)3 2+, Fe(bpy)3 2+, Fe(5-Cl-phen)3 2+, Os(5-Cl-phen)3 2+, 및 ReO2(py)4 1+로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 62 wherein the transition metal complex is Ru (bpy) 3 2+, Ru (Me 2 -bpy) 3 2+, Ru (Me 2 -phen) 3 2+, Fe (bpy) 3 2+, Fe (5-Cl-phen) 3 2+ , Os (5-Cl-phen) 3 2+ , and ReO 2 (py) 4 1+ . 제 62 항에 있어서, 상기 반응 단계는 상기 미리 선택된 염기의 선택적 산화에 충분히 유효한 조건하에서 상기 전이금속 착물과 상기 하이브리드 RNA를 반응시키는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.63. The method of claim 62, wherein said step of reacting comprises reacting said hybridization RNA with said transition metal complex under conditions sufficiently effective for selective oxidation of said preselected base. 제 62 항에 있어서, 상기 접촉 단계 전에 상기 하이브리드 RNA를 증식시키는 단계로 더 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.63. The method of claim 62, further comprising propagating the hybrid RNA prior to the contacting step. 제 67 항에 있어서, 상기 RNA 시료의 증식 단계는 중합효소 연쇄 반응, 사슬 대체 증식, 리가아제(ligase) 연쇄반응, 또는 핵산 배열에 기초한 증식에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 방법.68. The method of claim 67, wherein the step of propagating the RNA sample is performed by a polymerase chain reaction, a chain replacement proliferation, a ligase chain reaction, or a proliferation based on a nucleic acid sequence. 제 62 항에 있어서, 상기 산화-환원 반응의 반응 속도를 측정하는 단계는 반응의 순환 전압전류를 측정하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.63. The method of claim 62, wherein measuring the reaction rate of the oxidation-reduction reaction comprises measuring a cyclic volt-ampere of the reaction. 제 62 항에 있어서, 상기 비교 단계는 전이금속 착물과 하이브리드 RNA 시료의 반응의 순환 전압전류와 전이금속 착물과 단일-사슬 RNA의 반응의 공지된 순환 전압전류를 비교하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.63. The method of claim 62, wherein said comparing step comprises comparing the cyclic voltage current of the reaction of the transition metal complex with the hybrid RNA sample and the known cyclic voltage current of the reaction of the transition metal complex with the single- Way. 제 62 항에 있어서, 상기 올리고 뉴클레오티드 프로브는 고체 표면상에 고정된 것을 특징으로 하는 방법.63. The method of claim 62, wherein the oligonucleotide probe is immobilized on a solid surface. 제 71 항에 있어서, 상기 전이금속 착물은 상기 고체 표면상에 고정된 것을 특징으로 하는 방법.74. The method of claim 71, wherein the transition metal complex is immobilized on the solid surface. 제 62 항에 있어서, (g) 상기 미리 선택된 염기와 쌍을 이루는 염기를 규명하는 단계로 더 구성되는 방법.63. The method of claim 62, further comprising: (g) identifying the base paired with the preselected base. 제 73 항에 있어서, 상기 염기를 규명하는 (g) 단계는 (ⅰ) 상기 미리 선택된 염기에 결합된 아데닌, 시토신, 구아닌, 또는 티민 염기를 갖는 RNA와 전이금속 착물의 각각 다른 네가지 공지의 반응 속도와 상기 측정된 산화-반응 속도를 비교하고, (ⅱ) 상기 측정된 반응 속도가 상기 공지의 산화-환원 반응 속도와 동일한지를 측정하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.72. The method of claim 73, wherein step (g) of identifying the base comprises the steps of: (i) determining at least four known reaction rates of each of the RNAs having an adenine, cytosine, guanine, or thymine base bound to the preselected base, And (ii) measuring whether the measured reaction rate is the same as the known oxidation-reduction reaction rate. (a) RNA 시료를, 고유의 산화 전위를 갖는 미리 선택된 염기를 포함하는 올리고 뉴클레오티드 프로브와 접촉시켜 하이브리드 RNA를 형성하고;(a) contacting an RNA sample with an oligonucleotide probe comprising a preselected base having a unique oxidation potential to form a hybrid RNA; (b) 상기 하이브리드 RNA를, 산화-환원 반응에서, 미리 선택된 수의 미리 선택된 염기를 갖는 상기 뉴클레오티드 중의 미리 선택된 염기를 산화시킬 수 있는, 전이금속 착물과 반응시키고;(b) reacting the hybrid RNA with a transition metal complex capable of oxidizing in a redox reaction a preselected base in the nucleotide having a preselected number of preselected bases; (c) 상기 산화-환원 반응을 검출하고;(c) detecting the oxidation-reduction reaction; (d) 상기 검출된 산화-환원 반응의 반응 속도를 측정하고; 그리고(d) measuring the reaction rate of the detected oxidation-reduction reaction; And (e) 상기 미리 선택된 염기와 쌍을 이루는 염기를 규명하는 것으로 구성되는, RNA 시퀀싱 방법.(e) identifying a base paired with said preselected base. 제 75 항에 있어서, 상기 규명 단계는 (ⅰ) 상기 미리 선택된 염기에 결합된 아데닌, 시토신, 구아닌, 또는 티민 염기를 갖는 RNA와 전이금속 착물의 각각 다른 네가지 공지의 반응 속도와 상기 측정된 산화-반응 속도를 비교하고, (ⅱ) 상기 측정된 반응 속도가 상기 공지의 산화-환원 반응 속도와 동일한지를 측정하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.76. The method of claim 75, wherein the step of identifying comprises: (i) determining four different known reaction rates of each of the RNAs having the adenine, cytosine, guanine, or thymine base bound to the preselected base and the transition metal complex, And (ii) measuring whether the measured reaction rate is the same as the known oxidation-reduction reaction rate. 제 75 항에 있어서, 상기 올리고 뉴클레오티드 프로브는, 상기 미리 선택된 염기의 산화 전위와는 다른 고유의 산화 전위를 갖는 두 번째 미리 선택된 염기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.76. The method of claim 75, wherein the oligonucleotide probe comprises a second preselected base having an intrinsic oxidation potential different from the oxidation potential of the preselected base. 제 77 항에 있어서, 상기 검출 단계는 전이금속 착물과 상기 두 번째 미리 선택된 염기 사이의 산화-환원 반응을 검출하는 것으로 더 구성되고; 상기 측정 단계는 전이금속 착물과 상기 두 번째 미리 선택된 염기 사이의 산화-환원 반응의 반응 속도를 측정하는 것으로 더 구성되고; 상기 규명 단계는 상기 두 번째 미리 선택된 염기와 쌍을 이루는 염기를 규명하는 것으로 더 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.78. The method of claim 77, wherein said detecting step further comprises detecting an oxidation-reduction reaction between the transition metal complex and the second preselected base, Wherein the measuring step further comprises measuring the rate of the oxidation-reduction reaction between the transition metal complex and the second preselected base; Wherein the identifying step further comprises identifying a base pairing with the second preselected base. 제 75 항에 있어서, 상기 RNA 시료에서 각 염기를 규명하는 다른 자리에서 상기 미리 선택된 염기를 갖는 충분한 수의 올리고 뉴클레오티드 프로브로 (a) 내지 (e) 단계를 반복하는 것으로 더 구성되는 방법.76. The method of claim 75, further comprising repeating steps (a) to (e) with a sufficient number of oligonucleotide probes having the preselected base at a different site to identify each base in the RNA sample. (a) 핵산을 산화-환원 반응에서, 미리 선택된 염기를 산화시킬 수 있는, 전이금속 착물과 반응시키고;(a) reacting the nucleic acid with a transition metal complex capable of oxidizing a preselected base in an oxidation-reduction reaction; (b) 상기 산화-환원 반응을 검출하고; 그리고(b) detecting the oxidation-reduction reaction; And (c) 상기 미리 선택된 염기에서 검출된 산화-환원 반응으로부터 상기 핵산의 존부를 측정하는 것으로 구성되는, 하나 이상의 미리 선택된 염기를 포함하는 핵산을 검출하는 방법.(c) measuring the presence or absence of said nucleic acid from the oxidation-reduction reaction detected in said preselected base. 제 80 항에 있어서, 상기 반응 단계는 핵산을 상보 핵산과 접촉시켜 하이브리드 핵산을 형성하는 단계에 의해 진행되는 것을 특징으로 하는 방법.81. The method of claim 80, wherein the step of reacting is carried out by contacting the nucleic acid with a complementary nucleic acid to form a hybrid nucleic acid. 제 81 항에 있어서, 상기 측정 단계는 (ⅰ) 상기 검출된 산화-반응 속도를 측정하고, (ⅱ) 상기 측정된 반응 속도를 전이금속 착물과 단일-사슬 핵산의 산화-환원 반응 속도와 비교하여, (ⅲ) 상기 측정된 반응 속도가 전이금속 착물과 단일-사슬 핵산의 산화-환원 반응 속도와 동일한지를 측정하는 단계로 더 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.83. The method of claim 81, wherein the measuring step comprises the steps of (i) measuring the detected oxidation-kinetics rate, and (ii) comparing the measured kinetics with the rate of oxidation-reduction kinetics of the transition metal complex and the single- , And (iii) measuring whether the measured reaction rate is the same as the oxidation-reduction reaction rate of the transition metal complex and the single-chain nucleic acid. 제 82 항에 있어서, 상기 산화-환원 반응의 반응 속도를 측정하는 단계는 반응의 순환 전압전류를 측정하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.83. The method of claim 82, wherein measuring the reaction rate of the oxidation-reduction reaction comprises measuring a cyclic volt-ampere of the reaction. 제 82 항에 있어서, 상기 비교 단계는 전이금속 착물과 하이브리드 핵산시료의 반응의 순환 전압전류와 전이금속 착물과 단일-사슬 핵산의 반응의 공지된 순환 전압전류를 비교하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.83. The method of claim 82, wherein said comparing step comprises comparing the cyclic voltage current of the reaction of the transition metal complex with the hybrid nucleic acid sample and the known cyclic voltage current of the reaction of the transition metal complex with the single-chain nucleic acid Way. 제 81 항에 있어서, 상기 측정 단계 후에, 미리 선택된 염기와 쌍을 이루는 염기를 규명하는 단계가 진행되는 것을 특징으로 하는 방법.83. The method of claim 81, wherein after said measuring step, identifying a base pairing with a previously selected base is performed. 제 81 항에 있어서, 상기 측정 단계 후에, 미리 선택된 염기에 인접한 염기와 쌍을 이루는 염기를 규명하는 단계가 진행되는 것을 특징으로 하는 방법.83. The method of claim 81, wherein after said measuring step, identifying a base pairing with a base adjacent to a preselected base is performed. 제 85 항 또는 86 항에 있어서, 상기 규명 단계는 (ⅰ) 상기 검출된 산화반응의 반응 속도를 측정하여, (ⅱ) 상기 미리 선택된 염기에 결합된 아데닌, 시토신, 구아닌 또는 티민 염기를 갖는 핵산과 전이금속 착물의 각각 다른 네가지 공지의 반응 속도와 상기 측정된 산화-반응 속도를 비교하고, (ⅲ) 상기 측정된 반응 속도가 상기 공지의 산화-환원 반응 속도와 동일한지를 측정하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.85. The method of claim 85 or 86, wherein the identifying step comprises the steps of (i) measuring the rate of the reaction of the detected oxidation reaction, (ii) contacting the nucleic acid having an adenine, cytosine, guanine, or thymine base bound to the pre- Comparing the four different known reaction rates of the transition metal complex with the measured oxidation-reaction rate, and (iii) measuring whether the measured reaction rate is the same as the known oxidation-reduction reaction rate Lt; / RTI > 제 80 항에 있어서, 상기 핵산은 4 내지 100개의 염기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.79. The method of claim 80, wherein the nucleic acid comprises 4 to 100 bases. 제 80 항에 있어서, 상기 미리 선택된 염기는 구아닌 및 아데닌으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.79. The method of claim 80, wherein the preselected base is selected from the group consisting of guanine and adenine. 제 80 항에 있어서, 상기 전이금속 착물은 Ru(bpy)3 2+, Ru(Me2-bpy)3 2+, Ru(Me2-phen)3 2+, Fe(bpy)3 2+, Fe(5-Cl-phen)3 2+, Os(5-Cl-phen)3 2+, 및 ReO2(py)4 1+로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 80, wherein the transition metal complex is Ru (bpy) 3 2+, Ru (Me 2 -bpy) 3 2+, Ru (Me 2 -phen) 3 2+, Fe (bpy) 3 2+, Fe (5-Cl-phen) 3 2+ , Os (5-Cl-phen) 3 2+ , and ReO 2 (py) 4 1+ . 제 80 항에 있어서, 상기 핵산은 DNA인 것을 특징으로 하는 방법.83. The method of claim 80, wherein the nucleic acid is DNA. 제 80 항에 있어서, 상기 핵산은 RNA인 것을 특징으로 하는 방법.79. The method of claim 80, wherein the nucleic acid is RNA. 제 80 항에 있어서, 상기 반응 단계는 상기 미리 선택된 염기의 선택적 산화에 충분히 유효한 조건하에서 상기 전이금속 착물과 상기 핵산을 반응시키는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.83. The method of claim 80, wherein said step of reacting comprises reacting said nucleic acid with said transition metal complex under conditions sufficiently effective for selective oxidation of said preselected base. 제 80 항에 있어서, 상기 접촉 단계 전에 상기 핵산을 증식시키는 단계로 더 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.79. The method of claim 80, further comprising propagating the nucleic acid prior to the contacting step. 제 94 항에 있어서, 상기 핵산의 증식 단계는 중합효소 연쇄 반응, 사슬 대체 증식, 리가아제(ligase) 연쇄반응, 또는 핵산 배열에 기초한 증식에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 방법.95. The method of claim 94, wherein the step of propagating the nucleic acid is performed by a polymerase chain reaction, a chain substitution proliferation, a ligase chain reaction, or a proliferation based on a nucleic acid sequence. 제 80 항에 있어서, 상기 핵산은 고체 표면상에 고정된 것을 특징으로 하는 방법.83. The method of claim 80, wherein the nucleic acid is immobilized on a solid surface. 제 96 항에 있어서, 상기 전이금속 착물은 상기 고체 표면상 고정된 것을 특징으로 하는 방법.96. The method of claim 96, wherein the transition metal complex is immobilized on the solid surface. (a) 시험 시료를, 올리고 뉴클레오티드 프로브보다 미리 선택된 염기를 10개 이상 더 포함하는 표적 핵산에 특정하게 결합하는, 올리고 뉴클레오티드 프로브와 접촉시켜 하이브리드 핵산을 형성하고;(a) contacting the test sample with an oligonucleotide probe that specifically binds to a target nucleic acid further comprising at least 10 bases selected from the oligonucleotide probes, to form a hybrid nucleic acid; (b) 상기 하이브리드된 핵산을, 산화-환원 반응에서, 상기 미리 선택된 염기를 산화시키는 전이금속 착물과 접촉시키고;(b) contacting the hybridized nucleic acid with a transition metal complex which oxidizes the preselected base in an oxidation-reduction reaction; (c) 상기 산화-환원 반응을 검출하고; 그리고(c) detecting the oxidation-reduction reaction; And (d) 상기 미리 선택된 염기에서 검출된 산화-환원 반응으로부터 상기 시험 시료 중의 상기 표적 핵산의 존부를 측정하는 것으로 구성되는, 시험 시료중의, 하나 이상의 미리 선택된 염기를 함유하는 표적 핵산의 검출 방법.(d) measuring the presence or absence of the target nucleic acid in the test sample from the oxidation-reduction reaction detected in the preselected base, in the test sample. 제 98 항에 있어서, 상기 검출 단계 전에, 상기 하이브리드 핵산으로부터 시험 시료를 분리하는 단계로 더 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.98. The method of claim 98, further comprising separating the test sample from the hybrid nucleic acid prior to the detecting step. 제 98 항에 있어서, 상기 표적 핵산은 상기 올리고 뉴클레오티드 프로브보다 10개 이상의 많은 상기 미리 선택된 염기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.98. The method of claim 98, wherein the target nucleic acid comprises more than 10 of the pre-selected bases than the oligonucleotide probe. 제 98 항에 있어서, 상기 올리고 뉴클레오티드 프로브는 상기 미리 선택된 염기로부터 유리된 것을 특징으로 하는 방법.98. The method of claim 98, wherein the oligonucleotide probe is free from the preselected base. 제 98 항에 있어서, 상기 표적 핵산은 상기 올리고 뉴클레오티드 프로브보다 길고, 하나 이상의 상기 미리 선택된 염기는 상기 하이브리드 핵산에서 상기 올리고 뉴클레오티드 프로브에 하이브리드 되지 않는 것을 특징으로 하는 방법.97. The method of claim 98, wherein the target nucleic acid is longer than the oligonucleotide probe and wherein at least one of the pre-selected bases is not hybridized to the oligonucleotide probe in the hybrid nucleic acid. 제 98 항에 있어서, 상기 측정 단계는 정량적 측정 단계인 것을 특징으로 하는 방법.97. The method of claim 98, wherein the measuring step is a quantitative measuring step. 제 98 항에 있어서, 상기 측정 단계는 (ⅰ) 상기 검출된 산화반응의 반응 속도를 측정하여, (ⅱ) 단일 사슬 표적 핵산과 전이금속 착물의 산화-환원 반응 속도와 상기 측정된 산화-반응 속도를 비교하고, (ⅲ) 상기 측정된 반응 속도가 상기 단일 사슬 표적 핵산과 전이금속 착물의 산화-환원 반응 속도와 동일한지를 측정하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.98. The method of claim 98, wherein the measuring step comprises the steps of: (i) measuring the rate of the reaction of the detected oxidation reaction to determine the rate of oxidation-reduction reaction of the single-chain target nucleic acid and the transition metal complex, And (iii) measuring whether the measured reaction rate is the same as the oxidation-reduction reaction rate of the single-chain target nucleic acid and the transition metal complex. 제 104 항에 있어서, 상기 산화-환원 반응의 반응 속도를 측정하는 단계는 반응의 순환 전압전류를 측정하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.105. The method of claim 104, wherein measuring the reaction rate of the oxidation-reduction reaction comprises measuring the cyclic volt-ampere of the reaction. 제 104 항에 있어서, 상기 비교 단계는 전이금속 착물과 하이브리드 표적 핵산의 반응의 순환 전압전류와 전이금속 착물과 단일-사슬 표적 핵산의 공지된 순환 전압전류를 비교하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.105. The method of claim 104, wherein said comparing step comprises comparing the cyclic voltage current of the reaction of the transition metal complex with the hybrid target nucleic acid and the known cyclic voltammogram of the single-chain target nucleic acid with the transition metal complex . 제 98 항에 있어서, 상기 핵산은 4 내지 100개의 염기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.98. The method of claim 98, wherein the nucleic acid comprises 4 to 100 bases. 제 98 항에 있어서, 상기 미리 선택된 염기는 구아닌 및 아데닌으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.98. The method of claim 98, wherein the preselected base is selected from the group consisting of guanine and adenine. 제 98 항에 있어서, 상기 전이금속 착물은 Ru(bpy)3 2+, Ru(Me2-bpy)3 2+, Ru(Me2-phen)3 2+, Fe(bpy)3 2+, Fe(5-Cl-phen)3 2+, Os(5-Cl-phen)3 2+, 및 ReO2(py)4 1+로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 98, wherein the transition metal complex is Ru (bpy) 3 2+, Ru (Me 2 -bpy) 3 2+, Ru (Me 2 -phen) 3 2+, Fe (bpy) 3 2+, Fe (5-Cl-phen) 3 2+ , Os (5-Cl-phen) 3 2+ , and ReO 2 (py) 4 1+ . 제 98 항에 있어서, 상기 표적 핵산은 DNA인 것을 특징으로 하는 방법.98. The method of claim 98, wherein the target nucleic acid is DNA. 제 98 항에 있어서, 상기 표적 핵산은 RNA인 것을 특징으로 하는 방법.98. The method of claim 98, wherein the target nucleic acid is RNA. 제 98 항에 있어서, 상기 반응 단계는 상기 미리 선택된 염기의 선택적 산화에 충분히 유효한 조건하에서 상기 전이금속 착물과 상기 표적 핵산을 반응시키는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.98. The method of claim 98, wherein the step of reacting comprises reacting the target nucleic acid with the transition metal complex under conditions sufficiently effective for selective oxidation of the preselected base. 제 98 항에 있어서, 상기 접촉 단계 전에 상기 표적 핵산을 증식시키는 단계로 더 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.98. The method of claim 98, further comprising propagating the target nucleic acid prior to the contacting step. 제 113 항에 있어서, 상기 핵산의 증식 단계는 중합효소 연쇄 반응, 사슬 대체 증식, 리가아제(ligase) 연쇄반응, 또는 핵산 배열에 기초한 증식에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 방법.113. The method according to claim 113, wherein the step of propagating the nucleic acid is performed by a polymerase chain reaction, a chain replacement proliferation, a ligase chain reaction, or a proliferation based on a nucleic acid sequence. 제 98 항에 있어서, 상기 올리고 뉴클레오티드 프로브는 고체 표면상에 고정된 것을 특징으로 하는 방법.98. The method of claim 98, wherein the oligonucleotide probe is immobilized on a solid surface. 제 115 항에 있어서, 상기 전이금속 착물은 상기 고체 표면상에 고정된 것을 특징으로 하는 방법.116. The method of claim 115, wherein the transition metal complex is immobilized on the solid surface. (a) 시험 시료를, 표적 핵산에 특정하게 결합하는 상보 핵산과 접촉시켜 하이브리드 핵산을 형성하고;(a) contacting the test sample with a complementary nucleic acid that specifically binds the target nucleic acid to form a hybrid nucleic acid; (b) 상기 하이브리드 핵산을, 산화-환원 반응에서, 상기 미리 선택된 염기를 산화시키는 전이금속 착물과 접촉시키고;(b) contacting the hybrid nucleic acid with a transition metal complex which oxidizes the preselected base in an oxidation-reduction reaction; (c) 상기 하이브리드 핵산과 관련된 산화-환원 반응의 존부를 검출하고; 그리고(c) detecting the presence of an oxidation-reduction reaction associated with the hybrid nucleic acid; And (d) 상기 미리 선택된 염기에서 검출된 산화-환원 반응으로부터 상기 시험 시료 중의 상기 표적 핵산의 존부를 측정하는 것으로 구성되는, 시험 시료중의, 하나 이상의 미리 선택된 염기를 함유하는 표적 핵산의 검출 방법에 있어서,(d) measuring the presence or absence of the target nucleic acid in the test sample from the oxidation-reduction reaction detected in the preselected base, in a test sample to detect a target nucleic acid containing at least one preselected base As a result, 상기 표적 핵산에서 상기 미리 선택된 염기는 구아닌이고; 상기 표적 핵산은 시토신을 포함하고; 상기 올리고 뉴클레오티드 프로브는 상기 하이브리드 핵산 중의 시토신에 결합하는 대응 염기를 포함하고;Wherein the preselected base in the target nucleic acid is guanine; Wherein the target nucleic acid comprises cytosine; Said oligonucleotide probe comprising a corresponding base which binds to a cytosine in said hybrid nucleic acid; 상기 대응 염기는 이노신 및 7-데아자-구아닌으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.Wherein the corresponding base is selected from the group consisting of inosine and 7-deaza-guanine. 제 117 항에 있어서, 상기 반응 단계는, 상기 대응 염기의 산화 없이, 상기 미리 선택된 염기의 선택적 산화에 유효한 조건 하에서, 상기 전이금속 착물과 상기 핵산을 반응시키는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.117. The method of claim 117, wherein the step of reacting comprises reacting the transition metal complex with the nucleic acid under conditions effective for selective oxidation of the preselected base, without oxidation of the corresponding base. 제 117 항에 있어서, 상기 측정 단계는 (ⅰ) 상기 검출된 산화반응의 반응 속도를 측정하여, (ⅱ) 단일 사슬 표적 핵산과 전이금속 착물의 산화-환원 반응 속도와 상기 측정된 산화-반응 속도를 비교하고, (ⅲ) 상기 측정된 반응 속도가 상기 단일 사슬 표적 핵산과 전이금속 착물의 산화-환원 반응 속도와 동일한지를 측정하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.117. The method of claim 117, wherein said measuring step comprises the steps of: (i) measuring the rate of said detected oxidation reaction to determine (ii) the rate of oxidation-reduction reaction of the single- And (iii) measuring whether the measured reaction rate is the same as the oxidation-reduction reaction rate of the single-chain target nucleic acid and the transition metal complex. 제 105 항에 있어서, 상기 산화-환원 반응의 반응 속도를 측정하는 단계는 반응의 순환 전압전류를 측정하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.111. The method of claim 105, wherein measuring the reaction rate of the oxidation-reduction reaction comprises measuring a cyclic volt-ampere of the reaction. 제 119 항에 있어서, 상기 비교 단계는 전이금속 착물과 하이브리드 표적 핵산의 반응의 순환 전압전류와 전이금속 착물과 단일-사슬 표적 핵산의 공지된 순환 전압전류를 비교하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.119. The method of claim 119, wherein said comparing step comprises comparing the cyclic voltage current of the reaction of the transition metal complex with the hybrid target nucleic acid and the known cyclic voltage current of the single-chain target nucleic acid with the transition metal complex . 제 117 항에 있어서, 상기 측정 단계 후에, 미리 선택된 염기와 쌍을 이루는 염기를 규명하는 단계가 진행되는 것을 특징으로 하는 방법.117. The method of claim 117, wherein after said measuring step, identifying a base pairing with a pre-selected base is performed. 제 117 항에 있어서, 상기 측정 단계 후에, 미리 선택된 염기에 인접한 염기와 쌍을 이루는 염기를 규명하는 단계가 진행되는 것을 특징으로 하는 방법.117. The method of claim 117, wherein after said measuring step, identifying a base pairing with a base adjacent to a preselected base is performed. 제 122 항 또는 123 항에 있어서, 상기 규명 단계는 (ⅰ) 상기 검출된 산화반응의 반응 속도를 측정하여, (ⅱ) 상기 미리 선택된 염기에 결합된 아데닌, 시토신, 구아닌 또는 티민 염기를 갖는 핵산과 전이금속 착물의 각각 다른 네가지 공지의 반응 속도와 상기 측정된 산화-반응 속도를 비교하고, (ⅲ) 상기 측정된 반응 속도가 상기 공지의 산화-환원 반응 속도와 동일한지를 측정하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.122. The method of claim 122 or claim 123, wherein the identifying step comprises the steps of (i) measuring the rate of the reaction of the detected oxidation reaction, (ii) contacting the nucleic acid having an adenine, cytosine, guanine, or thymine base bound to the pre- Comparing the four different known reaction rates of the transition metal complex with the measured oxidation-reaction rate, and (iii) measuring whether the measured reaction rate is the same as the known oxidation-reduction reaction rate Lt; / RTI > 제 117 항에 있어서, 상기 핵산은 4 내지 100개의 염기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.117. The method of claim 117, wherein the nucleic acid comprises 4 to 100 bases. 제 117 항에 있어서, 상기 전이금속 착물은 Ru(bpy)3 2+, Ru(Me2-bpy)3 2+, Ru(Me2-phen)3 2+, Fe(bpy)3 2+, Fe(5-Cl-phen)3 2+, Os(5-Cl-phen)3 2+, 및 ReO2(py)4 1+로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 117, wherein the transition metal complex is Ru (bpy) 3 2+, Ru (Me 2 -bpy) 3 2+, Ru (Me 2 -phen) 3 2+, Fe (bpy) 3 2+, Fe (5-Cl-phen) 3 2+ , Os (5-Cl-phen) 3 2+ , and ReO 2 (py) 4 1+ . 제 117 항에 있어서, 상기 표적 핵산은 DNA인 것을 특징으로 하는 방법.118. The method of claim 117, wherein the target nucleic acid is DNA. 제 117 항에 있어서, 상기 표적 핵산은 RNA인 것을 특징으로 하는 방법.118. The method of claim 117, wherein the target nucleic acid is RNA. 제 117 항에 있어서, 상기 접촉 단계 전에 상기 표적 핵산을 증식시키는 단계로 더 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.117. The method of claim 117, further comprising propagating the target nucleic acid prior to the contacting step. 제 129 항에 있어서, 상기 핵산의 증식 단계는 중합효소 연쇄 반응, 사슬 대체 증식, 리가아제(ligase) 연쇄반응, 또는 핵산 배열에 기초한 증식에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 방법.129. The method according to claim 129, wherein the step of propagating the nucleic acid is performed by a polymerase chain reaction, a chain substitution proliferation, a ligase chain reaction, or a proliferation based on a nucleic acid sequence. 제 117 항에 있어서, 상기 상보 핵산은 고체 표면상에 고정된 것을 특징으로 하는 방법.117. The method of claim 117, wherein the complementary nucleic acid is immobilized on a solid surface. 제 131 항에 있어서, 상기 전이금속 착물은 상기 고체 표면상에 고정된 것을 특징으로 하는 방법.132. The method of claim 131, wherein the transition metal complex is immobilized on the solid surface. (a) 시험 시료를, 표적 핵산에 특정하게 결합하고, 말단 전이효소에 의해 차단된 말단을 갖는, 올리고 뉴클레오티드 프로브와 접촉시켜 하이브리드 핵산을 형성하고;(a) contacting a test sample with an oligonucleotide probe that specifically binds to the target nucleic acid and has an end blocked by a terminal transferase to form a hybrid nucleic acid; (b) 상기 하이브리드 핵산을 말단 전이효소의 존재하에 미리 선택된 염기를 함유하는 용액에 접촉시켜, 미리 선택된 염기로 구성되는 연장 생성물을 생성하고;(b) contacting the hybrid nucleic acid with a solution containing a base selected in advance in the presence of a terminal transferase to produce an extension product consisting of a preselected base; (c) 상기 올리고 뉴클레오티드 프로브를, 산화-환원 반응에서 상기 미리 선택된 염기를 산화시키는, 전이금속 착물과 접촉시키고;(c) contacting the oligonucleotide probe with a transition metal complex that oxidizes the preselected base in a redox reaction; (d) 산화-환원 반응에서 상기 표적 핵산의 존부를 검출하고; 그리고(d) detecting the presence of the target nucleic acid in an oxidation-reduction reaction; And (e) 상기 미리 선택된 염기에서 검출된 산화-환원 반응으로부터 상기 시험 시료 중의 상기 표적 핵산의 존부를 측정하는 것으로 구성되는, 시험 시료중의 표적 핵산의 검출 방법.(e) measuring the presence or absence of the target nucleic acid in the test sample from the oxidation-reduction reaction detected in the preselected base. 제 133 항에 있어서, 상기 검출 단계 전에 상기 하이브리드 핵산으로부터 상기 시험 시료를 분리하는 것으로 더 구성되는 방법.133. The method of claim 133, further comprising separating the test sample from the hybrid nucleic acid prior to the detecting step. (a) 표적 핵산에 특정하게 결합하는 포착 프로브를 제공하고;(a) providing a capture probe that specifically binds a target nucleic acid; (b) 시험 시료를 상기 포착 프로브와 접촉시켜 하이브리드 핵산을 형성하고;(b) contacting the test sample with the capture probe to form a hybrid nucleic acid; (c) 상기 표적 핵산에 특정하게 결합하고, 하나 이상의 미리 선택된 염기를 함유하는, 올리고 뉴클레오티드 신호 프로브를 상기 하이브리드 핵산에 접촉시켜 하이브리드 핵산 샌드위치를 생성하고;(c) contacting the oligonucleotide signal probe, which specifically binds to the target nucleic acid and contains one or more preselected bases, to the hybrid nucleic acid to generate a hybrid nucleic acid sandwich; (d) 상기 하이브리드 핵산 샌드위치를, 산화-환원 반응에서 상기 미리 선택된 염기를 산화시키는 전이금속 착물과 접촉시키고;(d) contacting the hybrid nucleic acid sandwich with a transition metal complex that oxidizes the preselected base in an oxidation-reduction reaction; (e) 상기 하이브리드 핵산 샌드위치와 관련된 산화-환원 반응의 존부를 검출하고; 그리고(e) detecting the presence of an oxidation-reduction reaction associated with the hybrid nucleic acid sandwich; And (f) 상기 미리 선택된 염기에서 검출된 산화-환원 반응으로부터 상기 시험 시료 중의 상기 표적 핵산의 존부를 측정하는 것으로 구성되는, 시험 시료중의 표적 핵산의 검출 방법.(f) measuring the presence or absence of the target nucleic acid in the test sample from the oxidation-reduction reaction detected in the preselected base. 제 135 항에 있어서, 상기 검출 단계 전에 상기 하이브리드 핵산으로부터 상기 시험 시료를 분리하는 것으로 더 구성되는 방법.136. The method of claim 135, further comprising separating the test sample from the hybrid nucleic acid prior to the detecting step. 제 136 항에 있어서, 상기 분리 단계는 단계(b)와 단계(c) 사이 또는 단계(c)와 단계(d) 사이에 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.136. The method of claim 136, wherein said separating step is performed between step (b) and step (c) or between step (c) and step (d). 첫 번째 및 두 번째 대향면을 갖는 마이크로일렉트로닉 기판;A microelectronic substrate having first and second opposing surfaces; 첫 번째 면 상의 전도성 전극; 및A conductive electrode on the first side; And 상기 전도성 전극에 인접한 첫 번째 면 상에 고정된 올리고 뉴클레오티드 포착 프로브로 구성되는 핵산 종을 전기화학적으로 검출하기 위한 마이크로일렉트로닉 장치.A microelectronic device for electrochemically detecting a nucleic acid species comprising an oligonucleotide capture probe immobilized on a first surface adjacent to the conductive electrode. 제 138 항에 있어서, 상기 장치는 첫 번째 면 상에 다수의 전도성 전극과 상기 서로 다른 전도성 전극에 인접하여 위치하고, 상기 첫 번째 면 상에 고정된 다수의 올리고 뉴클레오티드 포착 프로브를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.143. The apparatus of claim 138, wherein the apparatus has a plurality of conductive electrodes on a first side and a plurality of oligonucleotide capture probes located adjacent to the different conductive electrodes and secured on the first side. . 제 138 항에 있어서, 상기 전도성 전극에 전기적으로 연결된 콘택트로 더 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.136. The apparatus of claim 138, further comprising a contact electrically connected to the conductive electrode. 제 138 항에 있어서, 상기 기판은 실리콘인 것을 특징으로 하는 장치.136. The apparatus of claim 138, wherein the substrate is silicon. 제 123 항에 있어서, 상기 올리고 뉴클레오티드 포착 프로브는 4 내지 100개의 핵산 길이인 것을 특징으로 하는 장치.128. The apparatus of claim 123, wherein the oligonucleotide capture probe is 4 to 100 nucleic acid lengths. 하기 식(Ⅰ)의 하나 이상의 퓨린 염기를 포함하는, 배경 구아닌 신호의 존재하에 미리 선택된 염기의 전기화학적 검출에 유용한 올리고 뉴클레오티드 프로브:Oligonucleotide probes useful for electrochemical detection of preselected bases in the presence of background guanine signal, comprising at least one purine base of formula (I): 제 143 항에 있어서, 상기 올리고 뉴클레오티드 포착 프로브는 100개 이하의 핵산 길이인 것을 특징으로 하는 장치.143. The apparatus of claim 143, wherein the oligonucleotide capture probe is 100 nucleotides or less in length. (a) 하기 식의 염기를 하나 이상 포함하는 핵산을 제공하고;(a) providing a nucleic acid comprising at least one base of the formula: (b) 상기 핵산을 산화-환원 반응에서 상기 미리 선택된 염기를 산화시킬 수 있는 전이금속 착물과 반응시키고;(b) reacting the nucleic acid with a transition metal complex capable of oxidizing the preselected base in a redox reaction; (c) 상기 산화-환원 반응을 검출하고; 그리고(c) detecting the oxidation-reduction reaction; And (d) 상기 미리 선택된 염기에서 검출된 산화-환원 반응으로부터 상기 시험 시료 중의 상기 표적 핵산의 존부를 측정하는 것으로 구성되는, 핵산의 검출 방법.(d) measuring the presence or absence of the target nucleic acid in the test sample from the oxidation-reduction reaction detected in the preselected base. 제 145 항에 있어서, 상기 반응 단계는 상기 핵산을 상보 핵산과 접촉시켜 하이브리드 핵산을 형성하는 단계로 진행되는 것을 특징으로 하는 방법.145. The method of claim 145, wherein the step of reacting comprises contacting the nucleic acid with a complementary nucleic acid to form a hybrid nucleic acid. 제 146 항에 있어서, 상기 상보 핵산은 하나 이상의 구아닌 치환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.145. The method of claim 146, wherein the complementary nucleic acid comprises at least one guanine substituent. (a) 작업 표면을 갖는 전도성 기판; 및(a) a conductive substrate having a work surface; And (b) 상기 작업 표면에 연결되고, 전이금속 착물에 공극성이며, 핵산에 결합되는 비-전도성 중합체 층으로 구성된,(b) a non-conducting polymer layer connected to the working surface, the non-conducting polymer layer being coplanar with the transition metal complex, 핵산을 산화-환원 반응에서 미리 선택된 염기를 산화시킬 수 있는 전이금속 착물과 반응시키는 것으로, 핵산에서 미리 선택된 염기의 전기화학적 검출에 유용한 전극.An electrode useful for electrochemical detection of a preselected base in a nucleic acid by reacting the nucleic acid with a transition metal complex capable of oxidizing a preselected base in an oxidation-reduction reaction. 제 148 항에 있어서, 상기 중합체 층에 결합되고, 하나 이상의 상기 미리 선택된 염기를 포함하는 핵산으로 더 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.143. The method of claim 148, further comprising a nucleic acid bound to the polymeric layer and comprising at least one of the pre-selected bases. (a) 핵산을 포함하는 시료를 (ⅰ) 작업 표면을 갖는 전도성 기판; 및 (ⅱ) 상기 작업 표면에 연결되고, 핵산에 결합되는 비-전도성 중합체 층으로 구성된, 전극에 접촉시키고;(a) contacting a sample comprising nucleic acid with (i) a conductive substrate having a working surface; And (ii) a non-conducting polymer layer connected to the working surface and bonded to a nucleic acid; (b) 상기 핵산을, 산화-환원 반응에서, 상기 미리 선택된 염기를 산화시킬 수 있고, 상기 중합체 층이 그에 대해 공극성인, 전이금속 착물과 반응시키고;(b) reacting the nucleic acid with a transition metal complex capable of oxidizing the preselected base in a redox reaction and wherein the polymer layer is pore-free therewith; (c) 상기 전극을 흐르는 전류를 측정하여 상기 산화-환원 반응을 검출하고; 그리고(c) detecting the oxidation-reduction reaction by measuring a current flowing through the electrode; And (d) 상기 미리 선택된 염기에서 검출된 산화-환원 반응으로부터 상기 시험 시료 중의 상기 표적 핵산의 존부를 측정하는 것으로 구성되는, 핵산의 검출 방법.(d) measuring the presence or absence of the target nucleic acid in the test sample from the oxidation-reduction reaction detected in the preselected base. 제 150 항에 있어서, 상기 반응 단계는 상기 핵산을 상보 핵산과 접촉시켜 하이브리드 핵산을 형성하는 단계로 진행되는 것을 특징으로 하는 방법.153. The method of claim 150, wherein the step of contacting comprises contacting the nucleic acid with a complementary nucleic acid to form a hybrid nucleic acid.
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