KR20140071914A

KR20140071914A - 핵산 태그용 기본 기질로써 규조토의 용도

Info

Publication number: KR20140071914A
Application number: KR1020130148179A
Authority: KR
Inventors: 로라 티. 보르톨린; 메리 에프. 스와츠; 가렛 디. 리딜; 아담 제이. 로
Original assignee: 에스알씨, 인코퍼레이트
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2014-06-12
Also published as: GB201321276D0; AU2013266974A1; US20140155272A1; GB2512967A

Abstract

다수의 핵산 분자들에 부착된 나노입자 뉴클레오티드-서포트 플랫포옴과 나노입자 뉴클레오티드-서포트 플랫포옴을 에워싸는 교갑재(encapsulant)를 포함하는 핵산 태그에 있어서, 각 전술한 핵산 분자들은 식별 정보를 포함하고, 이때 스페이스는 전술한 나노입자 뉴클레오티드-서포트 플랫포옴과 전술한 식별 정보에 위치하며, 그리고 추가적으로 이때 전술한 나노입자 뉴클레오티드-서포트 플랫포옴은 규조토를 포함하는, 핵산 태그.

Description

핵산 태그용 기본 기질로써 규조토의 용도{USE OF DIATOMACEOUS EARTH AS THE BASE SUBSTRATE FOR NUCLEIC ACID TAGS}

1. 발명의 분야

본 발명은 핵산 태그를 이용하기 위한 시스템과 방법, 그리고 더욱 구체적으로, 규조토를 이용하여 핵산 태그를 기획하는 것에 관계한다.

2. 관련된 기술의 설명

핵산 분자의 물리적 특징은 핵산 분자를 안전한 정보-저장 단위로서 이용하는데 특히 적합하도록 만든다. 무취이고 육안으로 보이지 않을 뿐만 아니라, 핵산 분자는 방대한 양의 정보를 저장할 수 있다. 단일 그램의 데옥시리보핵산 ("DNA")은 대략 1조개 콤패트 디스크만큼의 정보를 저장할 수 있는 것으로 추산된다 ("Computing With DNA" by L.M. Adleman, Scientific American, August 1998, pg 34-41).

핵산 분자는 또한, 심지어 시험관내에서도 부식에 대한 회복력이 있다. 비록 핵산 분자가 전형적으로, 화학물질, 방사선, 또는 효소에 노출될 때 붕괴되기 시작하긴 하지만, 일부 핵산 분자는 수천 년 동안 살아남을 수 있다. 가령, 과학자들은 최소한 38,000년 전으로 거슬러 올라가는 유해로부터 회수된 DNA 분자를 이용하여 네안데르탈(Neanderthal) 게놈을 염기서열분석하였다.

부가적으로, 핵산 분자는 성격에서 편재성이고 거의 특성화되지 않고, 전세계 생물체 중에서 극히 일부만 염기서열분석되었다. 이러한 특성화되지 않은 환경적 배경 소음 (environmental background noise)의 결과로서, 인공 핵산 분자의 우연한 검출은 가능성이 없다.

핵산의 많은 유익한 특징을 이용하기 위하여, 이들 분자는 안전한 태그 내로 함입될 수 있다. 이들 태그는 데옥시리보뉴클레오티드, 리보뉴클레오티드, 또는 인공이거나 (가령, 뉴클레오티드 유사체) 또는 자연에서 달리 관찰되는 핵산으로 구성된 유사한 분자로 구성될 수 있다. 이들 핵산은 매우 짧은 올리고뉴클레오티드에서부터 완전한 게놈까지의 범위에서 변할 수 있다.

일단 핵산 태그가 창출되면, 이것은 (i)물리적 물체로 부정한 탬퍼링을 검출하고; (ii) 방 또는 건물의 사생활을 보호하고; (iii) 개인간에 암호화된 메시지를 보내고; (iv) 떨어진 거리에서 태그된 개인 또는 대상을 탐지하고; (v) 개인 또는 대상의 최근 여행 기록을 추적하고; 또는 (vi) 많은 다른 용도중에서 관심 위치를 관찰하는 것을 포함하는 다수의 독특한 보한 응용에 이용될 수 있다.

그러나, 좀더 강력한 핵산 태그를 효과적으로 그리고 경제적으로 생산하는 새로운 그리고 효과적인 기전에 대한 지속적인 요구가 있다.

발명의 간단한 요약

따라서 규조토를 포함하는 경제적이고 효과적인 핵산 태그 디자인을 제공하는 것이 본 발명의 주요 목적이며 장점이다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 이후에서 어느정도 명백해질 것이며, 이후 나타날 것이다.

한 가지 적용에서, 핵산 태그는 다수의 핵산 분자들에 부착된 나노입자 뉴클레오티드-서포트 플랫포옴과 나노입자 뉴클레오티드-서포트 플랫포옴을 둘러싼 교갑재(encapsulant)를 포함하는데, 각 핵산 분자들은 식별 정보를 포함하며, 이때 스페이스는 나노입자 뉴클레오티드-서포트 플랫포옴과 식별 정보 사이에 위치되며, 그리고 추가적으로 이때 나노입자 뉴클레오티드-서포트 플랫포옴은 규조토를 포함한다.

한 양태에서, 교갑재는 다수의 핵산 분자들의 분해를 방지하는데 적합하다.

한 양태에서, 다수의 핵산 분자들 각각은 리보뉴클레오티드, 데옥시리보뉴클레오티드, 그리고 뉴클레오티드 유사체로 구성된 군으로부터 선택된 뉴클레오티드를 포함한다.

한 양태에서, 다수의 핵산 분자들 각각은 올리고뉴클레오티드이다.

한 양태에서, 다수의 핵산 분자들 각각은 2개의 뉴클레오티드에서부터 전체 게놈 범위까지 게놈의 데옥시리보핵산이다.

한 양태에서, 정보는 뉴클레오티드의 서열 변경에 의해 게놈의 데옥시리보핵산 분자들 안에서 암호화된다.

한 양태에서, 핵산 태그는 역반사체(retroreflector)를 포함한다.

한 양태에서, 핵산 태그는 발광 화합물을 포함한다.

또다른 적용에서, 지리적 위치를 통하여 물품이 이동되었는지를 결정하는 방법은 다음을 포함한다: (i) 다수의 핵산 분자들에 부착된 나노입자 뉴클레오티드-서포트 플랫포옴을 포함하는 핵산 태그를 창조하고, 각 핵산 분자들은 식별 정보를 포함하며, 이때 스페이스는 나노입자 뉴클레오티드-서포트 플랫포옴과 식별 정보 사이에 위치되며, 그리고 추가적으로 이때 나노입자 뉴클레오티드-서포트 플랫포옴은 규조토를 포함하고;

(ii) 해당 지리적 위치에 핵산 태그를 파종(seeding)하고; 그리고

(iii) 핵산 태그의 존재에 대해 이 물품을 검사한다.

한 양태에서, 핵산 태그는 핵산 분자들의 일부 또는 전부를 서열화함으로써 분석된다.

한 양태에서, 각 지리적 위치에는 독특한 핵산 태그가 파종된다.

여전히 또다른 적용에서, 물품의 여정을 추적하는 방법은 다음을 포함한다: (i) 2개 또는 그 이상의 핵산 태그를 창조하고, 각 태그는 다수의 핵산 분자들에 부착된 나노입자 뉴클레오티드-서포트 플랫포옴을 포함하고, 각 핵산 분자들은 식별 정보를 포함하며, 이때 스페이스는 나노입자 뉴클레오티드-서포트 플랫포옴과 식별 정보 사이에 위치되며, 그리고 추가적으로 이때 나노입자 뉴클레오티드-서포트 플랫포옴은 규조토를 포함하고; (ii) 2개 또는 그 이상의 지리적 위치 각각에 전술한 핵산 태그를 파종하고, 이때 각 지리적 위치는 독특한 핵산으로 파종되며; (iii) 하나 또는 그 이상의 핵산 태그 존재에 대해 전술한 물품을 검사하고; 그리고 (iv) 각 물품에서 탐지되는 각 핵산 태그와 관련된 지리적 위치를 확인한다.

한 양태에서, 이 방법은 기점(point of origin)을 추적하는 단계를 추가적으로 포함한다.

또다른 적용에서, 관심 물품내 또는 상에 파종된 핵산 태그를 검출하는 방법은 다음을 포함한다: (i) 핵산 태그를 획득하고, 이때 핵산 태그는 다수의 핵산 분자들에 부착된 나노입자 뉴클레오티드-서포트 플랫포옴을 포함하고, 각 핵산 분자들은 식별 정보를 포함하고, 이때 스페이스는 나노입자 뉴클레오티드-서포트 플랫포옴과 식별 정보 사이에 위치되며, 그리고 추가적으로 이때 나노입자 뉴클레오티드-서포트 플랫포옴은 규조토를 포함하고; (ii) 핵산 태그를 관심 품목에 추가하고; (iii) 핵산 태그의 존재에 대해 관심 품목의 일부를 샘플링하고; 그리고 (iv) 샘플내 핵산 태그의 존재를 탐지한다.

한 양태에서, 외부 표면상에 태그의 존재는 탬퍼링(tampering)을 나타낸다.

한 양태에서, 핵산 태그의 존재는 관심 품목을 증명한다.

한 양태에서, 핵산 태그를 관심 품목에 첨가하는 단계는 관심 품목의 라벨 또는 포장내에 핵산 태그를 통합시키는 것을 포함한다.

한 양태에서, 핵산 태그를 관심 품목에 첨가하는 단계는 관심 품목의 전구물체에 핵산 태그를 통합시키는 것을 포함한다.

본 발명은 첨부된 도면과 함께, 하기의 상세한 설명을 읽음으로써 더욱 완전하게 이해되고 인지될 것이다:
도 1은 구체예에 따른 핵산 태그를 창출하기 위한 예시적인 과정의 순서도이다;
도 2는 핵산 태그를 이용하여 구체예에 따른 탬퍼링을 검출하기 위한 예시적인 과정의 순서도이다;
도 3은 구체예에 따른 핵산 태그 복합체의 측면도이다;
도 4는 구체예에 따른 캡슐화된 뉴클레오티드-유도체화된 나노입자의 측면도이다;
도 5는 마커 원소가 봉합재 층 내로 함입되는, 구체예에 따른 캡슐화된 뉴클레오티드 태그 복합체의 측면도이다;
도 6은 마커 원소가 나노입자 내로 함입되는, 구체예에 따른 캡슐화된 뉴클레오티드 태그 복합체의 측면도이다;
도 7은 마커 원소가 봉합재의 외부 표면을 코팅하는, 구체예에 따른 캡슐화된 뉴클레오티드 태그 복합체의 측면도이다;
도 8은 마커 원소가 봉합재의 외부 표면을 코팅하는, 구체예에 따른 캡슐화된 뉴클레오티드 태그 복합체의 측면도이다;
도 9는 마커 원소가 봉합재 층에 의해 태그 내에 포획되는, 구체예에 따른 캡슐화된 뉴클레오티드 태그 복합체의 측면도이다;
도 10은 핵산을 이용하여 구체예에 따른 탬퍼링을 검출하기 위한 예시적인 과정의 순서도이다;
도 11은 핵산을 이용하여 구체예에 따른 인증을 위한 예시적인 과정의 순서도이다.
도 12는 구체예에 따른 핵산을 이용하는 예시적인 과정의 순서도이다;.

발명의 상세한 설명

유사한 참고 숫자가 여러 도면 전반에서 동일하거나 상응하는 부분을 표시하는 도면을 참고하여, 본 발명의 구체예에 따른 적절한 핵산 태그를 창출하기 위한 예시적인 과정의 순서도가 도 1에 도시된다. 최초 단계 110으로서, 나노미터-크기 입자 ("나노입자") 플랫폼이 핵산 분자(들)에 부착을 위해 제조된다. 플랫폼은 핵산이 하류 분석에 더욱 이용될 수 있도록 만들고, 그리고 캡슐화 층의 일부가 약화되는 경우에 핵산 상실을 예방하는데 이용된다.

플랫폼은 핵산 서열을 의도치 않게 분해하거나 변경하지 않으면서, 핵산에 부착될 수 있는 임의의 화합물이다. 가령, 플랫폼은 경량이고, 내구성이고, 비-물 용해성이고, 그리고 실리카 또는 폴리스티렌으로 구성되는 화학적으로 비활성 구조일 수 있다. 부가적으로, 나노입자 플랫폼은 태그 검출 및 중합효소 연쇄 반응 ("PCR")을 비롯하여, 핵산 분자의 임의의 하류 분석을 저해하지 않는 화합물로 구성되어야 한다.

한 가지 적용에서, 플랫포옴은 규조토를 포함하나 이에 한정되지 않은 규조를 포함한다. 규조암(규조ite)이라고도 알려진 규조토는 화석화된 규조의 잔류물 단세포 조류(algae)의 한 유형인 화석화된 규조의 잔류물로 구성된 자연적으로 발생되는 규산 퇴적암이다. 규조토는 여과에서 연마재(abrasive)로 그리고 흡수재(absorbent)를 포함하는 몇 가지 기존 적용부분을 가진다.

핵산 태그의 나노입자 성분에 이용되는 규조토는 채굴된 바위 또는 블록을 포함하는 큰 입자들을 분쇄하거나 크기를 감소시킴으로써 형성될 수 있으며, 또는 규조토의 입자는 원하는 크기 또는 원하는 크기에 가까운 것을 공급업자로부터 구매일 수 있다. 규조토는 비록 1 마이크로미터 내지 1 밀리미터 이상 범위의 입자를 포함하지만, 특정 크기 또는 크기 범위는 채로 거르거나, 여과시키거나, 바람직한 규조 종류 또는 크기를 구입함으로써 선택될 수 있다.

일단 규조토의 입자가 적절한 크기가 되면, 본 명세서에서 기술된 또는 제안된 임의의 방법들 또는 방식을 이용하여 핵산으로 유도화될 수 있다. 규조토의 한 가지 장점은 태그 또는 태그의 핵산 성분을 식별 또는 특징화하는데 필요할 수도 있는 하류 PCR 반응을 방해하지 않는다는 점이다.

단계 120에서, 핵산 분자는 준비된 나노입자 플랫폼에 부착된다. 핵산은 데옥시리보뉴클레오티드, 리보뉴클레오티드, 올리고뉴클레오티드, 핵산 유사체, 그리고 인공이거나 또는 자연에서 달리 관찰되는 유사한 분자뿐만 아니라 이들 중에서 임의의 또는 전체의 조합이 포함되지만 이들에 국한되지 않는 임의의 자연 또는 인공 핵산일 수 있다. 이들 핵산은 예로써, 매우 짧은 서열에서부터 완전한 게놈까지의 범위에서 변할 수 있다. 이들 핵산 분자는 후기 분석을 용이하게 하기 위해 나노입자에 최저 부착된다. 바람직한 구체예에서, 핵산을 나노입자 플랫폼에 연결하기 위해 화학적 링커가 이용된다. 이러한 화학적 링커는 태그와 핵산의 검출 또는 분석의 저해를 피하면서, 핵산이 나노입자에 안정되게 구속되도록 유지해야 한다. 비록 화학적 링커가 핵산과 나노입자 플랫폼 사이에 영구적인 공유 연결을 제공하도록 선택될 수 있긴 하지만, 이것은 또한, 일정한 온도에서 또는 방출 화합물의 노출 후 핵산을 신속하고 효율적으로 방출하는 화합물일 수 있다.

핵산 분자는 또한, 분석을 촉진하도록 설계될 수 있다. 가령, 입체 장애 (steric hindrance) 또는 원치 않는 분자간 상호작용을 피하기 위해, 분자는 화학적 링커 또는 나노입자 기부 및 뉴클레오티드 서열의 정보-코딩 분절 사이에 뉴클레오티드 스페이서를 포함할 수 있다. 1과 100개 염기 사이에 간격이 현재의 적용에 최적이긴 하지만, 이것은 새로운 적용이 고려되면 변할 수 있다.

나노입자 플랫폼 상에서 핵산 분자의 농도 역시 하류 분석에서 중요한 인자이다. 이들 분자가 너무 농축되면, 입체 장애가 프라이머와 중합효소가 핵산 분자의 적절한 분절에 효율적으로 결합하는 것으로 방해한다. 이들 분자가 너무 드물면, PCR 신호는 소멸될 것이고 가음성을 유발할 수 있다. 바람직한 구체예에서, 평방 센티미터 (square centimeter)당 약 1 x 10⁸ 내지 1 x 10¹² 핵산 분자의 농도가 강건한 PCR 신호의 최적 농도이다.

또다른 구체예에 따르면, 핵산 분자들은 핵산을 나노입자 플랫포옴 상에서 직접적으로 합성함으로써 나노입자 플랫포옴에 부착된다. 이를 실행하는 다양한 방법들이 있지만, 바람직한 구체예에 따르면, 플랫포옴-가령 규조-는 알코올-처리된 실란으로 실란화되고(silanated), 그리고 그 다음 기능화된 규조는 올리고뉴클레오티드 합성을 위한 고형 서포트로 이용된다. 최적의 방법으로, 실레이트(silate)는 염기로 처리되어, 표면에서 실라놀(silanols)을 탈양성자화시키고, 세척하고, 용매에서 건조시키고, 그 다음 올리고뉴클레오티드 합성을 위한 고형 서포트로 이용될 수 있다.

순서도에서 도시된 위치에서, 또는 나노입자의 유도체화 후 임의의 다른 단계 전후에 일어날 수 있는 단계 130에서, 유도체화된 나노입자는 임의의 목적, 용도, 또는 설계를 위해 선택적으로 변형될 수 있다. 가령, 내연제 또는 발화 지연제가 유도체화된 나노입자에 첨가될 수 있다. 내연제 또는 발화 지연제는 바람직하게는, 특히 Nomex®, GORE-TEX®, Kevlar®, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 히드로마그네사이트, 규산칼슘, 또는 할로겐화탄소가 포함되지만 이들에 국한되지 않는, 높은 온도에 응하여 연관된 물질의 연소를 저해하거나 또는 연관된 물질의 온도를 감소시키는 당업자에게 알려진 것이다. 일부 화합물은 태그에 연소에 대한 내성을 제공하는 반면, 다른 화합물은 흡열 반응에서 열을 흡수함으로써, 화학적 분해를 통해, 또는 태그를 높은 온도로부터 달리 보호함으로써 태그에 열적 보호를 제공한다.

유도체화된 나노입자는 또한, 취기제를 포함하도록 변형될 수 있다. 취기제는 기계적 수단에 의해 또는 인간 또는 동물 수단 (즉, 후각 검출)에 의해 검출될 수 있는 것으로 알려진 것일 수 있다. 취기제는 특히, 단일 방향족, 방향족들의 블렌드, 또는 상업적으로 구입가능한 합성 화학물질을 비롯하여, 검출될 수 있는 것으로 당업자에게 알려진 것을 포함할 수 있다. 취기제가 검출될지도 모르는 표면이 변할 수 있기 때문에, 취기제는 바람직하게는, 이들 표면 상에 또는 주변 환경 내에 존재하는 무작위 취기제보다 우선하여 검출될 만큼 독특하거나 또는 특이할 것이다. 비록 한 구체예에 따라서, 취기제가 인간 및/또는 동물에 의해 검출될 수 있지만, 바람직한 구체예에서 취기제는 동물 및/또는 전자 수단에 의해서만 검출될 수 있고, 따라서 인간 검출을 회피한다. 가령, 기계적 수단, 예를 들면, "전자 코 (electronic nose)"은 취기제를 인식하고 사용자에게 이의 존재를 경고하도록 프로그램되거나 훈련될 수 있다. 바람직한 구체예에서, 센서가 검출에 대한 정량적 정보를 제공하고, 그리고 매우 미세한 또는 극소량의 취기제를 검출한 만큼 충분히 민감하다.

마지막으로, 태그는 또한, 색채, 발광, 또는 자외선으로부터 보호가 포함되지만 이들에 국한되지 않는 추가의 원하는 특징을 제공하기 위해 다른 화합물로 변형될 수 있다.

예시적인 방법의 단계 140에서, 핵산-유도체화된 나노입자는 응집된다. 응집은 핵산 분자를 분해로부터 보호하고 캡슐화를 조장한다. 입자를 원하는 크기 범위로 응집하기 위하여, 나노입자는 진공 건조되고, 분쇄되고, 그리고 체질된다.

화합물은 PCR 분석에 앞서, 응집체의 분산을 촉진하기 위해 이용되거나 또는 태그 내로 함입될 수도 있다. 이들 화합물은 특히, 소 혈청 알부민, 연어 정액 DNA, 탄수화물, 폴리비닐 알코올, 프럭토오스, 또는 키토산일 수 있다. 더욱 많은 핵산이 용해 동안 노출되면, 차후 분석은 더욱 신속하고 더욱 민감할 것이다.

나노입자가 응집된 이후, 이들 응집체는 단계 150에서 캡슐화된다. 봉합재는 핵산을 자외선, 가수분해, 효소 소화, 화학적 분해, 또는 임의의 다른 수단에 의한 분해로부터 보호한다. 부가적으로, 봉합재는 핵산 분자의 분석을 방해하지 않도록 설계될 수 있다. 가령, 봉합재는 PCR 반응을 저해하거나 방해하는 임의의 화합물을 내포하지 않아야 하지만, PCR 분석에 앞서 봉합재의 효과적인 제거는 이러한 요구를 배제할 것이다. 부가적으로, 봉합재는 사람과 물체에 구별되게 부착하는 태그의 능력을 증강시켜야 한다. 은밀함이 요구되면, 봉합재는 검출을 저지하도록 설계될 수 있다.

캡슐화 층은 또한, 표면 모이어티가 봉합재의 내부 또는 외부 표면에 첨가되거나 또는 봉합재 물질 내로 함입되도록 설계될 수 있다. 이들 모이어티는 핵산 태그의 특정한 용도를 용이하게 하도록 설계된다. 가령, 모이어티는 점착이 가능하도록 소수성이거나, 또는 특정한 표적화를 위해 설계된 항체를 내포할 수 있다. 모이어티와 표적 화합물 사이에 분자 상호작용은 단순한 정전 상호작용에서부터 항체-항원 인식까지의 범위에서 변할 수 있다. 모이어티는 또한, 핵산 태그의 검출을 촉진할 수 있다.

핵산을 분해로부터 보호하기 위하여, 캡슐화 층은 물질의 다른 기능성 층으로 코팅되거나 또는 이를 포함할 수 있다. 가령, 봉합재는 물 또는 유사한 분자의 접근을 예방하기 위해 비-물-용해성 화합물로 코팅되거나 또는 비-물-용해성 화합물을 포함할 수 있다. 봉합재는 또한, 핵산 분자의 UV-유도된 분해를 예방하기 위해 UV-차단 화합물, 예를 들면, 이산화티타늄으로 코팅되거나 또는 이를 포함할 수 있다.

또 다른 구체예에서, 핵산 태그는 단지 핵산, 또는 나노입자 이외의 구조 또는 기부와 공동으로 핵산을 포함한다. 가령, 핵산은 방해가 없거나, 또는 구조 또는 기부에 속박 (공유 또는 비-공유)될 수 있다. 핵산의 많은 사본, 또는 단지 몇 개의 사본이 있을 수 있고, 그리고 예로써, 매우 짧은 서열에서부터 완전한 게놈까지의 범위에서 변할 수 있다. 핵산은 화학적 링커에 의해 구조 또는 기부에 연결될 수 있다. 비록 화학적 링커가 핵산과 구조 또는 기부 사이에 영구적인 공유 연결을 제공하도록 선택될 수 있긴 하지만, 이것은 또한, 일정한 온도에서 또는 방출 화합물의 노출 후 핵산을 신속하고 효율적으로 방출하는 화합물일 수 있다. 핵산 분자는 또한, 입체 장애 (steric hindrance) 또는 원치 않는 분자간 상호작용을 피하기 위해, 화학적 링커 또는 나노입자 기부 및 뉴클레오티드 서열의 정보-코딩 분절 사이에 뉴클레오티드 스페이서를 포함할 수 있다. 1과 100 염기 사이에 간격이 현재의 적용에 최적이긴 하지만, 이것은 새로운 적용이 고려되면 변할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 보안 방법의 구체예의 개략적 표현이다. 더욱 구체적으로, 상기 도면은 물품의 최근 여정 기록의 특징을 나타낸다. 물품은 관심되는 임의의 인간 또는 물체일 수 있다. 물체(사람 또는 동물 포함)에 자연적으로 또는 인공적으로 부착된 태그로 지역을 파종하는 것은 부착된 태그를 분석함으로써 이들 물체의 기원을 식별하는 기전을 제공한다. 유사하게, 명백하게 상이한 태그로 상이한 지역들을 파종함으로써, 물체가 따라간 지리적 경로를 역추적하는 것이 가능하다. 이러한 기전은 파종자(seeder)- 파종하고, 태그를 분석할 사람 또는 기관-는 사람 또는 물체의 최근 여정을 식별하고; 파종된 지역을 통하여 이동한 사람 또는 물체를 신속하게 확인하고; 그리고 파종된 지역을 이동하고, 폭발물과 같은 위험한 화물을 나르는 차량을 식별할 수 있도록 한다.

최초 단계 210으로서, 적절한 핵산 서열이 특성화되거나 창출된다. 본 발명의 한 구체예에서, 서열은 짧은 올리고뉴클레오티드에서부터 전체 게놈까지의 범위에서 변하고, 그리고 자연 또는 인공 핵산 합성의 다양한 공지된 방법 중에서 한 가지를 통해 산출된다. 핵산은 생물체의 게놈을 통상적으로 구성하는 자연 핵산, 인공 핵산, 또는 이들의 임의의 조합으로 완전하게 구성될 수 있다. 바람직한 구체예에서, 핵산 분자는 독특한 뉴클레오티드 서열을 둘러싸는 프라이머-결합 서열을 내포한다. 이들 프라이머 사이에 내포된 독특한 뉴클레오티드 서열은 정체, 위치, 일자, 시간, 또는 상기 독특한 서열에 특이적인 기타 데이터에 상응하는 정보를 인코딩할 수 있다. 모든 핵산 분자의 분석이 동일한 프라이머를 이용할 수 있기 때문에, 분석이 더욱 빠르고 더욱 효과적으로 수행될 수 있다.

이들 프라이머 서열은 그들이 각각의 위치 또는 용도에 대해 독특한지 또는 동일한 지에 상관없이, 핵산이 위치하는 환경에서 자연 발생 핵산 분자와의 교차-반응을 피하기 위해 선택된다. 비록 지구상의 자연 핵산 분자 중에서 단지 일부만 과학자들에 의해 특성화되었지만, 모든 공개적으로 가용한 DNA 서열을 내포하는 핵산 저장 데이터베이스, 예를 들면, GenBank®, National Institutes of Health 데이터베이스의 검색은 프라이머 서열을 작제하는데 있어서 예비 단계일 수 있다.

본 발명의 한 구체예에서, 뉴클레오티드의 독특한 그룹은 서열 내에 정보를 인코딩하기 위해, 특정한 문자, 번호, 또는 기호 값이 배정된다. 독특한 그룹을 순서대로 배치함으로써, 정보는 뉴클레오티드 서열로 암호화될 수 있다. 정보의 보안을 더욱 증가시키기 위해, 진전된 암호화 알고리즘이 문자, 번호, 또는 기호 값을 특정한 뉴클레오티드 또는 뉴클레오티드 그룹에 배정하는데 이용될 수 있다. 부가적으로, 암호화 시스템은 인터셉팅 실체에 의한 해독을 예방하기 위해 주기적으로 변경될 수 있다.

핵산은 또한, 문자, 번호, 그리고 기호의 스트링 이외의 정보를 내포하도록 암호화될 수 있다. 가령, 서열은 관심되는 물체가 파종되는 물품, 위치, 또는 일자에 상응하는 무작위 서열일 수 있다. 대안으로, 태그는 간단하게는, 이전에 확인된 또는 공지된 서열에서 단일 핵산 변화일 수 있다. 가령, 뉴클레오티드 서열은 파종되는 위치 내에 자연적으로 존재하는 생물체에 상응하는 전체 또는 부분 게놈 서열 내에 끼워 넣어질 수 있다. 태그의 창조자만 알고 있는, 자연 핵산 서열에 대한 변형은 이들 변화가 서열의 자연 변화와 유사하고, 따라서 심지어 이런 태그의 존재를 의심할지도 모르는 개체에 의한 의심을 야기하지 않도록 만들어질 수 있다.

이러한 시스템에 따른 인코딩된 정보를 해독하기 위하여, 개체는 하기를 필요로 할 것이다: (1) 인코딩된 핵산이 존재한다는 지식; (2) 증폭과 연쇄 반응을 위한 적절한 프라이머를 이용하기 위한 핵산 내에서 정보의 특정 위치에 관한 지식; (3) PCR 기계와 시약에 대한 접근; 그리고 (4) 암호화 알고리즘, 또는 대안으로, 복잡한 해독 능력.

비록 자연 발생 생물체의 게놈 내에서 핵산 표적을 창출하는 것이 다수의 이점을 제공하긴 하지만, 생체내와 시험관내 DNA 복제 둘 모두 교정과 수복 효소의 작동에도 불구하고, 무작위 오차 (random error)를 DNA 서열 내로 때때로 도입한다. 하나 또는 그 이상의 뉴클레오티드를 결실시키거나 또는 핵산 서열을 프레임 이동 (frame-shifting)함으로써, 이들 돌연변이는 그 내부에 포함된 임의의 암호화된 정보를 교란할 수 있다. 컴퓨터 알고리즘은 오류를 인식하고 수복함으로써 정보를 복원하는데 이용된다. 가령, 돌연변이가 하나 또는 그 이상의 뉴클레오티드를 미리 정해진 서열에 부가하고 정보를 교란하면, 알고리즘은 정보가 교정될 때까지, 단일 또는 복수 뉴클레오티드를 서열로부터 제거한다. 유사하게, 돌연변이가 하나 또는 그 이상의 뉴클레오티드를 제거하면, 알고리즘은 정보가 교정될 때까지, 뉴클레오티드를 서열에 체계적으로 부가한다. 알고리즘은 또한, 한 가지 이상의 유형의 오류-유발 돌연변이 (error-inducing mutation)를 내포하는 서열을 해독할 수 있을 만큼 강건해야 하고, 그리고 핵산에 내포된 정보가 언제 복원되었는지를 인식할 수 있어야 한다.

도 2에서 도시된 예시적인 방법의 단계 220에서, 핵산은 포장되거나, 제조되거나, 또는 사용에 앞서 달리 변형된다. 핵산의 제조는 제조 또는 변형이 거의 또는 전혀 없음에서부터 핵산을 변형하기 위한 광범위한 일련의 단계의 범위에서 변할 수 있다. 가령, 핵산은 앞서 설명된 바와 같이, 나노입자를 유도체화하는데 이용될 수 있고, 또는 다른 구조 또는 기부에 부가될 수 있다.

다른 실례로서, 핵산은 적절한 태그 복합체 내로 포장될 수 있다. 잠재적으로 유해한 환경적 부작용을 피하기 위하여, 태그는 사람 또는 생물체에 의한 흡입을 피할 만큼 충분히 크지만 숨겨질 만큼 충분히 작을 수 있다. 도 3은 이러한 태그 구조의 한 구체예를 도시한다. 태그 300은 단일 뉴클레오티드서포트 플랫폼 320, 핵산 340, 그리고 봉합재 360으로 구성된다.

도 4는 태그 구조의 다른 구체예의 측면도이다. 태그 400은 핵산 420으로 유도체화되고 봉합재 440에 의해 둘러싸인 뉴클레오티드-서포트 플랫폼 410으로 구성된다. 도 3에서 태그와 유사하게, 태그 400은 후기 분석을 저해하지 않으면서 서열을 보호하는 봉합재 내에 포함되는 핵산을 내포한다. 도 3에서 태그에 의해 이용되는 구슬 플랫폼과 달리, 뉴클레오티드-서포트 플랫폼 410은 나노입자로 구성된다. 태그 400은 봉합재 층 내에서 수천 개, 수백만 개, 또는 심지어 수십억 개의 뉴클레오티드 유도체화된 나노입자를 내포할 수 있다.

또 다른 구체예에서, 태그 복합체는 추가의 원소 500, 예를 들면, 많은 다른 유형의 변형 중에서, 독특한 식별자, 내연제 또는 발화 지연제, UV-보호제, 방수 원소, 및/또는 취기제를 포함하거나, 함유하거나, 또는 이와 결합하도록 변형될 수 있다. 가령, 발화 지연제 또는 내연제는 연소에 저항하거나 또는 높은 외부 온도를 낮춤으로써 태그를 보호할 수 있다. 화염- 또는 높은 온도-내성 태그는 태그가 폭발의 화염 또는 높은 온도에 노출되는 것으로 예상되는 경우에 것들을 비롯하여, 많은 상이한 적용에 이용될 수 있다. 태그는 폭탄 또는 다른 소이탄의 구성에 관련되는 것으로 의심되는 구역 내에서 또는 물품 또는 개체 상에서 탬퍼링을 검출하는데 이용될 수 있고, 그리고 화염- 또는 열-내성 원소는 탬퍼 태그가 폭발을 견디는데 도움을 줄 것이고, 이것은 이후, 하류 과정을 이용하여 분석될 수 있다.

추가의 원소 500은 다수의 상이한 방식으로 태그 내로 함입될 수 있다. 가령, 도 5에서 추가의 원소 500은 태그 510 주변에서 봉합재 440 내로 함입된다. 도 6에서, 추가의 원소 500은 핵산이 결합되는 구조 또는 기부 410의 일부를 형성한다. 도 7에서, 추가의 원소 500은 봉합재 440의 외부 표면 상에서 층을 형성한다. 도 8에서, 추가의 원소 500은 태그 440의 외부 층 내로 함입된다. 도 9에서, 추가의 원소 500은 뉴클레오티드-서포트 플랫폼 410과 봉합재 440으로부터 분리되고 태그 900의 내부에서 포획된다.

도 5-8에서 묘사된 구체예는 핵산이 나노입자를 유도체화하는 것으로 도시되지만, 핵산은 방해가 없거나, 또는 다른 형태의 구조 또는 기부에 부착되거나 또는 이것과 소통할 수 있다. 이들 구체예 중에서 어느 것도 본 발명의 잠재적 범위를 한정하거나, 또는 핵산, 서포트 플랫폼, 그리고 추가의 원소의 가능한 조합을 완전히 설명하는 것으로 의도되지 않는다.

도 2에 나타낸 예시적인 방법의 단계 230에서, 하나 또는 그 이상 지리적 위치는 태그로 파종된다. 원하는 농도에서 태그를 적절하게 살포할 수 있는 임의의 기전을 이용하여 태그로 지역이 파종된다. 예를 들면, 태그는 태그를 살포하도록 변형된 자동차를 이용하여 길 또는 경로에 또는 길 또는 경로를 따라 파종될 수 있다. 태그는 또한 비행기 또는 먼거리 조정된 비행 기구를 이용하여 대기로부터 별도로 분산될 수 있다. 태그는 또한 손에 쥐고 살포 시스템을 이용하여 개인에 의해 파종될 수도 있다.

사람, 차량 또는 물체의 이동을 효과적으로 역추적하기 위하여, 주어진 위치내에 각 길에 독특한 태그가 파종될 수 있다. 차량이 이 위치를 통과함께 따라, 차량이 횡단하는 각 길로부터 태그를 집어올린다. 이 시스템은 파종의 필요에 맞도록 확대 또는 축소 조절될 수 있다. 예를 들면, 개별 길에 파종하기 보다는 파종자는 대규모 움직임을 역추적하기 위하여 땅의 큰 영역에 라벨시키는데 태그를 이용할 수 있다. 대안으로, 파종자는 개인의 집 또는 건물을 파종하여 이들 건물에 출입하는 개인 또는 물체를 식별함으로써 이 방법을 축소시킬 수 있다.

도 2의 단계 240에서, 품목은 파종된 태그의 존재에 대해 검사된다. 관심 대상이 일단 확인되면, 물체는 대상의 표면으로부터 태그를 집어올리도록 기획된 임의의 기전을 이용하여 파종된 태그에 대해 검사될 수 있다. 예를 들면, 타이어, 휠 웰(wheel wells), 또는 차량의 하부는 태그에 대해 스왑(swabbed)된다. 관심 대상이 사람이라면, 개인의 옷, 신발, 모발 또는 피부가 태그에 대해 스왑될 수 있다. 관심 대상이 폭발 장치의 폭파-후 파편이라면, 파편의 표면이 폭발시 살아남은 임의의 태그에 대해 스왑될 수 있다.

파종된 핵산이 역반사체를 내포하거나, 포함하거나, 또는 이들과 관련하여 분포되면, 전자파가 파종된 핵산의 존재를 검출하는데 이용될 수 있다. 스캐닝 장비는 관심되는 물체 위에 빛을 비추고, 그리고 파동의 공급원에 평행하지만 파동의 공급원으로부터 방향에서 정반대인 벡터를 따라서 반사되는 파면을 찾는다. 이것은 역반사 태그가 물체의 외부 상에 존재한다는 것을 암시하고, 그리고 관계 당국에 추가 조사가 필요하다는 것을 경고한다. 역반사 태그의 이러한 신속하고 저렴한 확인은 고-처리량 위치, 예를 들면, 검문소와 국경 교차점에 특히 유용하다. 일단 역반사 태그가 검출되면, 이들은 지리학적 위치를 확인하는 부착된 핵산의 분석을 위해 물체의 표면으로부터 제거될 수 있다.

핵산은 또한, 먼 거리로부터 그들의 존재를 드러내는 발광 화합물을 내포하거나, 포함하거나, 또는 이들과 연관하여 파종될 수 있다. 비록 바람직한 구체예가 형광성 또는 인광성 광발광을 이용하지만, 다른 구체예는 화학발광, 방사성발광, 또는 열발광 화합물을 포함할 수 있다. 광발광 화합물은 이러한 화합물에 의한 일정한 파장을 갖는 광자의 흡수가 상이한 파장을 갖는 광자의 방출을 유발하도록 선택된다. 흡수된 광자의 파장과 방출된 광자의 파장 사이에 차이는 선택된 화합물의 내재된 물리적 성질에 좌우된다.

바람직한 구체예에서, 발광 화합물은 전자기 스펙트럼의 자외선 밴드 - 400 내지 10 나노미터 -에서 광자를 흡수하고 방출한다. 화합물은 태앙으로부터 UV 방사선에 의한 간섭을 회피하도록 선택된다. 지구의 대기는 150-320nm 범위에서 태양에 의해 방출된 UV 방사선의 99%까지 흡수할 수 있다. 따라서 가장 유리한 발광 화합물은 320nm 미만의 파장을 갖는 광자를 흡수하고 방출한다.

150-320nm 범위에서 광자를 흡수하고 방출하는 발광 화합물의 대안으로서, 320nm 이상의 파장의 광자를 흡수하고 방출하는 화합물이 일정한 환경 하에 이용될 수 있다. 가령, 이들 화합물은 야간 조건 동안, 또는 밀폐된 UV-차단 환경, 예를 들면, 창문 없는 구조에서 이용될 수 있다.

발광 화합물은 다수의 상이한 방식으로 핵산 또는 서포트 플랫폼 내로 함입될 수 있다. 가령, 화합물은 핵산 또는 서포트 플랫폼으로부터 완전하게 분리될 수 있다. 화합물은 핵산 또는 서포트 플랫폼의 외부 표면 상에서 층을 형성할 수 있다. 화합물은 또한, 봉합재의 내부 표면을 코팅하거나, 또는 봉합재 내로 함입될 수 있다. 여러 설명된 구체예에서, 봉합재 층은 여기와 방출 파장의 저해를 예방하도록 설계되어야 한다.

파종된 핵산 또는 서포트 플랫폼이 광발광 화합물을 내포하면, 전자파가 먼 거리에서 태그의 존재를 검출하는데 이용될 수 있다. 스캐닝 장비는 관심되는 물체 상에서 여기 파장의 광자에 빛을 비추고, 그리고 태그에서 이용된 화합물에 의해 결정된 적절한 파장에서 방출된 광자를 찾는다. 정확한 파장을 갖는 광자의 검출은 핵산-표지된 태그가 존재하는 것을 암시하고 스캐너에 추가 조사가 필요하다는 것을 경고한다. 이러한 시스템의 이점은 스캐닝 장비와 태그가 스캐닝을 행하는 개체가 관심되는 물체에 가깝게 있을 필요가 없도록 설계될 수 있다는 점이다.

검출 과정은 자동화될 수 있다. 관심되는 개체 또는 물체는 주사점 내포 여기 장비와 방출 검출 장비를 지나가도록 강제될 수 있다. 관심되는 개체 또는 물체가 주사점을 지나감에 따라서, 장비는 일정한 파장의 방출된 광자를 스캐닝한다. 방출된 광자가 검출될 때, 주사점에서 컴퓨터는 멀리 떨어진 실체에게 차후 분석이 필요하다는 것을 자동적으로 경고한다.

본 발명의 또 다른 구체예에서, 물체의 외부로부터 채취된 검출된 핵산은 뉴클레오티드 염기의 정확한 순서를 결정하는 임의의 방법을 이용하여 분석된다. 염료-종결자 염기서열분석, 병렬 염기서열분석, 그리고 결찰에 의한 염기서열분석이 포함되지만 이들에 국한되지 않는 다수의 상이한 상업적으로 이용되는 염기서열분석 기술이 현재 존재한다. 염기서열분석 기계는 자동화된 염기서열분석을 가능하게 하고 하루 24시간 작동될 수 있다. PCR 기술이 이용되면, 적절한 프라이머는 관심되는 위치 내에 있는 것으로 알려진 핵산 및/또는 태그의 유형에 기초하여 선택된다. 염기서열분석 또는 증폭에 앞서, 이런 층이 존재하거나 존재하는 것으로 의심되면, 하류 염기서열분석 또는 PCR 반응의 저해를 피하는 방식으로, 봉합재 층을 태그로부터 용해시키거나 또는 달리 제거하는 것이 필요하다. 바람직한 구체예에서, 봉합재 및/또는 응집체는 기계적 파괴의 한 형태인 구슬 비터에 의해 파괴된다. 이러한 1-단계 방법은 PCR 반응에 영향을 주거나 이들을 저해할 수 있는 화학물질 또는 추출물을 피한다.

앞서 기술된 전통적인 염기서열분석 기술 이외에, 실시간 PCR 및 혼성화 기술에 의한 염기서열분석은 표적 핵산의 신속한 검출을 가능하게 한다. 실시간 PCR 기술에 따라서, 추출된 핵산은 PCR 반응에 필요한 모든 시약뿐만 아니라 서열-특이적, 뉴클레오티드-기초된, 형광-표지된 프로브로 미리 부하된 웰 또는 튜브 내로 배치된다. 추출된 핵산이 증폭될 때, 중합효소는 프로브를 분해시키고 형광성 리포터를 방출한다. 리포터는 즉시 형광을 발하고 시스템에 뉴클레오티드의 존재를 경고한다. 혼성화 기술에 의한 염기서열분석 하에, 추출된 핵산은 형광성 마커로 표지되고, 그리고 공지된 파종된 핵산으로부터 상보성 뉴클레오티드 서열을 내포하는 DNA 마이크로어레이에 혼성화된다. 추출된 핵산이 임의의 상보성 핵산에 혼성화되면, 형광성 신호는 시스템에 표적 핵산의 존재를 경고한다. 양쪽 분석 방법이 추가의 분석을 피하고 상대적으로 저렴한 분석 장비를 필요로 하기 때문에, 이들은 더욱 신속하고 더욱 알맞은 데이터 산출을 증진한다.

핵산 및/또는 핵산 태그의 검출을 위한 많은 다른 방법이 있다. 가령, 핵산은 특히 qPCR, 고해상도 멜팅 (high resolution melt) ("HRM"), 질량 분석, 직접 염기서열분석, 가닥 치환 (strand displacement), 그리고 마이크로어레이가 포함되지만 이들에 국한되지 않는, 핵산 정량 또는 정성확인 (qualification)에 적합하거나 적용가능한 것으로 알려진 임의의 분자 기술을 이용하여 검출될 수 있다.

확인된 핵산을 특징짓기 위하여, 확인된 핵산으로부터 획득된 서열은 도 2에 나타낸 방법의 단계 250에서 파종된 핵산에 부착된 서열의 데이터베이스와 비교된다. 물체의 기원의 지점 또는 최근 이동력 (travel history)을 효과적으로 결정하기 위해, 현장에서 검출된 핵산을 분석하는 개체는 파종기에 의해 분산된 핵산에 대한 접근 또는 정보를 필요로 할 것이다. 파종된 핵산의 데이터베이스는 접근 보호 조치, 예를 들면, 패스워드를 비롯하여, 부적절한 접근과 조작을 피하기 위한 최대 보안 조치를 필요로 할 것이다. 표준 컴퓨터 알고리즘이 현장에서 서열 및 데이터베이스에서 태그 서열 사이에 정확한 또는 근사한 정합을 찾는데 이용된다. 일단 이런 정합이 찾아지면, 사용자는 관심되는 물체가 핵산에 의해 파종된 위치를 최근에 지나갔음을 합리적으로 의심할 수 있다. 실시간 PCR 또는 혼성화 기술에 의한 염기서열분석이 이용되면, 파종된 핵산의 확인은 평판 또는 마이크로어레이를 형광성 라벨에 대해 스캐닝하는 장비에 의해 신속하게 결정된다.

도 2의 단계 260은 사용자가 관심 물체가 취한 경로를 역추적하거나 또는 물체의 원점을 추정하려는 시도에서만 필요하다. 본 발명의 일부 용도에 따르면, 개인 또는 물체가 특정 위치를 통하여 이동했다는 단순한 사실만으로도 충분한 정보가 된다. 다른 용도의 경우, 다중 태그 서열을 분석할 필요가 있다. 취해진 경로 또는 원점을 추정하기 위하여, 물체의 표면을 분석함으로써 획득한 파종된 태그 위치 정보를 컴퓨터 알고리즘에 공급하여 태그 위치의 가능한 조합에 근거하여 물체가 이동한 모든 가능성있는 경로를 신속하게 구분한다. 유사한 알고리즘을 이용하여 확인된 태그 위치에 근거하여 원점을 추정할 수 있다.

핵산 태그의 또다른 적용에서, 태그를 이용하여 탬퍼링을 탐지한다. 도 10에서 순서도는 한 구체예에 따른, 탬퍼링을 검출하는 방법을 요약한다. 도 10에 나타낸 방법의 단계 1000에서, 핵산은 앞서 기술된 방법이 포함되지만 이들에 국한되지 않는, 임의의 매우 다양한 방법을 이용하여 포장되거나, 제조되거나, 또는 달리 변형된다. 단계 1010에서, 제조된 핵산은 관심되는 물품 또는 물체 내에 밀봉된다. 바람직한 구체예에서, 핵산은 관심되는 용기, 물품, 또는 물체 내에 또는 상에 또는 내부에 배치된다. 핵산은 물품이 밀봉되거나 밀폐되기 이전에 거기에 단순히 배치되거나, 또는 핵산을 삽입하거나, 심거나, 또는 파종하는 더욱 복잡한 형태가 이용될 수 있다. 핵산은 손에 의해 배치되거나 파종될 수 있고, 또는 기계학 또는 자동화 공정을 이용하여 배치되거나 파종될 수 있고, 또는 방법의 조합이 이용될 수 있다.

게다가, 용기, 물품 또는 관심 대상으로 핵산을 방출하는 새로운 방식이 유익할 것이다. 한 구체예에 따르면, 핵산은 광 센서 및 전자 성냥에 연결괸 마이크로콘트롤러를 이용하여 파종된다. 핵산은 소량의 폭발물을 포함하는 작은 용기내에 파종될 수 있다. 마이크로콘트롤러는 광 센스가 용기가 닫혀있다는 것을 알릴 때 성냥을 점화시키도록 프로그램될 것이다. 마이크로콘트롤러는 우발적으로 태그가 방출되는 것을 막기 위하여 통합된 시한 회로를 보유할 것이다. 성냥이 점화될 때 폭발물은 반응하여 핵산이 봉쇄된 용기 밖으로 밀어내어 밀봉된 용기로 향하게 된다. 용기, 물품 또는 관심 대상으로 핵산을 도입시키는 많은 다른 방법들이 이용될 수 있다.

관심되는 물체를 제조된 또는 포장된 핵산으로 파종하는 다른 실례로서, 핵산은 보안 성분, 예를 들면, 보안 봉인, 테이프, 잉크, 또는 아교와 결합되거나 또는 이들 내로 함입될 수 있다. 가령, 핵산 태그는 보안 봉인의 2개 층 사이에 배치될 수 있다. 봉인이 파괴될 때, 핵산 태그는 봉인의 층 사이로부터 방출되고, 따라서 탬퍼링을 나타한다. 또다른 실례로서, 핵산 태그는 관심되는 물품을 밀봉하거나 에워싸는데 이용되는 테이프와 결합되거나 또는 테이프 내로 함입될 수 있다. 테이프가 제거되거나 변경될 때, 핵산 태그가 방출되고, 따라서 탬퍼링을 지시한다. 이러한 시스템은 탬퍼링 개체가 핵산 태그의 존재를 인식하지 못하지만 탬퍼링 후 보안 봉인, 테이프, 또는 아교를 대체하려 시도할 때 특히 유익할 수 있다. 비록 탬퍼링이 가시적으로 명백하지 않을 수도 있지만, 이것은 봉인, 테이프, 또는 아교로부터 핵산 태그의 방출로 인하여 검출될 것이다.

선택적 단계로서, 도 12의 단계 1260에서 나타낸 것과 같이, 용기의 외부는 핵산이 내부에 밀봉된 즉시 또는 직후에 샘플링될 수 있다. 이러한 선택적 단계는 탬퍼 검출에 이용된 핵산이 부주의하게 배치되지 않았거나, 또는 관심되는 용기, 물품, 또는 물체의 외부로 달리 누출되지 않았다는 것을 확증한다. 물품의 배치, 저장, 또는 이용에 앞서, 관심되는 용기, 물품, 또는 물체의 외부 상에 위치된 핵산은 물체가 하류 분석을 격을 때, 가양성을 유발할 것이다.

이러한 방법의 단계 1020에서, 관심되는 밀봉된 물품은 관심되는 물품 내에 밀봉된 핵산 중에서 일부를 방출하는 방식으로, 깨뜨려지거나, 변경되거나, 탬퍼링되거나, 또는 달리 변형된다. 가령, 관심되는 물품이 상품의 용기이면, 용기 내에 밀봉된 핵산은 용기가 개봉되거나 파괴되면, 방출될 수 있다. 단지 한 가지 실례로서, 의료 상품, 예를 들면, 약제는 종종, 장거리 수송되거나 유통되고, 잠재적 탬퍼링에 노출된다. 하지만, 약제는 수송 또는 유통 동안 변형되거나, 변경되거나, 또는 템퍼링되지 않는 것이 매우 중요하다. 따라서 약제를 내포하는 포장은 제조된 핵산이 내부에 있는 상태에서 밀봉될 수 있다. 포장이 탬퍼링되면, 핵산이 방출될 것이고 탬퍼링이 검출될 수 있다.

이러한 방법의 단계 1030에서, 하나 또는 그 이상의 샘플은 밀봉된 핵산이 방출되었는지, 그리고 따라서, 탬퍼링이 있었는지를 결정하기 위해 관심되는 물품의 외부로부터 획득된다. 샘플은 (i) 핵산 또는 플랫폼을 검출하고; 그리고, 선택적으로, (ii) 핵산 내에서 뉴클레오티드 염기의 순서를 결정 (그 내부에 저장된 임의의 정보를 획득하기 위해)할 수 있는 임의의 방법을 이용하여 분석될 수 있다. PCR 증폭과 SNP 유전형확인 (genotyping)은 핵산을 검출하고 상기 핵산의 서열 또는 상기 핵산 내에 서열을 결정할 수 있는 방법의 단지 2가지 실례이다.

이러한 방법의 단계 1040에서, 관심되는 물품으로부터 채취된 샘플(들)의 분석은 핵산이 존재하고, 그리고 따라서, 상기 물품이 손상되거나, 템퍼링되거나, 또는 달리 변형되었다는 것을 드러낸다. 물품이 언제 또는 어떻게 변형되었는지, 그리고 누가 변형했는지를 결정하기 위해 추가의 조사가 필요할 것이다. 가령, 도 2에서 묘사된 방법의 선택적 단계 1050에서, 탬퍼링에 관련된 의문점을 검사하기 위해 추가의 샘플이 획득될 수 있다. 취급자는 그들이 핵산으로 표지되었는지를 결정하기 위해 샘플링될 수 있다. 물품이 지나간 위치를 비롯한 다른 표면 역시 탬퍼링을 분석하기 위해 샘플링될 수 있다. 물품이 복수의 위치, 예를 들면, 트럭, 창고, 그리고 유통 센터를 지나갔으면, 이들 각 위치는 예로써, 템퍼링이 언제 어디서 발생했는지에 대한 더욱 많은 정보를 얻고, 그리고 물품과 탬퍼링의 근사한 시각표를 작성하기 위해 샘플링될 수 있다.

탬퍼링을 직접적으로 검출하는 것에 더하여, 본원에서 설명된 핵산 태그는 물체 또는 물건을 인증하는데 이용될 수 있다. 도 11은 본 발명의 한 양상에 따른 인증 방법의 구체예의 개략적 표현이다. 더욱 구체적으로, 상기 도면은 파종된 핵산 태그로 표지된 물체를 인증하기 위한 방법을 도시한다. 물품은 예로써, 관심되는 임의의 인간 또는 물체일 수 있다.

이러한 방법의 최초 단계 1100로서, 적절한 핵산 서열은 본원에서 설명된 임의의 방법에 따라 특성화되거나 창출된다. 한 구체예에서, 서열은 짧은 올리고뉴클레오티드에서부터 전체 게놈까지의 범위에서 변하고, 그리고 자연 또는 인공 핵산 합성의 다양한 공지된 방법 중에서 한 가지를 통해 산출된다. 핵산은 생물체의 게놈을 통상적으로 구성하는 자연 핵산, 인공 핵산, 또는 이들의 임의의 조합으로 완전하게 구성될 수 있다. 다른 구체예에서, 핵산 분자는 독특한 뉴클레오티드 서열을 둘러싸는 프라이머-결합 서열을 내포한다. 이들 프라이머 사이에 내포된 독특한 뉴클레오티드 서열은 정체, 위치, 일자, 시간, 또는 상기 독특한 서열에 특이적인 기타 데이터에 상응하는 정보를 인코딩할 수 있다. 모든 핵산 분자의 분석이 동일한 프라이머를 이용할 수 있기 때문에, 분석이 더욱 빠르고 더욱 효과적으로 수행될 수 있다.

핵산 태그는 간단한 이진 (즉, "예/아니오") 인증뿐만 아니라 정보 인증에 이용될 수 있다. 제약학적 라벨의 실례에서, 핵산 태그는 물품이 진품임을 증명할 뿐만 아니라, 약제의 성분에 대한 정보, 제조 일자, 만기 일자, 제조 장소, 로트 번호, 그리고 많은 기타 정보를 더욱 포함할 수 있다. 식품 라벨의 실례에서, 핵산 태그는 물품이 진품임을 증명할 뿐만 아니라, 식품의 성분에 대한 정보, 식품이 재배되고 및/또는 가공된 위치, 가공 일자, 만기 일자, 로트 번호, 그리고 많은 기타 정보를 더욱 포함할 수 있다.

도 11에서 도시된 방법의 단계 1110에서, 핵산은 포장되거나, 제조되거나, 또는 사용에 앞서 달리 변형된다. 핵산의 제조는 제조 또는 변형이 거의 또는 전혀 없음에서부터 핵산을 변형하기 위한 광범위한 일련의 단계의 범위에서 변할 수 있다. 가령, 핵산은 본원에서 설명된 바와 같이, 나노입자를 유도체화하는데 이용될 수 있고, 또는 다른 구조 또는 기부에 부가될 수 있다. 다른 실례로서, 핵산은 본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 적절한 태그 복합체 내로 포장될 수 있다.

도 11에 묘사된 방법의 단계 1120에서, 인증되는 관심되는 물품 또는 물체는 제조된 또는 포장된 핵산으로 파종된다. 핵산 태그는 관심되는 용기, 물품, 또는 물체 내에 또는 상에 또는 내부에 배치될 수 있다. 핵산은 물품이 밀봉되거나 밀폐되기 이전에 거기에 단순히 배치되거나, 또는 핵산을 삽입하거나, 심거나, 또는 파종하는 더욱 복잡한 형태가 이용될 수 있다. 핵산은 손에 의해 배치되거나 파종될 수 있고, 또는 기계학 또는 자동화 공정을 이용하여 배치되거나 파종될 수 있고, 또는 방법의 조합이 이용될 수 있다. 가령, 핵산 태그는 보안 성분, 예를 들면, 보안 봉인, 테이프, 잉크, 또는 아교와 결합되거나 또는 이들 내로 함입될 수 있다. 핵산 태그는 보안 봉인의 2개 층 사이에 배치될 수 있고, 또는 관심되는 물품을 밀봉하거나 에워싸는데 이용되는 테이프와 결합되거나 또는 테이프 내로 함입될 수 있다.

또 다른 실례로서, 핵산 태그는 민감한 산물 내에 또는 상에 파종되거나 배치되고, 또는 민감한 산물과 달리 결합될 수 있다. 핵산 태그는 약제, 식품, 약물, 또는 기타 상업적 또는 보안 민감성 물체의 라벨과 결합되거나, 또는 이러한 라벨 내에 또는 상에 달리 파종될 수 있다.

다른 실례로서, 태그는 관심되는 실제 물품 또는 물체의 전부 또는 일부를 포함하는 물질 내로 함입될 수 있다. 가령, 태그는 신용 카드가 형성되기 이전에, 태그를 전구물질 성분, 예를 들면, PVC, PVC-Co-A, 또는 기타 중합체 전구물질 내로 직접 파종함으로써, 신용 카드, 또는 다른 플라스틱 또는 중합체 구조 내로 파종될 수 있다. 예로써, 제조, 유통, 그리고 저장의 모든 양상에서 플라스틱과 복합 중합체의 편재적 성격을 고려하면, 이러한 파종 기술에 대한 거의 무제한의 가능한 적용이 존재한다.

일단 인증되는 관심되는 물품이 핵산 태그로 표지되거나 또는 달리 파종되면, 관심되는 용기, 물품, 또는 물체는 태그가 설계된 목적을 위해 이용되도록 허용된다. 다시 말하면, 물체는 인증이 필수적인 상황에 노출될 수 있다. 가령, 물체는 많은 다른 옵션 중에서 특히, 수송되거나, 배치되거나, 이동되거나, 보관되거나, 또는 달리 이용될 수 있다. 임의의 이들 단계 또는 이용 동안, 관심되는 물체는 이것이 부정하게 템퍼링되는 상황에 노출될 수 있다. 물체에 대한 부정한 접근 또는 물체의 기타 탬퍼링 또는 변경을 검출하는 것 이외에, 파종된 핵산은 관심되는 물체가 일과적인 또는 특수한 기능 동안 노출될지도 모르는 파손, 누출, 손상, 심한 움직임, 또는 많은 다른 유형의 움직임 또는 활동을 검출하는데 이용될 수 있다.

도 11에서 묘사된 방법의 단계 1130에서, 관심되는 용기, 물품, 또는 물체의 진위는 본원에서 설명된 임의의 방법을 이용하여 파종된 핵산의 존재를 결정함으로써 확증될 수 있다. 가령, 일단 관심되는 물체가 확인되면, 물체는 물체의 표면으로부터 핵산을 집어내도록 설계된 임의의 메커니즘을 이용하여, 파종된 핵산에 대해 검사될 수 있다. 가령, 관심되는 물체의 외부는 핵산 및/또는 태그에 대해 면봉으로 닦아내질 수 있다. 핵산은 본원에서 설명되거나 언급된 임의의 방법, 시스템, 장치, 또는 분자 기술을 이용하여 확인되고 특성화될 수 있다.

비록 본 발명이 바람직한 구체예와 관련하여 설명되긴 했지만, 청구항에 의해 정의된 바와 같은 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 발명에 대한 변형, 변경, 그리고 부가가 만들어질 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

Claims

다수의 핵산 분자들에 부착된 나노입자 뉴클레오티드-서포트 플랫포옴과 나노입자 뉴클레오티드-서포트 플랫포옴을 에워싸는 교갑재(encapsulant)를 포함하는 핵산 태그에 있어서, 각 전술한 핵산 분자들은 식별 정보를 포함하고, 이때 스페이스는 전술한 나노입자 뉴클레오티드-서포트 플랫포옴과 전술한 식별 정보에 위치하며, 그리고 추가적으로 이때 전술한 나노입자 뉴클레오티드-서포트 플랫포옴은 규조토를 포함하는, 핵산 태그.
청구항 1에 있어서, 교갑재는 다수의 핵산 분자들의 분해를 방지하는데 적합한, 핵산 태그.
청구항 1에 있어서, 다수의 핵산 분자들 각각은 리보뉴클레오티드, 데옥시리보뉴클레오티드, 및 뉴클레오티드 유사체로 구성된 군으로부터 선택되는, 핵산 태그.
청구항 1에 있어서, 다수의 핵산 분자들 각각은 올리고뉴클레오티드인, 핵산 태그.
청구항 1에 있어서, 다수의 핵산 분자들 각각은 2개 뉴클레오티드에서부터 전체 게놈 범위의 게놈의 데옥시리보핵산인, 핵산 태그.
청구항 1에 있어서, 정보는 뉴클레오티드의 서열을 변형시킴으로써 게놈의 데옥시리보핵산 분자들내에서 암호화되는, 핵산 태그.
청구항 1에 있어서, 핵산 태그는 역반사체를 포함하는, 핵산 태그.
청구항 1에 있어서, 핵산 태그는 발광 화합물을 포함하는, 핵산 태그.
물품이 지리적 위치를 통하여 이동되었는 지를 판단하는 방법에 있어서, 이 방법은
다수의 핵산 분자들에 부착된 나노입자 뉴클레오티드-서포트 플랫포옴을 포함하는 핵산 태그를 창조하고, 전술한 핵산 분자들 각각은 식별 정보를 포함하며, 이때 스페이스는 전술한 나노입자 뉴클레오티드서포트 플랫포옴과 전술한 식별 정보 사이에 위치하고, 추가적으로 이때 전술한 나노입자 뉴클레오티드-서포트 플랫포옴은 규조토를 포함하고;
리적 위치에 핵산 태그를 파종하고; 그리고
핵산 태그의 존재에 대해 물품을 검사하는 단계를 포함하는 방법.
청구항 9에 있어서, 핵산 태그는 핵산 분자들의 전부 또는 일부를 서열화시켜 분석되는, 방법.
청구항 9에 있어서, 각 지리적 위치에 독특한 핵산 태그가 파종되는, 방법.
물품의 이동 경로를 추정하는 방법에 있어서, 이 방법은
2개 또는 그 이상의 핵산 태그를 창조하고, 이때 각 태그는 다수의 핵산 분자들에 부착된 나노입자 뉴클레오티드-서포트 플랫포옴을 포함하고, 전술한 핵산 분자들 각각은 식별 정보를 포함하고, 이때 스페이스는 전술한 나노입자 뉴클레오티드-서포트 플랫포옴과 전술한 식별 정보 사이에 위치하고, 추가적으로 이때 전술한 나노입자 뉴클레오티드-서포트 플랫포옴은 규조토를 포함하고;
2개 또는 그 이상의 지리적 위치에 전술한 핵산 태그를 파종하고, 이때 각 지리적 위치는 독특한 핵산으로 파종되고;
하나 또는 그 이상 핵산 태그 존재에 대해 전술한 물품을 검사하고; 그리고
전술한 물품에서 탐지된 각 핵산 태그와 연합된 지리적 위치를 확인하는 단계를 포함하는 방법.
청구항 12에 따라 물품의 기점을 결정하는 방법에 있어서,
기점을 추정하는 것을 더 포함하는, 방법.
관심 물품에 파종된 핵산 태그를 탐지하는 방법에 있어서 이 방법은
핵산 태그를 획득하고, 이때 전술한 핵산 태그는 다수의 핵산 분자들에 부착된 나노입자 뉴클레오티드-서포트 플랫포옴을 포함하고, 전술한 핵산 분자들 각각은 식별 정보를 포함하고, 이때 스페이스는 전술한 나노입자 뉴클레오티드-서포트 플랫포옴과 전술한 식별 정보 사이에 위치하고, 그리고 추가적으로 이때 전술한 나노입자 뉴클레오티드-서포트 플랫포옴은 규조토를 포함하고;
핵산 태그를 관심 품목에 첨가하고;
핵산 태그의 존재에 대해 관심 품목의 일부를 샘플링하고; 그리고
샘플내 핵산 태그의 존재를 탐지하는 단계를 포함하는 방법.
청구항 14에 있어서, 외부 표면에 태그의 존재는 탬퍼링을 나타내는, 방법.
청구항 14에 있어서, 핵산 태그의 존재는 관심 품목을 증명하는 방법.
청구항 14에 있어서, 핵산 태그를 관심 물품에 추가하는 단계는 관심 물품의 라벨 또는 포장내에 핵산 태그를 통합시키는 것을 포함하는 방법.
청구항 14에 있어서, 핵산 태그를 관심 물품에 추가하는 단계는 핵산 태그를 관심 물품의 전구물질(precursor)에 통합하는 것을 포함하는 방법.
청구항 14에 있어서, 다수의 핵산 분자들은 나노입자 뉴클레오티드-서포트 플랫포옴 상에 직접적으로 합성되는, 방법.