KR20160003274A - 자기-조립 펩티드 핵산 - Google Patents

Abstract

펩티드 핵산 및/또는 이의 유사체로부터 배열된 정렬된 (예를 들어, 자기-조립) 구조가 개시된다. 상기 정렬된 구조를 형성하는 상기 펩티드 핵산은 구아닌 핵염기 또는 이의 유사체를 포함하는 최소 1 개인, 1 내지 10 PNA 백본 유닛을 포함한다. 또한, 상기 정렬된 구조를 형성하는 방법, 이의 용도 및 이를 함유하는 제조품, 장치 및 시스템이 개시된다.

Description

자기-조립 펩티드 핵산{SELF-ASSEMBLED PEPTIDE NUCLEIC ACIDS}

본 발명은 본 발명의 특정 구현예에서, 재료 과학, 특히, 이에 한정되는 것은 아니지만, 자기-조립 펩티드 핵산(PNAs)으로 구성된 나노 및 미세-구조, 이를 제작하는 방법 및 이의 용도에 관한 것이다.

분자 자기-조립(self-assembly)은 임의의 외부 개입 없이, 분자 자체 사이에 로컬 상호 작용의 결과로서 정렬된 구조(ordered structures)내 분자 단위의 자발적인 구성이다. 자기 조립의 개념은 천연 또는 합성 빌딩 블록으로부터의 신규한 나노유효범위(nanoscopic) 및 거시적(macroscopic) 요소의 상향식 제작을 위한 나노기술의 분야에서 널리 적용되는 방식이다.

펩티드 빌딩 블록은 지난 십년 동안 잘 구성된 조립을 형성하는데 이용되어왔다. 정렬된 구조로의 배열은 수소 및 배위 결합뿐만 아니라 반 데르 발스, 정전, 소수성 및 방향족 π-스태킹 상호 작용과 같은 비-공유 결합 상호 작용의 조합을 포함한다. 이러한 약한 개별 힘 간의 시너지 효과는 주목할만한 형태학적, 기계적 및 다른 물리적 특징으로 정렬된 구조의 형성을 종종 유도한다.

구조적 DNA 나노기술은 상보적인 가닥의 인식과 높은 선택적 결합이 가능한 상보적인 왓슨-크릭 염기쌍 간의 수소 결합 상호 작용의 특이성으로부터 유래된다. 이러한 기능은 자기 조립(self-assembly)를 통해 정렬된 구조를 구축하는 데 유용하게 인식되었고, 나노와이어, 나노그리드 및 3 차원적으로 잘 정렬된 형태를 포함하여 다양한 구조를 설계하는 데 합리적으로 사용되고 있다. 예를 들어, Winfree et al. Nature, 1998. 394(6693): p. 539-544; He et al. Nature, 2008. 452(7184): p. 198-201; 및 Seeman, N.C., Trends in biotechnology, 1999. 17(11): p. 437-443.를 참조한다.

펩티드 및 DNA 모두는 효소적 분해에 민감하고, 또한 일반적으로 온도와 산도에 대한 화학적 민감성을 특징으로 한다. 이러한 특징은 펩티드- 및 DNA-기반 조립의 이용을 제한한다.

펩티드 핵산(Peptide nucleic acid , PNA)는 1992년 Peter Nielsen과 Ole Buchardt 연구 그룹에 의해 최초로 기술된 인공적으로 합성된 중합체이다. 이것의 기본적인 형태에서, DNA의 포스페이트 리보스 고리는 펩티드 결합으로 연결된 반복되는 N-(2-아미노에틸)글리신 단위로 구성된 폴리아마이드 백본에 의해 대체된 올리고뉴클레오티드 유사체이다. 메틸렌 카보닐 연결은 백본의 중앙 아민과 다양한 핵염기(nucleobases) 사이를 연결한다. 펩티드-유사 백본에 의해 부과된, 인접 염기 간의 배열(configuration) 및 분자내 거리는 천연 핵산에서와 동일하다.

배경 기술 도 1은 DNA와 비교한, PNA의 일반 화학 구조를 나타낸다[Lundin et al. Advances in genetics, 2006. 56: p. 1-51].

PNAs는 정렬된 나노- 및 마이크로-크기의 자기-조립 구조의 형성에 이용되고 있으나, 아직까지 특정 인식 특징을 획득하기 위한 자기-조립 구조에 대한 주형 또는 콘쥬게이트로서만 이용되고 있다.

따라서, 현재까지, PNAs는 주로 진단 및 검출을 위한 분자 프로브로서 재료 과학의 맥락에서 이용된다.

이 점과 관련하여 다음 접근법들이 사용되고 있다: (1) 고체 표면 상에서의 PNA-기반 자기-조립 단일층(나노입자 또는 벌크 물질) [예를 들어, Harris, J.L. and N. Winssinger, Chemistry-a European Journal, 2005. 11(23): p. 6792-6801; Briones et al. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, 2005. 228(1): p. 131-136; Liu et al. Biosensors and Bioelectronics, 2007. 22(12): p. 2891-2897; Mateo-Marti et al. Biosensors and Bioelectronics, 2007. 22(9): p. 1926-1932; Mateo-Marti et al. Langmuir, 2005. 21(21): p. 9510-9517; Mateo-Marti et al. Surface Science, 2007. 601(18): p. 4195-4199; 및 Singh et al. Bioelectrochemistry, 2010. 79(2): p. 153-161 참조]; (2) PNAs에 공유 및 비-공유적으로 콘쥬게이션된 탄소 나노튜브(CNTs)[Williams et al. Nature, 2002. 420(761): p. 38; Kerman et al. Nanobiotechnology, 2005. 1(1): p. 65-70; Maehashi et al. Japanese journal of applied physics, 2004. 43: p. 1558; 및 Rajendra et al. Chemistry-a European Journal, 2005. 11(16): p. 4841-4847]; 및 (3) 섬유를 포함하는 자기-구성 나노구조[Guler et al. Bioconjug Chem, 2005. 16(3): p. 501-503; two-dimensional arrays [Lukeman et al. Chemical Communications, 2004(15): p. 1694-1695]; microgels [Cao et al. Journal of the American Chemical Society, 2003. 125(34): p. 10250-10256]; 및 막 및 캡슐 [Becker et al. Macromolecular bioscience, 2010. 10(5): p. 488-495].

추가적인 배경 기술은 Achim et al.,"Peptide Nucleic Acids" in Wiley Encyclopedia of Chemical Biology, 2008, pp. 1-10, Bonifazi et al., Artificial DNA: PNA & XNA 3:3, 112-122, July-December 2012, 및 U.S. 출원 번호 8, 309, 514를 포함한다.

본 발명자들은 짧은 PNAs의 자기-조립을 통해 형성된 나노 미터와 마이크로 미터 규모로, 정렬된 구조를 고안하여 성공적으로 실시하였다. 본 발명자들은 구아닌(G)-함유 PNA 다이머가 다양한 나노 및 마이크로 구조로 자기-조립한다는 것을 증명하였다.

개시된 PNA-유래 자기-조립 구조는 상술된 바와 같이 PNA와 관련된 장점, 즉, 안정한 혼성화로 상보적인 핵산에 대한 높은 생물학적 및 화학적 안정성 및 높은 친화성을 나타내고, 나노 바이오 기술 및 DNA 나노 기술 기능을 결합하므로, 다양한 나노 기술, 생명 공학 및 생물 의약 응용 프로그램에 효율적으로 사용될 수 있다.

본 발명의 특정 구현예의 일 양태에 따르면, 본 발명은 정렬된(ordered) 나노단위 또는 마이크로단위 구조(structure)를 형성하도록 배치된 다수의 펩티드 핵산을 포함하는 물질의 조성물을 제공하고, 상기 펩티드 핵산은 각각 독립적으로 1 내지 10 백본 유닛(backbone unit)을 포함하고, 상기 백본 유닛 중 적어도 하나는 구아닌 핵염기(nucleobase) 또는 이의 유사체(analog)를 포함한다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 펩티드 핵산은 각각 독립적으로 상기 백본 유닛 2 내지 6 개를 포함한다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 펩티드 핵산은 상기 백본 유닛 2 개를 포함하고, 펩티드 핵산 다이머(PNA 다이머, peptide nucleic acid dimer)로 된다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 펩티드 핵산 다이머 각각은 AG, CG, GG, GA, GC, 및 GT 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 정렬된 구조는 리본-형(ribbon-shape) 구조, 형태 및 크기에 있어서 서로 유사한 다수의 리본-형 구조, 섬유(fibrillar) 구조 또는 형태 및 크기에 있어서 서로 유사한 다수의 섬유 구조, 구형(spherical) 구조 또는 다수의 구형 구조, 또는 구형 구조의 클러스터(cluster) 또는 다수의 클러스터, 시트(sheet) 또는 접힌 시트 형 구조 또는 형태 및 크기에 있어서 서로 유사한 다수의 접힌 시트, 다공성 프랙탈(fractal) 구조 또는 다수의 프랙탈 구조로 이루어진 군으로부터 선택된다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 펩티드 핵산 다이머는 각각 AG이고, 특정 구현예에서, 상기 정렬된 구조는 리본-형 마이크로단위 구조이다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 펩티드 핵산 다이머는 각각 CG이고, 특정 구현예에서, 상기 정렬된 구조는 섬유 마이크로단위 구조이다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 펩티드 핵산 다이머는 각각 GG이고, 특정 구현예에서, 상기 정렬된 구조는 클러스터 구형 마이크로단위 구조이다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 펩티드 핵산 다이머는 각각 GA이고, 특정 구현예에서, 상기 정렬된 구조는 마이크로단위/나노단위 접힌 시트 구조이다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 펩티드 핵산 다이머는 각각 GC이고, 특정 구현예에서, 상기 정렬된 구조는 섬유 마이크로단위 구조이다. 특정 구현예에서, 상기 정렬된 구조는 결정 구조이다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 펩티드 핵산 다이머는 각각 GT이고, 특정 구현예에서, 상기 정렬된 구조는 프랙탈 다공성 나노단위 또는 마이크로단위 구조이다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 정렬된 구조는, 상기 정렬된 구조의 형성을 선호하는 조건하에서 상기 다수의 펩티드 핵산에 수용액을 접촉시킴으로써 생성된다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 접촉은 실온에서 실시된다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 수용액은 7 보다 큰 pH를 갖는다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 수용액 내 상기 다수의 펩티드 핵산의 농도는 약 10 ㎎/㎖ 내지 100 ㎎/㎖ 범위이다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 수용액 내 상기 다수의 펩티드 핵산의 농도는 최소 50 ㎎/㎖ 범위이다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 수용액 내 상기 다수의 펩티드 핵산의 농도는 약 50 ㎎/㎖이다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 추가적으로 수용액을 포함한다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 수용액은 7 보다 큰 pH를 갖는 버퍼를 포함한다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 정렬된 구조는 초당 최소 1 마이크론의 연장 속도(elongation rate)로 형성된다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 펩티드 핵산의 최소 10⁹ 분자는 초당 상기 정렬된 구조로 조직된다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 정렬된 구조는 여기 파장-의존성 형광 방출(excitation wavelength-dependent fluorescence emission)을 나타낸다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 여기 파장은 330 nm 내지 430 nm 범위이다.

본 발명의 특정 구현예의 일 양태에 따르면, 본 발명은 본 명세서에 기재된 구현예 중 어느 하나의 조성물을 제조하는 방법을 제공하며, 상기 정렬된 구조의 형성을 선호하는 조건하에서 상기 다수의 펩티드 핵산에 수용액을 접촉시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 접촉은 실온에서 실시된다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 수용액 내 상기 다수의 펩티드 핵산의 농도는 약 10 ㎎/㎖ 내지 100 ㎎/㎖ 범위이다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 농도는 약 50 ㎎/㎖이다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 수용액은 알칼리성 용액이다.

본 발명의 특정 구현예의 일 양태에 따르면, 본 발명은 본 명세서에 기재된 구현예 중 어느 하나의 조성물 및 상기 정렬된 구조에 연관된 재료를 포함한다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 재료는 전도체 재료, 반도체 재료, 열전 재료, 자성 재료, 발광 재료, 표지제, 리간드, 핵산, 핵산 인터칼레이터, 폴리펩티드, 펩티드, 바이오광물질, 중합체, 유기 재료, 치료적 활성제및 표면 특성을 개질할 수 있는 제제로 이루어진 군으로부터 선택된다.

본 발명의 특정 구현예의 일 양태에 따르면, 본 발명은 제조품(article-of-manufacturing) 또는 장치의 제작에 있어 본 명세서에 기재된 구현예 중 어느 하나의 조성물의 용도 또는 조성물을 제공한다.

본 발명의 특정 구현예의 일 양태에 따르면, 본 발명은 본 명세서에 기재된 구현예 중 어느 하나의 조성물을 포함하는 제조품 또는 본 명세서에 기재된 조성물을 제공한다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 제조품 또는 장치는 약제 (핵산 프로브, 바이오센서, 반도체 제품 또는 장치, 열전 제품 또는 장치, 자성 제품, 발광 제품 또는 장치, 중합체 제품, 금속 제품 또는 장치, 및 활성화된 표면을 갖는 제품 또는 장치로 이루어진 군으로부터 선택된다.

본 발명의 특정 구현예의 일 양태에 따르면, 본 발명은 본 명세서에 기재된 구현예 중 어느 하나의 조성물 또는 본 명세서에 기재된 조성물을 포함하는 발광 시스템을 제공한다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 조성물은 가한 전압에 대해 반응하여 광을 생성한다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 조성물은 상기 조성물은 가한 열에 대해 반응하여 광을 생성한다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 상기 조성물은 그 안에서 상호작용하는 여기 광(excitation light)에 대해 반응하여 광을 변환한다.

본 발명의 특정 구현예의 일 양태에 따르면, 본 발명은 본 명세서에 기재된 발광 시스템을 포함하는 유틸리티 시스템을 제공하며, 상기 유틸리티 시스템은 레이저 시스템, 활성 OLED 디스플레이 층, 디스플레이 용 백라이트 시스템, 광통신 시스템, 조명 시스템, 및 광 커넥터로 이루어진 군에서 선택된다.

다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에 사용된 모든 기술 및/또는 과학적 용어는 일반적으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 본 명세서에 기재된 것과 유사하거나 동일한 방법 및 재료는 본 발명의 구현예를 실시 또는 실험하는 데 이용될 수 있고, 예시적인 방법 및/또는 재료를 하기에서 설명한다. 상충하는 경우, 정의를 포함하여 본 특허 명세서는 조절할 것이다. 또한, 재료, 방법 및 예는 단지 예시적인 것이며 반드시 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 발명의 특정 구현예는 본 명세서에 첨부된 도면을 참조하여 예시적으로 만 설명된다. 상세하게 특정 도면을 참조하여, 도시된 특정 사항은 예시의 방식으로 본 발명의 구현예들의 예시적인 논의를 목적으로 강조된다. 이와 관련하여, 도면과 함께 취해진 설명은 본 발명의 구현예들이 실시될 수 있는 방법을 당업자에게 명백하게 해준다.
도면에서:
도 1(배경 기술)은 LUNDIN 등으로부터 변경된 바와 같이, DNA와 PNA의 기본 구조 차이와 유사성을 도시하는 도이다[Advances in genetics, 2006. 56: p. 1-51];
도 2A는 자기 조립-구조의 형성에 대해 합성 및 시험된 PNA 다이머의 다양한 조합을 보여준다. 검은 색으로 강조된 것은 알칼리 조건에서 잘 정렬된 어셈블리를 형성하는 PNA 다이머이다. 회색으로 강조된 것은 샘플을 건조시 정렬된 어셈블리를 형성하는 PNA 다이머이다.
도 2B는 본 발명의 특정 구현예에 따른 구아닌-함유 PNA 다이머 및 구아닌을 형성하는 어셈블리의 화학적 구조를 도시하는 도이다.
도 3A-C는 50 ㎎/㎖의 PNA 농도의 염기성 수용액(바이신 버퍼 또는 스퍼미딘-함유 수용액)과 di-PNA (PNA 다이머) CG (도 3A), GC (도 3B) 및 GG (도 3C)를 접촉시켜서 형성된 정렬된 구조의 SEM 현미경 사진을 보여준다. SEM 현미경 사진은 10 mg/㎖의 PNA 농도에 염기성 용액을 희석시 촬영한 것이다. 바 크기는 10 ㎛이다.
도 4A-D는 50 ㎎/㎖의 PNA 농도의 염기성 수용액(바이신 버퍼 또는 스퍼미딘-함유 수용액)과 di-PNA (PNA 다이머) AG (도 4A), GA (도 4B), GT (도 4C), 및 PNA 모노머 G (도 4D)를 접촉시켜서 형성된 구조의 SEM 현미경 사진을 보여준다. SEM 현미경 사진은 10 mg/㎖의 PNA 농도에 염기성 용액을 희석시 촬영한 것이다. 바 크기는 10 ㎛이다.
도 5는 인산수소이나트륨 완충액의 pH 수준을 증가시킨 수용액과 di-PNA를 접촉시 GC di-PNA에 의해 형성된 어셈블리의 광학 현미경 이미지를 보여준다.
도 6A-F는 GC di-PNA 빌딩 블록의 결정화 및 단일 결정 구조 결정에 따라 얻어진 데이터를 보여준다. 단일 GC di-PNA의 분자 구조는 시토신과 구아닌 핵염기는 분자내 상호작용을 형성한다는 것을 보여준다(도 6A). 각 분자는 시토신과 구아닌 잔기 사이의 인접 유닛과 수소 결합을 형성한다(도 6B). 대칭 관련 분자간 수소 결합 길이는 2.85-2.93Å로 측정된다(도 6C). 염기는 3.5Å 떨어져있다(도 6D). di-PNA 유닛은 '무한' 기울어진 채 쌓여서('infinite' tilted stack) 패킹되고(도 6E), 이는 결정 부피의 50 % 이상을 포함하는 직사각형-형상의 구멍을 초래한다(도 6F).
도 7A-C는 GC di-PNA의 조립 동역학을 보여주고, 유리 슬라이드 상에 100 mM 바이신 버퍼 중 GC di-PNA 구조(5 ㎎/㎖)의 새 용액의 한 방울을 증착시 30 분 간격으로 촬영된 9 스냅 샷을 나타내며, 광학 현미경을 이용하여 전체 시간 동안 모니터링하여 각 프레임에서 단일 연장 구조의 가장자리는 붉은 화살표로 표시(도 7A); 각각 왼쪽에서 오른쪽으로 나타내어 상기 구조의 일련의 이미지로 만들어진 프레임 26 내지 112 간의 동일한 단일 구조의 연장을 보여주는 카이머그래프, 바의 크기는 30 ㎛(도 7B); 및 계산된 연장 속도가 초당 2.23 ㎛임을 보여주는 연장 속도 그래프 표현(도 7C).
도 8A-C는 5 ㎎/㎖ 농도로 희석시 바이신 버퍼에 제조된 GC di-PNA 구조의 동일한 현미경 구역의 명-시야 및 5 형광 이미지를 하기 여기 및 방사 필터로 촬영된 형광 이미지를 보여준다:각각 위에서 아래로, ex: 387 nm/em: 440 nm; ex: 485 nm/em: 525 nm; ex: 537 nm/em: 578 nm; ex: 560 nm/em: 607 nm; ex: 650 nm/em: 684 nm, 해당 발광색을 나타내는 의사 색상(도 8A); 330, 340, 350, 360, 370, 380, 390, 400, 410, 420 및 430 nm의 여기 파장에서의 GC di-PNA 어셈블리는 발광 피크가 더 높은 여기 파장인 적색으로 시프트된다는 것을 보여주고(도 8B); 여기 및 발광 파장과의 관계의 그래프 표현은 동적 스토크스 이동을 제시하는 0.7의 기울기를 나타낸다.
도 9는 5 ㎎/㎖ 농도로 희석시 바이신 버퍼에 제조된 GC di-PNA 구조의 동일한 현미경 구역의 명-시야 및 3 형광 이미지를 보여준다.
도 10A-B는 핵산과 결합시 적색 발광을 나타내는 인터칼레이터 YOYO-3로 염색된 단일 GC 어셈블리의 명-구역(도 10A) 및 형광 이미지(도 10B)를 보여준다.
도 11A-C는 본 발명의 특정 구현예에 따른 발광 시스템 10의 개략도이다.
도 12은 본 발명의 다양한 예시적인 구현예에 따른 유틸리티 시스템 40의 개략도이다.
도 13은 본 발명의 특정 구현예에 따른 OLED 130의 보다 상세한 도면이다.
도 14은 광 변환이 이용되는 구현예에서 발광 시스템 140의 개략도이다.
도 15은 본 발명의 특정 구현예에 따른 디스플레이 시스템 150의 개략도이다.

본 발명은 본 발명의 특정 구현예에서, 재료 과학, 특히, 이에 한정되는 것은 아니지만, 자기-조립 펩티드 핵산(PNAs)으로 구성된 나노 및 미세-구조, 이를 제작하는 방법 및 이의 용도에 관한 것이다.

본 발명의 최소 하나의 구현예를 상세하게 설명하기 전에, 본 발명은 하기 설명 또는 실시예에 의해 예시된 그 상세 설명이 그의 적용에 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명은 다양한 방식으로 다른 구현예 또는 구현 또는 실시될 수 있다.

상술한 바와 같이, 바이오나노기술의 두 가지 주요 가지는 펩티드- 및 DNA- 기반 자기-조직화 시스템으로 구성되어 있다. 펩티드 골격은 견고성, 화학적 다양성, 구조적 유연성뿐만 아니라 복잡한 구조를 제공하지만, 핵산 나노구조는 정밀한 염기쌍 상보성 및 특정 분자 인식을 특징으로 한다.

본 발명자들은 이러한 두 변형 전략이 신규한 자기-조립 재료의 제작에 적합하다는 것을 수렴하는 빌딩 블록을 구상하였고, 따라서, 짧은 PNA 올리고머의 어셈블리의 실험을 고안하였다.

PNAs의 사용은 다음과 같은 이점을 제공한다: PNA는 천연 핵산의 결합에 비해 더욱 큰 친화성 및 특이성으로 왓슨-크릭 염기쌍 규칙에 따라 상보적인 DNA 또는 RNA와 결합할 수 있다. 혼성화 특성은 심지어 높거나 낮은 이온 농도에서도 탁월하게 남아있다. PNA/DNA 이합체의 혼성화 열 안정성은 다른 하나에 반발하는 두 가지 음성적으로 전하된 백본과 비교하여, 백본에 있어 전하의 부족으로 인해 DNA/DNA의 것보다 높다. 또한, 단백질 분해 효소와 뉴클레아제에 의한 분해에 대한 내성으로 PNA는 높은 생물학적-안정성을 나타낸다.

구현할 수 있는 본 발명을 감소시키면서, 네 개의 DNA 핵염기 G, C, A 및 T의 16 가지 모든 조합의 PNA 다이머(di-PNAs)를 합성하여, 정렬된 구조로 자기-조립할 수 있는 이들의 능력에 대하여 분석하였다(도 2A-B 참조). 하기 섹션에서 확인된 바와 같이, 전자현미경으로 확인한 결과, 3 가지 구아닌-함유 di-PNAs: CG, GC, 및 GG는 즉시(예를 들어, 몇 분 이내) 정렬된 구조로 형성되었고, 3 가지 다른 구아닌-함유 di-PNAs: AG, GA, 및 GT는 건조시 정렬된 구조로 형성되었다(도 3-4 참조).

0.95Å 해상도의 GC di-PNA의 예시적인 X 선 결정 구조는 왓슨-크릭 염기쌍뿐만 아니라 스태킹 상호 작용 모두의 발생을 보여주었다(도 6 참조). 결정 구조 형성을 이용하여 자기-조립 동력학을 분석한 것은 정렬된 구조로의 PNA 다이머의 매우 신속한 조직을 밝혀냈다(도 7 참조). 상기 구조의 형광 연구는 PNA-기반 어셈블리의 동적 스토크스 이동 및 가시 스펙트럼의 넓은 지역에 걸친 여기-의존성 방출을 밝혀냈다.

따라서, PNA-함유 빌딩 블록이 왓슨-크릭 염기쌍 뿐만 아니라 스태킹 상호 작 용에 의해 조정된 정렬된 구조로 자기-조립할 수 있다는 것을 본 명세서에서 입증하였다. 미세 구조는 정렬된 초분자 배열과 함께 분자간 조직의 조합을 보여준다. 상기 구조는 매우 빠르게 연장 반응 속도를 나타내는 이산 균일 단체로 조립되었다. 이러한 구조들은 여기-의존성 방출 및 유기 초분자 시스템과 같은 고유한 동적 스토크스 이동을 나타낸다.

본 명세서에 개시된 신규한 PNA-기반 어셈블리는 단순, 신속하고 효율적인 조립 및 확장 및 조정가능한 분광 특성과 높은 몰 흡수율과 함께 물리적 증기 증착과 같은 업계 표준 증착 방법의 가용성을 제공한다.

본 발명의 특정 구현예의 일 양태에 따르면, 본 발명은 다수의 펩티드 핵산을 포함하는 물질의 조성물을 제공하고, 상기 각 펩티드 핵산은 1 내지 10 백본 유닛(backbone unit)을 포함하고, 상기 백본 유닛 중 적어도 하나는 구아닌 핵염기(nucleobase) 또는 이의 유사체(analog)를 포함한다.

특정 구현예에서, 다수의 펩티드 핵산은 배열되어 본 명세서에 정의된 바와 같은 정렬된 구조를 형성한다.

특정 구현예에서, 다수의 펩티드 핵산은 자기-조립되어 본 명세서에 정의된 바와 같은 정렬된 구조를 형성한다

펩티드 핵산 및 이들의 백본 유닛:

본 발명의 양태 및 구현예 중 어느 하나에서, 용어 "펩티드 핵산", "PNA" 및 "PNA 올리고머"는 서로 상호교환가능하게 이용하고, 본 명세서에 기재된 바와 같이 단일 백본 유닛 또는 2-10 백본 유닛의 올리고머를 포함하는 모노머를 포함한다.

본 명세서 전반에 걸쳐, "PNA 백본 유닛" 또는 "PNA 모노머" 및 이들의 문법적 변경으로 불리는 어구 "백본 유닛(backbone unit)"은, 본 명세서에 기재된 바와 같이 이들의 중앙 아민에 직접적 또는 간접적으로, 예컨대, 메틸렌 카르보닐 연결 또는 이들의 변형을 통해, 연결된 핵염기(또는 본 명세서에 기재된 바와 같은 유사체)를 갖는, 본 명세서에 기재된 바와 같은, N-(2-아미노에틸)글리신 유닛 또는 이들의 유사체를 설명한다. 백본 쇄 내에 백본 유닛의 측쇄의 일부를 형성하는 핵염기 또는 이들의 유사체로 N-(2-아미노에틸)글리신 유닛 또는 이들의 유사체를 아미드 결합을 통해 다른 하나와 연결하고 PNA의 "펩티드-유사" 백본 쇄를 형성한다. 또한, PNA의 백본 유닛과 핵염기를 연결한 모이어티는 본 명세서에서 핵염기 연결 또는 모이어티를 연결하는 핵염기를 지칭한다.

일반적으로 사용한 화학적 구조, PNAs의 N-(2-아미노에틸)글리신-기반 백본 유닛은 다음과 같다:

도 1은 상기 백본 유닛으로 만들어진 배경 기술 PNA 구조를 나타낸다.

특정 구현예에서, 용어는 PNA는 변형된 PNA를 포함한다. 용어 "변형된 PNA"는 본 명세서에 기재된 바와 같이 펩티드 핵산 올리고머를 포함하며, 이는 하나 이상의 핵염기 모이어티, "펩티드-유사" 백본 쇄 및 백본 쇄와 핵염기의 연결은 각각 핵염기의 유사체 및/또는 N-(2-아미노에틸)글리신 유닛 및/또는 메틸렌 카보닐 연결이고, 및/또는 C- 및/또는 N- 말단 PNA의 백본 쇄 또는 핵염기 연결 내 임의의 다른 관능기에 결합할 수 있는 추가적인 부수 그룹 또는 제제를 포함한다.

이하, N-(2-아미노에틸)글리신 유닛이외 백본 유닛 및 메틸렌 카보닐이외 핵염기 연결을 포함하도록 하기 위하여 변형된 PNAs는 "백본-변형 PNAs"로 지칭하고, 핵염기 유사체를 포함하도록 변형된 PNAs는 "핵염기 변형-PNAs"로 지칭한다.

또한, 용어 "변형된 PNA"는 PNA의 말단 또는 백본 쇄 내부 중 하나에 하나 이상의 아미노산 또는 두 개 이상 연속된 아미노산의 서열에 대한 공유 결합에 의해 연결된 PNA 서열을 포함하는 분자를 포함한다. 또한, 변형된 PNA는 변형된 C-말단 또는 N-말단 기(예를 들어, 아미드화 또는 에스테르화된 C-말단; 아세틸화된 N -말단 등)을 포함할 수 있다.

본 명세서에 기재된 다수의 PNAs 중 하나 또는 모두를 이용하는데 적합한 예시적인 백본 변형된 PNAs를 하기에 설명한다.

I. 알킬렌(예, 메틸렌) 기(들)은 PNAs 백본 및/또는 핵염기 연결로 삽입되는 백본 변형된 PNAs. 예를 들어, 이하 화학식 I, m 및 n 중 하나 또는 모두는 1 보다 크다는 것을 참조한다.

II. 백본 및/또는 핵염기 연결에 다양한 관능기를 연결하는 메틸렌 또는 알켈렌 브릿지가 도입된 백본 변형된 PNAs. 이러한 변형은 전형적으로 백본 쇄 내에 환상 모이어티를 형성한다. 예를 들어, 이하 화학식 I, m 및 n 중 하나 또는 모두는 선택적으로 1 보다 크고, R1-R5의 한 쌍은 접합하여 환상 고리(예를 들어, 알리사이클릭 또는 헤테로알리사이클릭 고리)를 형성한다는 것을 참조한다.

III. R 또는 S 구성을 가질 수 있는 하나 이상의 아미노산 측쇄가, N-(2-아미노에틸)글리신 유닛의 α-위치에 도입된 백본 변형된 PNAs. 임의의 자연-발생 또는 인공 아미노산 측쇄는 본 변형에 포함된다. 예를 들어, 이하 화학식 II, R4가 아미노산 측쇄인 것을 참조한다.

IV. 하나 이상의 아미노산 측쇄가 N-(2-아미노에틸)글리신 유닛의 γ-위치에 도입된 백본 변형된 PNAs. 상기 측쇄는 R 또는 S 구성을 가질 수 있고 임의의 자연-발생 또는 인공 아미노산 측쇄로부터 유도될 수 있다. 예를 들어, 이하 화학식 II, R3은 아미노산 측쇄인 것을 참조한다.

V. 백본 유닛을 연결하는 하나 이상의 아미드 결합은 티오아미드 결합 또는 임의의 다른 비-펩티드 결합, 예를 들어, 카바메이트 결합, 티오카바메이트 결합, 에스테르 결합, 티오에스테르 결합, 술폰아미드 결합 등으로 대체되고; 및/또는 하나 이상의 카르복실메틸렌(메틸렌 카르보닐) 핵염기 연결은 예를 들어, 알킬렌, ㅌ티오카르복실메틸렌, 카바메이트 메틸렌, 티오카바메이트 메틸렌, 아미드 메틸렌, 티오아미드 메틸렌, 설폰아미드 메틸렌, 술포네이트 메틸렌, 에스테르 메틸렌, 티오에스테르 메틸렌, 등으로 대체된다. 예를 들어, 화학식 I 또는 II, Y1 및 Y2 중 하나 또는 모두는 C=O 이외인 것을 참조한다.

VI. 하나 이상의 백본 유닛이 N-(2-아미노에틸)글리신 유닛의 α-위치, β-위치 또는 γ-위치에 관능기, 예를 들어 금속-착물 리간드, 수용체 리간드, 소수성 모이어티 또는 그룹, 음 또는 양으로 하전된 모이어티 또는 그룹, 등이 도입되어 기능화된 백본 변형된 PNAs.

본 발명의 특정 구현예에 따라, 변형된 PNA는 임의의 조합으로 하나 이상의 전술한 변형을 포함할 수 있다.

본 발명의 특정 구현예에 따른 예시 PNAs는 하기 화학식 I 및 II로 표시되는 하나 이상의 백본 유닛을 포함한다:

상기에서:

본 명세서 전체에서, 본 명세서에 기재된 바와 같이, "염기(Base)"은 핵염기 또는 이의 유사체 포함하고;

m 및 n은 각 독립적으로 0 내지 4의 정수이며; Y1 및 Y2는 각 독립적으로 예를 들어, C=O, C=S, CRaRb, C=NRa, C(=O)O, C(=S)O, C(=S)S, C(=O/S)NRa, NRaC(=O/S), O/S-C(=O/S)NRa, NRaC(=O/S)-O/S, S(=O)₂, S(=O), S(=O/S)NRa, NRaS(=O/S), 등이고, Ra 및 Rb는 각 독립적으로, 예를 들면, 수소, 알킬, 아릴 또는 시클로알킬, 치환 또는 하지않거나, 또는 대안적으로, Ra, 존재하는 경우, R₄ or R₅ 또는 Y₂는 함께 5-, 6- 또는 7-멤버 사이클릭 고리(예, 사이클로알킬, 헤테로알리사이클릭, 아릴 또는 헤테로아릴를 형성하고;

화학식 I 및 II의 R₁ 및 화학식 I의 R₂-R₅은 각 독립적으로 수소 또는 임의의 화학적 또는 관능기(예를 들면, 알킬, 사이클로알킬, 아릴, 헤테로아릴, 히드록실, 알콕시, 티올, 티오알콕시, 아릴옥시, 티오아릴옥시, 카복시, 아미드, 티오카복시, 카바메이트, 술포닐, 술페이트, 술폰아미드, 및 임의의 다른 화학 그룹; 또는 대안적으로, R₁-R₅ 중 하나 이상은 예를 들어, 표지제, 아미노산 측쇄, 펩티드, 리간드 등의 기능적 모이어티이고; 또는 여전히 대안적으로, R₁-R₅ 중 둘 이상은 사이클릭 모이어티(예를 들어, 알리사이클릭(사이클로알킬), 헤테로알리사이클릭, 방향족 또는 헤테로 방향족)을 형성하도록 함께 결합되며;

화학식 II의 R₂-R₅는 탄소 원자에 대한 키랄성을 유도하여 이들이 결합되는 각 그룹(예를 들어, 아미노산 측쇄 또는 임의의 다른 관능기 또는 본 명세서에 기재된 모이어티)이다. R₂-R₅ 그룹을 함유한 이러한 탄소 원자는 각 독립적으로 R 또는 S 구성을 가질 수 있다.

추가적인 예시적인 변형된 PNA 백본 유닛은 폴리발린 또는 폴리알라닌 백본 쇄, 각각, 또는 폴리글리신을 기반으로 하는 α-PNAS 및 알라닐-PNAs을 포함하지만 이에 한정되지 않으며, 상기 알파 카본은 핵염기로 치환, 직접적으로 또는 본 명세서에 기재된 연결(예를 들어, 화학식 I 및 II의 R₅-[C]m-Y₁ 연결에 의해 형성)을 통해 알파 카본에 결합된다.

변형된 PNAs를 위해 본 명세서에 기재된 모든 구현예 중 일부에서, 변형된 PNA는 상보적인 왓슨-크릭의 상호 작용이 형성되도록 하는 핵염기와 강성 사이의 거리를 유지한다.

본 명세서에 기술된 바와 같이 다수의 PNAs의 하나 또는 모든 PNAs를 이용하는데 적합한 핵염기-변형 PNAs는 본 명세서의 임의의 구현예에 기재된 PNAs 또는 임의의 백본 변형된 PNAs를 포함하고, 이는 하나 이상의 핵염기는 5 가지 천연 발생 염기(아데닌 (A), 구아닌 (G), 시토신 (C), tymidine (T) 및 우라실 (U))의 유사체이다. 따라서, 이러한 변형된 PNAs는 최소 하나의 핵염기 유사체를 포함한다.

예시적인 핵염기 유사체는 화학식 III 및 IV로 총괄적으로 나타낼 수 있다:

상기 점선은 공진 이중 결합을 나타내고, 이에 의해 화학식 III의 X₂ 및 R'' 간의 모이어티는 X₂=C-R'' 또는 X₂-C=R''일 수 있고, 화학식 IV의 R' 및 NR'' 간의 모이어티는 R'=C-NR'' 또는 R'-C=N-(R''의 부재일 수 있다.

화학식 III의 R' 및 R''는 아민, 히드록실, 티오히드록시, 옥소(=O), 티옥소 (=S), 또는 부재일 수 있으며;

화학식 I의 X₁ 및 X₂는 N 또는 CR₄일 수 있고;

R₁-R₃은 각 독립적으로 수소 또는 임의의 화학적 또는 관능기(예를 들면, 알킬, 사이클로알킬, 아릴, 헤테로아릴, 히드록실, 알콕시, 티올, 티오알콕시, 아릴옥시, 티오아릴옥시, 카복시, 아미드, 티오카복시, 카바메이트, 술포닐, 술페이트, 술폰아미드, 및 임의의 다른 화학 그룹일 수 있다.

예시적인 핵염기 유사체는 5-플루오로 우라실; 5-브로모우라실, 5- 클로로우라실, 5-이오도우라실, 하이포크산틴, 크산틴, 4-아세틸시토신, 5-(카르복시히드록실메틸) 우라실, 5-카르복시메틸아미노메틸-2-티오우리딘, 5-카르복시메틸아미노메틸우라실, 디히드로우라실, 베타-D-갈락토실쿼오신, 이노신, N6-아이소펜테닐아데닌, 1-메틸구아닌, 1-메틸이노신, 2,2-디메틸구아닌, 2-메틸아데닌, 2-메틸구아닌, 3-메틸시토신, 5-메틸시토신, N6-아데닌, 7-메틸구아닌, 5-메틸아미노메틸우라실, 5-메톡시아미노메틸-2-티오우라실, 베타-D-만노실쿼오신, 5'-메톡시카르복시메틸우라실, 5-메톡시우라실, 2-메틸티오-N6-아이소펜테닐아데닌, 우라실-5-옥시아세틱 산(v), 와이부톡소신, 슈도우라실, 쿼오신, 2-티오시토신, 5-메틸-2-티오우라실, 2-티오우라실, 4-티오우라실, 5-메틸우라실, 우라실-5-옥시아세트산 메틸에스테르, 우라실-5-옥시아세트산(v), 5-메틸-2-티오우라실, 3-(3-아미노-3-N-2-카르복시프로필)우라실, (acp3)w, 2,6-디아미노퓨린, 및 3-니트로피롤을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.

예시적인 구아닌 유사체는 1-메틸구아닌, 2,2-디메틸구아닌, 2-메틸구아닌, 및 7-메틸구아닌을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.

추가적으로 예시적인 핵염기 유사체는 예를 들면, 슈도-아이소시토신(J); 2,6-디아미노퓨린(D; 아데닌의 유사체); "구아니딘 G-클램프"(X, 시토신의 유사체) 및 ^SU를 포함한다. 하기에 핵염기 유사체를 포함하는 예시적인 PNAs를 나타낸다:

이러한 핵염기 유사체는 이들의 임의의 구현예를 포함하여 본 명세서에 기술 된 임의의 백본 변형된 PNAs와 함께 염기로서 결합할 수 있다.

또한, 임의의 다른 핵염기 유사체는 이들의 임의의 구현예를 포함하는 본 명세서에 기재된 PNAs, 또는 임의의 백본 변형된 PNAs와의 조합 각각으로 본 명세서에서 고려된다.

본 명세서에 기재된 임의의 PNAs, 또는 백본 변형된 PNAs는 핵산 및 펩티드의 합성에 이용되는 것과 유사한 화학을 이용하여 당업계에 공지된 방법에 의해 합성될 수 있다. 이러한 합성에 사용되는 PNA 백본 유닛(모노머)은 뉴클레오시드 및 아미노산의 하이브리드이다. PNAs는 시판 시약 및 장치를 이용하여 합성될 수 있거나 또는 계약 업체로부터 구입할 수 있다. 또한, PNA 올리고머는 표준 펩티드 화학 프로토콜을 이용하는 Fmoc 또는 t-Boc 프로텍티드 모노머를 이용하여 합성될 수 있다. 이와 유사하게, 표준 펩티드 정제 조건을 이용하여 하기 합성 수득 PNA를 정제할 수 있다.

본 명세서 전반에 걸쳐 기재된 PNAs는 내부의 핵염기(들)로 표시되고(예를 들어, A, G, C, T, 및 이들의 조합), 핵산과 구분하기 위하여 하나 이상의 핵염기인 "XX"의 이탤릭체 또는 XX-PNA로 나타낸다.

본 명세서의 임의의 구현예에 기재된 다수의 PNAs의 일부 또는 모든 PNAs는 변형된 PNAs일 수 있다.

본 명세서의 임의의 구현예에 기재된 다수의 PNAs는 상이하게 변형된 PNAs를 포함하는 동일하거나 상이한 PNAs일 수 있다.

본 명세서의 기재된 임의의 구현예 중 일부에서, 다수의 PNAs는 최소 80 %, 또는 최소 90 %, 또는 최소 95 %, 또는 최소 99 %, 또는 실질적으로 모든 PNAs가 동일하다.

본 발명의 임의의 구현예 중 일부에 따르면, 다수의 PNAs의 하나 이상 또는 PNAs 각각은 2 내지 6 백본 유닛을 포함한다.

다수의 PNAs의 PNAs 각각의 백본 유닛은 동일(즉, 구아닌 핵염기 또는 그의 유사체를 갖는 모두) 또는 상이(즉, 하나 이상의 백본 유닛이 구아닌 핵염기 또는 그의 유사체를 갖고 다른 백본 유닛은 구아닌 이외의 하나 이상의 핵염기 또는 그의 유사체를 갖는다)할 수 있다.

본 발명의 특정 구현예에 따르면, 다수의 PNAs의 하나 이상 또는 PNAs 각각은 2 백본 유닛을 포함한다.

두 백본 유닛을 포함하는 PNA는 본 명세서에서 PNA 다이머로도 지칭된다. PNA 다이머는 구아닌 핵염기를 갖는 두 개의 백본 유닛의 호모다이머, 또는 구아닌 유사체를 포함하는 구아닌 이외의 핵염기를 갖는 하나의 백본 유닛의 헤테로다이머일 수 있다.

본 명세서에 기재된 물질의 조성물을 형성하는데 유용한 예시적인 PNA 다이머는, AG (AG-PNA), CG (CG-PNA), GG (GG-PNA), GA (GA-PNA), GC (GC-PNA), 및 GT (GT-PNA); 를 포함하나, 이에 한정되지 않는다; A=아데닌-함유 PNA 백본 유닛, C=시토신-함유 PNA 백본 유닛; G=구아닌-함유 PNA 백본 유닛; 및 T=티미딘-함유 PNA 백본 유닛, 및 PNA의 N-말단에서 C-말단으로 PNA의 백본 유닛의 서열을 나타내는 축약 된 염기.

특정 구현예에서, 복수의 TG-PNA 다이머로 형성된 물질의 조성물은 본 발명의 범위에서 제외된다.

물질의 구성:

특정 구현예에서, 본 명세서에 기재된 물질의 조성물은 임의의 본 구현예에 기재된 다수의 PNAs를 포함하고, 이들의 임의의 조합은 정렬된 구조가 형성되거나 또는 조립되도록 배치된다.

특정 구현예에 따르면, 본 명세서에 기재된 물질의 조성물은 정렬된 나노단위 또는 마이크로단위 구조(structure)를 나타낸다.

"나노단위 구조"는 상기 나노단위(1-1000 ㎚)에서 최소 하나의 크기를 갖는 구조를 의미한다.

"마이크로단위 구조"는 상기 마이크로(1-1000 마이크론)에서 최소 하나의 크기를 갖는 구조를 의미한다.

"정렬된" 구조는 물질의 조성물에 최소 50%의 PNA 분자, 바람직하게는 최소 80%, 90% 또는 그 이상이 함께 정의된 형상 및 크기를 갖는 구조를 형성하거나, 또는 형상과 크기에 있어 다른 하나와 유사할 수 있는(최소 80%까지, 또는 최소 90%까지, 또는 최소 95%까지, 또는 최소 99%까지) 이러한 다수의 구조를 형성하는 것을 의미한다. 본 명세서에 정의된 바와 같이 정렬된 구조의 PNA 분자는 구조가 생성되는 매질에 랜덤하게 분산되지 않고, 정렬된 방식으로 배치(arranged) 또는 조립(assembled)된다.

특정 구현예에서, PNAs는 자기-조립되어 정렬된 구조를 생성하고, 이에 따라 또한, 상기 정렬된 구조는 자기-조립(정렬)된 구조로서 지칭된다.

본 명세서에서 정의된 바와 같이, 본 명세서에 기재된 PNAs의 정렬된 구조는, 그 크기의 측면에서 나노단위(나노미터) 및/또는 마이크로단위(마이크로미터) 일 수 있다.

특정 구현예에서, 정렬된 구조는 일반적으로 다음 중 하나 이상으로 형성될 수 있다:

일반적인 리본-형 구조 또는 형태와 크기에 있어 다른 하나와 유사한 다수의 일반적인 리본-형 구조, 이에 의해 특정 구현예에서 각 리본은 마이크로미터 단위이고;

일반적인 섬유 구조 또는 형태와 크기에 있어 다른 하나와 유사한 다수의 일반적인 섬유 구조, 이에 의해 특정 구현예에서 각 섬유는 마이크로미터 단위이며;

일반적인 구형 구조 또는 다수의 일반적인 구형 구조, 선택적으로 클러스터 또는 이러한 구형 구조의 클러스터, 이에 의해 특정 구현예에서 각 구형은 마이크로미터 단위이고;

시트 또는 형태와 크기에 있어 다른 하나와 유사한 다수의 시트 형태의 일반적인 구조, 이에 의해 시트는 선택적으로 접힌 시트일 수 있으며(예, 꽃-형 시트(들);

다공성 프랙탈 구조 또는 다수의 프랙탈 구조, 이에 의해 프랙탈 구조는 예를 들면, 일반적인 구 형태(예, 수지상-형 구조 또는 스폰지-형 다공성 구조)를 가질 수 있다.

이하 실시예 부분에 나타낸 바와 같이, 물질의 조성물의 정렬된 구조의 특성이 결정되거나, PNA 올리고머 또는 다이머의 빌딩 블록의 종류 및 위치에 있어 최소 부분적으로 선택될 수 있다. 참조는 도 3 및 도 4과 관련된다.

특정 구현예에서, 상기 구조를 형성하는 다수의 PNAs의 펩티드 핵산 각각은 AG-PNA 또는 AG이다.

이러한 구현예의 일부에서, 정렬된 구조는, 예를 들어, 일반적인 리본-형 마이크로단위 구조이다.

특정 구현예에서, 상기 구조를 형성하는 다수의 PNAs의 펩티드 핵산 각각은CG-PNA 또는 CG이다.

이러한 구현예의 일부에서, 정렬된 구조는, 예를 들어, 섬유 마이크로단위 구조이다.

특정 구현예에서, 상기 구조를 형성하는 다수의 PNAs의 펩티드 핵산 각각은 GG-PNA 또는 GG이다.

이러한 구현예의 일부에서, 정렬된 구조는, 예를 들어, 클러스터 구형 마이크로단위 구조이다.

특정 구현예에서, 상기 구조를 형성하는 다수의 PNAs의 펩티드 핵산 각각은 GA-PNA 또는 GA이다.

이러한 구현예의 일부에서, 정렬된 구조는, 예를 들어, 꽃-형 마이크로단위/나노단위 시트 구조이다.

특정 구현예에서, 상기 구조를 형성하는 다수의 PNAs의 펩티드 핵산 각각은 GC-PNA 또는 GC이다.

이러한 구현예의 일부에서, 정렬된 구조는, 예를 들어, 섬유 마이크로단위 구조이다.

특정 구현예에서, 상기 구조를 형성하는 다수의 PNAs의 펩티드 핵산 각각은GT-PNA 또는 GT이다.

이러한 구현예의 일부에서, 정렬된 구조는, 예를 들어, 프랙탈, 스폰지-형, 다공성 나노단위/마이크로단위 구조이다.

또한, 예를 들어, 다른 형상을 나타내는 다른 정렬된 마이크로단위 및 나노단위 구조가 고려된다.

본 명세서에 기재된 바와 같이, 본 발명의 임의의 구현예들 중 일부에서, 물질의 조성물은 다수의 PNAs로 구성된다.

본 발명의 임의의 구현예들 중 일부에서, 본 명세서에 기재된 최소 50%의 PNAs는 본 명세서에 기재된 정렬된 구조를 형성하거나, 또는 배치된다.

본 발명의 임의의 구현예들 중 일부에서, 본 명세서에 기재된 다수의 PNAs는 최소 70%, 최소 80 5%, 최소 90%, 최소 95%, 최소 99%, 또는 본질적으로 모두 PNAs로 본 명세서에 기재된 정렬된 구조를 형성한다.

특정 구현예에서, 물질의 조성물은 본 명세서에 기재된 정렬된 구조의 형태로 본 명세서에 기재된 다수의 PNAs로 구성된다.

특정 구현예에서, 물질의 조성물의 정렬된 구조는 단일층 이외이고 자기-조립 단일층이외이다.

특정 구현예에서, 본 명세서에 기재된 임의의 구현예에 따른 물질의 조성물의 정렬된 구조는 다수의 펩티드 핵산을 수용액과 접촉시킴으로써 생성된다.

특정 구현예에서, 접촉은 정렬된 주소의 형성을 선호하는 조건하(예를 들면, 알칼리 조건)하에서 실시되고, 보다 상세하게는 본 명세서의 임의의 구현예를 포함하는 "방법"에서 논의된다.

본 발명의 특정 구현예의 일 양태에 따르면, 본 발명은 자기-조립 GC -PNA를 포함하거나 또는 자기-조립 GC -PNA로 구성된 정렬된 구조를 제공하며, 본 명세서에 기재된 바와 같이, 결정 구조를 나타낸다.

이러한 구현예의 일부에서, 결정 구조는 수소 결합 길이 및 염기간 거리와 같은 특징을 나타내고, 이하 실시예 부분 및 도 6에 제시된다.

또한, 본 발명의 특정 구현예의 일 양태에 따르면, 본 발명은 본 명세서에 기재된 바와 같이, 결정 구조를 얻는 방법이 제공된다. 상기 방법은 하기 실시예 부분에 기재된 바와 같이, 다수의 GC PNAs를 바이신 버퍼를 포함하는 결정화 용액과 접촉시킴으로써 달성된다.

방법:

본 발명의 특정 구현예의 일 양태에 따르면, 본 발명은 본 명세서에 기재된 임의의 구현예에 따른 물질의 조성물을 제조하는 방법이 제공된다.

특정 구현예에서, 상기 방법은 본 명세서에 기재된 임의의 구현예에 따른 물질의 조성물에서 정렬된 구조를 생성하는 것을 포함한다.

특정 구현예에서, 상기 방법은 각 임의의 구현예에 기재된 다수의 펩티드 핵산을 수용액과 접촉시킴으로써 달성된다.

특정 구현예에서, 접촉은 정열된 구조의 형성을 선호하는 조건 하에서 수행된다.

접촉은 몇 밀리 초(milliseconds)부터 몇 분의 기간 동안 실시될 수 있으나, 몇 시간 및 일부 경우 몇 일 동안 실시될 수 있다.

접촉은 0 내지 100℃의 온도 범위에서 실시될 수 있다. 특정 구현예에서, 접촉 단계는 실온에서 실시되며, 표시된 범위 내의 임의의 다른 온도도 고려된다.

특정 구현예에서, 수용액 중 다수의 펩티드 핵산의 농도는 임의의 중간값 또는 범위를 포함하여 약 1 ㎎/㎖ 내지 100 ㎎/㎖, 또는 약 5 ㎎/㎖ 내지 100 ㎎/㎖, 또는 약 5 mg/mg 내지 70 ㎎/㎖, 또는 약 5 ㎎/㎖ 내지 50 ㎎/㎖, 또는 20 ㎎/㎖ 내지 100 ㎎/㎖, 또는 30 ㎎/㎖ 내지 100 ㎎/㎖, 또는 40 ㎎/㎖ 내지 100 ㎎/㎖, 또는 50 ㎎/㎖ 내지 100 ㎎/㎖, 또는 50 ㎎/㎖ 내지 80 ㎎/㎖, 또는 50 ㎎/㎖ 내지 70 ㎎/㎖, 또는 50 ㎎/㎖ 내지 60 ㎎/㎖의 범위이다.

특정 구현예에서, 농도는 최소 50 mg/㎖이고, 특정 구현예에서는, 약 50 ㎎/㎖이다.

특정 구현예에서, 수용액은 염기성 pH를 가지며, 즉, pH가 7 보다 크거나, 8보다 크거나 9보다 크거나, 10보다 크거나, 11보다 크다(예를 들면, pH=12 또는 12보다 큰).

특정 구현예에서, 수용액은 염기성 완충액을 포함하며, 예를 들면 상기 수용액은 0.05 M 소디윰 포스페이트 버퍼 또는 8 내지 13의 범위의 pH를 갖는 0.05 M 소디윰 포스페이트 버퍼를 포함하거나 0.05 M 소디윰 포스페이트 버퍼 또는 8 내지 13의 범위의 pH를 갖는 0.05 M 소디윰 포스페이트 버퍼이다.

또한, 다른 알칼리 버퍼가 사용될 수 있다.

대표적인 구현예에서, 수용액은 바이신 버퍼, 0.1 M. pH 9.0를 포함한다.

특정 구현예에서, 수용액은 이하 실시예 부분에 논의된 바와 같이 폴리아민을 포함한다. 폴리아민을 선택하여 정렬된 구조를 안정화시키고 그 염의 결정화를 방지할 수 있다.

대표적인 폴리아민은 스퍼미딘, 푸트레신, 디에틸렌아민 및 트리스(3-아미노 프로필)아민을 포함하나 이에 제한되지 않는다.

특정 구현예에서, 수용액 중 폴리아민의 농도는 0.1 내지 10% v/v의 범위이고, 예를 들면, 1% v/v이다.

특정 구현예에서, 폴리아민 및 그의 농도는 상술한 바와 같이 pH를 갖는 알칼리성 수용액을 제공하는 역할을 한다.

특정 구현예에서, 접촉은 PNAs의 농도에 따라, 몇 초 내지 몇 분(예를 들어 1-30 분 또는 1-10 분) 범위의 시간 기간 동안 실시되며, 예컨대, 몇 시간 또는 며칠과 같이 장기간 실시될 수 있다.

결정학적인 측정을 이용하여 실시예 부분에서 설명된 바와 같이, 특정 구현예에서, 정렬된 구조는 초당 최소 1 마이크론의 신장 속도로 형성되고, 예를 들어,초당 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.9, 2, 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5 마이크론이다.

특정 구현예에서, PNAs의 최소 10⁹ 분자(예를 들어, 최소 1, 1.5, 2., 2.5, 3, 3.2, 3.5, 3.8, 4 x 10⁹)가 초당 상기 정렬된 구조로 조직된다.

특정 구현예에서, 다수의 PNAs를 본 명세서에 기재된 수용액과 접촉시 정렬된 구조가 형성되면(예를 들어 SEM이나 광학 현미경과 같은 전자 현미경에 의해 관찰될 수 있는), 상기 구조는 예컨대, 건조시켜 수용액으로부터 분리될 수 있다.

형광:

이하 구현예 부분에 예시한 바와 같이, 놀랍게도 본 명세서에 기재된 PNA-유래 정렬된 구조는 형광 자체, 즉, 형광을 나타내는 것을 발견하였고, 그와 연관되는 물질의 부재 하에서도 형광을 나타낸다.

어구 "형광(fluorescence)"은 외부 소스(여기 원)로부터의 방사선에 노출시에 특정 파장의 빛의 방출을 의미한다.

본 명세서에 기재된 임의의 구현예 중 일부에 있어서, PNA-기반 정렬된 구조 및/또는 본 명세서에 기재된 동일한 것을 포함하는 물질의 조성물은 형광을 나타내고, 특정 구현예에서 여기 파장에 따라 발광 파장을 갖는 형광을 나타낸다. 이러한 형광은 여기 파장-의존성 형광으로 지칭된다.

따라서, 특정 구현예에서, 본 명세서에 기재된 구조는 여기에 따라 빛을 방출하고, 방출된 빛은 여기 파장과 관련이 있으며, 또한, 상기 빛은 여기 파장에 대해 위쪽으로 이동된 파장에서 방출된다.

형광 물질의 흡수 및 방출 스펙트럼의 정점 사이의 파장의 차이는 형광 물질의 스토크스 이동으로 지칭된다.

특정 구현예에서, 여기 파장은 약 330 내지 약 430 nm의 범위이다.

특정 구현예에서, PNA-유래 정렬된 구조는 임의의 중간값 및 그 사이의 부분 범위을 포함하는 약 20 nm 내지 약 200 nm, 또는, 특정 구현예에서 약 50 nm 내지 100 nm의 스토크스 이동을 특징으로 한다.

특정 구현예에서, 여기 파장에 대한 발광 파장의 이동(상기 스토크스 이동)은 여기 파장에 따라 감소한다. 여기 파장에 있어 스토크스 이동의 이러한 의존성은 본 명세성에서 "동적 스토크스 이동"으로 지칭된다. 따라서, 본 발명의 다양한 예시적인 구현예에서 PNA-유래 정렬된 구조는 동적 스토크스 이동 거동(dynamic Stokes shift behavior)을 나타낸다.

특정 구현예에서, PNA-유래 정렬된 구조는 적색 가장자리 여기 이동을 나타낸다.

조성물:

본 발명의 특정 구현예에서, 본 명세서에 기재된 물질의 조성물은 본 명세서에 기재된 수용액을 포함하고, 이에 따라 그의 최종 또는 중간 형태는 이의 제조에 사용된 바와 같이 본 명세서의 각 임의의 구현예에 기재된 바와 같은 수용액을 추가적으로 포함한다.

본 발명의 특정 구현예에서, 본 명세서에 기재된 물질의 조성물은 다수의 PNAs로 형성된 정렬된 구조로 본질적으로 구성되면서, 특정 구현예에서 본 명세서에 기재된 물질의 조성물 및 수용액을 포함하는 조성물을 제공한다.

본 발명의 특정 구현예에서, 수용액은 물질의 조성물을 제조하는 방법에 대하여 본 명세서에 기재된다.

본 발명의 특정 구현예의 일 양태에 따르면, 본 발명은 본 명세서에 기재된 물질의 조성물을 포함하는 조성물 및 상기 조성물과 연관있는 물질(예를 들어, PNAs로부터 형성된 정렬된 구조)을 포함하는 조성물을 제공한다.

상기 연관은 화학적 상호 작용(예를 들면, 화학 결합) 또는 물리적 상호 작용(예를 들어, 캡슐화, 포획, 증착, 흡착 등)일 수 있다.

"연관된"은 상기 재료(예를 들어, 제제 또는 모이어티)가 물질의 조성물 또는 이들의 일부와 관련하여 화학적 또는 물리적인 것을 의미한다.

따라서, 예를 들어, 제제 또는 모이어티는 예를 들어, 공유 결합, 정전기적 상호 작용, 수소 결합, 반데르발스 상호 작용, 기증체-수용체 상호작용, 방향족(예를 들어, π-π 상호작용, 양이온-π 상호작용 및 금속-리간드 상호작용을 통하여 구조를 형성하는 PNAs에 존재하는 작용기로 상호작용하여 물질의 조성물에 결합될 수 있다. 이러한 상호 작용은 물질의 상호작용에 있어 정렬된 구조에 대한 제제 또는 모이어티의 화학적 연관을 초래한다.

예로서, 각종 제제 또는 모이어티는 PNAs의 N-말단 또는 C-말단 및/또는 존재하는 경우, 백본 쇄 또는 핵염기 연결 상의 관능기와의 화학적 상호작용을 통하여 구조를 형성하는 PNAs에 결합될 수 있다.

택일적으로, 다양한 재료와 제제는 자성 상호 작용, 표면 흡착, 캡슐화, 포획, 얽힘 등과 같은 물리적 연관에 의한 정렬된 구조에 결합될 수 있다.

재료는 PNA의 백본 유닛의 하나 이상 또는 이들의 말단에 화학적으로 결합되는 그룹 또는 모이어티일 수 있고, 이는 정렬된 구조의 형성 이전에 PNA에 결합되거나 이후에 결합되고; 또는 흡수, 증착, 포획 또는 캡슐화함으로써 본 명세서에 기재된 바와 같이, 선택적으로 PNA 내에 포함된 관능기 또는 모이어티를 통하여 그의 형성시 또는 동안 정렬된 구조와 연관된 재료일 수 있다.

예시적인 재료는, 전도체 재료, 반도체 재료, 열전 재료, 자성 재료, 발광 재료, 표지제, 리간드(예를 들면, 금속 결합 리간드), 핵산, 폴리펩티드, 펩티드, 바이오광물질, 중합체, 유기 재료, 치료적 활성제및 표면 특성을 개질할 수 있는 제제를 포함하나, 이에 한정되지 않는다.

예를 들어, 정렬된 구조는 그룹 IV, 그룹 III/그룹 V, 그룹 II/그룹 VI 원소, 전이 그룹 원소 등과 같은 무기 구조를 포함하나, 이에 한정되지 않는 전도체 재료 또는 반도체 재료와 연관된 것일 수 있다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "그룹(Group)"은 당업자에게 이해되는 바와 같이 통상적인 정의로 설명된다. 예를 들어, 그룹 II 요소는 Zn, Cd 및 Hg을 포함하고; 그룹 III 요소는 B, Al, Ga, In 및 Tl을 포함하며; 그룹 IV 요소는 C, Si, Ge, Sn 및 Pb을 포함하고; 그룹 V 원소는 N, P, As, Sb 및 Bi를 포함하며; 그룹 VI 요소는 O, S, Se, Te 및 Po를 포함한다.

따라서, 전도성 재료를 위하여, 정렬된 구조는 예를 들면, 은, 금, 구리, 백금, 니켈, 또는 팔라듐으로 둘러싸이거나 연관될 수 있다. 반도체 재료를 위하여, 정렬된 구조는 예를 들어, 실리콘, 인듐 포스피드, 갈륨 나이트라이드 등으로 둘러싸일 수 있다.

다른 실시예에서, 정렬된 구조는 예를 들면, 탄소 나노튜브와 결합될 수 있다.

또한, 정렬 구조는 예를 들면, 극성을 갖거나 또는 다양한 전하 상태를 갖는 임의의 유기 또는 무기 분자로 캡슐화되거나, 연관될 수 있다. 예를 들어, 정렬된 구조는 주요 그룹 및 금속 원자-기반 와이어-형 실리콘, 변이 금속-함유 와이어, 갈륨 비화물, 갈륨 질화물, 인듐 인화물, 게르마늄, 또는 카드뮴 셀레나이드 구조를 포함할 수 있다.

추가적으로, 본 명세서에 나타낸 정렬된 구조는 반도체와 도펀트를 포함한 물질의 다양한 조합과 연관하여 둘러쌀 수 있다. 대표적인 예는 실리콘, 게르마늄, 주석, 셀레늄, 텔루륨, 붕소, 다이아몬드, 또는 인을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 도펀트는 각종 원소 반도체의 고체 용액, 예를 들어, 붕소 및 탄소의 혼합물, 붕소 및 P의 혼합물, 붕소 및 실리콘의 혼합물, 실리콘 및 탄소의 혼합물, 실리콘 및 게르마늄의 혼합물, 실리콘 및 주석의 혼합물, 또는 게르마늄 및 주석의 혼합물일 수 있다. 특정 구현예에서, 도펀트 또는 반도체는 상이한 그룹의 혼합물, 예를 들어, 그룹 Ⅲ 족 및 그룹 V 원소의 혼합물, 그룹 III 및 그룹 V 원소의 혼합물, 그룹 II 및 그룹 VI 반도체의 혼합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 추가적으로, 또한, 반도체의 상이한 그룹의 합금은 예를 들어, 그룹 II-그룹 VI 및 그룹 III-그룹 V 반도체 및 그룹 I 및 그룹 VII 반도체의 조합일 수 있다.

본 명세서에 나타낸 나노구조에 의해 캡슐화할 수 있는 반도체 재료의 구체적이고 대표적인 예는 CdS, CdSe, ZnS 및 SiO₂를 포함하나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 본 명세서에 나타낸 정렬된 구조는 소정의 열전력을 나타내는 열전 재료와 연관되어 둘러싸일 수 있다. 바람직하게는, 이러한 재료가 선택되어 결과물인 구조 조성물은 충분히 가치 있는 수치를 특징으로 한다. 이러한 조성물은, 열전달 매체 또는 열전 전원으로서 열전 시스템 및 장치에 사용될 수 있다. 본 발명의 구조와 관련하여 캡슐화될 수 있는 열전 재료는, 요소 비스무스, 비스무스 합금, 비스무트 금속간 화합물과 같은 비스무트-기반 재료일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 열전 재료는 임의의 상기 재료 또는 열전 특성을 갖는 것으로 공지된 다른 재료의 혼합물일 수 있다. 또한, 열전 재료이외 도펀트를 포함할 수 있다. 대표적인 예는 비스무트 텔루라이드, 비스무트 셀레나이드, 비스무트 안티모니 텔루라이드, 비스무트 셀레늄 텔루라이드 등을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 본 명세서에 나타낸 정렬 구조는 자성 재료와 연관되어 둘러싸일 수 있다. 일반적으로, 천연에 있는 모든 재료는 자기장에 존재하는 경우 특정 재료에 작용하는 힘에 의해 발현되는 일종의 자기적 특성을 갖는다. 재료의 서브-원자 구조로부터 유래된 이러한 자기적 특성은 하나의 기판과 다른 하나의 기판이 상이하다. 자력의 크기뿐만 아니라 방향도 다른 재료와 상이하다.

힘의 방향은 재료의 내부 구조에 의존하는 반면, 크기는 내부 구조뿐만 아니라 재료의 크기(질량) 모두에 의존한다. 물질의 자기적 특성이 관련되는 천연에 있는 재료의 내부 구조는 1 내지 3 개의 주요 그룹에 따라 분류된다: 반자성, 상자성 및 강자성 재료, 강자성 재료에 가장 강한 자력이 작용한다.

방향의 관점에서, 반자성 재료에 작용하는 자력은 상자성 또는 강자성 재료에 작용하는 자력에 비해 반대 방향이다. 외부 자기장에 배치될 경우, 특정 재료는 자기장 벡터에 비례하는 자화(magnetization)로 알려진 단위 부피당 비-제로 자성 모멘트를 획득한다. 충분히 강한 외부 자기장의 경우, 재료의 스핀의 고유 비-로컬 정렬로 인하여 강자성 물질은, 그의 자화를 유지할 수 있으므로, 영구 자석이 된다. 강자성 재료와 대조적으로, 외부 자기장이 스위치 오프되면, 반자성과 상자성 재료 모두는 자화가 느슨해진다.

본 구현예의 정렬된 구조와 관련되어 둘러쌀 수 있는 상자성 재료의 대표적인 예는 코발트, 구리, 니켈, 및 백금을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 강자성 재료의 대표적인 예는 마그네타이트 및 NdFeB을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.

본 구현예의 정렬된 구조와 관련되어 캡슐화할 수 있는 다른 물질, 발광 재료(예를 들면, 디스프로슘, 유로퓸, 테르븀, 루테늄, 툴륨, 네오디뮴, 에르븀, 이테르븀 또는 이의 유기 복합체), 바이오광물질(예를 들어, 칼슘 카르보네이트) 및 중합체(예, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리비닐 클로라이드, 폴리뉴클레오티드 및 폴리펩티드)를 포함하나, 이에 한정되지 않는다.

특정 구현예에서, 정렬된 구조와 연관된 물질 또는 이를 포함하는 조성물은 예를 들어 계면 활성제, 표면 개질제, 생활성제와 같은 활성제일 수 있거나, 또는 2 종 이상의 상술한 것의 임의의 조합을 포함할 수 있다.

유익하게 구조와 연관될 수 있는 제제는, 예를 들어, 약학적 활성제, 진단제, 생물학적 물질 및 표지 모이어티를 포함한다. 보다 특정 실시예는 약물, 세포, 단백질, 효소, 호르몬, 성장 인자, 핵산, 올리고뉴클레오티드, 핵산 인터칼레이터, 안티센스 제제, 박테리아와 같은 미생물, 형광 화합물 또는 모이어티, 인광 화합물 또는 모이어티, 및 방사성 화합물 또는 모이어티를 포함하나, 이에 한정되지 않는다.

계면 활성제 및 표면 개질제는 예를 들면, 구조의 표면 특성을 변형할 수 화학적 화합물로부터 유래될 수 있다. 이러한 제제는, 예컨대, 계면 활성제, 길이가 4-30 개의 탄소 원자인 탄화수소와 같은 소수성 물질, 지방산 또는 지방 아실; 탄수화물; 치환 또는 비치환된 폴리알킬렌 글리콜(PEG), 치환시, 히드록시, 카르복시, 알콕시, 아민, 아미드, 하이드라진, 티올, 아지드, 아세틸렌, 아크릴레이트 및 임의의 반응/관능기를 포함하나 이에 한정되지 않는 하나 이상의 말단 기; 말레이미드 및 바이오틴/스트렙타비딘을 포함할 수 있다.

특정 구현예에서, 상기 제제는 본 명세서에 지개된 바와 같이, 생활성제이며, 예를 들면, 진단제 또는 약학적 활성제일 수 있다.

특정 구현예에서, 상기 생활성제는 진단제이다.

본 명세서에 사용되는 어구 "진단제(diagnostic agent)"는 피사체의 몸에 투여시 검출 및/또는 측정 기능을 나타내는 제제를 의미한다. 이들은, 예를 들어 하기에 설명된 표지 화합물 또는 모이어티를 포함한다.

본 명세서에 사용되는 어구 "표지 화합물 또는 모이어티(labeling compound or moiety)"는 스펙트럼 측정(예를 들면, 형광, 인광), 전자 현미경, X-선 회절 및 이미징,양전자 방출 단층 촬영 (PET), 단일 광자 방출 전산화 단층 촬영 (SPECT), 자기 공명 영상 (MRI), 컴퓨터 단층 촬영 (CT) 등의 공지된 기술을 사용하는 검출기에 의해 식별 및 추적될 수 있는 검출가능한 모이어티 또는 프로브를 의미한다.

표지 화합물 또는 모이어티의 대표적인 예는, 발색단, 형광제, 축광제, 조영제, 방사선제, 자성 화합물 또는 모이어티(예를 들어, 반자성, 상자성 및 강자성 재료) 및 중금속 클러스터를 포함하나, 이에 한정되지 않으며, 추가적으로 하기에서 임의의 공지된 다른 검출가능한 모이어티뿐만 아니라 설명된다.

상기와 연관된 표지 모이어티를 갖는 하이드로겔 입자는 다양한 응용에 이용될 수 있으며, 예를 들어, 기계 장치 및 전자 회로에서 본 발명의 섬유 네트워크의 위치를 트레이싱 및 트랙킹; 및 생체 조직, 세포 또는 숙주에서 본 발명의 하이드로겔 입자의 농도를 트레이싱, 트랙킹 및 진단하는 것을 포함한다.

어구 "방사선제(radioactive agent)"는 이온화 입자와 방사선을 방출하여 물질 에너지(붕괴)를 잃는 물질(즉, 방사성 핵종 또는 방사성 동위 원소)에 대해 설명한다. 물질이 소멸 될 때, 그 존재에 의해 방출된 방사선을 검출함으로써 결정될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 방사성 붕괴의 특히 유용한 형태는 양전자 방출이다. 대표적인 방사선 제는 ^{99 m}Tc, ¹⁸F, ¹³¹I 및 ¹²⁵I를 포함한다.

용어 "자성제(magnetic agent)"는 외부인가 자기장에 끌리는 물질을 의미한다. 이러한 물질은 일반적으로 자기 공명 영상(MRI)의 내부 신체 구조의 가시화를 향상시키기 위해 조영제로서 사용된다. 콘트라스트 개선을 위해 가장 일반적으로 사용되는 화합물은 가돌리늄-계이다. MRI 조영제는 조직과 체강의 완화 시간을 변형하여 이들이 존재하는 경우, 영상 가중치에 따라, 더 높거나 낮은 신호를 줄 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어 "발색단(chromophore)"은 다른 분자에 부착되는경우 후자의 컬러를 렌더링하므로 다양한 분광 광도 측정이 적용될 때, 가시화되는 화학적 모이어티를 설명한다.

용어 "생발광제(bioluminescent agent)"는 생화학 공정에 의해 발광하는 물질을 설명한다.

용어 "화학발광제(chemiluminescent agent)"는 화학 반응의 결과로 광을 방출하는 물질을 설명한다.

어구 "형광제(fluorescent agent)"는 외부 소스(여기 원)으로부터의 방사선에 노출시에 특정 파장의 광을 방출하는 화합물을 지칭한다.

어구 "인광제(phosphorescent agent)"는 뚜렷한 열 없이 광을 방출하거나 인의 느린 산화에 의해 외부 여기 화합물을 지칭한다.

중금속 클러스터는 예를 들면 이용된 금 원자의 클러스터, 예를 들면 전자 현미경 기법에 대한 표지일 수 있다.

특정 구현예에서, 상기 생활성제는 표적 제제 또는 모이어티이다.

본 명세서 및 당업계에서 사용되는 어구 "표적 제제 또는 모이어티(targeting agent or moiety)"는 예를 들어, 생체분자(예를 들어, 수용체, 효소, 호르몬)를 과발현하는 장기 또는 조직, 또는 화학적 또는 생물학적 모이어티(예를 들어, 골 조직의 hydroxyapetite)가 충부한 장기 또는 조직과 같은 신체 부위에 친화성을 갖는 화학적 물질을 의미한다. 표적 모이어티는, 예를 들면, 수용체 리간드, 효소 기질, 골 표적 모이어티, 뇌장벽의 투과성을 증가시키는 모이어티, 모노클로날 항체를 포함하는 항체 또는 이의 단편, 지질 단백질, 호르몬 및 이의 합성 유사체, 전하 분자, 폴리사카라이드, 펩티드, 핵산(앱 타머), 예를 들어 엽산, 비오틴, 비스포스포네이트, 비타민, 아비딘 및/또는 스트렙 타비딘과 같은 저분자일 수 있다. 특정 구현예에서, 상기 생활성제는 약학적 활성제이다.

본 명세서에 사용되는 "약학적 활성제(therapeutically active agent)"는 대상에게 투여될 때 치료 활성을 나타내는 화학 물질을 설명한다. 이들로는, 억제제, 리간드(예를 들어, 수용체 작용제 또는 길항제), 공동 인자, 항-염증제 (스테로이드 및 비-스테로이드), 항-정신제, 진통제, 항-혈전제, 항-혈소판제, 항-응고제, 항-당뇨제, 스타틴, 독소, 항생제, 항-히스타민제, 대사 물질, 항-대사제, 혈관제, 혈관확장제, 심혈관제, 화학요법제, 산화방지제, 인지질, 항-증식제 및 헤파린을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.

약학적 활성제는 저분자 또는 생체 물질일 수 있다.

본 명세서에 사용되는 어구 "생체 물질(biological substance)"은 생체 조직이나 세포에 존재하거나 이로부터 유도되는 물질을 의미한다. 이 표현은 또한 미생물, 세포 및 조직을 포함한다. 대표적인 예는 박테리아, 바이러스, 진균 등과 같은 미생물 뿐만 아니라, 세포, 아미노산, 펩티드, 단백질, 올리고뉴클레오티드, 핵산, 핵산 인터칼레이터, 유전자, 호르몬, 성장 인자, 효소, 공동 인자, 안티센스, 항체, 항원, 비타민, 면역 글로불린, 사이토카인, 프로스타글란딘, 비타민, 독소 등을 포함하나, 이에 한정되지 않는다.

본 발명의 특정 구현예들의 맥락에서 사용하기에 적합한 치료학적 활성제는 저분자 또는 생체물질일 수 있고, 예를 들어, 항-증식제, 화학요법제, 방사성 의약품, 스테로이드, 비타민, 혈관 신생-촉진제, 혈관 신생 억제제, 약물, 항-히스타민 제, 항생제, 항우울제, 항-정신병제, 항-고혈압제, 항-염증제, 산화방지제, 항-바이러스제, 천식제, 공동 인자, 콜레스테롤, 지방산, 담즙산, 사포닌, 호르몬, 억제제, 리간드; 사이토카인, 케모카인, 화학-유인제, 화학-방수제, 작용제, 길항제, 항체, 항원, 효소, 공동 인자, 성장 인자, 합텐, 호르몬, 독소; 예컨대 DNA, RNA, 올리고뉴클레오티드, 표지된 올리고뉴클레오티드, 핵산 컨스트럭트 및 안티센스와 같은 핵염기-계 물질; 당류, 다당류, 인지질, 당지질, 바이러스 및 세포를 포함하나, 이에 한정되지 않는다.

상기 구조 또는 물질의 조성물과 관련하여 이로울 수 있는 특정 생활성제는,유전적 치료제 및 리보자임, 게놈 DNA, cDNA, 또는 RNA와 같은 특정 산물(재조합 핵산을 포함)을 코딩하는 안티센스 폴리뉴클레오티드 및 폴리뉴클레오티드와 같은 단백질을 포함한다. 폴리뉴클레오티드는 "네이키드(naked)" 형태 또는 폴리뉴클레오티드의 도입 및 발현을 향상시키는 벡터 시스템과 관련하여 제공될 수 있다. 이들은 DNA 응축제(히스톤과 같은), 비-감염성 벡터(예를 들어, 플라스미드, 지질, 리포좀, 양이온성 고분자와 양이온성 지질) 및 바이러스 및 바이러스-유사 분자(즉, 바이러스와 유사하게 작용하도록 제작된 합성 분자)와 같은 바이러스성 벡터를 포함할 수 있다. 벡터는 추가적으로 펩티드 표적 서열, 안티센스 핵산(DNA 및 RNA), 및 막 전좌 시퀀스("MTS"), tRNA 또는 rRNA와 같은 페리 단백질을 코딩하는 유전자 서열을 포함하는 DNA 키메라와 결합하여 결함 또는 결핍 내생 분자 및 헤르페스 심플렉스 바이러스 1("VP22")로 대체된다.

상기 구조 또는 물질의 조성물과 관련하여 이로울 수 있는 추가적인 생활성제는 내생적 또는 외생적으로 조절될 수 있는 유전자 전달제를 포함한다. 내인성 조절의 예는 저산소증 또는 글루코스 증가와 같은 생체 신호에 민감한 프로모터를 포함한다. 외인성 조절 시스템은 저분자 약물을 투여함으로써 조절되는 유전자 발현을 포함한다. 예로는 테트라사이클린, 독시사이클린, 에크디손 및 이의 유사체, RU486, 라파마이신 및 이의 유사체와 같은 화학 다이머리자이저(dimerizers)를 포함한다.

상기 구조 또는 물질의 조성물과 관련하여 이로울 수 있는 추가적인 생활성제는 아데노바이러스, 거티드(gutted) 아데노바이러스, 아데노-관련 바이러스, 레트로바이러스, 알파 바이러스(Semliki Forest, Sindbis, etc), 렌티바이러스, 헤르페스 심플렉스 바이러스, 생체외 변형 세포(즉, 줄기세포, 섬유 아세포, 근육 모세포, 위성 세포, 혈관 주위 세포, 심근 세포, 골격 근육 세포, 대식세포 등), 복제 가능 바이러스(ONYX-015, 등) 및 하이브리드 벡터, 인공 염색체 및 미니-염색체, 플라스미드 DNA 벡터 (pCOR), 양이온성 폴리머(폴리에틸렌이민, 폴리에틸렌 옥사이드-PEI, 중립 폴리머 PVP, SP1017 (SUPRATEK)과 같은 폴리에틸렌이민 (PEI) 그래프트 공중합체, 지질 또는 리포플렉스, 단백질 전달 도메인(PTD)과 같은 표적 서열이 있거나 없는 나노 입자 및 마이크로입자와 같은 바이러스성 및 비-바이러스성 벡터를 포함한다.

본 명세서에 기재된 임의의 활성제는 생체안정성 또는 생체분해가능 상호 작용을 통해 상기 구조 또는 물질의 조성물과 연관(예를 들어, 부착)될 수 있다.

예를 들어, 진단제 및 표적제 또는 모이어티는 생체안정성 상호작용(예를 들어, 생체안정성 화학적 결합)에 의해 상기 구조 또는 물질의 조성물에 결합될 수 있으며, 이에 의해 치료적 활성제는 이하 정의된 바와 같이 생체분해성 결합 또는 연결 모이어티를 통해 상기 구조 또는 물질의 조성물에 결합된다.

본 명세서에 기재된 정렬된 구조와 연관된 특성 및 선택적으로 본 명세서에 기재된 연관 재료에 의해 부여된 특성을 결합하여 PNAs의 고유한 특성을 부여하면서, 본 명세서에 기재된 임의의 물질의 조성물 및 조성물을 제조품 또는 장비를 제작하는 데 일부로서 이용할 수 있다.

예시적인 이러한 제조품 또는 장치는 약제 또는 약물-전달 시스템(예를 들어, 폴리펩티드, 바이오광물질 또는 치료적 활성제), 핵산 프로브, 바이오 센서, 전기 장치, 반도체 제품 또는 장치, 열전 제품 또는 장치, 자성 제품, 발광 제품 또는 장치, 중합체 제품, 금속 제품 또는 장치, 및 표면 활성화 제품 또는 장치를 포함하나, 이에 한정되지 않는다.

따라서, 예를 들어, 본 명세서에 기재된 물질의 조성물은 민감한 바이오 센서에서; 금속 어셈블리, 금속 와이어의 형성을 위한 스캐폴드로서; 약물을 느리게 방출하고, 활성 표면적을 증가시키며, 전기 특성, 광학 특성, 소수성과 같은 표면 특성을 변화시키기 위한 약물 전달제 또는 시스템으로서; DNA 또는 RNA 혼성화에 이용될 수 있다.

본 명세서에 기재된 PNA-기반 구조는 감소된 취약성, 감소된 열적 불안정성 및 측쇄 기능화에 대해 증가된 변통성과 같이, 생명공학 및 재료 과학에서 응용하기 위해 개선된 고유 특성으로, DNA 오리가미 폴딩, 4-웨이 DNA 접합 및 G-쿼드루플렉스와 같은 DNA 어셈블리의 유사체를 형성하는 데 추가적으로 이용될 수 있다.

본 명세서에 기재된 PNA-기반 자기-조립 구조는 재료 과학 및 바이오나노기술과 같은 분야에서 다양한 기술 응용법으로 역할을 할 수 있다.

예를 들어, 본 명세서에 개시된 구조의 뛰어난 물리 특성은 광 바이오센싱, 유기 발광-장치(organic light-emitting devices, OLEDs) 및 광 또는 전기 변조를 통해 조정가능 방출하는 이미징 표지에서; 분자 자기-조립 (self-assembly) 및 적색 가장자리 여기 이동 현상의 연구를 위한 모델로서 기능 할 수 있다. 또한, 본 구현예의 PNA-기반 구조는 형광 잉크로 사용될 수 있다.

PNA-함유 빌딩 블록의 신속한 조립은 기계적인 운동으로 자기 조립 공정에 의해 방출된 자유 에너지를 변환하여 모터 시스템에서 이들 빌딩 블록을 이용할 수있다.

다음은 본 발명의 특정 구현예에 따른 PNA-기반 구조로부터 활용할 수 있는응용에 대한 상세한 설명이다.

도 11A-C는 본 발명의 특정 구현예에 따른 발광 시스템 10의 개략도이다. 시스템 10은 광을 생성(예를 들면, 가한 전압에 반응) 또는 광을 변환(예를 들어, 광 스펙트럼을 이동시키기 위하여)하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 특정 구현예에서시스템 10는 유기 발광-장치(OLED)로서 기능한다.

시스템 10은 다수의 여기가능 구조 12를 포함한다.

본 명세서에서 사용되는 "여기가능 구조(excitable structure)"는 이에 전달된 여기(excitation) 에너지에 반응하여 광을 방출하는 구조를 의미한다.

용어 "광 방사(optical radiation)"는 자외선(UV) 범위, 적외선(IR) 범위 또는 가시구역 범위 내의 임의의 파장에서의 광을 포함한다.

바람직하게는, 필수적인 것은 아니지만, 구조 12는 본 명세서에 기재된 PNA -기반 구조와 같은 유기 구조이나, 이에 한정되지 않는다.

시스템 10은 추가적으로 여기 구조 12를 위한 여기 시스템 16을 포함하여 광을 방출하게 된다. 본 발명의 다양한 예시적인 구현예에서 구조 12는 실온(예를 들어, 약 15-25℃)에서 광을 방출한다.

본 구현예는 여기 구조에 대한 여기 시스템 16의 다양한 유형을 고려한다. 일반적으로, 여기 시스템 16의 유형은 구조 12로부터 방출된 광을 갖도록 요구되는 메카니즘에 따라 선택된다. 본 발명의 다양한 예시적인 구현예에서, 시스템 16에 의해 구조 12로 전달되는 에너지의 양은 구조 12에 의해 방출된 광의 원하는 파장에 따라 선택된다. 본 발명의 특정 구현예에서 시스템 10은 시스템 16에 의해 구조 12로 공급되는 에너지의 양을 조절하는 제어부 26을 포함한다.

본 발명의 특정 구현예에서 제어부 26는 시스템 16에 의해 구조 12로 공급되는 에너지의 양이 상이하고, 본 발명의 특정 구현예에서 제어부 26는 시스템 16에 의해 구조 12로 공급되는 에너지의 양을 선택하며, 본 발명의 특정 구현예에서 제어부 26는 시스템 16에 의해 구조 12로 공급되는 에너지의 양을 유지한다.

도 2A는 여기 시스템 16은 광원 18을 포함하는 본 발명의 구현예를 보여준다. 이러한 구현예에서, 구조 12는 광발광(photoluminescence) 효과를 통해 빛을 방출한다. 광원 18은 바람직하게 단색 광원, 예를 들어, 레이저 장치이다. 이러한 구현예에서, 시스템 10은 제어부 26를 포함하는 경우, 제어부 26은 소스 18로부터의 빛의 파장을 제어하는 회로를 포함한다.

도 2B는 여기 시스템 16을 포함하거나 전압원 20에 연결되는 본 발명의 구현 예를 보여준다. 이러한 구현예에서, 구조 12는 전계 발광(electroluminescence) 효과를 통해 광을 방출한다. 소스 20가 전극 22에 의해 전계(electric field)를 생성할 수 있다. 표시의 명확성을 위하여, 전압원 20은 전극 22 중 하나만 연결된 것으로 도시되어 있으나, 당업자라면 하나 이상의 전극이 소스 20에 연결될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 발명의 특정 구현예에서, 전극 22은 케이스 구조 12가 주입 발광을 통해 광을 방출하는 구조 12에 대하여 정공 및 전자를 주입한다. 이러한 구현예에서, 시스템 10이 제어부 26를 포함하는 경우, 제어부 26는 20에 의해 공급된 전압을 제어하는 회로를 포함한다.

구조 12가 전계를 통해 빛을 방출하는 구현예 및 구조 12가 주입 발광을 통해 빛을 방출하는 구현예 간의 차이점은 그중 전극 22가 제작되는 물질 및/또는 소스 20의 전압 수준이다. 주입 발광을 통해 광을 생성하기 위하여, 전극 22은 바람직하게는 하나의 전극은 전자를 주입하고, 다른 전극은 정공을 주입(또는 등가적으로 전자를 수신)하는 상이한 일 함수를 갖는 재료로 만들어진다. 상기 구현예에서, 생성된 전계는 고강도일 필요가 없으므로, 전압원은 상대적으로 저전압일 수 있다. 전계를 통해 빛을 생성하기 위하여, 효과는 충분히 높은 전계의 적용을 통해 주로 달성되며, 케이스 전극은 동일한 재료로 제조될 수 있다.

도 2C는 여기 시스템 16이 열원 24을 포함하는 본 발명의 구현예를 보여준다. 이러한 구현예에서, 구조 12는 열발광(thermoluminescence) 효과를 통해 광을 방출한다. 바람직하게는, 상기 구현예의 구조 12는 열원 24와 함께 이들의 전기 통신이 가능하게 하는 상술한 열 전도성 이물질을 포함한다. 이러한 구현예에서, 시스템 10이 제어부 26을 포함하는 경우, 제어부 26은 소스 24에 의해 제공되는 열의 양을 조절하는 회로를 포함한다.

본 발명의 다양한 예시적인 구현예에서 구조 12는 임의의 물질로 제조될 수 있는 기판 14 상에 증착되어, 광을 방출하는 구조에 의해 발광 효과를 실시한다.

예를 들어, 구조 12가 광발광 효과를 통해 광을 방출하는 경우, 기판 14는 유리, 석영 또는 폴리머 물질과 같은 임의의 물질로 제조될 수 있다. 이러한 구현예에서, 기판은 광원 18에 의해 생성된 빛을 반사시키는 물질로 제조되거나, 코팅될 수 있다. 이러한 구성은 광-여기를 강화시킬 수 있다.

구조 12가 전계발광 또는 주입 발광 효과를 통해 광을 방출하는 경우, 기판 14는 전기 전도성 물질로 제조될 수 있고, 상기 케이스 기판 14은 하나의 전극 22으로서 역할을 한다. 대안적으로, 전극 22는 기판 14 상에 직접 증착될 수 있고, 상기 기판 14는 바람직하게는 전기적 절연 물질로 제조된다.

구조 12가 열발광 효과를 통해 광을 방출하는 경우, 기판 14는 바람직하게는 열 전도성 물질로 제조되어 열원 24로부터 구조 12로 열을 전도한다.

도 12는 본 발명의 다양한 예시적인 구현예에 따른 유틸리티 시스템 40의 개략도이다. 유틸리티 시스템 40이 이용되는 용도에 따라 유틸리티 시스템 40은 시스템 10 및 다양한 다른 구성요소들을 포함한다. 특정 구현예에서, 유틸리티 시스템 40은 레이저 시스템이며, 특정 구현예에서, 유틸리티 시스템 40은 활성화 OLED 디스플레이 층이고, 특정 구현예에서, 유틸리티 시스템 40은 디스플레이용 백라이트 시스템이며, 특정 구현예에서, 유틸리티 시스템 40은 광 통신 시스템이고, 특정 구현예에서, 유틸리티 시스템 40은 광 시스템이며, 특정 구현예에서, 유틸리티 시스템 40은 광 커넥터이다. 이러한 유틸리티 시스템은 당업계에 공지되어 있으며, 당업자는 본 구현예의 발광 시스템 10을 이용한 이러한 시스템을 구축하는 방법을 알 수 있을 것이다.

도 13은 본 발명의 특정 구현예에 따른 OLED 130의 보다 상세한 도면이다. OLED 130는 예를 들어 두 전극, 플랫 시트인 광 투과성 기판 136 상에 형성된 음극 132와 광 투과성 양극 134 사이에 배치된 유기 방사선 발광 층 138을 포함한다. 유기 방사선 발광 층 138은 선택적으로 바람직하게 상술한 여기성 유기 구조 12를 포함한다. 층 138은 양극과 음극을 가로지르는 전압의 적용시에 광을 방출한다. 전압원 V로부터 전압을 적용시, 전자가 직접 음극 132에서 층 138에 주입되고, 정공은 직접 양극 134에서 층 138으로 주입된다. 이들이 결합하여 여기된 분자 또는 여기자(exciton)를 형성할 때까지 전자 및 정공이 층 138을 통하여 통과한다. 이들이 붕괴될 때 여기된 분자 또는 여기자는 광 방사선을 방출한다. 따라서, OLED 130은 방사선 발광 층으로의 전자 및 정공 직접 주입으로 인해 전자-정공 재결합에 의하여 방사선(도 13의 화살표로 도시)을 방출한다.

도 14는 광 변환이 이용되는 구현예에서의 발광 시스템 140의 개략도이다. 시스템 140은 광원 142 및 광발광 물질의 층 144을 포함한다. 광원 142 및 광발광 층 144 중 최소 하나는 본 구현예의 PNA-기반 구조를 포함한다. 예를 들어, 본 발명의 특정 구현예에서, 광원 142은 무기 발광 다이오드(LED)일 수 있는 시스템 10 또는 OLED 130과 유사할 수 있다. 또한, 광원 142은 무기 발광 다이오드(LED)일 수 있다. 본 발명의 특정 구현예에서, 광발광 층 144는 본 명세서에 기재된 PNA-기반 구조를 포함하고, 본 발명의 특정 구현예에서, 광발광 층 144는 하나 이상의 다른 광발광 물질을 포함한다.

본 명세서에서 사용되는 광발광 재료는 화학 발광, 형광 및 인광으로 이루어진 군에서 선택되는 임의의 메커니즘을 통해 광을 방출하는 물질이다.

광발광 층 144은 층 142로부터 상이한 파장으로 방출된 광의 일부를 변환하기 위하여 층 142 위에 배치된다. 본 발명의 다양한 예시적인 구현예에서 층 144의 밀도 및/또는 두께는 선택적으로 바람직하게는 층 142로부터의 광의 일부가 광발광 물질에 의해 변환되고, 층 142로부터의 광의 나머지가 광발광 물질과 상호작용하지 않고 변환되지 않는 것으로 선택된다. 변환되지 않은 광은 변환된 광과 혼합되어 층 142 및 144의 각 발광 스펙트럼보다 넓은 스펙트럼의 실질적인 출력광을 형성한다. 예를 들어, 출력광은 실질적으로 백색일 수 있다.

도 15는 본 발명의 특정 구현예에 따른 디스플레이 시스템 150의 개략도이다. 시스템 150은 OLED 디스플레이로서 역할을 할 수 있고, 또한, 선택적으로 터치 스크린의 반사를 위한 광원으로 역할을 할 수 있다. 시스템 150은 그리드 154 위에 어드레서 위치에 배치된 다수의 발광 시스템 152를 포함할 수 있다. 각 발광 시스템 152은 선택적으로 바람직하게는 예컨대, 시스템 10에 대하여 상술한 본 명세서에 기재된 PNA-기반 구조를 포함한다. 각 발광 시스템 152은 활성화 디스플레이의 기술 분야에 공지된 바와 같이, 디스플레이 150에 픽셀에 대응한다. 또한, 시스템 150은 제어부 156 및 하나 이상의 전압원 158을 포함한다. 제어부 156는 각 발광 시스템에 대한 소스 158에 의해 생성된 전압을 분배하도록 구성되는 회로를 포함한다. 본 발명의 다양한 예시적인 구현예에서 제어부 156는 각 시스템 152에 대하여개별적으로 전압 수준을 선택하여, 최소 2 개의 발광 시스템이 이에 적용된 상이한 전압 수준에 응답하여, 상이한 색상의 광을 방출한다. 사용시, 제어부 156는 데이터의 외부 소스로부터 이미지 데이터를 수신하고(미도시), 시스템 152 사이의 전압을 분배하여 이미지 데이터에 해당하는 이미지를 형성한다.

본 명세서에 기재된 PNA-유래 정렬된 구조의 추가적인 적용(예를 들어, 제품 및 장치), 및/또는 이를 포함하는 조성물은 예를 들어, 참고로서 포함되는 Achim et al., "Peptide Nucleic Acids" in Wiley Encyclopedia of Chemical Biology, 2008, pp. 1-10, 및 Bonifazi et al., Artificial DNA: PNA & XNA 3:3, 112-122, July-December 2012에 완전히 기재된 것처럼 개시된다.

예를 들어, 본 명세서에 기재된 물질의 조성물은 핵산의 정제를 위한 제품 내에서 사용될 수 있고; 자기, 반도체 또는 전도체 물질을 포함하는 조성물을 이용하여 해당 제품(예를 들어, 자기 또는 전기 제품)을 구성할 수 있으며, 금속 리간드를 포함하는 조성물을 이용하여 금속과 연관된 다양한 기술에 사용하기 위한 금속 장치를 형성할 수 있다. 이러한 적용으로부터 성숙된 특허의 기간 동안 많은 관련 변형 PNA 및/또는 핵염기 유사체가 개발될 것이며, 용어 "PNA" 및 "핵염기"의 범위는 이러한 모든 새로운 기술을 선험적으로 포함하도록 의도된다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "약"은 ±10%를 지칭한다.

용어 "포함한다", "포함하는", "갖는" 및 이의 복합체는 "를 포함하나, 이에 한정되지 않음"을 의미한다.

용어 "구성된"은 "포함하며 이에 한정됨"을 의미한다.

용어 "본질적으로 구성된"은 추가적인 성분, 단계 및/또는 부분이 청구된 조성물, 방법 및 구조의 기본적이고 신규한 특성을 실질적으로 변경시키지 않는 경우에만 본 조성물, 방법 또는 구조는 추가 성분, 단계 및/또는 부분을 포함할 수 있다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한 복수의 참조를 포함한다. 예를 들어, 용어 "화합물" 또는 "최소 하나의 화합물"은 이들의 혼합물을 포함하는 복수의 화합물을 포함 할 수 있다.

본 명세서 전반에 걸쳐, 본 발명의 다양한 구현예는 다양한 형태로 제공될 수 있다. 이것은 다양한 범위 형식의 설명은 단지 편의 및 간결성을 위한 것이며 본 발명의 범위에 대하여 변경할 수 없는 제한으로 해석되어서는 안된다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 범위의 설명은 그 범위 내의 모든 가능한 하위 범위뿐만 아니라 개별 수치는 구체적으로 개시된 것으로 간주되어야 한다. 예를 들어, 1 내지 6과 같은 범위의 설명은 1 내지 3, 1 내지 4, 1 내지 5, 2 내지 4, 2 내지 6, 3 내지 6 등과 같이 구체적으로 개시된 하위 범위뿐만 아니라 그 범위 내에서, 개별 숫자, 예를 들면, 1, 2, 3, 4, 5, 6을 갖는 것으로 고려되어야 한다. 이는 범위의 폭에 상관없이 적용된다.

수치 범위가 본 명세서에 지시될 때마다, 그것은 지정된 범위 내 임의의 인용된 숫자(분수 또는 정수)를 포함하는 것을 의미한다. 어구 "범위/사이의 범위" 첫번째 지시 숫자 및 두번째 지시 숫자 및 "범위/로부터 범위" 첫번째 지시 숫자 "에서(to)" 두번째 지시 숫자는 본 명세서에서 상호교환적으로 사용되고, 첫번째와 두번째 지시 숫자 및 이들 사이의 분수 또는 정수 숫자 모두를 포함하는 것을 의미한다.

명세서 전체에서, 어구 "연결 모이어티(linking moiety)"는 이들의 두 개 이상의 원자를 통해 화합물의 다른 부분에 부착된 기(치환체)를 설명한다. 이의 하나의 원자를 통한 화합물 내 다른 모이어티에 부착하는 치환체로부터 연결된 기를 차별화하기 위해, 후자를 본 명세서에서 "말단기(end group)"로 지칭하고 전역한다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "아민(amine)"은 -NR'R"기, 및 -NR'-기 모두를 의미하고, 상기 R' 및 R"은 이하에 정의된 바와 같이, 각각 독립적으로 수소, 알킬, 사이클로알킬, 아릴이다.

따라서, 아민 기는 R' 및 R" 모두 수소인 경우 일차 아민, R'은 수소이고 R"은 알킬, 사이클로알킬 또는 아릴인 경우 이차 아민, 또는 각 R' 및 R"이 독립적으로 알킬, 사이클로알킬 또는 아릴인 경우 삼차 아민일 수 있다.

대안적으로, R' 및 R"는 각각 독립적으로 히드록시알킬, 트리할로알킬, 사이클로알킬, 알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 헤테로알리사이클릭 아민, 할라이드, 설포네이트, 술폭시드, 포스포네이트, 히드록시, 알콕시, 아릴옥시, 티오히드록시, 티오아릴옥시, 시아노, 니트로, 아조, 술폰아미드, 카르보닐, C-카르복시레이트, O-카르복시레이트, N-티오카바메이트, O-티오카바메이트, 우레아, 티오 우레아, N-카바메이트, O-카바메이트, C-아미드, N-아미드, 구아닐, 구아니딘 및 히드라진일 수 있다.

용어 "아민(amine)"은 본 명세서에서 이하 정의된 바와 같이 아민이 말단기인 경우 -NR'R" 기를 설명하는 데 이용되며, 아민이 연결 기인 경우 -NR'-기를 설명하는데 사용된다.

용어 "알킬(alkyl)"은 직쇄 및 분쇄 기를 포함하는 포화 지방족 탄화수소를 설명한다. 용어 "알킬렌(alkylene)"은 알킬 연결기를 설명한다. 바람직하게는, 알킬기는 1 내지 20 개의 탄소 원자를 갖는다. 수치 범위; 예컨대, "1-20"로 본 명세서에 언급되는 경우, 이러한 알킬기는 1 개 탄소원자, 2 개 탄소원자, 3 개 탄소원자 등, 이상 및 20 개 탄소원자까지 포함하여 함유할 수 있다는 것을 의미한다. 보다 바람직하게는, 알킬은 1 내지 10 개의 탄소 원자를 갖는 중간 크기의 알킬이다. 달리 언급하지 않는 한, 가장 바람직하게는 알킬은 탄소원자 1 내지 4를 갖는 저급 알킬이다. 알킬기는 치환되거나 비치환될 수 있다. 치환된 알킬은 하나 이상의 치환체를 가질 수 있고, 이에 따라 각 치환기는 독립적으로 예를 들면, 히드록시알킬, 트리할로알킬, 사이클로알킬, 알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 헤테로알리사이클릭 아민, 할라이드, 설포네이트, 술폭시드, 포스포네이트, 히드록시, 알콕시, 아릴옥시, 티오히드록시, 티오아릴옥시, 시아노, 니트로, 아조, 술폰아미드, 카르보닐, C-카르복시레이트, O-카르복시레이트, N-티오카바메이트, O-티오카바메이트, 우레아, 티오 우레아, N-카바메이트, O-카바메이트, C-아미드, N-아미드, 구아닐, 구아니딘 및 히드라진일 수 있다.

이 어구는 상기 정의된 바와 같이, 알킬기는 말단기일 수 있고, 이 어구는 상기 정의된 바와 같이, 단일 인접 원자 또는 연결기에 결합하고, 그의 쇄에 있는 최소 2 개의 탄소를 통하여 두 개 이상의 모이어티를 연결하고 알킬렌으로 지칭된다.

용어 "사이클로알킬(cycloalkyl)" 또는 "알리사이클릭(alicyclic)"은 하나 이상의 고리가 완벽한 공유 파이-전자 시스템을 가지고 있지 않는 경우 모든-탄소 모노사이클릭 또는 융합 고리(즉, 탄소 원자의 인접 쌍을 공유하는 고리)기를 설명한다. 사이클로알킬기는 치환되거나 비치환될 수 있다. 치환된 사이클로알킬은 하나 이상의 치환체를 가질 수 있고, 이에 따라 각 치환기는 독립적으로 예를 들면, 히드록시알킬, 트리할로알킬, 사이클로알킬, 알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 헤테로알리사이클릭 아민, 할라이드, 설포네이트, 술폭시드, 포스포네이트, 히드록시, 알콕시, 아릴옥시, 티오히드록시, 티오아릴옥시, 시아노, 니트로, 아조, 술폰아미드, 카르보닐, C-카르복시레이트, O-카르복시레이트, N-티오카바메이트, O-티오카바메이트, 우레아, 티오 우레아, N-카바메이트, O-카바메이트, C-아미드, N-아미드, 구아닐, 구아니딘 및 히드라진일 수 있다. 이 어구는 상기 정의된 바와 같이, 사이클로알킬기는 말단기일 수 있고, 이 어구는 상기 정의된 바와 같이, 단일 인접 원자 또는 연결기에 결합하고, 이는 2 개 이상의 모이어티를 그의 2개 이상의 위치에 연결시킨다.

용어 "헤테로알리사이클릭(heteroalicyclic)"은 질소, 산소 및 황과 같은 하나 이상의 원자를 고리 내에 갖는 모노사이클릭 또는 융합 고리기를 설명한다. 또한, 이 고리는 하나 이상의 이중 결합을 가질 수 있다. 그러나, 고리는 완벽한 공유 파이-전자 시스템을 갖지 않는다. 헤테로알리사이클릭은 치환되거나 비치환될 수 있다. 치환된 알리사이클릭은 하나 이상의 치환체를 가질 수 있고, 이에 따라 각 치환기는 독립적으로 예를 들면, 히드록시알킬, 트리할로알킬, 사이클로알킬, 알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 헤테로알리사이클릭 아민, 할라이드, 설포네이트, 술폭시드, 포스포네이트, 히드록시, 알콕시, 아릴옥시, 티오히드록시, 티오아릴옥시, 시아노, 니트로, 아조, 술폰아미드, 카르보닐, C-카르복시레이트, O-카르복시레이트, N-티오카바메이트, O-티오카바메이트, 우레아, 티오 우레아, N-카바메이트, O-카바메이트, C-아미드, N-아미드, 구아닐, 구아니딘 및 히드라진일 수 있다. 이 어구는 상기 정의된 바와 같이, 헤테로알리사이클릭기는 말단기일 수 있고, 이 어구는 상기 정의된 바와 같이, 단일 인접 원자 또는 연결기에 결합하고, 이는 2 개 이상의 모이어티를 그의 2개 이상의 위치에 연결시킨다. 대표적인 예는 피페리딘, 피페라진, 테트라하이드로퓨란, 테트라하이드로피란, 모르폴리노 등이다.

용어 "아릴(aryl)"은 완벽한 공유 파이-전자 시스템을 갖는 모든-탄소 모노사이클릭 또는 융합-고리 폴리사이클릭(즉, 탄소 원자의 인접 쌍을 공유하는 고리)기를 설명한다. 아릴기는 치환되거나 비치환될 수 있다. 치환된 아릴은 하나 이상의 치환체를 가질 수 있고, 이에 따라 각 치환기는 독립적으로 예를 들면, 히드록시알킬, 트리할로알킬, 사이클로알킬, 알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 헤테로알리사이클릭 아민, 할라이드, 설포네이트, 술폭시드, 포스포네이트, 히드록시, 알콕시, 아릴옥시, 티오히드록시, 티오아릴옥시, 시아노, 니트로, 아조, 술폰아미드, 카르보닐, C-카르복시레이트, O-카르복시레이트, N-티오카바메이트, O-티오카바메이트, 우레아, 티오 우레아, N-카바메이트, O-카바메이트, C-아미드, N-아미드, 구아닐, 구아니딘 및 히드라진일 수 있다. 이 어구는 상기 정의된 바와 같이, 아릴기는 말단기일 수 있고, 이 어구는 상기 정의된 바와 같이, 단일 인접 원자 또는 연결기에 결합하고, 이는 2 개 이상의 모이어티를 그의 2개 이상의 위치에 연결시킨다.

용어 "헤테로아릴(heteroaryl)"은 질소, 산소 및 황과 같은 하나 이상의 원자를 고리 내에 갖고, 또한, 완벽한 공유 파이-전자 시스템을 갖는 모노사이클릭 또는 융합 고리(즉, 원자의 인접 쌍을 공유하는 고리)기를 설명한다. 예를 들면, 헤테로 아릴기는 피롤, 퓨란, 티오펜, 이미다졸, 옥사졸, 티아졸, 피라졸, 피리딘, 피리 미딘, 퀴놀린, 이소퀴놀린 및 퓨린을 포함하나, 이에 한정되지 않는다. 헤테로아릴기는 치환되거나 비치환될 수 있다. 치환된 헤테로아릴은 하나 이상의 치환체를 가질 수 있고, 이에 따라 각 치환기는 독립적으로 예를 들면, 히드록시알킬, 트리할로알킬, 사이클로알킬, 알케닐, 알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 헤테로알리사이클릭 아민, 할라이드, 설포네이트, 술폭시드, 포스포네이트, 히드록시, 알콕시, 아릴옥시, 티오히드록시, 티오아릴옥시, 시아노, 니트로, 아조, 술폰아미드, 카르보닐, C-카르복시레이트, O-카르복시레이트, N-티오카바메이트, O-티오카바메이트, 우레아, 티오 우레아, N-카바메이트, O-카바메이트, C-아미드, N-아미드, 구아닐, 구아니딘 및 히드라진일 수 있다. 이 어구는 상기 정의된 바와 같이, 헤테로아릴기는 말단기일 수 있고, 이 어구는 상기 정의된 바와 같이, 단일 인접 원자 또는 연결기에 결합하고, 이는 2 개 이상의 모이어티를 그의 2개 이상의 위치에 연결시킨다. 대표적인 예는 피리딘, 피롤, 옥사졸, 인돌, 퓨린 등이다.

용어 "아민-옥사이드(amine-oxide)"은 R' 및 R"가 본 명세서에 정의된 바와 같은 경우 -N(OR')(R") 또는 -N(OR')-기를 설명한다. 상기 용어는 상기 정의된 바와 같이, 아민-옥사이드가 말단기인 경우 -N(OR')(R")기를 의미하고, 상기 정의된 바와 같이, 아민-옥심이 말단기인 경우 -N(OR')-기를 의미한다.

용어 "할리드(halide)"및 "할로(halo)"는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드를 설명한다.

용어 "할로알킬(haloalkyl)"은 추가적으로 하나 이상의 할리드로 치환된 상기 정의된 바와 같은 알킬기를 설명한다.

용어 "설페이트(sulfate)"는 이 용어가 이하 정의된 바와 같이, -O-S(=O)₂-OR' 말단기를 설명하거나, R'이 상기와 같이 정의된 경우 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이 -O-S(=O)₂-O- 연결기를 설명한다.

용어 "티오설페이트(thiosulfate)"는 R'이 상기와 같이 정의된 경우 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, -O-S(=S)(=O)-OR' 말단기 또는 -O-S(=S)(=O)-O- 연결기를 설명한다.

용어 "설파이트(sulfite)"는 R'이 상기와 같이 정의된 경우 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, -O-S(=O)-O-R' 말단기 또는 -O-S(=O)-O- 연결기를 설명한다.

용어 "티오설파이트(thiosulfite)"는 R'이 상기와 같이 정의된 경우 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, -O-S(=S)-O-R' 말단기 또는 -O-S(=S)-O- 연결기를 설명한다.

용어 "설피네이트(sulfinate)"는 R'이 상기와 같이 정의된 경우 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, -S(=O)-OR' 말단기 또는 -S(=O)-O- 연결기를 설명한다.

용어 "설폭사이드(sulfoxide)"또는 "설피닐(sulfinyl)"은 R'이 상기와 같이 정의된 경우 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, -S(=O)R' 말단기 또는 -S(=O)- 연결기를 설명한다.

용어 "설포네이트(sulfonate)"는 R'이 상기와 같이 정의된 경우 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, -S(=O)₂-R' 말단기 또는 -S(=O)₂- 연결기를 설명한다.

용어 "S-술폰아미드(sulfonamide)"는 R' 및 R"가 본 명세서에 정의된 경우 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, -S(=O)₂-NR'R" 말단기 또는 -S(=O)₂-NR'- 연결기를 설명한다.

용어 "N-술폰아미드(sulfonamide)"는 R' 및 R"가 본 명세서에 정의된 경우 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, R'S(=O)₂-NR" 말단기 또는 -S(=O)₂-NR'- 연결기를 설명한다.

용어 "디설파이드(disulfide)"는 R'이 본 명세서에 정의된 경우 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, -S-SR' 말단기 또는 -S-S- 연결기를 설명한다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "카르보닐(carbonyl)" 또는 "카르보네이트(carbonate)"는 본 명세서에 정의된 R'과 함께, 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, -C(=O)-R' 말단기 또는 -C(=O)- 연결기를 설명한다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "티오카르보닐(thiocarbonyl)"은 본 명세서에 정의된 R'과 함께, 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, -C(=S)-R' 말단기 또는 -C(=S)- 연결기를 설명한다.

용어 "옥심(oxime)"은 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, =N-OH 말단기 또는 =N-O- 연결기를 설명한다.

용어 "히드록시(hydroxyl)"는 -OH 기를 설명한다.

용어 "알콕시(alkoxy)"는 본 명세서에 정의된 바와 같이 -O-알킬 및 -O-사이클로알킬기 모두를 설명한다.

용어 "아릴옥시(aryloxy)"는 본 명세서에 정의된 바와 같이 -O-아릴 및 -O-헤테로아릴기 모두를 설명한다.

용어 "티오히드록시(thiohydroxy)"는 -SH기를 설명한다.

용어 "티오알콕시(thioalkoxy)"는 본 명세서에 정의된 바와 같이 -S-알킬기, 및 -S-사이클로알킬기 모두를 설명한다.

용어 "티오아릴옥시(thioaryloxy)"는 본 명세서에 정의된 바와 같이 -S-아릴 및 -S 헤테로아릴기 모두를 설명한다.

용어 "시아노(cyano)"는 -C≡N 기를 설명한다.

용어 "이소시아네이트(isocyanate)"는 -N=C=O 기를 설명한다.

용어 "니트로(nitro)"는 -NO₂ 기를 설명한다.

용어 "아실 할리드(acyl halide)"는 상기 정의된 바와 같이 R""가 할리드인 경우 -(C=O)R""기를 설명한다.

용어 "아조(azo)" 또는 "디아조(diazo)"는 상기 정의된 R'과 함께, 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, -N=NR' 말단기 또는 -N=N- 연결기를 설명한다.

용어 "퍼옥소(peroxo)"는 상기 정의된 R'과 함께, 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, -O-OR' 말단기 또는 -O-O- 연결기를 설명한다.

용어 "C-카르복실레이트(carboxylate)"는 R'이 본 명세서에 정의된 경우 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, -C(=O)-OR' 말단기 또는 -C(=O)-O- 연결기를 설명한다.

용어 "O-카르복실레이트(carboxylate)"는 R'이 본 명세서에 정의된 경우 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, -OC(=O)R' 말단기 또는 -OC(=O)- 연결기를 설명한다.

용어 "C-티오카복실레이트(thiocarboxylate)"는 R'이 본 명세서에 정의된 경우 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, -C(=S)-OR' 말단기 또는 -C(=S)-O- 연결기를 설명한다.

용어 "O-티오카복실레이트(thiocarboxylate)"는 R'이 본 명세서에 정의된 경우 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, -OC(=S)R' 말단기 또는 -OC(=S)- 연결기를 설명한다.

용어 "N-카바메이트(carbamate)"는 본 명세서에 정의된 R' 및 R"과 함께, 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, R"OC(=O)-NR'- 말단기 또는 -OC(=O)-NR' 연결기를 설명한다.

용어 "O-카바메이트(carbamate)"는 본 명세서에 정의된 R' 및 R"과 함께, 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, OC(=O)-NR'R" 말단기 또는 -OC(=O)-NR'- 연결기를 설명한다.

용어 "O-티오카바메이트(thiocarbamate)"는 본 명세서에 정의된 R' 및 R"과 함께, 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, -OC(=S)-NR'R"- 말단기 또는 -OC(=S)-NR'- 연결기를 설명한다.

용어 "N-티오카바메이트(thiocarbamate)"는 본 명세서에 정의된 R' 및 R"과 함께, 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, R"OC(=S)-NR'- 말단기 또는 -OC(=S)NR'- 연결기를 설명한다.

용어 "S-디티오카바메이트(thiocarbamate)"는 본 명세서에 정의된 R' 및 R"과 함께, 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, -SC(=S)-NR'R" 말단기 또는 -SC(=S)NR'- 연결기를 설명한다.

용어 "N-디티오카바메이트(thiocarbamate)"는 본 명세서에 정의된 R' 및 R"과 함께, 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, R"SC(=S)NR'- 말단기 또는 -SC(=S)NR'- 연결기를 설명한다.

"우레이도(ureido)"로 지칭되는 용어 "우레아(urea)"는 R' 및 R"가 본 명세서에 정의되고 R'"가 R' 및 R"에 대하여 본 명세서에 정의된 경우, 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, -NR'C(=O)-N"R'" 말단기 또는 -NR'C(=O)-N"- 연결기를 설명한다.

"티오우레이도(thioureido)"로 지칭되는 용어 "티오우레아(thiourea)"는, 본 명세서에 정의된 R', R" 및 R'"과 함께, 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, -NR'-C(=S)-N"R'" 말단기 또는 -NR'-C(=S)-NR"- 연결기를 설명한다.

용어 "C-아미드(amide)"는 R' 및 R"가 본 명세서에 정의된 경우 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, -C(=O)-NR'R" 말단기 또는 -C(=O)-NR'- 연결기를 설명한다.

용어 "N-아미드(amide)"는 R' 및 R"가 본 명세서에 정의된 경우 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, R'C(=O)-NR" 말단기 또는 R'C(=O)-N- 연결기를 설명한다.

용어 "구아닐(guanyl)"은 R' 및 R"가 본 명세서에 정의된 경우 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, R'R"NC(=N)- 말단기 또는 R'NC(=N)- 연결기를 설명한다.

용어 "구아니딘(guanidine)"은 R', R" 및 R'"가 본 명세서에 정의된 경우 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, -R'NC(=N)-NR"R'" 말단기 또는 -R'NC(=N)-NR"- 연결기를 설명한다.

용어 "히드라진(hydrazine)"은 본 명세서에 정의된 R', R" 및 R'"와 함께, 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, -NR'-NR"R'" 말단기 또는 -NR'-NR"- 연결기를 설명한다.

본 명세서에서 사용된 용어 "히드라지드(hydrazide)"은 R', R" 및 R'"이 본 명세서에 정의된 경우 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, -C(=O)-NR'-NR"R'" 말단기 또는 -C(=O)-NR'-NR"- 연결기를 설명한다.

본 명세서에서 사용된 용어 "티오히드라지드(thiohydrazide)"은 R', R" 및 R'"이 본 명세서에 정의된 경우 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, -C(=S)-NR'-NR"R'" 말단기 또는 -C(=S)-NR'-NR"- 연결기를 설명한다.

본 명세서에서 사용된 용어 "메틸렌아민(methyleneamine)"은 R', R" 및 R'"이 본 명세서에 정의된 경우 이러한 문구는 상기 정의된 바와 같이, -NR'-CH₂-CH=CR"R'" 말단기 또는 -NR'-CH₂-CH=CR"- 연결기를 설명한다.

별개의 구현예의 맥락에 있어 설명의 명확성을 위해, 본 발명의 특정 특징은, 또한 단일 구현예의 조합으로 제공될 수 있음을 이해해야 한다. 반면, 단일 구현예의 맥락에서 있어 설명의 간략화를 위해, 본 발명의 다양한 특징은 또한 개별적으로 또는 임의의 적절한 하위 조합으로 또는 본 발명의 기재된 임의의 다른 구현예에 적합하게 제공될 수 있다. 구현예가 이러한 요소 없이 작용하지 않는 한, 다양한 구현예의 맥락에서 설명된 특정 기능은, 해당 구현예의 본질적인 특성을 고려해서는 안된다.

상술한 다양한 구현예 및 본 발명의 양태 및 이하 청구된 청구 범위는 하기 실시예에서 실험적 근거를 찾는다.

실시예

참조는 비제한적인 방식으로 본 발명의 특정 구현예들을 설명하는 하기 실시예로 이루어진다.

재료 및 실험 방법

재료:

Fmoc-프로텍티드(protected) PNA 모노머(monomer)는 Polyorg (Leominster, MA)으로부터 구입하였다.

Fmoc-프로텍티드 PAL-PEG-PS 수지(resin)는 Life Technologies (Carlsbad, CA)로부터 구입하였다.

합성 과정에 이용된 모든 용매들(peptide grade)은 공지된 벤더(e.g., Bio-Lab (Jerusalem, Israel)로부터 구입하였다.

모든 결정화 용액(crystallization solutions) 및 장비들은 Hampton Research (Aliso Viejo, CA)로부터 구입하였다.

PNA 합성(일반):

하기 실시예 1에 기재된 바와 같이 기본 고상(solid-phase) 프로토콜을 이용하여 PNA 다이머(dimers (di-PNAs)를 합성하였다.

이후 이동상으로서 아세토니트릴 99.9% 중 TFA 0.1%를 사용하여 C₈-컬럼이 장착된 얼티메이트 3000기기를 이용하여 역상(reversed-phase) HPLC(high performance liquid chromatography)로 조생산물(crude product)을 정제하였다. 상기 생산물을 ESI-TOF-MS(electrospray ionization time-of-flight mass　spectrometry)[on Waters - Q-Tof micro Mass Spectrometer]로 확인하였다.

전자현미경:

동결건조된 PNA 분말을 50 mg/㎖의 농도로, 예를 들어 0.1 M 바이신(bicine) 버퍼 pH 9.0에 용해시켜서 각각의 자기-조립 구조체를 형성시킨다. 이후 용액을 10 mg/㎖의 최종 농도로 ddH₂O로 희석하였다. 자기 조립 구조체 분취액 10 ㎕을 현미경 유리 커버 슬립 상에서 실온 건조시킨 후, 크롬으로 코팅하였다. 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지는 10 kV에서 작동하는 JEOL JSM 6700F FE-SEM을 이용하여 촬영하였다.

TEM 측정은 80 kV에서 작동하는 JEOL JEM-1200EX로 실시하였다.

광학 현미경:

광학 현미경은 Meiji ML8100 광학 현미경을 사용하여 실시하였다.

결정화 및 X 선 회절 분석 :

di-PNAS를 형성하는 구조체는 백 개 이상의 사전-제형된(pre-formulated) 결정화 용액을 사용하여 린브로(Linbro) 플레이트의 실리콘 처리된 유리 커버 슬립 상에서 현적증기 확산법(hanging-drop vapor-diffusion method)을 사용하는 결정화 조건으로 스크리닝하였다. 모든 결정화 실험은 온도-조절실에서 293 K로 실시하였다. 5 일 후, 무색 침상(needle-like) 결정들은 0.1 M 바이신 pH 9.0, 2 % v/v 1,4-디옥산, 10 % w/v PEG 20,000 중 GC로 나타났다.

마운팅전에, 결정들을 1 분 동안 동결-보호(cryo-protecting) 용액(16 % ㅇ에틸렌 글리콜, 18 % 수크로즈, 16 % 글리세롤, 결정화 리저버 용액과 1:1 비율로 혼합된 4 % 수크로즈 포함)에 침지하였다. 결정들을 루프 상에 마운팅하고 싱크로트론 전달을 위하여 액체 질소에 급속냉동시켰다.

데이터를 필라투스 6M-F 검출기 및 0.80 Å의 파장을 사용하는 ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) 빔라인 ID29로 측정하였다. 데이터의 360°의 전체 영역은 0.95 Å의 해상도로 1°프레임으로 수집하였다. 데이터는 EDNA [Incardona, M. F. et al. J. Synchrotron Radiat . 16, 872-879 (2009)]를 이용하여 자동으로 처리되었다. 동일한 결정상의 서로 다른 위치에서 수집된 두 개의 데이터 세트는 XPREP에 병합되었다.

상기 구조체를 SHELXS에 직접 방법으로 용해시켰다. SHELXL-97의 정제는, 모든 데이터를 사용하여 |F2|에 대한 풀-매트릭스 최소-제곱으로 가중치가 주어졌다. 정제의 마지막 단계에서, 큰 공극과 남아있는 무질서 용매 분자때문에 SQUEEZE　[Spek, A. L. Acta Crystallogr . D. Biol . Crystallogr . 65, 148-155 (2009)]를 이용하였다.

원자들은 각각 정제하고, 비-용매 원자들은 라이딩 모드에서 산출된 위치에 배치되어 정제된 수소 원자를 제외한 이방성으로 정제하였다.

결정 데이타 수집 및 정제 파라미터는 하기 표 1과 같다.

분광학 측정:

도 8b에 설명된 바와 같이, 발광 스펙트럼은 다양한 여기(excitation) 파장에서 호리바 Horiba Jobin Yvon FL3-11 분광계에서 측정하였다. 방출은 25℃에서 350 및 600 nm 사이에서 기록되었다. 방출(emission) 및 여기(excitation) 슬릿은 2.5 nm에서 설정했다.

측정은 완충액에 자기-조립 di-PNA 구조체 5 ㎎/㎖을 함유한 1cm 직사각형 석영 큐벳에서 실시하였다. 모든 스펙트럼을 정규화하여 발광 최대와 최소가 동일하도록 하였다.

형광 이미징 :

자기-조립 di-PNA 구조체 5 ㎎/㎖의 신규 용액을 제조하여, 10 ㎕을 유리 슬라이드 상에 증착하고, 커버 슬립으로 덮었다. 도 8a에 기재된 바와 같이, 이미지를 5 종의 상이한 여기/방출 필터를 사용하여 획득하였다.

실시예 1

PNA 합성

PNA 다이머(di-PNA 빌딩 블록)를 표준 고상 프로토콜을 사용하여 합성하였다.

예시적인 프로토콜에서, 수동 합성을 Fmoc-PAL-PEG-PS 수지)상에서 실시하였다. 수지를 2 시간 동안 DMF(Biolab)로 교반하여 팽윤시킨 후 여과하였다.

15 분 동안 DMF 중 20 % 피페리딘(Sigma)로 2 회 교반하여 절단을 실시한 후 여과하였다. 수지를 DMF로 2 분 동안 7 회 세척하였다. 카이저 테스트[Kaiser et al. Analytical biochemistry, 1970. 34(2): p. 595 [45]에 의해 Fmoc 그룹의 제거가 확인되었다. 필요한 경우 공정을 반복하였다.

HBTU 2.5 당량의 존재하에, 원하는 Fmoc/Bhoc 프로텍티드 PNA 단량체(Polyorg INC.), 2.5 당량(equivalent)을 DMF 및 DIEA(Sigma) 혼합물, 7.5 당량에 용해시키고, 수지 2.5 당량을 첨가하였다. 커플링(coupling) 혼합물을 2 시간 동안 교반하였다. 커플링은 카이저 테스트(상기 문헌)에 의해 확인되었다. 필요한 경우, 공정을 반복하였다.

원하는 PNA 서열과 함께 로딩된 수지를 DCM (Biolab) 및 메탄올 (Biolab)로 세척한 후 진공하에서 건조시켰다. 수지로부터의 PNA의 절단(Cleavage) 및 탈보호(deprotection)를 TFA (Sigma) 중 20 % m-크레졸 (Acros)로 실시하였다. 탈보호 혼합물을 10 분 동안 얼음에 유지시킨 후 90 분 동안 실온에서 교반하였다.

액체 혼합물을 여과하여 수지로부터 분리하고, 질소 기류 하에서 증발시켰다. 냉 디에틸 에테르(Biolab)를 잔여물에 첨가하고, 상기 혼합물을 4,000 rpm으로 2 분간 원심 분리하였다. 유체를 제거하고 공정을 2 회 반복하였다.

침전물이 완전히 건조될 때까지 진공하에 유지한 후, 사용전까지 -20℃에서 보관하였다.

실시예 2

자기-조립 PNA 구조체의 형성

본 명세서 내 실시예 1에 기술된 바와 같이 모든 16 개의 가능한 di-PNA 상이한 조합은 고상 펩티드 합성법을 사용하여 합성하였다. 도 2A는 다른 조합을 제공하고(AA, AC, AG, AT, CA, CC, CG, CT, GA, GC, GG, GT, TA, TC, TG, TT), 상기에서 PNA는 이탤릭체로 표시하여 핵산으로부터 구별하였다.

16 개의 di-PNAS 각각을 서로 다른 용매, 농도 및 조건에서 용해시킴으로써 정렬된 구조를 형성하는 능력에 대해 분석하였다.

모든 절차는 실온에서, 5-100 ㎎/㎖의 PNA 농도 및 대부분의 경우 50 ㎎/㎖로 실시하였다.

테스트된 용매는 물, 에탄올, 메탄올, DMSO, DMF, HFIP, 탄산나트륨 완충액 (0.5M) 및 바이신(2-(비스(2-히드록시에틸)아미노)아세트산) 버퍼, 및 인산나트륨 완충액(0.1M; pH 9)을 포함하였다.

상기 용액들을 이용하여 SEM 및 TEM에 대한 샘플을, 선택적으로 상기 샘플에 물을 첨가하여 최종 농도 1-10 ㎎/㎖로 제조하였다.

자기-조립 구조체에서의 di - PNAS 의 효과:

정렬된 구조의 존재에 대해 샘플을 조사하였다.

염기성 pH(바이신 버퍼에 대하여 전형적으로 약 12; 및 9)를 갖는 용액을 이용하는 경우 정렬된 구조가 형성되었다.

테스트된 샘플의 일부에서, 폴리아민 수용액을 염기성 용액으로서 사용하였다. 이러한 용액은 형성된 구조체를 통해 염의 결정화를 방지할 수 있다.

이러한 용액의 실시예는 H₂O 중 1% 스퍼미딘(v/v)이다. 다른 예시적인 폴리아민은 퓨트레신, 디에틸렌아민 및 트리스(3-아미노프로필)아민)을 포함한다. 상기 모든 폴리아민의 수용액(1 %) 및 상기 바이신 버퍼로 정렬된 구조를 형성시켰다. 하기 다이머는 모든 테스트 용액에서 즉시 정렬된 구조를 형성하였다: 도 2B에 제시되어있는 화학 구조인 AG, CG, GA, GC, GG, GT. 따라서, TG를 제외하고, 핵염기 구아닌을 포함하는 모든 PNA 다이머는 정렬된 구조를 형성하였다.

SEM 측정에서 얻어진 자기-조립 구조체의 이미지는 도 3 및 도 4에 제시된다. 본 명세서에서 나타낼 수 있는 바와 같이, PNA 다이머의 핵염기의 종류와 위치에 따라 미소섬유 구조, 리보-형태 구조, 구형(임의로 클러스터), 스펀지-유사 다공성 구조, 시트-기반(선택적으로 접힌) 구조 및 프랙탈 구조를 포함하는 다양한 정렬된 구조들을 획득하였다.

보다 구체적으로는, 광 및 전자 현미경을 이용하는 용액의 검사는 GG를 위한 직경 2-3 미크론의 스페로이드(도 3c)뿐만 아니라 CG 및 GC PNA 다이머를 위한 긴 수십 미크론의 긴 섬유(도 3A-B)와 같은 마이크로-구조를 나타냈다. AG, GA, 및 GT의 PNA 다이머는 용액을 건조시킴에 따라 정렬된 구조를 형성하였다(도 4A-C 참조).

정렬된 구조가 형성된 모든 PNA 다이머는 구아닌(G) 핵염기가 포함되어 있다.

G-함유 PNA 올리고머의 이차 구조는 구아닌 염기의 탈양성자화(deprotonation)로 인해 알칼리 조건 하에서 변경될 수 있는 것으로 알려진 점을유의한다[Bohler ET AL. Nature 376, 578-581 (1995); Uhlmann et al. Angew . Chem. Int . Ed. 37, 2796-2823 (1998)]. 추가적으로 구아닌이 각종 천연 핵산 구조 조립체의 주요 성분으로 알려진 것을 유의한다. 구아닌에 풍부한 핵산 서열은 텔로미어 DNA의 주요 구조 모티프인 G-쿼드루플렉스(quadruplexes)를 형성하도록 할 수 있다. 또한, 구아노신 유사체는 초분자 어셈블리(supramolecular assemblies)에 추가적으로 쌓을 수 있는 이량체, 리본, 거대 고리(macrocycles)로 자기-연결하는 것으로 나타났다 [Davis, J. T. & Spada, G. P. Chem . Soc . Rev. 36, 296-313 (2007)].

정렬된 구조의 자기-조립에 구아닌 핵염기의 효과를 조사하기 위해, 모노- 구아닌(G) 및 트리플-구아닌(GGG) PNAs를 제작하고 시험하였다. 기본 수용액에서 정렬된 구조를 형성한 이러한 PNAs 모두는 구아닌-함유 PNA 다이머에 의해 형성된 것과 모양이 유사하다. 예를 들어, 도 4D를 참조한다.

대조군으로, 정렬된 어셈블리를 형성하는데 구아닌-함유 DNA 디뉴클레오티드 능력을 테스트하였다. 정렬된 디뉴클레오티드 구조의 형성은 모든 테스트 조건에서 관찰되지 않았다.

자기-조립 구조에서 pH의 효과:

본 명세서에 기술된 바와 같이, 염기성 Ph를 갖는 용액을 이용한 경우 정렬된 구조가 형성되었다.

테스트된 샘플의 일부에서, 폴리아민 수용액을 염기성 용액으로서 사용하였다. 이러한 용액은 형성된 구조체를 통해 염의 결정화를 방지할 수 있다.

이러한 용액의 실시예는 H₂O 중 1% 스퍼미딘(v/v)이다. 다른 예시적인 용액은 본 명세서에 기재된 바와 같이 바이신 버퍼이다.

도 5는 상승한 pH 수준을 갖는 디소디윰 하이드로겐 포스페이트 버퍼에 용해됨에 따라 GC di-PNA에 의해 형성된 어셈블리의 광학 현미경 이미지를 제공하고, 최종 구조에 pH가 미치는 영향을 보여준다.

실시예 3

단일 결정(Single crystalline) 자기-조립 PNA 구조

구조-형성 di-PNAS를 결정화 조건에 대해 스크리닝하였다. GC di-PNA의 결정 은 바이신-기반 결정화 버퍼에서 성장한 것으로 밝혀졌다. 또한, 바이신 버퍼는 정렬된 구조의 조립을 가능하게 하기 때문에, 이 결정 구조는 용액 자기-조립 구조를 반영하는 것으로 생각된다.

GC의 결정 구조가 대표적인 예로서, 유럽의 방사광 시설에서 수집된 데이터로 0.95Å 해상도에서 측정하였다.

하기 표 1은 GC di-PNA 결정에 대한 결정 데이터 및 구조 정제를 나타낸다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 확인된 구조는 PNA 결정에 대한 고유 팩킹인 것으로 밝혀졌다. 각 분자의 시토신과 구아닌은 스태킹 상호작용을 형성한다(도 6A 참조).

그 후, 각 분자는 시토신과 구아닌 잔기 사이의 인접 분자와 수소 결합을 형성한다(도 6B 참조) .

대칭 관련 분자간 수소 결합 길이는 왓슨-크릭 염기 쌍과 유사하게, 2.85- 2.93Å인 것으로 측정된다(도 6C 참조).

염기는 DNA 이중 나선 구조에서와 같이 3.5Å 떨어져 있고(도 6D 참조), 어떠한 기울어짐(tilt) 또는 말림(roll)을 나타내지 않는다.

수소 결합 분자는 쌓인 염기 사이를 통과하는 두 배의 다이애드(dyad) 통해 서로 연관되어있다. 중심 대칭성 공간군의 분자 패킹은 폴리그리신 백본의 비-키랄 성 성질로 인해 가능하다. 따라서, 도 6E에 나타낸 바와 같이, 염기는 결정을 통해 "무한" 기울여져서 쌓여 패킹된다.

도 6F에 나타낸 바와 같이, 이러한 패킹 형태는 결정 체적의 50% 이상을 포함하는 직사각형-형상의 기공을 만들어낸다.

결정 구조는 PNA의 이중 동일성(dual identity)을 반영한다. PNA 단위는 DNA 구조의 전형적인 왓슨-크릭 염기쌍을 형성하면서 동시에 방향족 펩티드와 유사하게 서로 스태킹 상호작용을 형성한다. 이러한 독특한 이중성은 임의의 자기-조립 구조를 형성하지 않은 유일한 왓슨-크릭 염기쌍을 가지는 단순 DNA 디뉴클레오티드로부터 이러한 분자들을 구별한다.

실시예 4

자기 조립 동역학(Self-assembly kinetics)

자기-조립 구조의 결정 구조는 용액 내 PNA 다이머 빌딩 블록이 자기-조립하여 정렬된 구조를 형성하는 데 걸리는 속도를 추정하기 위해 이용하였다.

간단히, PNA 빌딩 블록의 새 용액을 5 ㎎/㎖의 농도로 바이신 버퍼에 용해시키고, 단일 방울을 취하여 유리 슬라이드에 증착하였다. 방울은 광학 현미경을 사용하여 관찰하고, 이미지는 초당 한 프레임 속도로 캡쳐하였다.

매 30 초 마다 촬영된 이미지의 스냅샷은 도 7A에 나타내었다. 몇 초 동안 작은 핵 씨앗(Small nucleation seeds)과 몇 분 동안 한 축 방향으로 유지된 지속적인 성장을 관찰할 수 있었다.

시간의 함수로서 구조 연장의 시각화가 나아지도록, 프레임 26과 112 사이의 한 구조의 성장을 보여주는 녹화된 비디오를 추적하였고, 이는 상기 조립된 구조를 명확하게 보여주고 다른 구조에 의해 중첩되지 않았다(도 7B 참조).

구조의 길이의 증가에 의해 측정된 성장 속도는 도 7C에 나타냈고, 긴 Z 축 및 시간에서 조립의 크기 사이의 매우 좋은 선형 피팅을 보여준다(R²=0.9975). 계산된 연장 속도(elongation rate)는 초당 2.23 ㎛이다. 1.77 ㎛ 폭으로 이미지화된 구조는 초당 약 5.5 ㎛³의 체적 증가로 변환된다.

결정 유닛 셀은 11,676 ų의 부피를 가지고 8 분자를 포함하므로(표 1 참조), 이는 3.8 X 10⁹ di-PNA 빌딩 블록 분자를 초당 정렬 구조로 구성하는 것으로 예상될 수 있다.

실시예 5

형광 측정

형광 측정 동안, 놀랍게도 본 명세서에 설명한 자기-조립 구조체를 포함하는 샘플이 형광 제제로 염색된 동일한 샘플의 것과 유사하게 형광 시그널을 나타내고, 상기 형광 방출은 넓은 범위의 여기 파장이 분명하다는 것을 관찰하였다. 도 8A는 GC di-PNA 구조에 대해 얻어진 데이터를 나타낸다.

도 9는 5 ㎎/㎖ 농도로 희석시 바이신 버퍼에 제작된 CG di-PNA 구조에 대해 얻어진 데이터를 나타낸다. UV 광으로 여기되는 경우 상기 구조는 파란색을 방출하고, 청색으로 여기되는 경우 상기 구조는 녹색을 방출하며, 녹색으로 여기되는 경우 상기 구조는 적색을 방출한다.

형광 발광 스펙트럼이 다양한 여기 파장에서 확인된 도 8B에 GC di-PNA 구조의 형광의 정량 분석을 나타냈고, 발광 피크가 여기에서 변화의 방향으로 이동되는 것을 보여준다.

도 8C에 나타낸 바와 같이, 여기 파장의 함수로서 연속 발광 최대값을 플로팅하였고, 여기 및 발광 피크 파장 사이의 선형 관계를 나타냈다. 여기 및 방출 피크 사이의 거리가 점차적으로 장파장으로 감소되므로, 강한 피트(R²=0.9943)의 0.7073 경사는 동적 스토크스 이동 거동(dynamic Stokes shift behavior)을 나타낸다.

흡수 밴드의 적색 끝 쪽으로의 여기 파장의 이동에 대한 형광 방출에서 관찰된 이러한 이동은 당업계에서 REES(red edge excitation shift)로 지칭된다.

상기 현상은 본래, 저온 유리 또는 고도로 압축된 고분자 상태와 같은 엄격하고 점성이 높은 환경에서 기술되었다[Demchenko, A. P. The red-edge effect: 30 years of exploration. Luminesence 17, 19-42 (2002)]. REES는 조직된 분자 설정에서 여기된 형광의 동적 환경에서 강한 감소의 결과로 간주된다. 분자 격자 감금(confinement)은 형광 수명에 대해 상대적인 형광의 여기 상태 정도로 매트릭스 완화 및 방향 전환의 속도를 느리게 한다[Chattopadhyay, A. & Haldar, S. Dynamic insight into protein structure utilizing red edge excitation shift. Acc . Chem . Res. 47, 12-19 (2014)].

생물학 및 다른 유기 분자 제약은 매우 정렬된 수화 껍질 또는 경질 막으로 부과될 수 있다. 본 명세서에 개시된, 결정 구조에서 관찰된 스태킹 및 염기쌍을 모두 갖는 PNA 어셈블리(도 6 참조)는 축합 격자 패킹에 의해 유도된 이동성이 제한된 환경에서 높은 분극의 고유 상태를 나타낸다.

임의의 특정 이론에 구애되지 않고, 이는 본 명세서에 기술된 di-PNA 자기 조립 구조에 의해 나타나는 높은 스태킹 상호 작용이 이의 독특한 분광 특성을 차지하는 것으로 가정된다.

GC di-PNA 구조는 추가적으로 왓슨-크릭 염기쌍을 통한 DNA 인터칼레이터와의 결합에 대해 시험하였다.

PNA 방출이 낮아지는 경우 PNA와 인터칼레이터 간의 방출을 구별하기 쉬워지는 부분인 적색을 방출하므로 YOYO-3 인터칼레이터(Life Technologies)는 예비 실험에서 선별되었다.

도 10A-B는 핵산에 결합하는 경우 적색 광 방출을 나타내 인터칼레이터 YOYO-3으로 염색된 단일 GC 어셈블리의 명-시야와 형광 이미지를 보여주며, 이는 DNA 인터칼레이터와 di-PNA 구조의 결합을 확인한다.

본 명세서에서 확인된 바와 같이, 모든 구조에 공통적인 스태킹 및 염기쌍 특성으로부터 유래되므로, 대표적인 구조에 대한 형광 및 DNA 인터칼레이터의 결합은 본 명세서에 기재된 임의의 PNAs에 의해 나타낼 수 있다는 것을 주목한다.

비록 본 발명이 특정 실시예와 관련하여 설명되었으나, 많은 대안, 수정 및 변형이 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 하기 청구 범위의 사상 및 넓은 범위 내에 있는 모든 대안, 수정 및 변형을 포함하도록 의도된다.

본 명세서에 언급된 모든 간행물, 특허 및 특허 출원은 각각의 개별적인 간행물, 특허 또는 특허 출원이 구체적으로 및 개별적으로 참조로 본 명세서에 포함되는 것으로 표시되더라도, 동일한 정도로, 본 명세서에 참조로 인용된다. 또한, 본 명세서에서 임의의 참조의 인용 또는 식별은 이러한 참조가 본 발명에 대한 종래 기술로 이용가능하다고 인정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 부분 제목이 사용되는 정도까지, 이들은 반드시 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.

Claims (45)

1. 정렬된(ordered) 나노단위 또는 마이크로단위 구조(structure)를 형성하도록 배치된 다수의 펩티드 핵산을 포함하는 물질의 조성물로서, 상기 펩티드 핵산은 각각 독립적으로 1 내지 10 백본 유닛(backbone unit)을 포함하고, 상기 백본 유닛 중 적어도 하나는 구아닌 핵염기(nucleobase) 또는 이의 유사체(analog)를 포함하는 것인 조성물.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 펩티드 핵산은 각각 독립적으로 상기 백본 유닛 2 내지 6 개를 포함하는 것인 조성물.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 펩티드 핵산은 각각 상기 백본 유닛 2 개를 포함하고, 펩티드 핵산 다이머(PNA 다이머, peptide nucleic acid dimer)로 된 것인 조성물.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 펩티드 핵산 다이머 각각은 AG, CG, GG, GA, GC, 및 GT 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택되는 것인 조성물.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정렬된 구조는 리본-형(ribbon-shape) 구조, 형태 및 크기에 있어서 서로 유사한 다수의 리본-형 구조, 섬유(fibrillar) 구조 또는 형태 및 크기에 있어서 서로 유사한 다수의 섬유 구조, 구형(spherical) 구조 또는 다수의 구형 구조, 또는 구형 구조의 클러스터(cluster) 또는 다수의 클러스터, 시트(sheet) 또는 접힌 시트 형 구조 또는 형태 및 크기에 있어서 서로 유사한 다수의 접힌 시트, 다공성 프랙탈(fractal) 구조 또는 다수의 프랙탈 구조로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 조성물.
   
6. 제3항에 있어서, 상기 펩티드 핵산 다이머는 각각 AG인 것인 조성물.
   
7. 제6항에 있어서, 상기 정렬된 구조는 리본-형 마이크로단위 구조인 것인 조성물.
   
8. 제3항에 있어서, 상기 펩티드 핵산 다이머는 각각 CG인 것인 조성물.
   
9. 제8항에 있어서, 상기 정렬된 구조는 섬유 마이크로단위 구조인 것인 조성물.
   
10. 제3항에 있어서, 상기 펩티드 핵산 다이머는 각각 GG인 것인 조성물.
    
11. 제10항에 있어서, 상기 정렬된 구조는 클러스터 구형 마이크로단위 구조인 것인 조성물.
    
12. 제3항에 있어서, 상기 펩티드 핵산 다이머는 각각 GA인 것인 조성물.
    
13. 제12항에 있어서, 상기 정렬된 구조는 마이크로단위/나노단위 접힌 시트 구조인 것인 조성물.
    
14. 제3항에 있어서, 상기 펩티드 핵산 다이머는 각각 GC인 것인 조성물.
    
15. 제14항에 있어서, 상기 정렬된 구조는 섬유 마이크로단위 구조인 것인 조성물.
    
16. 제3항에 있어서, 상기 펩티드 핵산 다이머는 각각 GT인 것인 조성물.
    
17. 제16항에 있어서, 상기 정렬된 구조는 프랙탈 다공성 나노단위 또는 마이크로단위 구조인 것인 조성물.
    
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정렬된 구조는, 상기 정렬된 구조의 형성을 선호하는 조건하에서 상기 다수의 펩티드 핵산에 수용액을 접촉시킴으로써 생성되는 것인 조성물.
    
19. 제18항에 있어서, 상기 접촉은 실온에서 실시되는 것인 조성물.
    
20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 수용액은 7 보다 큰 pH를 갖는 것인 조성물.
    
21. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용액 내 상기 다수의 펩티드 핵산의 농도는 약 10 ㎎/㎖ 내지 100 ㎎/㎖ 범위인 것인 조성물.
    
22. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용액 내 상기 다수의 펩티드 핵산의 농도는 최소 50 ㎎/㎖ 범위인 것인 조성물.
    
23. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용액 내 상기 다수의 펩티드 핵산의 농도는 약 50 ㎎/㎖인 것인 조성물.
    
24. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 추가적으로 수용액을 포함하는 것인 조성물.
    
25. 제24항에 있어서, 상기 수용액은 7 보다 큰 pH를 갖는 버퍼를 포함하는 것인 조성물.
    
26. 제14항에 있어서, 결정(crystalline) 구조를 나타내는 것인 조성물.
    
27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정렬된 구조는 초당 최소 1 마이크론의 연장 속도(elongation rate)로 형성되는 것인 조성물.
    
28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펩티드 핵산의 최소 10⁹ 분자는 초당 상기 정렬된 구조로 조직되는 것인 조성물.
    
29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정렬된 구조는 여기 파장-의존성 형광 방출(excitation wavelength-dependent fluorescence emission)을 나타내는 것인 조성물.
    
30. 제29항에 있어서, 상기 여기 파장은 330 nm 내지 430 nm 범위인 것인 조성물.
    
31. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항의 조성물을 제조하는 방법으로서, 상기 정렬된 구조의 형성을 선호하는 조건하에서 상기 다수의 펩티드 핵산에 수용액을 접촉시키는 단계를 포함하는 것인 방법.
    
32. 제31항에 있어서, 상기 접촉은 실온에서 실시되는 것인 방법.
    
33. 제31항 또는 제32항에 있어서, 상기 수용액 내 상기 다수의 펩티드 핵산의 농도는 약 10 ㎎/㎖ 내지 100 ㎎/㎖ 범위인 것인 방법.
    
34. 제33항에 있어서, 상기 농도는 약 50 ㎎/㎖인 것인 방법.
    
35. 제31항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용액은 알칼리성 용액인 것인 조성물.
    
36. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항의 조성물 및 상기 정렬된 구조에 연관된 재료를 포함하는 조성물.
    
37. 제36항에 있어서, 상기 재료는 전도체 재료, 반도체 재료, 열전 재료, 자성 재료, 발광 재료, 표지제, 리간드, 핵산, 핵산 인터칼레이터, 폴리펩티드, 펩티드, 바이오광물질, 중합체, 유기 재료, 치료적 활성제및 표면 특성을 개질할 수 있는 제제로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 조성물.
    
38. 제조품(article-of-manufacturing) 또는 장치(device)의 제조에 있어서 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항의 조성물 또는 제36항 또는 제37항의 조성물의 용도.
    
39. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항의 조성물 또는 제36항 또는 제37항의 조성물을 포함하는 제조품.
    
40. 제38항 또는 제39항의 제조품에 있어서, 상기 제조품 또는 장치는 약제, 핵산 프로브, 바이오센서, 반도체 제품 또는 장치, 열전 제품 또는 장치, 자성 제품, 발광 제품 또는 장치, 중합체 제품, 금속 제품 또는 장치, 및 활성화된 표면을 갖는 제품 또는 장치로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 용도.
    
41. 제1항 내지 제30항 중 어느 한 항의 조성물을 포함하는 발광 시스템.
    
42. 제41항에 있어서, 상기 조성물은 가한 전압에 대해 반응하여 광을 생성하는 것인 시스템.
    
43. 제41항에 있어서, 상기 조성물은 상기 조성물은 가한 열에 대해 반응하여 광을 생성하는 것인 시스템.
    
44. 제41항에 있어서, 상기 조성물은 상호작용하는 여기 광(excitation light)에 대해 반응하여 광을 변환하는 것인 시스템.
    
45. 제41항에 따른 발광 시스템을 포함하는 유틸리티 시스템으로서, 상기 유틸리티 시스템은 레이저 시스템, 활성 OLED 디스플레이 층, 디스플레이 용 백라이트 시스템, 광통신 시스템, 조명 시스템, 및 광 커넥터로 이루어진 군에서 선택되는 것인 시스템.

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