NO880010L - ANALYTICAL METHOD FOR DETECTING AND MEASURING SPECIFIC NUCLEIN ACID SEQUENCES. - Google Patents

ANALYTICAL METHOD FOR DETECTING AND MEASURING SPECIFIC NUCLEIN ACID SEQUENCES.

Info

Publication number
NO880010L
NO880010L NO880010A NO880010A NO880010L NO 880010 L NO880010 L NO 880010L NO 880010 A NO880010 A NO 880010A NO 880010 A NO880010 A NO 880010A NO 880010 L NO880010 L NO 880010L
Authority
NO
Norway
Prior art keywords
waveguide
probe
fluorescence
hybridization
dna
Prior art date
Application number
NO880010A
Other languages
Norwegian (no)
Other versions
NO880010D0 (en
Inventor
Ranald Macdonald Sutherland
Peter Bromley
Bernard Gentile
Original Assignee
Intracel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from PCT/EP1987/000234 external-priority patent/WO1987006956A1/en
Application filed by Intracel Corp filed Critical Intracel Corp
Publication of NO880010D0 publication Critical patent/NO880010D0/en
Publication of NO880010L publication Critical patent/NO880010L/en

Links

Landscapes

  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Description

Den foreliggende oppfinnelsen vedrører en metode for bestemmelse av nukleinsyrer som inneholder en spesiell basesekvens. Bestemmelse av slike nukleinsyrer, i DNA eller RNA som er tilstede i biologiske prøver, er meget viktige ved biomedi-sinske og genetiske studier. The present invention relates to a method for determining nucleic acids that contain a particular base sequence. Determination of such nucleic acids, in DNA or RNA that are present in biological samples, is very important in biomedical and genetic studies.

Det er for tiden en klinisk nødvendighet å detektere spesifikke nukleotidsekvenser i biologiske prøver, f.eks. kropps-væsker, vevsprøver slik som chorionic villus prøver, og vattpinner. Resultatene fra slike analyser kan bli brukt til å identifisere og/eller detektere forstyrrelser som spenner fra genetiske abnormaliteter og kreftmistanker, til infektu-øse sykdommer med bakteriell, viral og sopp-opprinnelse. Slik det står nå, er ikke metodene som blir brukt for en slik nukleotid deteksjon lett å anvende i et rutinemiljø, og kan ikke bli utført uten spesialiserte ansatte og laboratorie-fasiliteter. Dette kommer av at kompleksiteten av fremgangs-måtene, nødvendigheten av farlige materialer (f.eks. radio-isotoper) og de langvarige inkubasjonstidene som er nødvend-ige for å oppnå et resultat. It is currently a clinical necessity to detect specific nucleotide sequences in biological samples, e.g. body fluids, tissue samples such as chorionic villus samples, and swabs. The results from such analyzes can be used to identify and/or detect disorders ranging from genetic abnormalities and suspected cancer to infectious diseases of bacterial, viral and fungal origin. As it stands now, the methods used for such nucleotide detection are not easy to apply in a routine environment, and cannot be performed without specialized staff and laboratory facilities. This is due to the complexity of the procedures, the necessity of hazardous materials (e.g. radioisotopes) and the long incubation times that are necessary to achieve a result.

Den ønskede nukleinsyresekvensen blir konvensjonelt detektert ved inkubasjon med den komplementære nukleotiden som på forhånd er merket for deteksjon etter reaksjonen. Denne komplementære sekvensen (eller probe) kan lett bli syntetisert ved hjelp av kjent teknologi innefor fagområdet. The desired nucleic acid sequence is conventionally detected by incubation with the complementary nucleotide that is pre-labeled for detection after the reaction. This complementary sequence (or probe) can be easily synthesized using known technology in the field.

Makten som nukleinsyreprobe-teknologien har kommer av spesifisiteten av deteksjonsprosedyren som både kommer av unikheten til nukleinsyresekvensene og muligheten for stringente hybridiseringsbetingelser som tillater diskrimina-sjon mellom perfekt og ikke perfekt sekvensparring. Det er mulig å diskriminere mellom to sekvenser som er tilstede i DNA som er forskjellige bare med hensyn på et enkelt nukleotid i sekvensen ved bruk av prober med egnede størrelser og spesifikke hybridisasjonsbetingelser. Dette tillater deteksjonen av tilstedeværelse av enkle punktmutasjoner i testsekvensen, og der hvor slike mutasjoner kan bli korrelert med sykdom, slik som spesifikke kreftformer og andre, vil disse prosedyrene være benyttbare ved diagnoser av slike sykdommer. For det andre, har utviklingen av automatiserte syntesesystemer av spesifikke oligonukleotidsekvenser lettet konstruksjonen av prober på basesekvenser som er avledet fra de omfattende og raskt voksende nukleinsyredatabaser som for tiden er tilgjengelige. The power of the nucleic acid probe technology comes from the specificity of the detection procedure which comes both from the uniqueness of the nucleic acid sequences and the possibility of stringent hybridization conditions that allow discrimination between perfect and not perfect sequence matching. It is possible to discriminate between two sequences present in DNA that differ only by a single nucleotide in the sequence using probes of appropriate sizes and specific hybridization conditions. This allows the detection of the presence of simple point mutations in the test sequence, and where such mutations can be correlated with disease, such as specific cancers and others, these procedures will be useful in the diagnosis of such diseases. Second, the development of automated synthesis systems of specific oligonucleotide sequences has facilitated the construction of probes on base sequences derived from the extensive and rapidly growing nucleic acid databases currently available.

Deteksjon av spesifikke DNA-sekvenser er for eksempel en prosedyre som består av tre trinn (P. SZABO et al., Trends in Biochemical Sciences (1982), s. 425-427). Først skjer en hybridisasjonskobling mellom prøven, som vanligvis er festet til et fast substrat, og en probe-DNA. For det andre, blir den u-spesifikt bundne probe-DNA vasket bort og, for det tredje blir det spesifikt bundne DNA bestemt. Tidligere er probe-DNA blitt radioaktivt merket ved inkorporering av<32>P som et indre merke i sukker-fosfat "rygg-rad", eller ved bruk av<l25>i som et ytre merke inkorporert inn i den aromatiske strukturen til basene. På denne måten har autoradiografi eller isotop-tellingsteknikker har deteksjonssystemene oppnådd en veldig høy sensitivitet, på størrelse på et genom per celle (Hasse E.T. et al. (1982), Virology 119: 339-410). Isotopmerking for kvantitering av bindingsgrad er en velkjent teknikk innenfor immunoanalyser. Men, på grunn av risikoen som er involvert ved arbeid med radioaktive forbindelser, er det gjort store anstrengelser i løpet av de siste ti årene for å unngå bruk av isotoper i immunoanalyser og, istedet, bruke enzymer, fluorescent eller kjemiluminescent merker. På grunn av de store erfaringene som er blitt oppnådd innen immunoanalyser, er man begynt å lete etter ikke-isotope merker for nukleinsyrer. Men, på grunn av de vanskelige forhold ved hybridiseringstester, er det ikke mulig å bruke enzymmerker siden de ville blitt denaturert under de hybridi-seringsbetingelsene som brukes i dag. Detection of specific DNA sequences, for example, is a three-step procedure (P. SZABO et al., Trends in Biochemical Sciences (1982), pp. 425-427). First, a hybridization link occurs between the sample, which is usually attached to a solid substrate, and a probe DNA. Second, the non-specifically bound probe DNA is washed away and, third, the specifically bound DNA is determined. Previously, probe DNA has been radiolabeled by incorporating <32>P as an internal label into the sugar-phosphate "backbone", or using <l25>i as an external label incorporated into the aromatic structure of the bases. In this way, autoradiography or isotope counting techniques, the detection systems have achieved a very high sensitivity, on the size of one genome per cell (Hasse E.T. et al. (1982), Virology 119: 339-410). Isotope labeling for quantifying the degree of binding is a well-known technique within immunoassays. However, due to the risks involved in working with radioactive compounds, great efforts have been made during the last ten years to avoid the use of isotopes in immunoassays and, instead, to use enzymes, fluorescent or chemiluminescent labels. Because of the great experience that has been gained in immunoassays, the search for non-isotopic labels for nucleic acids has begun. However, due to the difficult conditions of hybridization tests, it is not possible to use enzyme labels since they would be denatured under the hybridization conditions used today.

Derfor, er det forsøkt flere metoder for å unngå de nåværende uønskede forholdene ved radioisotope merker og nukleinsyreprober og også de lange reaksjonstidene og spesialiserte utstyret som er nødvendig for å visualisere<32>P-merket DNA. Davidson og co-arbeidere har kovalent bundet biotin til RNA via cytokrom c eller polyaminbroer. Etter hybridasjon med prøven, blir proben bestemt ved reaksjon med avidin immobilisert på metakrylat sfærer. Dermed, med sfærene som merker, kan hybridisasjonssetene bli detektert ved elektronmikroskopi (J.E. Manning et al., Chromosoma 53 (1975), 107-117; A.Soja et al., Nucleic Asid Research 5 (1978), 385-401). Denne fremgangsmåten er med hell blitt brukt ved kromosom kart-leggingsfremgangsmåter. For å prøve å lage et system med en mere generell anvendelighet, Langer et al (Proceedings of the National Academy of Sciences, USA 78 (1981), 6633-6637) syntetiserte en rekke nukleotidanaloger som inneholdt biotin kovalent bundet til pyrimidin eller purinringen. Biotin-merkede derivater av uridin trifosfat (UTP) og dUTP ble fremstilt ved bruk av komplekse serier av kjemiske reaksjoner. Disse analogene ble inkorporert inn i DNA ved in vitro reaksjon med en rekke DNA polymeraser. Det modifiserte DNA-molekylet (probe) ble deretter brukt til å binde enten avidin eller anti-biotin antistoffer. Her ble både avidin og antistoff signaldannere kolorimetrisk konstatert ved bruk av peroksidase-kromogen systemer. Selv om det er med hell blitt demonstrert, har denne fremgangsmåten flere negative sider: For det første innbefatter det teknisk vanskelige fremstillinger av relativt ustabile nukleosid-trifosfat-bioton analoger. For det andre er den enzymatiske inkorporering av slike analoger inn i DNA vanskelige å kontrollere, ueffektivt og resulterer generelt i maksimalt en til to biotionmolekyler per probe-DNA-molekyl. Affiniteten som biotionantistoffene har for biotin (opp til 10<8>til 10<10>) er også mye mindre enn affiniteten for avidin. En videre utvikling av en slik bruk av nukleotidanaloger ble demonstrert av Vincent et al., (Nucleic Acid Research (1982) 10, 6787-6796) som, konstruerte etter en lignende fremgangsmåte som Langer et al. utførte en dinitro-fenol (DNP) nukleotidanalog. Denne analogen ble med hell Inkorporert inn i DNA'et med et hensiktsmessig forhold på en til to molekyler DNP per probemolekyl. Deteksjon av proben ble utført ved reaksjon med et anti-DNP antistoff, etterfulgt av deteksjon av spesifikt bundet antistoff med reaksjon med et anti-spesies antistoff-peroksidasekonjugat. Men, det ble oppdaget at systemet ikke var tilstrekkelig sensitivt når man sammenlignet med isotope teknikker. En hovedårsak var at en del av antigen (DNP) molekylene ble bundet innenfor hybridiseringskomplekset, og på denne måten ikke var tilgjengelig for reaksjon med antistoff. Therefore, several methods have been attempted to avoid the current undesirable conditions of radioisotope labels and nucleic acid probes and also the long reaction times and specialized equipment required to visualize <32>P-labeled DNA. Davidson and co-workers have covalently bound biotin to RNA via cytochrome c or polyamine bridges. After hybridization with the sample, the probe is determined by reaction with avidin immobilized on methacrylate spheres. Thus, with the spheres as labels, the hybridization sites can be detected by electron microscopy (J.E. Manning et al., Chromosoma 53 (1975), 107-117; A. Soja et al., Nucleic Acid Research 5 (1978), 385-401). This method has been successfully used in chromosome mapping procedures. In an attempt to create a system of more general applicability, Langer et al (Proceedings of the National Academy of Sciences, USA 78 (1981), 6633-6637) synthesized a series of nucleotide analogs containing biotin covalently bound to the pyrimidine or purine ring. Biotin-labeled derivatives of uridine triphosphate (UTP) and dUTP were prepared using a complex series of chemical reactions. These analogues were incorporated into DNA by in vitro reaction with a number of DNA polymerases. The modified DNA molecule (probe) was then used to bind either avidin or anti-biotin antibodies. Here, both avidin and antibody signal generators were determined colorimetrically using peroxidase-chromogen systems. Although successfully demonstrated, this method has several downsides: first, it involves technically difficult preparations of relatively unstable nucleoside-triphosphate-biotone analogs. Second, the enzymatic incorporation of such analogs into DNA is difficult to control, inefficient, and generally results in a maximum of one to two biothion molecules per probe DNA molecule. The affinity that the biothion antibodies have for biotin (up to 10<8> to 10<10>) is also much less than the affinity for avidin. A further development of such use of nucleotide analogues was demonstrated by Vincent et al., (Nucleic Acid Research (1982) 10, 6787-6796) who, constructing according to a similar method as Langer et al. performed a dinitro-phenol (DNP) nucleotide analog. This analog was successfully incorporated into the DNA at an appropriate ratio of one to two molecules of DNP per probe molecule. Detection of the probe was performed by reaction with an anti-DNP antibody, followed by detection of specifically bound antibody by reaction with an anti-species antibody-peroxidase conjugate. However, it was discovered that the system was not sufficiently sensitive when compared to isotopic techniques. A main reason was that part of the antigen (DNP) molecules were bound within the hybridization complex, and in this way were not available for reaction with antibody.

Nylig er det blitt utviklet forbedrede teknikker for detekte-ring av DNA basert på bruk av fluorescenssignaldannere og binding av probe-DNA til substrater. FR-A-2.480.943 (WANG et al.; ABBOTT Laboratories) vedlegger en ny klasse fargestoffer som fluorescerer sterkt når de kommer i kontakt med nukleid-syrer, spesielt dobbelt-trådet DNA. Uten målnukleinsyrene, finnes det ingen fluorescens i vandige løsninger og relativt lite fluorescens med enkelttrådet polynukleotider (mRNA). Målinger blir utført på løsninger ved bruk av et fluorescens-mikroskop. Konsentrasjoner på 1-100 nM DNA kan blant annet bli målt ved bruk av vandig 3-'y-dimetylaminopropyl-2-p-dimetylaminostyrylbenzotiazodium-jodid (2 mg/ml). Fluorescensen er lineært proporsjonal til mengden av DNA i prøven. Recently, improved techniques have been developed for the detection of DNA based on the use of fluorescence signal generators and binding of probe DNA to substrates. FR-A-2,480,943 (WANG et al.; ABBOTT Laboratories) discloses a new class of dyes that fluoresce strongly when in contact with nucleic acids, particularly double-stranded DNA. Without the target nucleic acids, there is no fluorescence in aqueous solutions and relatively little fluorescence with single-stranded polynucleotides (mRNA). Measurements are carried out on solutions using a fluorescence microscope. Concentrations of 1-100 nM DNA can, among other things, be measured using aqueous 3-'y-dimethylaminopropyl-2-p-dimethylaminostyrylbenzothiazodium iodide (2 mg/ml). The fluorescence is linearly proportional to the amount of DNA in the sample.

Dokumentet EP-A-57.553 (BIRNBOIM; Atomic Energy of Canada) lærer bort bruken av fluorescent farger som reagerer med dupleks DNA og gir fluorescens, mens ikke noe fluorescens fremkommer med enkelttrådet DNA. Denne teknikken gjør det mulig å måle grad av DNA-denaturering på grunn av varme, pH, kjemikalier, strålinger eller andre denatureringsbetingelser. Egnede farger er etidiumbromid; 4',6-diamino-2-fenylindol-dihydroklorid; mitramicin, Hoechst 33258 og andre. Fluorescens blir målt på hovedmengden av løsningen. Document EP-A-57,553 (BIRNBOIM; Atomic Energy of Canada) teaches the use of fluorescent dyes which react with duplex DNA and produce fluorescence, while no fluorescence appears with single-stranded DNA. This technique makes it possible to measure the degree of DNA denaturation due to heat, pH, chemicals, radiation or other denaturing conditions. Suitable colors are ethidium bromide; 4',6-diamino-2-phenylindole dihydrochloride; mitramicin, Hoechst 33258 and others. Fluorescence is measured on the bulk of the solution.

US-A-4,423,153 (D.F. RANNEY et al) vedrører en spesifikk DNA-fluorokrom fremfører dannelsen som medfører fluorescensøkning som står i direkte proporsjon til det totale dobbelt-trådete DNA som er tilstede i en prøve. Fluorescens-forsterkeren som er å foretrekke er mitramicin som binder seg spesifikt til dupleks DNA. Fluorescens blir målt i hele løsningen med et fluorimeter. Flere hensiktsmessige kommersielle fluorimeter blir spesifikt nevnt. US-A-4,423,153 (D.F. RANNEY et al) relates to a specific DNA fluorochrome that promotes the formation of fluorescence that is directly proportional to the total double-stranded DNA present in a sample. The preferred fluorescence enhancer is mitramycin which binds specifically to duplex DNA. Fluorescence is measured throughout the solution with a fluorimeter. Several suitable commercial fluorimeters are specifically mentioned.

Dokument US-A-4,257,774 (RICHARDSON et al; Meloy lab.) fremlegger direkte binding av fluorescent interkalatorer til DNA, f.eks. ethidiumsalter, daunomycin, mepakrin og akridin orange i tillegg til 4' ,6-diamidino-2-fenylindol for å kvantitere DNA. Fluorescens polarisasjon blir brukt i tester for bestemmelse av ikke-fluorescent DNA bindere som vanligvis konkurrerer med bindingen til nevnte farger, som dermed medfører en korresponderende nedgang i fluorescens. Document US-A-4,257,774 (RICHARDSON et al; Meloy lab.) discloses direct binding of fluorescent intercalators to DNA, e.g. ethidium salts, daunomycin, mepacrine and acridine orange in addition to 4',6-diamidino-2-phenylindole to quantify DNA. Fluorescence polarization is used in tests for the determination of non-fluorescent DNA binders that usually compete with the binding of said dyes, which thus causes a corresponding decrease in fluorescence.

I tillegg er det fremlagt prober immobilisert på støtter. Dokument EP-A-131830 (DATTAGUPTA et al; Molecular Diagnostics) fremlegger merking av nukleinsyrer for deteksjon i hybridisasjon for bestemmelse av DNA som inneholder spesifikke base-par sekvenser. Hvor den merkede nukleinsyren inneholder minst en enkeltkjedet basesekvens som er vesentlig komplementær til eller homolog med sekvensen som skal bli detektert. Proben kan immobiliseres på en fast fase slik som nitrocellulose, modifisert nylon og fluorhydrokarboner i form av filtere eller ark. For merking, er enzymer eller biotion-avidinsystemer fremlagt. Likeledes fremlegger EP-A-130,523 (DATTAGUPTA et al; Molecular Diagnostics) immobilisasjon av nukleinsyreprober på faste substrater. Substrater med reaktive grupperinger slik som karboksyl, amino og hydroksy, f.eks. bommul, papir, karboksymetylcellulose, o.s.v. er egnede. In addition, probes immobilized on supports have been presented. Document EP-A-131830 (DATTAGUPTA et al; Molecular Diagnostics) discloses the labeling of nucleic acids for detection in hybridization for the determination of DNA containing specific base-pair sequences. Where the labeled nucleic acid contains at least one single-stranded base sequence that is substantially complementary to or homologous to the sequence to be detected. The probe can be immobilized on a solid phase such as nitrocellulose, modified nylon and fluorocarbons in the form of filters or sheets. For labeling, enzymes or biothion-avidin systems are provided. Likewise, EP-A-130,523 (DATTAGUPTA et al; Molecular Diagnostics) discloses the immobilization of nucleic acid probes on solid substrates. Substrates with reactive groups such as carboxyl, amino and hydroxy, e.g. cotton, paper, carboxymethyl cellulose, etc. are suitable.

Nukleinsyrer blir bundet til substratene ved bruk av fotokjemisk reaktive nukleinsyre-bindende ligander, f.eks. interkalatorer som furokoumarin, angelicin, psoralen og aminofenantridiumhalider eller ikke-interkalatorer slik som neotropsin, distamicin, Hoechts 33258 og bis-benzlmidazol. Kobling av ligander og substrater blir utført ved bruk av brodannende forbindelser slik som CNBr, dialdehyder og di-glysidyl-etere. Nucleic acids are bound to the substrates using photochemically reactive nucleic acid-binding ligands, e.g. intercalators such as furocoumarin, angelicin, psoralen and aminophenantridium halides or non-intercalators such as neotropsin, distamicin, Hoechts 33258 and bis-benzlmidazole. Coupling of ligands and substrates is carried out using bridging compounds such as CNBr, dialdehydes and di-glycidyl ethers.

Deteksjon av substrat immobiliserte fluorescent-dannere ble også undersøkt. EP-A-70687 (M.J. HELLER; AMOCO CORP.) omhandler reaktant immobilisering i DNA-hybridasjon. En immobilisert enkelt-trådet polynukleotid bli hybridisert med en lys-emitterende merket elementær polynukleotid reagens. Etter separasjon av det ikke-hybridiserte reagens fra den immobiliserte prøven, blir lyssignalet eksitert og lysrespon-sen detektert. Immobilisasjonsfasene innbefatter glassper-ler, polyakrylamid, agarose, Sephadex, cellulose osv. Lyssignalene kan være kjemiluminiscent, bioluminiscent, fosforescent eller fluorescent. For deteksjon, kan kommersielt tilgjengelige detektorer bli brukt, f.eks. fotomulti-plikatorrør. Detection of substrate immobilized fluorescent formers was also investigated. EP-A-70687 (M.J. HELLER; AMOCO CORP.) relates to reactant immobilization in DNA hybridization. An immobilized single-stranded polynucleotide is hybridized with a light-emitting labeled elemental polynucleotide reagent. After separation of the non-hybridized reagent from the immobilized sample, the light signal is excited and the light response detected. The immobilization phases include glass beads, polyacrylamide, agarose, Sephadex, cellulose, etc. The light signals can be chemiluminescent, bioluminescent, phosphorescent or fluorescent. For detection, commercially available detectors can be used, e.g. photomultiplier tubes.

EP-A-117.777 (THANH THUONG NGUYEN et al, CNRS) fremlegger også spesiallagede oligonukleotider som er kovalent festet til en interkalatorgruppe slik som akridin, furokoumarin og ellipticin derivater som kan bli brukt som nukleinsyresekvenser oppdagelsessystemer. Målinger basert på hele løsninger eller gelfluorescens er beskrevet. EP-A-117,777 (THANH THUONG NGUYEN et al, CNRS) also discloses specially made oligonucleotides which are covalently attached to an intercalator group such as acridine, furocoumarin and ellipticine derivatives which can be used as nucleic acid sequence detection systems. Measurements based on whole solutions or gel fluorescence are described.

Til tross for presentasjonene som nevnt ovenfor, var det ønskelig med videre fremskritt, spesielt med hensyn til raskere og mere sensitive tester og unngåelse av mange av de kunnskapskrevenede manipulasjonene som er assosiert med teknikkene nå for tiden. Despite the presentations as mentioned above, further progress was desired, especially with regard to faster and more sensitive tests and avoidance of many of the skilled manipulations associated with the techniques nowadays.

Dette ble oppnådd ifølge metoden i denne oppfinnelsen som vesentlig benytter seg av en optisk bølgeleder som probe-immobilisasjonsfase, hvor fluorescentmarkørene som blir brukt til å merke polynukleotid probe hybridisasjonsproduktene reagerer med bølgeenergien som går i nevnte bølgeleder og gir et fluorescent signal som blir detektert og målt som et utløp av nevnte bølgeleder. Denne metoden er i store trekk summert i vedlagte krav 1. I dette kravet, skal bestemmelse dekke deteksjon, identifikasjon, kvantifikasjon, konsentrasjonsmål-inger og lignende som blir utført på en analytt. This was achieved according to the method in this invention which essentially makes use of an optical waveguide as probe immobilization phase, where the fluorescent markers that are used to label the polynucleotide probe hybridization products react with the wave energy that passes through said waveguide and give a fluorescent signal that is detected and measured as an outlet of said waveguide. This method is broadly summarized in the attached claim 1. In this claim, determination shall cover detection, identification, quantification, concentration measurements and the like which are carried out on an analyte.

Nukleinsyreproben blir bundet ved bruk av vanlige eller nye metoder til en optisk klar fase som virker som en lysleder, eller bølgeleder. Enkel-trådet prøve nukleinsyre reagerer med proben med tilstedeværelse av interkalert fluorescent-farge. Slike farger innskyter seg selv mellom trådene til dobbelttrådet nukleinsyre (d.v.s. de interkalerer). Etter interkaleringen er det en forøkning av farge fluorescens kvantumutbytte, en økning i fluorescens-halveringstid og et rødt-skift av fluorescens-emisjonsbølgelengden som kan bli optisk overvåket. Proben blir immobilisert på bølgeleder-overflaten enten før eller etter hybridiseringen men bare fluorescent-sentrene til dupleksen som er bundet til bølge-lederen gir fluorescentsignalet som blir brukt for bestemmel-sen . The nucleic acid probe is bound using conventional or new methods to an optically clear phase that acts as a light guide, or waveguide. Single-stranded sample nucleic acid reacts with the probe in the presence of intercalated fluorescent dye. Such dyes intercalate themselves between the strands of double-stranded nucleic acid (i.e. they intercalate). After the intercalation, there is an increase in color fluorescence quantum yield, an increase in fluorescence half-life and a red-shift of the fluorescence emission wavelength that can be optically monitored. The probe is immobilized on the waveguide surface either before or after the hybridization, but only the fluorescent centers of the duplex that are bound to the waveguide provide the fluorescent signal that is used for the determination.

Det er verdt å merke seg det ikke vil være mulig ved bruk av konvensjonelt transmisjonsfotometri og på samme tid se forskjell på hybridisasjon av molekyler som er festet til faseoverflaten og hybridisasjonsreaksjoner som skjer i løsningen. Derimot, ved indre reflektering av fluorescens-eksitasjonslyset innenfor bølgelederfasen, d.v.s. diskrimin-ering av den delen av det optiske signalet som fremkommer fra interaksjon av kort vektor med komplekset ved bølgelederover-flate-analytten fra andre optiske forandringer som skjer innenfor løsningen, kan hybridisasjonsreaksjonen ved bølge-lederoverflaten bli målt. Ved bruk av denne fremgangsmåten i fremstilling av denne oppfinnelsen, ble kinetiske målinger av nukleinsyrehybridisasjonsreaksjoner utført, uten nødvendig-heten av å på forhånd fremstille merkede prober, uten nødvendigheten av å la reaksjonen gå fullstendig (slik som overvåking er ved riktig tid) og uten nødvendigheten av å separere de andre stoffene fra systemet før målingen (da bare overflatereaksjonen blir avlest). It is worth noting that it will not be possible using conventional transmission photometry and at the same time distinguish between hybridization of molecules attached to the phase surface and hybridization reactions that occur in the solution. In contrast, by internal reflection of the fluorescence excitation light within the waveguide phase, i.e. discriminating the part of the optical signal that arises from the interaction of a short vector with the complex at the waveguide surface-analyte from other optical changes that occur within the solution, the hybridization reaction at the waveguide surface can be measured. Using this method in the preparation of this invention, kinetic measurements of nucleic acid hybridization reactions were performed without the necessity of pre-preparing labeled probes, without the necessity of allowing the reaction to proceed to completion (as monitoring is at the right time) and without the necessity of separating the other substances from the system before the measurement (as only the surface reaction is read).

Flere detaljer vil nå bli fremlagt med referanse til vedlagte tegninger. More details will now be presented with reference to the attached drawings.

I denne tegningen, representerer fig. 1 skjematisk en hybridisasjonsreaksjon som skjer med polynukleotider som har komplementære basesekvenser, hvor noen (proben) er festet til overflaten av en fase. Fig. 2 representerer skjematisk en metode som er å foretrekke ved binding av proben til faseoverflaten. Fig. 3 illustrerer skjematisk forplantning av en lysstråle ved indre refleksjon i en bølgeleder med brytningsindeks ni større enn n2 i det omgivende mediet. Fig. 4 d.v.s. fig 4A, 4B, 4C og 4D illustrerer skjematisk anordninger for belysning av en bølgeleder som skal settes i kontakt med en analytt inneholdende spesies som danner et optisk signal ved interfasen med bølgelederen og for detekte-ring og samling av nevnte signal. Fig. 5 (A & B) illustrerer kurver som er representative for målingene som blir gjort med anordningene i fig. 4. In this drawing, fig. 1 schematically shows a hybridization reaction that occurs with polynucleotides that have complementary base sequences, some of which (the probe) are attached to the surface of a phase. Fig. 2 schematically represents a method which is preferable when binding the probe to the phase surface. Fig. 3 illustrates schematically the propagation of a light beam by internal reflection in a waveguide with refractive index ni greater than n2 in the surrounding medium. Fig. 4 i.e. Figs 4A, 4B, 4C and 4D schematically illustrate devices for illuminating a waveguide to be brought into contact with an analyte containing species which forms an optical signal at the interface with the waveguide and for detecting and collecting said signal. Fig. 5 (A & B) illustrates curves which are representative of the measurements made with the devices in fig. 4.

Fig. 6 representerer en annen kurve lik den i fig. 5.Fig. 6 represents another curve similar to that in fig. 5.

Fig. 7 representerer skjematisk en hul sylindrisk fremstilling av en bølgeleder. Fig. 8 er et diagram som illustrerer forskjellige fremstillinger av metoden i denne oppfinnelsen. Fig. 1 viser skjematisk en bølgeleder 1 i kontakt med en analytt løsning 2 som inneholder enkel-trådet nukleinsyre kjeder 7 og interkalerende fargemolekyler 9. Bølgeleder 1 er dekket med oligonukleotid-prober 5 som er immobilisert på bølgelederoverflaten ved bruk av fysiske eller kjemiske linkere 6. Nukleotidbaser som er kovalent bundet til polynukleotid-ryggraden er nummerert 8. Noen av nukleinsyre-prøvekjeden 7 har en basesekvens som er homolog med probe 5 og de hybridiserer og danner baseparene 5a-7a. Dannelse av binding mellom trådene er indikert ved nummer 8a. Andre hybrider dannes også innenfor selve løsningen som vist i tegningen. Når dupleksstrukturene er blitt dannet, interkalerer fargemolekylene 9 mellom kjedene (9a) og blir fluorescent. Normalt, interkalerer et fargemolekyl for hvert femte basepar i DNA og for hvert tiende par for RNA. (J.B. LEPECQ et al., J. Mol. Biol. 27 (1967), 87-106). Eksitasjonslys 3 går gjennom bølgelederen ved flere eller enkelte indre refleksjon ved en vinkel G større enn den kritiske vinkel Øc. Dette eksitasjonslyset reagerer ved nærheten av interfasegrensen med dets korte vektorkomponent. Grad av penetrering av denne lyskomponenten (en fraksjon av en bølgelengde) blir justert til å gi den elektromagnetiske feltet med maksimum styrke som korresponderer til interaksjon med maksium effektivitet med fluorescent sentrene til det bundne komplekset; en måte å variere denne penetreringen på er ved å forandre vinkelen G som fremlagt i USP 4,608,344. Dermed er forbedrede sensitiviteter når det gjelder overflatereaksjoner i tynne filmer når 0 blir selektert fra verdier som er nær til Gc. En annen nyttig referanse innenfor dette området er N.J. HARRICK, Internal Reflection Spectroscopy, Wyley Interscience, New-York (1967). Fluorescensen som resulterer fra denne interaksjonen blir deretter igjen injisert inn i bølgelederen og kan bli samlet og avlest som et utløp derav på vanlig måte. Alternativt eller i kombinasjon, kan fluorescensen som blir emittert fra siden, f.eks. vanligvis (10a) til bølgelederoverflaten kan også bli samlet og målt i noen tilfeller, når bølgelederen består av en kuvette-vegg som holder reaktantløsningen og fluorescensen 10a blir emittert gjennom veggen mot utsiden. Et av hoved-trekkene i denne oppfinnelsen er at signalet som kommer fra fluorescens-sentrene bundet til bølgelederoverflaten kan skjelnes fra det som kommer fra hovedlengden av løsningen. Derfor kan bakgrunnseffekten av sidereaksjonene som skjer i analytt-løsningen uavhengig av proben som er bundet til bølgelederen bli effektivt deletert. Dermed, blir i denne metoden, bare dobbelt-trådet materiale som er blitt dannet ved bølgelederoverflaten (d.v.s. med probe-polynukleotid) detektert siden eksitasjonslyset bare penetrerer en brøkdel av en bølgelengde utenfor den faste/væske interfasen. Fluorescensresponsen blir emittert i alle retninger (10,10a) men har en foretrukken vinkelsannsynlighet som er i nærheten av det innfallende lysrefleksjonskritiske vinkel Øc. Fig. 7 schematically represents a hollow cylindrical representation of a waveguide. Fig. 8 is a diagram illustrating various embodiments of the method of this invention. Fig. 1 schematically shows a waveguide 1 in contact with an analyte solution 2 containing single-stranded nucleic acid chains 7 and intercalating dye molecules 9. Waveguide 1 is covered with oligonucleotide probes 5 which are immobilized on the waveguide surface using physical or chemical linkers 6 .Nucleotide bases covalently bound to the polynucleotide backbone are numbered 8. Some of the nucleic acid probe strand 7 have a base sequence homologous to probe 5 and they hybridize to form base pairs 5a-7a. Formation of bond between the threads is indicated by number 8a. Other hybrids are also formed within the solution itself as shown in the drawing. When the duplex structures have been formed, the dye molecules 9 intercalate between the chains (9a) and become fluorescent. Normally, a dye molecule intercalates for every fifth base pair in DNA and for every tenth pair for RNA. (J.B. LEPECQ et al., J. Mol. Biol. 27 (1967), 87-106). Excitation light 3 passes through the waveguide by several or individual internal reflections at an angle G greater than the critical angle Øc. This excitation light reacts near the interphase boundary with its short vector component. The degree of penetration of this light component (a fraction of a wavelength) is adjusted to provide the electromagnetic field of maximum strength corresponding to interaction with maximum efficiency with the fluorescent centers of the bound complex; one way to vary this penetration is by changing the angle G as presented in USP 4,608,344. Thus, there are improved sensitivities in terms of surface reactions in thin films when 0 is selected from values close to Gc. Another useful reference in this area is N.J. HARRICK, Internal Reflection Spectroscopy, Wyley Interscience, New-York (1967). The fluorescence resulting from this interaction is then re-injected into the waveguide and can be collected and read as an output thereof in the usual manner. Alternatively or in combination, the fluorescence emitted from the page, e.g. usually (10a) to the waveguide surface can also be collected and measured in some cases, when the waveguide consists of a cuvette wall that holds the reactant solution and the fluorescence 10a is emitted through the wall towards the outside. One of the main features of this invention is that the signal coming from the fluorescence centers bound to the waveguide surface can be distinguished from that coming from the main length of the solution. Therefore, the background effect of the side reactions that occur in the analyte solution independently of the probe that is bound to the waveguide can be effectively deleted. Thus, in this method, only double-stranded material that has been formed at the waveguide surface (i.e., with probe polynucleotide) is detected since the excitation light only penetrates a fraction of a wavelength beyond the solid/liquid interface. The fluorescence response is emitted in all directions (10,10a) but has a preferred angular probability which is close to the incident light reflection critical angle Øc.

En annen hovedfaktor er immobil isasjonen av probenukleinsyren på overflaten av bølgelederen enten før eller etter hybridi-sasjonen. Mye teknologi er tilgjengelig når det gjelder immobilisering av biologiske makromolekyler slik som nukleinsyre på faste faser. Disse, eller modifikasjonene derav, er like brukbare i denne oppfinnelsen. Når det gjelder en optisk klar bølgeleder blir visse begrensninger påtvunget hvor immobilisasjonsteknikken ikke bør påvirke de optiske egenskapene til overflaten ufordelaktig. To hovedteknikker for immobilisering av biologiske forbindelser til overflater er fysisk adsorpsjon og kovalent kjemisk binding. For en oversikt se WB Jakoby og M. Wilcheck, (1974). Affinitets-teknikker, Methods in Enzymology, vol. XXXIV, Academic Press, N.Y; Mosbach, K (1976). Immobiliserte enzymer, Methods in Enzymology, Vol. XLIV, Academic Press, NY; Scouten, WH Another main factor is the immobilisation of the probe nucleic acid on the surface of the waveguide either before or after the hybridisation. Much technology is available when it comes to the immobilization of biological macromolecules such as nucleic acid on solid phases. These, or modifications thereof, are equally useful in this invention. In the case of an optically clear waveguide certain limitations are imposed where the immobilization technique should not adversely affect the optical properties of the surface. Two main techniques for immobilizing biological compounds to surfaces are physical adsorption and covalent chemical bonding. For an overview see WB Jakoby and M. Wilcheck, (1974). Affinity techniques, Methods in Enzymology, vol. XXXIV, Academic Press, N.Y; Mosbach, K (1976). Immobilized enzymes, Methods in Enzymology, Vol. XLIV, Academic Press, NY; Scouten, WH

(1981). Affinitetskromatografi, Wiley Interscience, NY; Meinkoth, J og Wahl, G (1984). Anal. Biochem. 138; 267-284. Disse teknikker har både fordeler og ulemper slik de blir brukt i dag. Fysisk adsorpsjon til bølgelederoverflaten kan resultere i at en stor del av probemolekylene ikke blir tilgjengelige for reaksjon når nukleotidbasene er festet rett på bølgelederoverflaten. Likeledes, når det gjelder kovalent binding av proben stoler de nåværende metodene på en kovalent reaksjon mellom funksjonelle grupper på basene og en reaktiv gruppe som er blitt plassert på den faste fasen. Den resulterende proben vil bli festet på multiple-seter hvor mange baser ikke er tilgjengelige for hybridisasjon. Et ideelt system ville feste proben til overflaten hvor alle relevante baser er tilgjengelige for reaksjon med prøve-nukleinsyren, og hoveddelen av proben bør bli immobilisert innenfor penetrasjonsdybden til det eksiterende lyset for å gi et maksimalt signal etter reaksjon med prøvenukleinsyren. (1981). Affinity Chromatography, Wiley Interscience, NY; Meinkoth, J and Wahl, G (1984). Anal. Biochem. 138; 267-284. These techniques have both advantages and disadvantages as they are used today. Physical adsorption to the waveguide surface can result in a large part of the probe molecules not being available for reaction when the nucleotide bases are fixed directly on the waveguide surface. Likewise, when it comes to covalent binding of the probe, current methods rely on a covalent reaction between functional groups on the bases and a reactive group that has been placed on the solid phase. The resulting probe will be attached at multiple sites where many bases are not available for hybridization. An ideal system would attach the probe to the surface where all relevant bases are available for reaction with the sample nucleic acid, and the bulk of the probe should be immobilized within the penetration depth of the exciting light to give a maximum signal after reaction with the sample nucleic acid.

Bølgeledere med prober festet i henhold til de ovenfor nevnte hensynene er gjort tilgjengelige i denne oppfinnelsen. Dette er illustrert i fig. 2. Her er det terminale nukleotid 12 i probe 5 blitt modifisert (f.eks. ved dets fosfatende) for å få en kovalent binding av en ende av proben til en aktiv gruppering 13 på bølgelederoverflaten 3. Denne grupperingen 13 kan være NHg i en amino-silan som, etter reaksjon med proben, fører til en fosfamidat binding. Alternativt, er en uretan-fosfamido-binding med formel -C0NH-(CH2)n-NH-P også mulig fra reaksjon av, blant annet, en isocyanato-silan og et alkylendiamin. På bølgelederoverflaten ligger molekylene 14 med en positiv ladning mot løsningen 2. Positivt ladete molekyler 14 tiltrekker de negativt ladete nukleotidfosfat-gruppene 15 i proben 5. Forholdet mellom gruppene 13 og positivt ladete setene er justert for å oppnå en optimal immobilisasjon av proben selv om basene 8 holdes frie for hybridisasjon, d.v.s. den ekvivalente mengden av 13 som er tilgjengelig vil omtrent korrespondere til molaliteten av proben mens mengden av positive sentere vil stort sett avhenge av dets gjennomsnittlige lengde (gjennomsnitts-antall av baser i segmentene). Det resulterende komplekset proberpositivt ladete molekyler kan medføre et probemolekyl som helt eller delvis er immobilisert parallelt til bølge-lederoverf laten med de relevante basene 8 tilgjengelige for reaksjon med prøvenukleinsyrene. En fremstilling av dette systemet vil bli nærmere beskrevet i den eksperimentelle delen. Den uventede fordelen med denne fremgangsmåten er at man ved konsentrering av DNA-probene på en slik overflate i en slik konfigurasjon har man funnet en rask og sensistiv deteksjonsmetode for hybridisasjonsanalyse. Det er også uventet at denne probe:overflatemolekylkomplekset når det først er blitt dannet motstår utbytting ved kjemisk eller konkurrerende binding fra andre nukleinsyremolekyler. De positivt ladete sentrene på bølgelederen kan blant annet være kvaternære aminogrupper. Slike grupper kan oppnås, for eksempel, ved å kvaternisere en dialkylamino endegruppe til et dialkyl-amino-alkyl-amin som er festet til bølgelederover-flaten ved bruk av en kvaterniserende agens, f.eks. et alkylhalid. Et eksempel er behandling av bølgelederover-flaten med trihydroksy-"Y-amino-propylsilan og kvaternisering med metylbromid. Waveguides with probes attached according to the above considerations are made available in this invention. This is illustrated in fig. 2. Here the terminal nucleotide 12 of probe 5 has been modified (e.g. at its phosphate end) to cause a covalent binding of one end of the probe to an active group 13 on the waveguide surface 3. This group 13 can be NHg in a amino-silane which, after reaction with the probe, leads to a phosphamidate bond. Alternatively, a urethane-phosphamido bond of the formula -CONH-(CH2)n-NH-P is also possible from the reaction of, inter alia, an isocyanato-silane and an alkylenediamine. On the waveguide surface lie the molecules 14 with a positive charge towards the solution 2. Positively charged molecules 14 attract the negatively charged nucleotide phosphate groups 15 in the probe 5. The ratio between the groups 13 and the positively charged sites is adjusted to achieve optimal immobilization of the probe even if the bases 8 are kept free of hybridization, i.e. the equivalent amount of 13 available will roughly correspond to the molality of the probe while the amount of positive centers will largely depend on its average length (average number of bases in the segments). The resulting complex of probe positively charged molecules may involve a probe molecule that is fully or partially immobilized parallel to the waveguide surface with the relevant bases 8 available for reaction with the sample nucleic acids. A presentation of this system will be described in more detail in the experimental section. The unexpected advantage of this method is that by concentrating the DNA probes on such a surface in such a configuration, a fast and sensitive detection method for hybridization analysis has been found. It is also unexpected that this probe:surface molecule complex, once formed, resists displacement by chemical or competitive binding from other nucleic acid molecules. The positively charged centers on the waveguide can be, among other things, quaternary amino groups. Such groups can be obtained, for example, by quaternizing a dialkylamino end group to a dialkyl-amino-alkyl-amine which is attached to the waveguide surface using a quaternizing agent, e.g. an alkyl halide. An example is treatment of the waveguide surface with trihydroxy-"Y-amino-propylsilane and quaternization with methyl bromide.

Det er ingen spesiell begrensning når det gjelder valg av bølgeledere som kan benyttes i denne oppfinnelsen og de fleste typer som nå er kjente innenfor dette fagområdet kan benyttes, slik som klare plater, staver, optiske fibre og lignende. Mange av disse er beskrevet i flere publikasjoner som også beskriver belysningskildene som er nødvendige, fotodetektorer og optiske konfigurasjoner for håndtering av probene og utføring av testene. Fluorescens deteksjons-analyser og kvanitifisering av signalene som fremkommer i henhold til denne metoden kan også bli forsterket ved bruk av foton tellings-anordninger (foto-multiplikatorer). Differen-siering mellom fritt og interkalert farge kan bli gjort ved å kombinere teknikken i denne oppfinnelsen med andre kjente fluroescens-teknikker sliks om fluroescens polarisasjon og/eller tidsbestemt fluorescens. Andre teknikker som også er nyttige i denne sammenheng er "Fluorescence Råman Scatter-ing", Fluorescence-korrelasjons-spektroskopi, og Fluorescence fluktuasjons-spektroskopi. Signifikante referanser innenfor dette området er "Modem Fluorescence Spectroscopy (198...) Ed. WEBRY, Heydn, New-York; WO-83011230; USP-3,975,084; 3,436,159; 4,447,548; 3,999,855; 3,604,977. There is no particular limitation when it comes to the choice of waveguides that can be used in this invention and most types that are now known in this field can be used, such as clear plates, rods, optical fibers and the like. Many of these are described in several publications which also describe the illumination sources required, photodetectors and optical configurations for handling the probes and performing the tests. Fluorescence detection analyzes and quantification of the signals arising according to this method can also be enhanced by the use of photon counting devices (photo multipliers). Differentiation between free and intercalated color can be done by combining the technique of this invention with other known fluorescence techniques, such as fluorescence polarization and/or timed fluorescence. Other techniques that are also useful in this context are "Fluorescence Råman Scatter-ing", Fluorescence correlation spectroscopy, and Fluorescence fluctuation spectroscopy. Significant references in this area are "Modem Fluorescence Spectroscopy (198...) Ed. WEBRY, Heydn, New-York; WO-83011230; USP-3,975,084; 3,436,159; 4,447,548; 3,999,855; 3,604,977.

Selv om denne metoden hovedsakelig baserer seg på måling av et fluorescens-signal ved et utløp av bølgelederen, d.v.s. ved en eller begge ender derav eller sidelengs dertil, er den ikke begrenset til denne interaksjonstypen. Reaksjon av nukleinsyrer på interfasen i en bølgeleder kan også bli detektert ved bruk av andre optiske fenomener slik som signalabsorpsjon, spredning og lignende, spesielt siden nukleotidbasene har sterk optisk absorpsjon ved noen spesifikke frekvenser. Derfor er også eksitasjon ved stråling i UV, synlig og IR områder mulig. Although this method is mainly based on the measurement of a fluorescence signal at an outlet of the waveguide, i.e. at one or both ends thereof or laterally thereto, it is not limited to this type of interaction. Reaction of nucleic acids at the interphase in a waveguide can also be detected using other optical phenomena such as signal absorption, scattering and the like, especially since the nucleotide bases have strong optical absorption at some specific frequencies. Therefore, excitation by radiation in the UV, visible and IR ranges is also possible.

Selv om det ovenfor er blitt nevnt standard bølgeledere slik som prismer, plater, fibre laget av glass, kvarts eller hensiktsmessig plastikk, foreligger muligheten, i denne oppfinnelsen, av å forsterke de optiske interaksjonene ved interfasen ved bruk av flere teknikker som inkluderer bruk av veldig tynne bølgeledere kalt optiske hulrom som er veldig tynne (en eller flere) ikke-ledende lag (på 1-10 mikron) lagt på et annet ikke-ledende materiale (se de referanse som er nevnt før av Harrick, s. 147-177 og J. DELAY et al, eur. J. Biochem 12 (1970), 133; V.A.R. HUSS et al., System Appl. Microbiology 4 (1983), 184-192). Hule bølgeledere, d.v.s. bølgeledere i kapillær og sylinderform hvor analytten blir sirkulert er også mulig. Although standard waveguides such as prisms, plates, fibers made of glass, quartz or suitable plastics have been mentioned above, the possibility exists, in this invention, to enhance the optical interactions at the interphase using several techniques which include the use of very thin waveguides called optical cavities which are very thin (one or more) non-conductive layers (of 1-10 microns) placed on another non-conductive material (see the references mentioned before by Harrick, pp. 147-177 and J. DELAY et al, Eur. J. Biochem 12 (1970), 133; V. A. R. HUSS et al., System Appl. Microbiology 4 (1983), 184-192). Hollow waveguides, i.e. capillary and cylindrical waveguides where the analyte is circulated are also possible.

En annen potensiell metode for forsterkning av signalet fra en slik interfase er å tilsette et tynt metall-lag (på 500-600 ÅngstrOm) mellom den immobiliserte nukleinsyren og bølgelederen. Denne teknikken, kan med hensiktsmessig valg av optiske betingelser (f.eks. metalltype, tykkelse på lag, vinkel på innfallende lys, polarisasjon av innfallende lysstråler, bølgelengde på innfallende lysstråler) generere et elektromagnetisk felt i det optisk sjeldnere mediet, d.v.s. prøven, som er helt opp til åtti ganger sterkere enn uten metallfilmen, (for referanser, se H. Raether, (1977). Surface Plasmon Osclllations and Their Applications in Physics of Thin Films, Advances in Reasearch and Development, Eds, G. Haas, og MH Francombe, Academic Press, NY. pp. 145-261; H. Raether (1980). Excitation of Plasmons and Interband Transition by Electrons. Springer-Verlag, FRG; B. Liedberg, C. Nylander og I. Lundstrom, (1983). Sens. Actuators 4,299-304). Teknikken overflate-plasmon-resonans, kan bli brukt som en sensitiv detektor av en forandring i tykkelse og laget ved interfasen. Det kan også være en metode for forsterking av fluorescens-intensiteten ved overflaten på grunn av den forhøyede intensiteten i eksitasjonslys-magnetiske felt. Selv om de ovenfor nevnte publikasjonene beskriver i detalj prinsippene ved indre refleksjonsspektroskopiske teknikker, vil en kort beskrivelse bli gitt som følger med referanse til fig. 3, og få en klarhet og kontinuitet i denne oppfinnelsen. Another potential method for amplifying the signal from such an interphase is to add a thin metal layer (of 500-600 ÅngstrOm) between the immobilized nucleic acid and the waveguide. This technique, with an appropriate choice of optical conditions (e.g. type of metal, thickness of layer, angle of incident light, polarization of incident light rays, wavelength of incident light rays) can generate an electromagnetic field in the optically rarer medium, i.e. the sample, which is up to eighty times stronger than without the metal film, (for references, see H. Raether, (1977). Surface Plasmon Osclllations and Their Applications in Physics of Thin Films, Advances in Research and Development, Eds, G. Haas , and MH Francombe, Academic Press, NY. pp. 145-261; H. Raether (1980). Excitation of Plasmons and Interband Transition by Electrons. Springer-Verlag, FRG; B. Liedberg, C. Nylander and I. Lundstrom, (1983).Sens. Actuators 4,299-304). The surface plasmon resonance technique can be used as a sensitive detector of a change in thickness and the layer at the interface. It may also be a method of enhancing the fluorescence intensity at the surface due to the increased intensity in the excitation light-magnetic fields. Although the above-mentioned publications describe in detail the principles of internal reflection spectroscopic techniques, a brief description will be given as follows with reference to Figs. 3, and obtain a clarity and continuity in this invention.

Når en lysstråle 21 bestråler interfasen 22 mellom to klare medier (n^>n2som vist i fig. 3A, fra mediet med høyere brytningsindeks n^23, skjer en total indre refleksjon når refleksjonsvinkelen 0 er større enn den kritiske vinkelen Øc, verdien gitt ved: When a light beam 21 irradiates the interface 22 between two clear media (n^>n2 as shown in Fig. 3A, from the medium with higher refractive index n^23, a total internal reflection occurs when the reflection angle 0 is greater than the critical angle Øc, the value given by :

I dette tilfellet penetrerer den korte bølgen en avstand (dp) på størrelse med en brøkdel av en bølgelengde, bak reflekter-ingsoverflaten og inn i det fortynnede mediet 26. I henhold til Maxwells ligning, etableres en strålende sinusformet bølge, vinkelrett i forhold til den reflekterende overflaten, i det tettere mediet (Fig. 3B). Selv om det ikke er noen netto energistrøm inn i en ikke-absorberende, fortynnet medium, er det et kort felt i dette mediet. På grunn av kontinuitetsbetingelser til feltvektorene er den elektriske feltamplituden (E) størst ved overflateinterfasen (EG) og avtar eksponentielt med avstanden (Z) fra overflaten i henhold til: In this case, the short wave penetrates a distance (dp) of a fraction of a wavelength, behind the reflecting surface and into the dilute medium 26. According to Maxwell's equation, a radiant sinusoidal wave is established, perpendicular to the reflecting surface, in the denser medium (Fig. 3B). Although there is no net energy flow into a non-absorbing, dilute medium, there is a short field in this medium. Due to continuity conditions of the field vectors, the electric field amplitude (E) is largest at the surface interface (EG) and decreases exponentially with distance (Z) from the surface according to:

Penetrasjonsdybden (dp), definert ved avstanden som er nødvendig for at den elektriske feltampl1tuden faller til exp (-1) av dets verdi ved overflaten, er gitt ved: The depth of penetration (dp), defined by the distance required for the electric field amplitude to drop to exp (-1) of its value at the surface, is given by:

Denne størrelsen minker med økende 0 og øker med nærmere indeksberegning (d.v.s. når ng/n^->> 1). Også, fordi, dp er proporsjonal med bølgelengden, er den større ved lengre bølgelengder. This size decreases with increasing 0 and increases with closer index calculation (i.e. when ng/n^->> 1). Also, because dp is proportional to wavelength, it is larger at longer wavelengths.

Altså, ved et hensiktsmessig valg av brytningsindeksen n^til det indre refleksjonselementet, til innfallende vinkel, og av bølgelengde, kan man selektere en dp for å fremme optisk interaksjon hovedsakelig med forbindelser som er nære til eller festet til interfasen og minimalt med hovedmengden av løsningen. Thus, by an appropriate choice of the refractive index n^ of the internal reflection element, of the incident angle, and of the wavelength, one can select a dp to promote optical interaction mainly with compounds close to or attached to the interphase and minimally with the bulk of the solution .

Penetrasjonsdybden er en av fire faktorer som bestemmer dempingen som blir dannet av absorberende filmer i indre refleksjon. The penetration depth is one of four factors that determine the attenuation produced by absorbing films in internal reflection.

De andre faktorene er polarisasjonsavhengig elektrisk felt intensiteten ved den reflekterende interfasen, prøveområdet som øker med økende 0 og tilpassing av brytningsindeksen til det tettere mediet til det fortynnede mediet som igjen kontrollerer styrken på den optiske koblingen. Den hensiktsmessige kvantiteten som tar hensyn til alle disse faktorene er den effektive tykkelsen, de. Den representerer den aktuelle tykkelse på filmen som ville være nødvendig for å oppnå den samme absorpsjonen i et transmisjonseksperiment. For å øke sensitiviteten, blir ofte multiple refleksjons-elementer brukt. Antall refleksjoner (N) er en funksjon av lengden (L), tykkelse (T) av bølgelederen og innfallsvinkel (9). The other factors are the polarization-dependent electric field intensity at the reflective interphase, the sample area which increases with increasing 0 and the matching of the refractive index of the denser medium to the dilute medium which in turn controls the strength of the optical coupling. The appropriate quantity that takes into account all these factors is the effective thickness, de. It represents the actual thickness of the film that would be required to achieve the same absorption in a transmission experiment. To increase sensitivity, multiple reflection elements are often used. The number of reflections (N) is a function of the length (L), thickness (T) of the waveguide and angle of incidence (9).

Desto lengre og tynnere bølgelederen er, desto større er N og desto oftere reagerer den korte bølgen med overflatelaget av antistoff-antigen kompleksene. For en refleksjon er reflek-tiviteten (R): hvor a er absorpsjonskoeff isienten og de er den effektive tykkelse på et svakt absorberende lag, etter N refleksjoner er refleksjonstapet: The longer and thinner the waveguide, the larger N and the more often the short wave reacts with the surface layer of the antibody-antigen complexes. For one reflection, the reflectivity (R) is: where a is the absorption coefficient and de is the effective thickness of a weak absorbing layer, after N reflections the reflection loss is:

d.v.s. det blir øket med en faktor N. i.e. it is increased by a factor N.

Den korte bølgen kan med fordel bli brukt i denne oppfinnelsen til å overvåke overflatereaksjoner ved bruk av en mengde optiske teknikker, hvor en er beskrevet i detalj nedenfor med referanse til figurene 4A, B og C for illustrasjon, selv om dette ikke er begrensende. The short wave can be advantageously used in this invention to monitor surface reactions using a variety of optical techniques, one of which is described in detail below with reference to Figures 4A, B and C by way of illustration, although this is not limiting.

Apparatet som blir brukt er skjematisk representert på fig. 4C som viser som et blokkdiagram hovedkomponentene; disse komponentene Innbefatter en monokromator 39, en lyskilde 36, en strømcelle 37 med bølgeleder 38, et filter 52 og elektro-nikk med data-tilegnelse og prosesserende mikrocomputer Inkludert et fotomultiplikator detektor 40, en for-forsterker 41, en mikroprosessor lyskilde kontrollsystem 42, en mikro-computer 43, en printer 44, og en "memory" (f.eks. floppy dise) 45. The apparatus used is schematically represented in fig. 4C which shows as a block diagram the main components; These components include a monochromator 39, a light source 36, a current cell 37 with waveguide 38, a filter 52 and electronics with data acquisition and processing microcomputer including a photomultiplier detector 40, a pre-amplifier 41, a microprocessor light source control system 42, a micro-computer 43, a printer 44, and a "memory" (e.g. floppy disk) 45.

Å samle fluorescensen ved en bølgeleder/væske interfase kan forskjellige signaloppsamlingsteknikker bli benyttet (fig. 4A og 4B). Fluorescens som blir emittert ved en interfase kan bli detektert enten konvensjonelt hvor detektoren 54 er plassert i rett vinkel i forhold til interfasen (fig. 4A), og/eller, som detektor 40, i linje med den primære lysstrålen (fig. 4B). Når man ser på den veldig lille faste emisjons-vinkelen i i-linje deteksjon sammenlignet med emisjons-vinkelen i rett-vinkel geometri deteksjon, ser det ut som om den første ikke ville være særlig effektiv. Men, det er en forsterker effekt, og teorien antar at det for en fusert silika bølgeleder med vann som n2medium, så vil i-linje fluorescens-intensiteten være 50 ganger høyere enn fluorescensen emittert ved rett-vinkler med hensyn til bølgeled-eren. Denne effekten, at fluorescensen blir ført tilbake inn i bølgelederen er verifisert både teoretisk og eksperimentelt (f.eks. C.K. Carniglia et al., I. Opt. Soc. Amer. 62 (1972); 479-485 ). To collect the fluorescence at a waveguide/liquid interface, different signal collection techniques can be used (Figs. 4A and 4B). Fluorescence emitted at an interphase can be detected either conventionally where detector 54 is positioned at right angles to the interphase (Fig. 4A), and/or, like detector 40, in line with the primary light beam (Fig. 4B). Looking at the very small fixed emission angle in in-line detection compared to the emission angle in right-angle geometry detection, it appears that the former would not be very efficient. But, there is an amplifying effect, and the theory assumes that for a fused silica waveguide with water as n2 medium, the in-line fluorescence intensity will be 50 times higher than the fluorescence emitted at right angles to the waveguide. This effect, that the fluorescence is fed back into the waveguide, has been verified both theoretically and experimentally (eg C.K. Carniglia et al., I. Opt. Soc. Amer. 62 (1972); 479-485 ).

I første steget, danner en tilfallende plan bølge en kort bølge som eksiterer molekylet nær overflaten med en lokal distribusjon proporsjonalt til elektrisk felt intensiteten (se ligning 2). Etter en karakteristisk eksitert-fase livslengde, emitterer disse molekylene fluorescent utstråling med en lokal distribusjon i nærheten av overflaten som er veldig lik den eksiterende intensitetsdistribusjonen beskrevet ved ligning 2 d.v.s. til en kort bølge, men ved fluorescent bølgelengden. Spørsmålet om hva hender til den fluorescerende korte bølgen kan bli besvart ved bruk av optisk resiprokisitet-prinsippet, som sier at dette lyset blir koblet tilbake til bølgelederen som en plan bølge på samme måte som den primære prosessen når en plan bølge generer en kort bølge. Teorien viser at fluorescens-intensiteten emitterer topper ved den kritiske vinkelen ved total indre refleksjon slik at den kan bli reflektert i det indre. For å øke sensitiviteten, kan de indre reflekterte elementene bli strukturert til å samle fluorescens-lys fra flere refleksjoner og lede det til detektoren. In the first step, an incident plane wave forms a short wave that excites the molecule near the surface with a local distribution proportional to the electric field intensity (see equation 2). After a characteristic excited-phase lifetime, these molecules emit fluorescent radiation with a local distribution near the surface that is very similar to the exciting intensity distribution described by equation 2 i.e. to a short wave, but at the fluorescent wavelength. The question of what happens to the fluorescent short wave can be answered using the optical reciprocity principle, which states that this light is coupled back to the waveguide as a plane wave in the same way as the primary process when a plane wave generates a short wave. The theory shows that the fluorescence intensity emits peaks at the critical angle of total internal reflection so that it can be reflected in the interior. To increase sensitivity, the internal reflected elements can be structured to collect fluorescence light from multiple reflections and direct it to the detector.

Dette er spesielt fordelaktig når et optisk fiber blir brukt som et indre refleksjonselement, da fluorescens-lys emittert ved rett-vinkler fra et elongert fiber ikke med letthet kan bli samlet opp i en detektor. I-linje deteksjon unngår måling av fluorescens gjennom hovedmengden av prøveløsningen som omgir fibre, som ellers kan gi en signifikant interferens, avhengig av fluorescens-farge som blir brukt. This is particularly advantageous when an optical fiber is used as an internal reflection element, as fluorescence light emitted at right angles from an elongated fiber cannot easily be collected in a detector. In-line detection avoids the measurement of fluorescence through the bulk of the sample solution surrounding fibers, which can otherwise give a significant interference, depending on the fluorescence dye used.

Lyskilde 36 i denne fremstillingen var en Xenon blitz-lampe (E.G. & G. Salem, MA, USA) og monokromatoren ble utstyrt med et konkavt halografisk nettverk (JOBIN-YVON, Paris) tillater en resolusjon på 5 nm. Bruk av blitz-lampen ble kontrollert ved mikro-computer 42. For å Injisere prøvene gjennom et innløp 48 til celle 37 ble en programmerbar automatisk pipette (Microlab-P; Hamilton Bonaduz AG, Bonaduz, Sveits) helst brukt. Den optiske komponenten innbefattet videre to speil Mi og M2og to prismer 46 og 47. Et fotomultiplikator-rør til detektor 40 (R928; Hamamatsu, Tokyo, Japan) plassert ved utløpet til bølgelederen overvåker direkte forandringen i lysintensiteten. Alternativt eller simultant, ga en detektor 54 med filter 53 et signal fra rett-vinkel fluorescens-emlsjon (se fig. 4A). Signalene fra fotomultiplikatorrørene ble amplifisert (41), integrert i løpet av blitz-tiden (42) og overført av en standard 12-bit analog/digital overfører (ikke vist) til et digitalt format. Det I-hus utviklede mikrocomputer 42 utførte faste signal gjennomsnittsutregnin-ger, og alle data ble justert for variasjoner i blitz-lampe intensiteten ved referanse til en fotodiode 49 plassert i monokromatoren. Signalene ble transmittert til en mikro-computer 43, fortrinnsvis en APPLE II modell, for fremvisning og lagring. Light source 36 in this preparation was a Xenon flash lamp (E.G. & G. Salem, MA, USA) and the monochromator was equipped with a concave halographic grating (JOBIN-YVON, Paris) allowing a resolution of 5 nm. Use of the flash lamp was controlled by micro-computer 42. To inject the samples through an inlet 48 into cell 37, a programmable automatic pipette (Microlab-P; Hamilton Bonaduz AG, Bonaduz, Switzerland) was preferably used. The optical component further included two mirrors M1 and M2 and two prisms 46 and 47. A photomultiplier tube for detector 40 (R928; Hamamatsu, Tokyo, Japan) located at the outlet of the waveguide directly monitors the change in light intensity. Alternatively or simultaneously, a detector 54 with filter 53 provided a signal from right-angle fluorescence emulsion (see Fig. 4A). The signals from the photomultiplier tubes were amplified (41), integrated over the flash time (42) and transferred by a standard 12-bit analog/digital converter (not shown) into a digital format. The I-house developed microcomputer 42 performed fixed signal averaging calculations, and all data was adjusted for variations in flash lamp intensity by reference to a photodiode 49 placed in the monochromator. The signals were transmitted to a micro-computer 43, preferably an APPLE II model, for display and storage.

Den analytiske cellen eller kuvetten illustrert i figur 4C er basert på et mikroskop objektglass bølgeledersystem. Det illustrerte systemet viser strømcelle 37 hvor bunnen faktisk er mikroskop objektglasset 38. Fasthet blir forsikret med en tetningsanordning 50; objektglassene 38 ble plassert i direkte optisk kontakt ved bruk av indekstilpassende olje med to kvart-runde silikaprismer 46 og 47, helst fra Heraeus. Indekstilpassende olje, gjorde spesielt polerte, optisk flate bølgelederflater unødvendige. Prismene ble lagret slik at de tillot en lett justering av innfallende lysvinkelen 0 (se figur 3A) og å forhindre lyskontakt med den lukkende tet-ningsanordningen 50. The analytical cell or cuvette illustrated in Figure 4C is based on a microscope slide waveguide system. The illustrated system shows current cell 37 where the bottom is actually the microscope slide 38. Firmness is ensured with a sealing device 50; the slides 38 were placed in direct optical contact using index-matching oil with two quarter-round silica prisms 46 and 47, preferably from Heraeus. Index matching oil, made specially polished, optically flat waveguide surfaces unnecessary. The prisms were stored to allow easy adjustment of the incident light angle 0 (see Figure 3A) and to prevent light contact with the closing seal device 50.

Strømcellene, laget fra aluminiumlegering, ivaretok kriteriet og tillater rask, boble-fri laminært flyt langs lysveien. Designet forsikret også rask og nøye demontering og tilbake-stilling. Vi valgte en aluminiumlegering, selv om andre metaller også er egnede, f.eks. messing, på grunn av dets gode termiske konduktivitet, mangel på reaktivitet med saltholdig løsning, og lav optisk reflektivitet etter å ha blitt anodizert matt svart for å forhindre lett-lyseffekter. Tetningsanordning 50 var 0.5 mm tykk medisinsk type sillkon-gumml og vanntett ved et konstant tetningstrykk på 2 kg/cm<2>. Inkludert Innførsel 58 og utførsel 51 kanalene var det totale cellevolumet 1.8 ml, volumet rett ovenfor bølgelederen var 0.66 ml(53 x 25 x 0.5 ) og volumet ovenfor lysveien var 0.29 ml (36 x 16 x 0,5). Det foran beskrevne apparatet blir brukt som følger: I første steget, blir bølgelederplate 38 dekket med probe DNA ved bruk av teknikken beskrevet i henhold til fig. 2 og beskrevet i detalj heretter, og deretter blir den tildekkede bølgelederen som danner bunnen av den analytiske kuvetten 37 installert og etter påsetting av de strømførende og detekter-ende elementer, blir en analytt-løsning (inneholdende nukleinsyrefragmenter og en farge) tilsatt til cellen hvorpå hybridisasjon mellom komplementære polynukleotidtråder skjer. Fargemolekylene interkaleres mellom de duplekse trådene og danner fluorescens ved eksitasjon. Fluorescens dannet ved bølgelederinterfasen blir derfor emittert ved utløpet til bølgelederen og samlet av detektorene 40 eller emittert i rett vinkel til bølgelederen og samlet av detektor 54 etter utfiltrering av gjenværende eksitasjonskomponent med filter 52 eller 53, respektivt. Det korresponderende signalet i detektor 40 blir deretter prosessert av de gjenværende komponenter 41 - 45 i apparatet for å danne de ønskede resultatene. Grad av økende fluorescens er et mål på hybridisasjonsgraden og avhenger derfor av konsentrasjonen i prøven av DNA som er komplementært til proben og dets affinitet dertil. Fast tid og endepunkt målinger kan også bli utført for å fremskaffe lignende eller relaterte resultater. Standardtester kan bli kjørt for å kalibrere utstyret med kjente prøver bestående av komplementært DNA og deretter brukt til bestemmelse av ukjente prøver. Dette utstyret kan også bli brukt I tilfeller hvor proben festes til bølgelede-ren etter hybridisering med polynukleotider som skal bestemmes, den eneste hovedforskjellen er at reaktantene får reagere før blandingen blir introdusert inn i cellen. The flow cells, made from aluminum alloy, met the criterion and allow fast, bubble-free laminar flow along the light path. The design also ensured quick and careful disassembly and repositioning. We chose an aluminum alloy, although other metals are also suitable, e.g. brass, due to its good thermal conductivity, lack of reactivity with saline solution, and low optical reflectivity after being anodized matte black to prevent light-glow effects. Sealing device 50 was 0.5 mm thick medical type silicone rubber and watertight at a constant sealing pressure of 2 kg/cm<2>. Including the inlet 58 and outlet 51 channels, the total cell volume was 1.8 ml, the volume directly above the waveguide was 0.66 ml (53 x 25 x 0.5 ) and the volume above the light path was 0.29 ml (36 x 16 x 0.5). The apparatus described above is used as follows: In the first step, waveguide plate 38 is covered with probe DNA using the technique described according to fig. 2 and described in detail hereafter, and then the covered waveguide which forms the bottom of the analytical cuvette 37 is installed and after attaching the current-carrying and detecting elements, an analyte solution (containing nucleic acid fragments and a dye) is added to the cell whereupon hybridization between complementary polynucleotide strands occurs. The color molecules are intercalated between the duplex threads and form fluorescence upon excitation. Fluorescence formed at the waveguide interface is therefore emitted at the outlet of the waveguide and collected by detectors 40 or emitted at right angles to the waveguide and collected by detector 54 after filtering out the remaining excitation component with filter 52 or 53, respectively. The corresponding signal in detector 40 is then processed by the remaining components 41 - 45 of the apparatus to produce the desired results. The degree of increase in fluorescence is a measure of the degree of hybridization and therefore depends on the concentration in the sample of DNA complementary to the probe and its affinity thereto. Fixed time and endpoint measurements may also be performed to provide similar or related results. Standard tests can be run to calibrate the equipment with known samples consisting of complementary DNA and then used for the determination of unknown samples. This equipment can also be used in cases where the probe is attached to the waveguide after hybridization with polynucleotides to be determined, the only main difference being that the reactants are allowed to react before the mixture is introduced into the cell.

Fig. 4D illustrerer et alternativt apparat for å detektere og overvåke fluorescentlyset som blir ført tilbake gjennom bølgelederen og eksiterer derifra på innførselssiden. Arbeidskomponentene i denne fremstillingen er nesten de samme som i den første fremstillingen og innbefatter en kilde 57, et filter 58, en bølgelengde 59, en referansedetektor 61, et fluorescensemisjonsfilter 62 og en signaldetektor 63. Den Innbefatter i tillegg en strålebunnsplitter 60 som reflekterer den innfallende bølgelengden fra kilden mot bølgelederen. Fig. 4D illustrates an alternative apparatus for detecting and monitoring the fluorescent light that is returned through the waveguide and excited therefrom on the input side. The working components of this embodiment are almost the same as in the first embodiment and include a source 57, a filter 58, a wavelength 59, a reference detector 61, a fluorescence emission filter 62 and a signal detector 63. It additionally includes a beam bottom splitter 60 which reflects the incident the wavelength from the source towards the waveguide.

Her, blir eksitasjonslys som er dannet av kilde 57 og filtrert gjennom filter 58 reflektert og lys-innførselstiden 64 til bølgeleder 57 via den optiske strålebunnsplitter 60. Fluorescenslys dannet ved interfasen til bølgelederen og analyttløsningen (ikke vist) blir ført tilbake til bølgelede-ren og eksiterer fra side 64. Ved riktig valg av optisk utførelse av strålebunnsplitter 60, blir en stor del av dette fluorescentsignalet sendt direkte gjennom strålebunnsplitte-ren for å bli detektert etter filtrering (62) av detektor 63. Here, excitation light generated by source 57 and filtered through filter 58 is reflected and light input time 64 to waveguide 57 via optical beam splitter 60. Fluorescence light generated at the interface of the waveguide and the analyte solution (not shown) is fed back to the waveguide and excites from page 64. With the correct selection of the optical design of beam bottom splitter 60, a large part of this fluorescent signal is sent directly through the beam bottom splitter to be detected after filtering (62) by detector 63.

En fordel med dette oppsettet i forhold til det som er illustrert i fig. 4C er at det eksiterte lyset er ikke direkte innfallende på prøvedetektor 63, slik at bakgrunns-signalnivåer blir mindre. En hensiktsmessig strålebunnsplitter kan være en enkelt kvartsobjektglass eller et mere kompleks dikroisk laminat. Det sistnevnte er å foretrekke da det selektivt reflekterer eksitasjonslyset inn i bølgeleder 59 og transmitterer fluorescentlyset til signaldetektor 63. An advantage of this setup compared to that illustrated in fig. 4C is that the excited light is not directly incident on sample detector 63, so that background signal levels are reduced. A suitable beam bottom splitter can be a single quartz slide or a more complex dichroic laminate. The latter is preferable as it selectively reflects the excitation light into waveguide 59 and transmits the fluorescent light to signal detector 63.

I en variant av fremstillingen i fig. 4D, kan planbølgeleder 59 bli erstattet av en hul bølgeleder 70 (se fig. 7) hvor væsken som skal bli testet blir sirkulert ved innførsel 71 og utførsel type 72. Denne hule bølgeleder med belegg 70a kan bestå av et kapillært rør hvor det indre området kan være veldig stort relativt til dets interne volum hvor arrangemen-tet gir en høy tetthet når det gjelder interaksjonsseter mellom det korte bølgesignal og flurorescens-sentrene til det hybridiserte materialet representert konvensjonelt ved dekking 73. Posisjonene til innløp 71 og utløpkanalene 72 er valgfrie. Inn i fig. 7 er endene til røret, som virker som en testkuvette, sperret av pluggene 74 og 75; en hvilken som helst annen måte å holde væsken i røret og forhindre det fra å lekke ved endene kan benyttes. In a variant of the preparation in fig. 4D, planar waveguide 59 can be replaced by a hollow waveguide 70 (see fig. 7) where the liquid to be tested is circulated by inlet 71 and outlet type 72. This hollow waveguide with coating 70a can consist of a capillary tube where the inner area can be very large relative to its internal volume where the arrangement provides a high density in terms of interaction sites between the short wave signal and the fluorescence centers of the hybridized material represented conventionally by cover 73. The positions of inlet 71 and outlet channels 72 are optional. Into fig. 7, the ends of the tube, which acts as a test cuvette, are blocked by the plugs 74 and 75; any other means of keeping the liquid in the tube and preventing it from leaking at the ends may be used.

Betjening av denne bølgeledervarlanten er omtrent den samme som den som er illustrert 1 fig. 4D. Innførselslyset vist ved pilene 76, propageres gjennom veggene 70 til bølgelederen og den korte bølgekomponenten reagerer med materiale 73 og danner et fluorescentslgnal skjematisert ved de prikkede pilene 77. Denne fluorescensen blir plukket opp av en detektor lik detektor 63 1 fig. 4D. Når det gjelder det gjenværende, er oppsettet og betjeningen nøyaktig lik fremstillingen i fig. 4D. Operation of this waveguide varlant is approximately the same as that illustrated in Fig. 1. 4D. The input light shown by the arrows 76 is propagated through the walls 70 of the waveguide and the short wave component reacts with material 73 and forms a fluorescent signal schematically shown by the dotted arrows 77. This fluorescence is picked up by a detector similar to detector 63 1 fig. 4D. As for the rest, the layout and operation is exactly the same as shown in fig. 4D.

Fordelene ved tubeformet bølgeleder er at den tillater sirkulasjon av et relativt stort løsningsvolum (som er holdt i et reservoir, og ikke representert på tegningen) eller resirkulasjon av den samme prøven for å forsikre maksimalt opptak av alle analyttmolekyler ved proben som er dekket på innsiden av rørveggen. The advantages of the tubular waveguide are that it allows circulation of a relatively large volume of solution (which is held in a reservoir, and not represented in the drawing) or recirculation of the same sample to ensure maximum uptake of all analyte molecules by the probe which is covered on the inside of the pipe wall.

Derfor, selv i de tilfeller hvor nukleinsyren som skal bli detektert ved hybridisasjon er veldig fortynnet, vil den progressivt festes til proben når sirkulasjonen fortsetter og sensitiviteten vil være sterkt forøket. Therefore, even in those cases where the nucleic acid to be detected by hybridization is very dilute, it will progressively attach to the probe as circulation continues and sensitivity will be greatly increased.

Fargestoffene brukt som interkalatorer er blitt karakteri-serte og undersøkte og deres bruk i måling av dobbelt-trådet nukleinsyrer er kjent innenfor dette fagområdet. Lister med hensiktsmessige fargestoffer er gitt i EPA 84107624.3 og FR-A-8107928. Av spesiell interesse I denne søknaden er fenantridin-fargestoffer (f.eks. etidiumbromid og etidium-bromidhomodimerer) og akridin fargestoffer. En oversikt over noen av de viktigste optiske og strukturelle egenskapene er gitt i RH Sarma, (1980), Nukleinsyregeometri og dynamikk, Pergamon Press, London. Andre nøkkelreferanser er J-B LePecq og C. Paoletti, (1967). J. Mol. Biol. 27,87-106; J-B LePecq, M. LeBret, J. Barket, og B. Roques, (1975). Proe. Nati. Acad. Sei. (USA). 72, 2915-2919; J. Olmsted og DR Kearns, The dyes used as intercalators have been characterized and investigated and their use in measuring double-stranded nucleic acids is known within this field. Lists of suitable colorants are provided in EPA 84107624.3 and FR-A-8107928. Of particular interest in this application are phenanthridine dyes (eg, ethidium bromide and ethidium bromide homodimers) and acridine dyes. An overview of some of the most important optical and structural properties is given in RH Sarma, (1980), Nucleic acid geometry and dynamics, Pergamon Press, London. Other key references are J-B LePecq and C. Paoletti, (1967). J. Mol. Biol. 27,87-106; J-B LePecq, M. LeBret, J. Barket, and B. Roques, (1975). Pro. Nati. Acad. Pollock. (United States). 72, 2915-2919; J. Olmsted and DR Kearns,

(1977). Biochem. 16, 3647-3654., M. LeBret og 0. Chalvet (1977). Biochem. 16, 3647-3654., M. LeBret and 0. Chalvet

(1977). J. Mol. Struct. 37, 299-319.; AR. Morgan, DH. Evans, JS Lee og D. Pulleybank, (1979). Nucleic Acids Res. 7, 571-594.; J. Markovits, B-P Roques og J-B LePecq, (1979). Anal. Biochem. 94, 259-264. De viktigste faktorene vedrørende disse fargestoffene er forandring i de spektrale egenskaper etter at fargestoffet har interkalert seg mellom dobbelt-trådete nukleinsyrer. Etter interkaleringen, er det en forøkning i fluorescens-levetiden, fluorescens kvantumutbyt-tet blir øket og det skjer et skift til rødt i fluorescens-emisjonsbølgelengden. Ved et hensiktsmessig valg av optisk system, kan fluorescensen fra Interkalerte fargestoffer lett bli differensiert fra ikke-interkalerte fargestoffer, f.eks. ved valg av hensiktsmessig emisjonsfilter. Fluorescenssignalet er direkte proporsjonalt til konsentrasjonen av dobbelt-trådet nukleinsyre (hvor fargestoffet er i overskudd med hensyn på konsentrasjon). Dette er hovedpunktene i U.S. patentnummer 4,423,153, en metode for deteksjon av totalt cellulært DNA. (1977). J. Mol. Struct. 37, 299-319.; YEAR. Morgan, DH. Evans, JS Lee and D. Pulleybank, (1979). Nucleic Acids Res. 7, 571-594.; J. Markovits, B-P Roques and J-B LePecq, (1979). Anal. Biochem. 94, 259-264. The most important factors regarding these dyes are changes in the spectral properties after the dye has intercalated between double-stranded nucleic acids. After the intercalation, there is an increase in the fluorescence lifetime, the fluorescence quantum yield is increased and there is a shift to red in the fluorescence emission wavelength. With an appropriate choice of optical system, the fluorescence from intercalated dyes can be easily differentiated from non-intercalated dyes, e.g. when choosing an appropriate emission filter. The fluorescence signal is directly proportional to the concentration of double-stranded nucleic acid (where the dye is in excess with regard to concentration). These are the main points in the U.S. patent number 4,423,153, a method for the detection of total cellular DNA.

Slike fargestoffer har vist seg å reagere med dobbelt-trådet DNA fra mange spesles (f.eks. kalvtymus-DNA, musfag T4, E. coli, P. vulgarls, M. lysodelkticus, human DNA, forskjellige RNA'er, og homopolynukleotider slik som polydArpolydT, polydCrpolydG (fra ovenfornevnte referanser)) og er derfor universalt nyttbar. Such dyes have been shown to react with double-stranded DNA from many species (eg, calf thymus DNA, mouse phage T4, E. coli, P. vulgarls, M. lysodelcticus, human DNA, various RNAs, and homopolynucleotides such such as polydArpolydT, polydCrpolydG (from the above-mentioned references)) and is therefore universally usable.

Interaksjonen av visse fargestoffer (f.eks. Acridine orange) med dobbelt-trådet nukleinsyre kan bli inhibert av andre interkalatorer (f.eks. Actinomycin D). Dette er grunnlaget i et testsystem for deteksjon av forbindelser som reagerer med nukleinsyrer beskrevet i U.S. patentnummer 4,257,774. The interaction of certain dyes (eg, Acridine orange) with double-stranded nucleic acid can be inhibited by other intercalators (eg, Actinomycin D). This is the basis of a test system for the detection of compounds that react with nucleic acids described in U.S. Pat. patent number 4,257,774.

Siden nukleinsyrer må være i en dobbelt-trådet form for at lnterkalasjon skal skje, kan brekking av denne dobbelt-tråden, slik det skjer ved lave strålingsdoser eller visse kjemikalier, resultere i et lavere fluorescensslgnal 1 forhold til kontrollprøver som ikke er blitt utsatt for skadelige stoffer. Dette er hovedpunktene i EPA 82300376.01 som er en metode for deteksjon av skadet DNA. Since nucleic acids must be in a double-stranded form for intercalation to occur, breakage of this double-strand, as occurs with low doses of radiation or certain chemicals, can result in a lower fluorescence signal compared to control samples that have not been exposed to harmful substances. These are the main points of EPA 82300376.01 which is a method for the detection of damaged DNA.

Ingen av disse metodene kan bli brukt til deteksjon av spesifikke nukleotidsekvenser 1 en blanding som består av mange nuklelnsyremolekyler. Dette er hovedformålet i denne oppfinnelsen. None of these methods can be used for the detection of specific nucleotide sequences in a mixture consisting of many nucleic acid molecules. This is the main purpose of this invention.

Bruk av fotokjemisk aktiverte interkalerende forbindelser for syntese av merkede prober er blitt beskrevet i EPA 84107624.3. Her er den fotokjemiske aktive interkalatoren bundet til nukleotidet og enten blir fargefluorescensen brukt til å detektere proben etter hybridisasjon eller så blir interkalatoren brukt som en "bro" for å binde andre stoffer som skal bli detektert som merker f.eks. enzymer, avidin-biotin, antistoffer. Denne fremgangsmåten er rettet mot konvensjonelle hybridisasjonsanalysesystemer og er ikke relatert til bølgeledere, ikke-separasjon/ikke-vasking/kinetiske hybridasjonsanalyser og de før nevnte teknikkene krever en på forhånd merking av probene før reaksjonen, og ikke en in situ merking som i denne metoden. The use of photochemically activated intercalating compounds for the synthesis of labeled probes has been described in EPA 84107624.3. Here, the photochemically active intercalator is bound to the nucleotide and either the color fluorescence is used to detect the probe after hybridization or the intercalator is used as a "bridge" to bind other substances to be detected as labels, e.g. enzymes, avidin-biotin, antibodies. This method is aimed at conventional hybridization assay systems and is not related to waveguide, no-separation/no-wash/kinetic hybridization assays and the previously mentioned techniques require a pre-labeling of the probes before the reaction, and not an in situ labeling as in this method.

Det bør nevnes at det er mulig å danne dobbelt-trådet DNA ved en interfase slik som det er fremlagt her, og deretter merke dobbelt-trådet DNA med en interkalator som vil kryss-binde trådene. Dette tillater det immobiliserte materialet å arbeide uten tap av spesifikk signal med en videre øking i sensitivitet på grunn av minimale bakgrunnssignaler. Det kan være nødvendig når det er nødvendig med veldig høy sensitivitet. Man kan også forestille en reaksjonssekvens hvor mere enn en probe blir brukt. For eksempel en type sandwich-hybridisasjonsanalyse (M. EADOKI et al., Gene 21 (1983), 77-85) hvor prøve DNA reagerer med den immobiliserte proben og en andre (eller mere) fluorescensmerket probe(r) i løsning. Det resulterende komplekset kan bli målt ved interfasen ved bruk av teknikker i denne oppfinnelsen. Fordelene med et slikt system er at det tillater bruk av "generisk" fast-fase probe som passer med et antall selekterte anvendelser mens den spesifikke proben kan bli satt til løsning, og dermed prekludere nødvendigheten av å fremstille en rekke fast-fase probe-bølgeledere. It should be mentioned that it is possible to form double-stranded DNA at an interphase as presented here, and then label the double-stranded DNA with an intercalator which will cross-link the strands. This allows the immobilized material to work without loss of specific signal with a further increase in sensitivity due to minimal background signals. It may be necessary when very high sensitivity is required. One can also imagine a reaction sequence where more than one probe is used. For example, a type of sandwich hybridization assay (M. EADOKI et al., Gene 21 (1983), 77-85) where sample DNA reacts with the immobilized probe and a second (or more) fluorescently labeled probe(s) in solution. The resulting complex can be measured at the interphase using the techniques of this invention. The advantages of such a system are that it allows the use of "generic" solid-phase probes suitable for a number of selected applications while the specific probe can be added to solution, thereby precluding the necessity of fabricating a variety of solid-phase probe waveguides .

Denne oppfinnelsen er forskjellig sammenlignet med tidligere typer og har en rekke unike egenskaper som gjør den veldig brukbar for utføring av analyser av klinisk diagnostisk art, og som ikke eksisterer i andre nåværende systemer. Disse egenskapene består spesielt av: rask deteksjon av definerte nukleinsyresekvenser i det kinetiske målsystemet; den tekniske lettheten ved bruk av et kit/instrumentelt system som denne oppfinnelsen er basert på på grunn av at det ikke er nødvendig å pre-merke reagenser; ikke nødvendig å vaske den faste fasen og in situ deteksjon av den hybridiserte proben; sensitiviteten som skyldes forsterket fluorescens av det interkalerte fargestoffet og på grunn av bruk av indre refleksjonsdeteksjonsteknikker; spesifisiteten som skyldes nukleinsyreproben og bruk av indre refleksjon for bare å detektere den tynne overflateflimen og ingen andre utenfor-liggende stoffer. This invention is different compared to previous types and has a number of unique properties that make it very useful for performing analyzes of a clinical diagnostic nature, and which do not exist in other current systems. These properties consist in particular of: rapid detection of defined nucleic acid sequences in the kinetic target system; the technical ease of use of a kit/instrumental system upon which this invention is based due to the need not to pre-label reagents; no need to wash the solid phase and in situ detection of the hybridized probe; the sensitivity due to enhanced fluorescence of the intercalated dye and due to the use of internal reflection detection techniques; the specificity due to the nucleic acid probe and the use of internal reflection to detect only the thin surface film and no other extraneous substances.

For på-stedet-bruk (f.eks. kliniske laboratorier, landbruks-messige testlaboratorier, mat-teknologi, råmaterial kvali-tetskontroll, o.s.v.) foreligger det et kit-system i denne oppfinnelsen. Slik kit inneholder følgende komponenter: en prøveanordning (sprøyte, vattpinne, osv.); en prøve fremstil-lingsanordning for deproteiniserte løsninger bestående av enkelttrådet nukleinsyre; kit'et inneholder også et nuklein-syrehybridisasjonssystem i henhold til metoden i denne oppfinnelsen. Avhengig av hvilken fremstilling som benyttes, består systemet av en enkel anordning med lav produksjons-kapasitet eller en stor multi-analytt, et analytisk utstyr til multiprøver, manuelle eller automatiske. I begge tilfeller er bølgelederen en del av en billig disponibel kuvette (f.eks. støpt plastikk) blir probenukleinsyre festet på deler av innsiden av overflaten. Alle reaksjoner foregår innenfor kuvetten og de optiske målingene involverer de tildekkede delene av kuvetten. Når det gjelder mer sofisti-kert fremstilling, er det hensiktsmessig å feste probene til en anordning som kan benyttes på nytt hvor den analytiske enheten er av strøm-celle type (se fig. 4C) med bølgelederen som en intregrert del. Når det gjelder DNA blir en serie løsninger sendt gjennom cellen for måling av base-linje signal, spesifikk bindingssignal etter injeksjon av prøven og fargestoff, deretter bryting av dobbelt-trådet DNA og ved ekvilibrering av systemet som da er klar for å motta den neste prøven. Bryting av dupleks DNA kan oppnåes ved bruk av vanlige kjemiske eller fysiske metoder. Den enkleste måten å denaturere dupleks DNA på er å varme prøven ved en temperatur som avhenger av den relative base-par-konsentrasjonen, lengden av det hybridiserte molekylet og "goodness-of-fit" til de to sammensmeltede kjedene. Det eksisterer en gjennom-snittlig denatureringstemperatur (Tm) hvorpå de to trådene separeres. Tm-verdien kan bli brukt til å separere tråder når man er klar for den andre prøven, men en temperatur-kontrollanordning som inkorporerer egenskapene i denne oppfinnelsen har en rekke fordeler. For on-site use (e.g. clinical laboratories, agricultural test laboratories, food technology, raw material quality control, etc.) there is a kit system in this invention. Such a kit contains the following components: a test device (syringe, swab, etc.); a sample preparation device for deproteinized solutions consisting of single-stranded nucleic acid; the kit also contains a nucleic acid hybridization system according to the method of this invention. Depending on which production is used, the system consists of a simple device with a low production capacity or a large multi-analyte, an analytical equipment for multi-samples, manual or automatic. In both cases the waveguide is part of a cheap disposable cuvette (e.g. molded plastic) probe nucleic acid is attached to parts of the inside of the surface. All reactions take place within the cuvette and the optical measurements involve the covered parts of the cuvette. When it comes to more sophisticated production, it is appropriate to attach the probes to a device that can be used again where the analytical unit is of the current cell type (see fig. 4C) with the waveguide as an integrated part. In the case of DNA, a series of solutions is sent through the cell for measurement of base-line signal, specific binding signal after injection of the sample and dye, then breaking of the double-stranded DNA and upon equilibration of the system which is then ready to receive the next sample . Breaking of duplex DNA can be achieved using common chemical or physical methods. The simplest way to denature duplex DNA is to heat the sample at a temperature that depends on the relative base-pair concentration, the length of the hybridized molecule and the goodness-of-fit of the two fused strands. There is an average denaturation temperature (Tm) at which the two strands separate. The Tm value can be used to separate strands when ready for the second test, but a temperature control device incorporating the features of this invention has a number of advantages.

Relasjonen mellom base-par-sekvens og Tm blir definert med følgende ligning: The relationship between base-pair sequence and Tm is defined with the following equation:

hvor G og C er de ekvivalente ^-konsentrasjonene til guanin og cytosin, respektivt og X er en ione-styrken på bufferen. Denne formelen må kanskje modifiseres ved tilstedeværelse av visse polymerer, f.eks. polyetylenglykol, på grunn av eksklusjonsegenskaper til slike polymerer (se M. GILLIS et al, European Journal of Biochemistry 12 (1970), 143-153). Som en generell regel, skjer maksimum effektivitet av nukleinsyre-rehybrldisasjon ved reaksjonsbetingelser ved moderat forhøyede temperaturer (> 30°C) og maksimumshastig-heten til reaksjonen mellom komplementære tråder skjer ved en temperatur på omtrent 25 °C under Tm (J. MARMUR eta 1., J. Molec, Biology 3 (1961), 585-600). Måten man oppnår denne fremgangsmåten som innbefatter temperaturkontrollert hybridisasjon og denaturering kan lett bli optimalisert til å virke ved maksimal bindingseffektivitet ved å velge hensiktsmessige temperaturer i henhold til ovenfornevnte relasjon. where G and C are the equivalent ^-concentrations of guanine and cytosine, respectively, and X is an ionic strength of the buffer. This formula may need to be modified in the presence of certain polymers, e.g. polyethylene glycol, due to exclusion properties of such polymers (see M. GILLIS et al, European Journal of Biochemistry 12 (1970), 143-153). As a general rule, the maximum efficiency of nucleic acid rehybrldization occurs at reaction conditions at moderately elevated temperatures (> 30°C) and the maximum rate of the reaction between complementary strands occurs at a temperature approximately 25°C below Tm (J. MARMUR eta 1 ., J. Molec, Biology 3 (1961), 585-600). The manner of achieving this method involving temperature controlled hybridization and denaturation can easily be optimized to operate at maximum binding efficiency by selecting appropriate temperatures according to the above relationship.

En annen hensikt med temperaturkontroll er relatert til "goodness-of-fit" mellom to nukleinsyretråder. Ved å bruke en temperatur-gradient gjennom cellen, kan en nøyaktig måling av Tm bli utført når man utsetter det hybridiserte molekylet for ikke-sammensmelting og kinetisk overvåking. Tm forandrer seg når "goodness-of-fit" blir mindre, d.v.s. når de passer dårligere sammen (R.B. WALLACE et al., Nucleic Acid Res. 6 Another purpose of temperature control is related to the goodness-of-fit between two nucleic acid strands. By using a temperature gradient through the cell, an accurate measurement of Tm can be performed when subjecting the hybridized molecule to non-fusion and kinetic monitoring. Tm changes when "goodness-of-fit" becomes smaller, i.e. when they fit together less well (R.B. WALLACE et al., Nucleic Acid Res. 6

(1979), 3543-3557). Innretningen som inkorporerer teknikken i denne oppfinnelsen medfører til en nøyaktig måling av Tm, sammenligning av det observerte Tm i en prøve DNA med en ventet Tm og dermed bestemme "goodness-of-fit" til DNA-trådene som er av interesse. Dette er veldig viktig ved deteksjon av partiell base-par homolog! som kan eksistere beslektede mikroorganismer, eller ved deteksjon av enkel-punkt mutasjoner som er relatert til visse arvelige sykdommer. Andre teknikker som involverer "goodness-of-fit" som denne oppfinnelsen er relatert til omfatter blant annet følgende: Ionestyrkevariasjoner (B.J. McArthy et al., Biochemical Journal 2 (1968), 37-48). Formamidkonsentrasjon (B.C. Mc CONAUGHY et al., Biochemistry 8 (1969), 3289-3295). Andre kaotropiske agens slik som natriumperiodat (K. HAMA-GUCHI et al., J.A.C.S. 84 (1962), 1329-1338); natriumper-klorat, natriumtiocyanat og kaliumjodid (D.R. ROBINSON et al., J. Biological Chem. 241 (1966), 4030-4042), dekstransulfat (G.M. WAHL et al., Proe. of the Nat. Acad. Sc. USA 76 (1979), 3543-3557). The device incorporating the technique of this invention leads to an accurate measurement of Tm, comparison of the observed Tm in a sample of DNA with an expected Tm and thus determining the "goodness-of-fit" of the DNA strands of interest. This is very important in the detection of partial base-pair homology! which may exist related microorganisms, or by the detection of single-point mutations that are related to certain hereditary diseases. Other techniques involving goodness-of-fit to which this invention relates include the following: Ionic strength variations (B.J. McArthy et al., Biochemical Journal 2 (1968), 37-48). Formamide concentration (B.C. Mc CONAUGHY et al., Biochemistry 8 (1969), 3289-3295). Other chaotropic agents such as sodium periodate (K. HAMA-GUCHI et al., J.A.C.S. 84 (1962), 1329-1338); sodium perchlorate, sodium thiocyanate and potassium iodide (D.R. ROBINSON et al., J. Biological Chem. 241 (1966), 4030-4042), dextran sulfate (G.M. WAHL et al., Proe. of the Nat. Acad. Sc. USA 76

(1979), 3683-3687. Nylig er det blitt demonstrert en signifikant hybridisasjonsrate-økning ved bruk av noe polyetylenglykol I reaksjonsbufferen (R.M. AMASINO et al, Annals Biochem. 152 (1976), 304-307). De optimale betingelsene for hybridisasjonsbuffere vil også ta hensyn til det som er nevnt ovenfor. (1979), 3683-3687. Recently, a significant hybridization rate increase has been demonstrated using some polyethylene glycol in the reaction buffer (R.M. AMASINO et al, Annals Biochem. 152 (1976), 304-307). The optimal conditions for hybridization buffers will also take into account what is mentioned above.

I reaksjonene som immobiliserer nukleinsyre (enkel-trådet prober eller dupleks strukturer) på bølgelederoverflater (glass eller plastikk) er det tre hovedmåter som er mulige: a) immobilisering av proben, d.v.s. kjente polynukleotidsekvenser, på bølgeleder og deretter la proben på bølgelederen In the reactions that immobilize nucleic acid (single-stranded probes or duplex structures) on waveguide surfaces (glass or plastic), three main ways are possible: a) immobilization of the probe, i.e. known polynucleotide sequences, on the waveguide and then put the probe on the waveguide

reagere med en analytt av DNA som skal bestemmes.react with an analyte of DNA to be determined.

b) immobilisering av hybridisasjonsproduktet med spesiell bindingssekvens på proben og c) immobilisering av DNA-blandingen som skal bli analysert på bølgelederen og la DNA reagere med en løsning som inneholder kjent probe-DNA. Teknikkene (a) og (b) er spesielt viktige i denne oppfinnelsen . b) immobilizing the hybridization product with specific binding sequence on the probe and c) immobilizing the DNA mixture to be analyzed on the waveguide and allowing the DNA to react with a solution containing known probe DNA. Techniques (a) and (b) are particularly important in this invention.

For å oppnå immobilisasjon av DNA på et substrat, kan substratet være nukleofilt, d.v.s. substratet vil deretter binde elektrofile nukleinsyresentere (elektron-manglende seter, f.eks. C=0 til aktivert karboksylestere, eller fosfatestere). Substratet kan også være elektrofilt (blant annet positivt ladet) og tiltrekker da nukleofile nukleinsyrer (f.eks. fosfat). Dette er alternativet som er illustrert i fig. 2 hvor dupleks DNA ligger flatt på substrat-overflaten etter farge-interkalering, selv om proben bare er immobilisert kovalent ved et punkt (3' eller 5' ende). Forankring ved bare et enkelt punkt øker reaktiv!teten siden kjeden har mulighet til å tvinne fritt og tvinnes opp i løsning. Orientering av fluorescenskomplekset parallelt til bølgelederinterfasen øker interaksjonen av fluorescens-sentrene med den korte bølgekomponenten og øker testsensi-tiviteten. To achieve immobilization of DNA on a substrate, the substrate can be nucleophilic, i.e. the substrate will then bind electrophilic nucleic acid centers (electron-deficient sites, e.g. C=0 to activated carboxyl esters, or phosphate esters). The substrate can also be electrophilic (among other things positively charged) and then attracts nucleophilic nucleic acids (e.g. phosphate). This is the option illustrated in fig. 2 where duplex DNA lies flat on the substrate surface after dye intercalation, although the probe is only covalently immobilized at one point (3' or 5' end). Anchoring at just a single point increases reactivity since the chain has the opportunity to twist freely and twist up in solution. Orienting the fluorescence complex parallel to the waveguide interphase increases the interaction of the fluorescence centers with the short wave component and increases test sensitivity.

Festing av proben på bare en ende krever utvikling av spesiell kjemi. Attaching the probe to only one end requires the development of special chemistry.

Noen teknikker er blitt rapportert for binding av ikke-modifisert DNA på cellulose eller agarose. De følgende referanser er indikative: M.S. Poonian et al.; Biochemistry 10 (1971) 424-27; P.T. Gilham Adv. Exp. Biol. Med. 42 (1974), 172-185; P. Venetianer et al.; P.N.A.S. USA 71 (1974) 3892-3895; D.J. Arndt-Jovin et al., Eur. J. Bioch. 54 (1975 ), 411-418; T.Y. Shih et al., Biochemistry 13 (1974), 3411-18; B.E. Noyes et al., Cell 5 Some techniques have been reported for binding unmodified DNA to cellulose or agarose. The following references are indicative: M.S. Poonian et al.; Biochemistry 10 (1971) 424-27; P.T. Gilham Adv. Exp. Biol. With. 42 (1974), 172-185; P. Venetianer et al.; P.N.A.S. USA 71 (1974) 3892-3895; DJ Arndt-Jovin et al., Eur. J. Bioch. 54 (1975), 411-418; T. Y. Shih et al., Biochemistry 13 (1974), 3411-18; B.E. Noyes et al., Cell 5

(1975), 301-310; M.L. Goldberg et al., Methods in Enzymol. 68 (1975), 301-310; M. L. Goldberg et al., Methods in Enzymol. 68

(1979), 206-220; L.G. Moss et al., J. Biol.Chem. 256, (1981), 12655-58. Dårlig utbytte er blitt rapportert når det gjelder faste faser som bærer enten nukleofile eller elektrofile grupper. Gode resultater er blitt beskrevet ved bruk av sterke basiske betingelser med en elektrofil fast fase (se MOSS ovenfor). Men flere betingelser kan ikke bli brukt med labile linkere på plater. Modifikasjon av DNA/RNA eller i det minste aktivering av nukleinsyrer var også nødvendig for å oppnå gode resultater ved milde betingelser. (1979), 206-220; LG Moss et al., J. Biol. Chem. 256, (1981), 12655-58. Poor yields have been reported in the case of solid phases bearing either nucleophilic or electrophilic groups. Good results have been described using strong basic conditions with an electrophilic solid phase (see MOSS above). But multiple conditions cannot be used with labile linkers on discs. Modification of DNA/RNA or at least activation of nucleic acids was also necessary to obtain good results under mild conditions.

Bølgelederoverflåtene ble blant annet silanerte med trihydr-oksy eller trialkoksysilaner med reaktive grupper så som amino, SH, NCS, NCO, epoksy, azid, CHO, hal id, karboksy, ester og lignende. Silane forbindelser som bærer 3-aminopropyl, 3-tiohydroksyalkyl, glysidoksypropyl kan bli brukt ved silanering; kobling av amin med en aryl eller alkyl-diisotiocyanat danner deretter NCS-terminerte deler. Polylysin kan deretter bli bundet den frie NCS for å øke antallet av nukleofile aminogrupper på bølgelederoverflaten. The waveguide surfaces were, among other things, silanized with trihydroxy or trihydroxysilanes with reactive groups such as amino, SH, NCS, NCO, epoxy, azide, CHO, halide, carboxy, ester and the like. Silane compounds bearing 3-aminopropyl, 3-thiohydroxyalkyl, glycidoxypropyl can be used in silanation; coupling of the amine with an aryl or alkyl diisothiocyanate then forms NCS-terminated moieties. Polylysine can then be bound to the free NCS to increase the number of nucleophilic amino groups on the waveguide surface.

Probe DNA ble syntetisert ved vanlige teknikker, blant annet metoder som egner seg for dannelse av oligonukleotider. Se blant annet S.L. Beaucage et al., Tetrahedron Letters 22 Probe DNA was synthesized by usual techniques, including methods suitable for the formation of oligonucleotides. See, among other things, S.L. Beaucage et al., Tetrahedron Letters 22

(1981), 1859-1862; M.H. Caruthers, Chemical and Enzymatic Synthesis of Gene Fragments, Ed. H.G. Gasser & A. Lang (Verlag Chemie, Weinheim, FRG) (1981) pp. 71-79. (1981), 1859-1862; M.H. Caruthers, Chemical and Enzymatic Synthesis of Gene Fragments, Ed. H. G. Gasser & A. Lang (Verlag Chemie, Weinheim, FRG) (1981) pp. 71-79.

I en utførelse, ble en oligo-(dC)-3'-metylglukosid med omtrent 25 nukleotider Immobilisert, etter oksydering med periodat, på en glassplate som var silanert med en aminopropylsilan i en cyanoborohydridløsning. In one embodiment, an oligo-(dC)-3'-methylglucoside of approximately 25 nucleotides was immobilized, after oxidation with periodate, on a glass plate that had been silanized with an aminopropylsilane in a cyanoborohydride solution.

Ifølge en annen fremstilling, kan polyrIbonukleotider også bli immobilisert ved bruk av samme prosedyre. Polydeoksy-ribonukleotlder kan bli modifisert enzymatisk på (3')-enden ved tilsetting av en ribonukleotid ved bruk terminal deoksy-nukleotidyl-transferase og ribonukleosid trifosfater (se R. ROYCHOUDHURY et al., Metoder i enzymologi 65 (1980), 43-62). Deretter, som nevnt ovenfor, fører periodatoksydasjon og reduktiv kondensasjon til effektiv immobilisering av DNA på en silanert bølgelederoverflate. According to another embodiment, polyribonucleotides can also be immobilized using the same procedure. Polydeoxy-ribonucleotides can be modified enzymatically at the (3') end by the addition of a ribonucleotide using terminal deoxy-nucleotidyl transferase and ribonucleoside triphosphates (see R. ROYCHOUDHURY et al., Methods in enzymology 65 (1980), 43-62 ). Then, as mentioned above, periodate oxidation and reductive condensation lead to efficient immobilization of DNA on a silanated waveguide surface.

Syntese av oligonukleotider med en amingruppe ved 3'-enden ble også utført. Dermed, ble oligo (dC)-3')-metylglukosid (25-mer) oksydert med periodat som beskrevet tidligere renset kromatografisk og boblet med en 1,6-diaminoheksan i tricinbuffer. Deretter ble produktet redusert med cyanoborohydrid, renset ved H.P.L.C. og immobilisert på en isotiocyanat podet bølgelederglassplate. Synthesis of oligonucleotides with an amine group at the 3' end was also performed. Thus, oligo(dC)-3')-methylglucoside (25-mer) oxidized with periodate as described previously was purified chromatographically and bubbled with a 1,6-diaminohexane in tricine buffer. Then the product was reduced with cyanoborohydride, purified by H.P.L.C. and immobilized on an isothiocyanate grafted waveguide glass plate.

Modifisering av nukleinsyrer ved 5'-terminalenden ble oppnådd ved bruk av teknikker som innbefatter aktivering med imidazol eller analoger ved svakt syrebetingelser. Denne teknikken ble benyttet analogt med fremstillingen til B.C.F. CHU et al., Nukleinsyre res. II (1983), 6513-29; P.N.A.S. USA 1982, 963-967. Det ble med hell utført med både Immobiliserte korte syntetiske DNA-kjeder og lange restriksjonsfragmenter. Modification of nucleic acids at the 5'-terminal end was achieved using techniques involving activation with imidazole or analogs under weakly acidic conditions. This technique was used analogously to the production of B.C.F. CHU et al., Nucleic acid res. II (1983), 6513-29; P.N.A.S. USA 1982, 963-967. It was successfully performed with both immobilized short synthetic DNA chains and long restriction fragments.

Oligonukleotider, f.eks. dC (30) fremstilt ved bruk av fast-fase metoden på en kontrollert poreglassbaerer ble fosforylert med ATP og T4 polynukleotidkinase, hvor reaksjonen ble fulgt ved bruk av en 1/10 aliquot merket med"y-(32P) ATP. Fosforylert oligonukleotid ble aktivert med p<->imidazol ved tilstedeværelse av en karbodiimid, deretter ble den bundet til overflaten av en bølgelederplate som var silanert med en aminopropylsilan ved pH 8.5. Oligonucleotides, e.g. dC (30) prepared using the solid-phase method on a controlled pore glass carrier was phosphorylated with ATP and T4 polynucleotide kinase, where the reaction was followed using a 1/10 aliquot labeled with "γ-(32P) ATP. Phosphorylated oligonucleotide was activated with p<->imidazole in the presence of a carbodiimide, then it was bound to the surface of a waveguide plate that was silanized with an aminopropylsilane at pH 8.5.

Dupleks DNA ble også applisert på en bølgeleder. Fag X DNA ble fragmentert med hensiktsmessige endonukleaser og etanol-presipiterte fragmentene ble aktivert med Imidazol og koblet til aminopropylresldier podet på en bølgelederplate ved bruk av en karbodiimid. Denne konstruksjonen demonstrerer bruken av oppfinnelsen i fremstilling (b) nevnt ovenfor når også med hensyn til optisk fluorescensrespons ved tilsetting a en interkalatorfarge. For utføring av de optiske målingene i henhold til oppfinnelsen, ble opp-settet som er illustrert i fig. 4 benyttet. Bølgeledere som ble benyttet besto av plane glass eller injeksjonsstøpte plastikk mikroskop-objektglass. Innfallsvinkelen ble kontrollert ved bruk av speil Ml og M2. Løsningen som skulle analyseres ble pumpet Inn i strøm-celle 37 og fluorescensresponsen som ble dannet ved interfasen ble detektert enten ved rett vinkel (53) eller ved et utløp i bølgelederen (40). Filter 52 blokkerte gjenværende emisjons-bølgelengde. Signalet som ble dannet ved detektor 40 (eller 53) ble deretter prosessert 1 de elektroniske elementene 41-45 og detektert 1 henhold til vanlige metoder. Duplex DNA was also applied to a waveguide. Phage X DNA was fragmented with appropriate endonucleases and the ethanol-precipitated fragments were activated with Imidazole and coupled to aminopropyl residues grafted onto a waveguide plate using a carbodiimide. This construction demonstrates the use of the invention in preparation (b) mentioned above when also with regard to optical fluorescence response when adding an intercalator dye. For carrying out the optical measurements according to the invention, the set-up which is illustrated in fig. 4 used. Waveguides that were used consisted of flat glass or injection molded plastic microscope slides. The angle of incidence was controlled using mirrors Ml and M2. The solution to be analyzed was pumped into current cell 37 and the fluorescence response formed at the interphase was detected either at a right angle (53) or at an outlet in the waveguide (40). Filter 52 blocked the remaining emission wavelength. The signal generated at detector 40 (or 53) was then processed by the electronic elements 41-45 and detected according to conventional methods.

I tillegg til å teste sensitiviteten ved kontrollering av den aktuelle overflatetettheten til probe DNA på bølgelederover-flaten, ble andre sensltivltetsforøkende teknikker gjort tilgjengelige ifølge tidligere teknikker innenfor DNA-deteksjon i løsnings-området. In addition to testing the sensitivity by controlling the actual surface density of probe DNA on the waveguide surface, other sensitivity increasing techniques were made available according to prior techniques in DNA detection in the solution range.

Det er blant annet, i henhold til oppfinnelsen, helt sannsyn-lig at størrelsen på signalet fra multiple Indre reflektans-fotometrier avhenger av konsentrasjonen av fluorescens-generatorsetene innenfor rommet som er tilgjengelig for den korte bølgekomponenten. For en gitt interkalatorfarge, er denne responsen en funksjon av den total mengden av dupleks DNA Innenfor det området (når man antar den lineære tettheten av interkalerende seter forblir konstant). Among other things, according to the invention, it is entirely probable that the size of the signal from multiple internal reflectance photometry depends on the concentration of the fluorescence generator sites within the space available for the short wave component. For a given intercalator dye, this response is a function of the total amount of duplex DNA within that region (assuming the linear density of intercalating sites remains constant).

Men dupleks DNA som er tilstede behøver ikke nødvendigvis å være begrenset til hybriden som innbefatter den opprinnelige probe DNA som er assosiert med komplementært sammensmeltet testDNA. Det finnes metoder som supplerer de tidligere dannede duplekse strukturene, disse metodene innbefatter, blant annet, utviding av eksisterende polynukleotidprobe-kjedene og hybridisering av enkelt-trådet DNA som er komplementær til den utvidede sekvensen; en annen fremgangsmåte ville være å tilsette dobbelt-trådete hybrider. However, duplex DNA present need not necessarily be limited to the hybrid comprising the original probe DNA associated with complementary fused test DNA. There are methods that supplement the previously formed duplex structures, these methods include, among other things, extension of the existing polynucleotide probe chains and hybridization of single-stranded DNA that is complementary to the extended sequence; another approach would be to add double-stranded hybrids.

En fremgangsmåte innbefatter å supplere reaksjonsmediet inkludert probehybridiserte materialer med DNA som er komplementær til test DNA, d.v.s. til den delen av test DNA-sekvensen som ikke er homologt til probe DNA. Dette fører til en økning av baseparmengden som er tilgjengelig for fluorescentsetedannelsen innenfor det optiske området ved bølgelederinterfasen. One method includes supplementing the reaction medium including probe hybridized materials with DNA that is complementary to the test DNA, i.e. to the part of the test DNA sequence that is not homologous to the probe DNA. This leads to an increase in the amount of base pairs available for the fluorescent site formation within the optical region at the waveguide interface.

I en variant, kan det supplementerte DNA'et oppnåes i prehybridisert form som vil øke tilgjengelige kjedelengder og fluorescenssetekonsentrasjon. Videre supplering kan oppnås ved nettverkdannelse ved alternering av komplementære og ikke-komplementære sekvenser. In a variant, the supplemented DNA can be obtained in prehybridized form which will increase available chain lengths and fluorescence site concentration. Further supplementation can be achieved by network formation by alternating complementary and non-complementary sequences.

En annen fremgangsmåte er å oppnå flere fluorescensseter som på forhånd merkede komplementært DNA, hvor merkingen er blitt utført med fluorescerende komplekser, slik som FITC; dermed, hvis fluorescerende nukleotidsubstitutter blir brukt i syntesen av supplementerende DNA som reagerer som indikert, vil dette øke den totale fluorescensen innenfor det optiske området som er av interesse. Another method is to obtain several fluorescence sites that previously labeled complementary DNA, where the labeling has been carried out with fluorescent complexes, such as FITC; thus, if fluorescent nucleotide substitutions are used in the synthesis of complementary DNA that react as indicated, this will increase the total fluorescence within the optical range of interest.

Når det gjelder den andre varianten b) ovenfor (se side 21) hvor proben reagerer med analytt DNA i løsningen før dupleksen blir bundet til bølgelederen, er hovedfordelen en øking i hybridisasjonskinetikken. Her, har proben sin immobilisa-sjonssekvens (blant annet en del av et immuno-par kompleks) festet til den ikke-hybridiserende enden og bølgelederen er dekket med den respektive bindingspartner. Eksempler på flere mulige fremstillinger er gitt i de ovenfornevnte referansene og innbefatter de følgende spesifikke tilfellene: i): - Tilsetting av et polynukleotid til (3') enden til proben og dekking av bølgelederen med den komplementære polynukleotiden. 11): - Kobling av en (eller flere) deler av et immunologisk bindings-par til proben og dekking av bølgelederen med den immunologiske bindingspartneren (f.eks. biotin-probe og anti-biotin antistoff på overflaten). Regarding the second variant b) above (see page 21), where the probe reacts with analyte DNA in the solution before the duplex is bound to the waveguide, the main advantage is an increase in hybridization kinetics. Here, the probe has its immobilization sequence (among other things part of an immuno-pair complex) attached to the non-hybridizing end and the waveguide is covered with the respective binding partner. Examples of several possible preparations are given in the above-mentioned references and include the following specific cases: i): - Adding a polynucleotide to the (3') end of the probe and covering the waveguide with the complementary polynucleotide. 11): - Connecting one (or more) parts of an immunological binding pair to the probe and covering the waveguide with the immunological binding partner (e.g. biotin probe and anti-biotin antibody on the surface).

ili): - Kobling av en (eller flere) deler av en naturlig eller modifisert bindingspar til proben og dets respektive partner til bølgelederen (f.eks. biotin-probe og avidin på overflaten). ili): - Coupling of one (or more) parts of a natural or modified binding pair to the probe and its respective partner to the waveguide (eg biotin probe and avidin on the surface).

Praktiske detaljer blir nå gitt i den eksperimentelle delen som følger: Practical details are now given in the experimental section as follows:

Eksperimentell del.Experimental part.

1. Fremstilling av bølgelederoverflate for binding av DNA.1. Preparation of waveguide surface for binding DNA.

a) Bruk av nukleofile seter, f. eks. poding med"y-amino propylsilan: Bølgeledere i form av glass eller plastikk støpte mikroskop-objektglass ble skylt i rensevaeske (glass ble etset i 30 minutter ved romtemperatur i F3C-COOH) og under argon lagt i en 2$ ved vekt toluenløsning bestående av 3-aminopropyl-trietoksysilan over natt ved 100°C under argon. Deretter ble platene vasket med etanol og vann og tørket under vakuum. Podingstettheten var omtrent 10"<10>til IO"<9>mol/kvadrat cm men kan også være høyere. a) Use of nucleophilic sites, e.g. grafting with "γ-amino propylsilane: Waveguides in the form of glass or plastic molded microscope slides were rinsed in cleaning solution (glasses were etched for 30 minutes at room temperature in F3C-COOH) and under argon placed in a 2% by weight toluene solution consisting of 3-aminopropyltriethoxysilane overnight at 100°C under argon. Then the plates were washed with ethanol and water and dried under vacuum. The seeding density was approximately 10"<10> to 10"<9>mol/sq cm but could also be higher .

De podete platene ble oppbevart under argon før bruk i aceton løsning. The grafted plates were stored under argon before use in acetone solution.

a2) Poding med -y-merkaptopropylsilan.a2) Grafting with -γ-mercaptopropylsilane.

Den ovenfornevnte fremgangsmåten ble brukt med unntak av at aminsilan ble erstattet med -y-tiohydroksypropyl-trietoksy-silan. Podingstettheten var omtrent som nevnt ovenfor. b) Dannelse av elektrofile seter, f.eks. poding med isotiocyanat. The above-mentioned procedure was used with the exception that amine silane was replaced by -γ-thiohydroxypropyl-triethoxy-silane. The grafting density was approximately as mentioned above. b) Formation of electrophilic sites, e.g. grafting with isothiocyanate.

Plater som ble oppnådd som under (a) ble dyppet i 2 timer i en 5$ ved vekt tørr DMF-løsning bestående av 1,4-fenylendi- isotiocyanat. Deretter ble platene vasket 1 DMF, tørket med eter og oppbevart under argon. c) Dekking av bølgeledere med polylysin for å øke amintett-heten på bølgelederen. Plates obtained as under (a) were dipped for 2 hours in a 5% by weight dry DMF solution consisting of 1,4-phenylenediisothiocyanate. The plates were then washed with 1 DMF, dried with ether and stored under argon. c) Covering waveguides with polylysine to increase the amine density on the waveguide.

En bølgelederplate podet med isotiocyanatgrupper som fremstilt i (b) ble reagert i 3 t i 0.1 M Hepes buffer (pH 7.6) med et overskudd 10-<3>M polylysin-løsning (Mrø~~4000 ) ved romtemperatur. Platen ble vasket med metanol og vann, den ble tørket og oppbevart under argon før bruk. Dekkingstett-heten var omtrent 50 picomol lysin/cm<2>av bølgelederover-flaten. A waveguide plate grafted with isothiocyanate groups as prepared in (b) was reacted for 3 h in 0.1 M Hepes buffer (pH 7.6) with an excess 10-<3>M polylysine solution (Mrø~~4000 ) at room temperature. The plate was washed with methanol and water, dried and stored under argon before use. The coverage density was approximately 50 picomoles of lysine/cm<2> of waveguide surface.

d) Dannelse av positivt ladete grupper på bølgeleder.d) Formation of positively charged groups on the waveguide.

Plater fra (a) eller (c) ovenfor ble kvaternert med metylbromid eller metylsulfat i henhold til vanlige fremgangsmåter. Denne kvaterneringsreaksjon innbefattet omtrent 10 til 40$ av de tilgjengelige aminogruppene. Alternativt, kan binding av kvaternære ammoniumforbindelser på bølgelederoverflaten oppnås med behandling av overflaten med en vandig løsning bestående av en silan med følgende formel (MeO)3SI-(CHg )3~NR3 hvor R er en lavere alkyl, f. eks. Me eller Et. Et silan av denne typen er kommersielt tilgjengelig. 2. Modifikasjoner av nukleinsyrer for binding til den podete bølgelederen. Plates from (a) or (c) above were quaternized with methyl bromide or methyl sulfate according to standard procedures. This quaternization reaction involved approximately 10 to 40% of the available amino groups. Alternatively, binding of quaternary ammonium compounds to the waveguide surface can be achieved by treating the surface with an aqueous solution consisting of a silane of the following formula (MeO)3SI-(CHg )3~NR3 where R is a lower alkyl, e.g. Me or Et. A silane of this type is commercially available. 2. Modifications of nucleic acids for binding to the grafted waveguide.

a) 3'-endemodifikasjon av oligonukleotid med en terminal sukker eller ribonukleosid - syntese av CPG som bærer en a) 3'-end modification of oligonucleotide with a terminal sugar or ribonucleoside - synthesis of CPG carrying a

immobilisert metylglukosidgruppe.immobilized methyl glucoside group.

Metyl a-glukopyranosid (1.94 g, 10 mmol) ble eterisert med en dimetoksytrityl beskyttende gruppe (DMT) på vanlig måte ved bruk av den korresponderende klorid (4.2 g, 11 mmol) i pyridin (20 ml) og DMF (30 ml). Den resulterende metyl 6-0-dimetoksytrityl-glukosid (3.3 g, 62$) ble reagert i pyridin som inneholdt dimetylaminopyridin (1$) med suksinik anhydrid Methyl α-glucopyranoside (1.94 g, 10 mmol) was etherified with a dimethoxytrityl protecting group (DMT) in the usual manner using the corresponding chloride (4.2 g, 11 mmol) in pyridine (20 mL) and DMF (30 mL). The resulting methyl 6-O-dimethoxytrityl glucoside (3.3 g, 62$) was reacted in pyridine containing dimethylaminopyridine (1$) with succinic anhydride

(1.8 g, 3 ekvivalenter), og produktet ble renset ved blitz-kromatografi på silikagel (eluert med CHC13/MeOH 80/20 med 1% pyridin). Etter fordamping av eluatet, ble syren tatt opp med pyridin og fordampet for å eliminere gjenværende metanol; utbytte 2.5 g. Det suksinylerte sukkeret ble løst opp i dioksan (12 ml) inneholdende pyridin (1.5 ml), DCC (0.88 g, 4 mol) og p-nitrofenol (0.56 g, 4 mmol), og denne løsningen ble ristet i to timer ved romtemperatur. Dicykloheksylurea ble fjernet ved filtrering og løsningen ble med en gang brukt til kobling på kontrollert poreglass (CPG) kuler [CPG/lang kjede alkylamin (LCAA); porediameter: 500 Ångstrøm; sort 24875 fra Pierce Inc.] CPG (5 g) ble raskt vasket med en løsning bestående av diisopropyletylamin (5$ i eter) og suspenderet i tørr DMF (30 ml). p-nitrofenylsuksinylert sukkerderivat ble tilsatt og suspensjonen ble satt i romtemperatur med lett risting. Etter vask med DMF ble gjenværende fri amin og hydroksylgrupper tilsatt eddikanhydrid (1 ml) 1 pyridin (7 ml) inneholdende dimetylaminopyridin ( 1%). Etter vask (DMF) ble CPG-kulene resuspendert i tørr pyridin (10 ml) inneholdende DCC (0.6 g) og p-nitrofenol (0.4 g) og ristet forsiktig i seks timer. Morfolin (0.4 ml) ble deretter tilsatt og suspensjonen ble ristet i 15 minutter til. (1.8 g, 3 equivalents), and the product was purified by flash chromatography on silica gel (eluted with CHCl 3 /MeOH 80/20 with 1% pyridine). After evaporation of the eluate, the acid was taken up with pyridine and evaporated to eliminate residual methanol; yield 2.5 g. The succinylated sugar was dissolved in dioxane (12 mL) containing pyridine (1.5 mL), DCC (0.88 g, 4 mol) and p-nitrophenol (0.56 g, 4 mmol), and this solution was shaken for two hours at room temperature. Dicyclohexylurea was removed by filtration and the solution was immediately used for coupling onto controlled pore glass (CPG) beads [CPG/long chain alkylamine (LCAA); pore diameter: 500 Angstroms; black 24875 from Pierce Inc.] CPG (5 g) was quickly washed with a solution of diisopropylethylamine (5% in ether) and suspended in dry DMF (30 mL). p-nitrophenylsuccinylated sugar derivative was added and the suspension was left at room temperature with gentle shaking. After washing with DMF, remaining free amine and hydroxyl groups were added to acetic anhydride (1 ml) 1 pyridine (7 ml) containing dimethylaminopyridine (1%). After washing (DMF), the CPG beads were resuspended in dry pyridine (10 mL) containing DCC (0.6 g) and p-nitrophenol (0.4 g) and shaken gently for six hours. Morpholine (0.4 ml) was then added and the suspension was shaken for a further 15 minutes.

Etter vasking og tørking ble den faste fasen analysert for tritylkation: 19 pmol sukker ble immobilisert per gram CPG. After washing and drying, the solid phase was analyzed for trityl cation: 19 pmol of sugar was immobilized per gram of CPG.

Kjemisk syntese av oligonukleotider inneholdend en (3')-modifisert ende. Chemical synthesis of oligonucleotides containing a (3')-modified end.

CPG (53 mg; 1 pmol sukker) ble lagt i bunnen av en 2.5 ml glass-sprøyte med et makroporøst poyletylenfilter, og oligonukleotidet ble syntetisert i denne anordningen ved hjelp av fosforamidit-metoden fremlagt av S.L. Beaucage et al. Tetrah. Letters 1982, 22- 1859. CPG (53 mg; 1 pmol sugar) was placed in the bottom of a 2.5 ml glass syringe with a macroporous polyethylene filter, and the oligonucleotide was synthesized in this device by the phosphoramidite method presented by S.L. Beaucage et al. Tetrah. Letters 1982, 22-1859.

Den åpne sprøyten med CPG ble lagt inn i et reagensrør og skylt med dikloreddiksyre (2%) til (5')-ende deproteksjonen var fullstendig. Etter vask med acetonitril og DMF ble sprøyten satt sammen igjen, og faste fasen ble tørket med tre etterfølgende vaskinger ved sug I tørr acetonitril gjennom et septa ved bruk av en nål festet til sprøyten. CPG ble suspendert i tørr acetonitril (1 ml) og løsningen ble påført til et 1.5 ml plastikk Eppendorf-rør med tørr deoksycytosin nukleosid-fosforamidit (16 mg; 20 ekvivalenter). Denne oppløste byggestenen ble deretter overført til et annet 1.5 ml plastikk Eppendorf-rør som inneholdt tetrazol (14 mg; 200 ekvivalenter). Deretter ble den oppløste aktiverte fosfor-amlditen suget inn i sprøyten. Og sprøyten ble rotert på en mekanisk roterende anordning i tre minutter. Etter vask med 2,6-lutidin ble stoffet som Ikke hadde reagert tilsatt en løsning (1 ml) eddikanhydrid (5%), lutidin ( 2056), dimetylaminopyridin (10#) i THF i to minutter. The open syringe of CPG was placed in a test tube and rinsed with dichloroacetic acid (2%) until (5')-end deprotection was complete. After washing with acetonitrile and DMF, the syringe was reassembled and the solid phase was dried with three subsequent washes by suction in dry acetonitrile through a septa using a needle attached to the syringe. CPG was suspended in dry acetonitrile (1 ml) and the solution was applied to a 1.5 ml plastic Eppendorf tube with dry deoxycytosine nucleoside phosphoramidite (16 mg; 20 equivalents). This dissolved building block was then transferred to another 1.5 ml plastic Eppendorf tube containing tetrazole (14 mg; 200 equivalents). Then the dissolved activated phosphorus amldite was sucked into the syringe. And the syringe was rotated on a mechanical rotating device for three minutes. After washing with 2,6-lutidine, the unreacted material was added to a solution (1 ml) of acetic anhydride (5%), lutidine (2056), dimethylaminopyridine (10#) in THF for two minutes.

Deretter ble sprøytepluggen fjernet og alle gjenværende oksydasjons-, vaskings- og syre-behandlingsstegene ble utført med åpen sprøyte som var satt på en nål i et septa som dekket en vakuum Erlenmeyer flaske. Then the syringe plug was removed and all remaining oxidation, washing and acid treatment steps were performed with an open syringe attached to a needle in a septa covering a vacuum Erlenmeyer flask.

Jod-løsning (2 ml) inneholdende jod (1.7 g), THF (40 ml), 2,6-lutidin (20 ml) ble tilsatt flasken. Etter 30 til 45 sekunder ble CPG vasket med acetonitril og diklormetan. Etter en ny behandling med dikloreddiksyre (2$) var den faste fasen klar for en ny tilsetting av en ny byggesten. Iodine solution (2 mL) containing iodine (1.7 g), THF (40 mL), 2,6-lutidine (20 mL) was added to the flask. After 30 to 45 seconds, the CPG was washed with acetonitrile and dichloromethane. After a new treatment with dichloroacetic acid (2$), the solid phase was ready for a new addition of a new building block.

Oligonukleotider ble laget med metylglukosid- og nukleosid-avledete bærere ved bruk av den beskrevne teknikken. Etter hver syklus ble et 20-ganger overskudd av det ønskede nukleosid-fosforamiditet brukt, og syklusen ble gjentatt så mange ganger som det var nødvendig. Disse syntetiske stegene kan også bli utført ved bruk av gen-maskin. Oligonucleotides were made with methylglucoside- and nucleoside-derived carriers using the described technique. After each cycle, a 20-fold excess of the desired nucleoside phosphoramidity was used, and the cycle was repeated as many times as necessary. These synthetic steps can also be carried out using genetic engineering.

Frigjøring og deprotektering ble utført som beskrevet i M.H. Caruthers, Kjemisk og enzymatisk syntese av genfragmenter, GASSER & LANG (Verlag Chemie, Weinheim, BRD; p. 71-79 (1982) og i Oligonukleotidsynteser, en praktisk fremstilling, M.J. GAIT Editor (IRL Press, Oxford, p. 35-81 (1984). Release and deprotection were performed as described in M.H. Caruthers, Chemical and Enzymatic Synthesis of Gene Fragments, GASSER & LANG (Verlag Chemie, Weinheim, BRD; pp. 71-79 (1982) and in Oligonucleotide Syntheses, A Practical Introduction, M.J. GAIT Editor (IRL Press, Oxford, pp. 35-81 (1984).

(3')enzymatisk modifikasjon av oligo-d(C).(3')enzymatic modification of oligo-d(C).

Oligo d(C)-mer) ble fremstilt med protektert -d(C) avledet CPG og renset ved gelelektroforese (20$ ureagel) og BPLC på reversert fase C-8 kolonne (25 cm) etter fullstendig deprotektering. Oligo d(C)-mer) was prepared with protected -d(C) derived CPG and purified by gel electrophoresis (20$ urea gel) and BPLC on reversed phase C-8 column (25 cm) after complete deprotection.

Oligo d(C) (40 jig), 10x transferasebuffer (20 pl), rCTP (2 nmol) og terminal transferase (40 enheter) i et finalt volum på 200 pl ble inkubert i 6 timer ved 37 grader. Etter behandling med EDTA (0.5M; 20 pl) og ekstrahering med fenol/kloroform som vanlig ble den resulterende nukleinsyren avsaltet på en Sephadex G-50 kolonne (Pharmacia Fine Chemicals) og detektert ved UV-absorpsjon (løsning :1 mM Tricinbuffer). Oligo d(C) (40 µl), 10x transferase buffer (20 µl), rCTP (2 nmol) and terminal transferase (40 units) in a final volume of 200 µl were incubated for 6 hours at 37 degrees. After treatment with EDTA (0.5M; 20 µl) and extraction with phenol/chloroform as usual, the resulting nucleic acid was desalted on a Sephadex G-50 column (Pharmacia Fine Chemicals) and detected by UV absorption (solution: 1 mM Tricine buffer).

Periodat oksydasjon av oligo d(C)-(3')-metylglukosid eller oligo d(C)-(3')-oligo rC. Periodate oxidation of oligo d(C)-(3')-methylglucoside or oligo d(C)-(3')-oligo rC.

Oligo d(C)-(3')-metylglukosid (25-mer) (10 Gpug i 100 pl) eller oligo d(C) (30-mer) cytidinert ved (3')-enden (10 pg i 100 pl) ble reagert med natrium-metaperiodat (1$ løsning; 1 pl) ved 4 grader. Etter 30 minutter NaCl (4M; 100 pl), Na2HP04(0.5M; 100 pl) og glyserol (1# løsning; 10 pl) ble tilsatt. Etter gjentagende inkubering ved 4 grader i 30 minutter ble løsningen frysetørket og residuet avsaltet på en Sephadex G-50 kolonne som beskrevet tidligere. Til slutt ble nukleinsyreløsningen justert til 1 ml. Oligo d(C)-(3')-methylglucoside (25-mer) (10 Gpug in 100 µl) or oligo d(C) (30-mer) cytidinated at the (3') end (10 µg in 100 µl) was reacted with sodium metaperiodate (1$ solution; 1 µl) at 4 deg. After 30 minutes NaCl (4M; 100 µl), Na2HPO4 (0.5M; 100 µl) and glycerol (1# solution; 10 µl) were added. After repeated incubation at 4 degrees for 30 minutes, the solution was freeze-dried and the residue desalted on a Sephadex G-50 column as described previously. Finally, the nucleic acid solution was adjusted to 1 ml.

Immobilisering av oligo d(C) på aminopropyl glassplate.Immobilization of oligo d(C) on aminopropyl glass plate.

En aminpropyl-avledet glassplate ble dekket med periodatoksy-dert oligonukleotldløsning (500 pl; 3-5 pg) i Tricine-buffer (pH 7.0). Det ble inkubert i tre timer med risting en gang imellom. Deretter ble cyanoborohydrid ( 1% løsning; 1 pl) tilsatt, og reaksjonen fikk stå i to timer til. Etter en omfattende vask med vann ble platen satt under argon ved 4 grader til den skulle brukes. An aminepropyl-derived glass slide was covered with periodate oxidized oligonucleotide solution (500 µl; 3-5 µg) in Tricine buffer (pH 7.0). It was incubated for three hours with occasional shaking. Then cyanoborohydride (1% solution; 1 µl) was added, and the reaction was allowed to stand for two more hours. After extensive washing with water, the plate was placed under argon at 4 degrees until use.

Den før nevnte teknikken ble også brukt for å fremstille oligo d(A) dekket bølgeledere. The previously mentioned technique was also used to fabricate oligo d(A) covered waveguides.

Immobilisering av nukleinsyre som inneholder nukleofilamin ved dets (3')-ende. Immobilization of nucleic acid containing nucleofilamine at its (3') end.

Oksydert oligo d(C)-(3')-metylglukosid (25-mer) (omtrent 10 pg) ble avsaltet som vanlig, og halve løsningen ble reagert med 1,6-dlaminoheksan (1$ løsning; 1 pl) i to timer ved romtemperatur i Tricinbuffer (0.1 M; pH 7.0). Deretter ble cyanoborohydrid (1$ løsning; 1 pl) tilsatt, og etter to timer ved romtemperatur ble forbindelsen renset på H.P.L.C. på en C-8 kolonne i ammonlumacetatbuffer (0.1M; pH 5.5). Immobilisasjon ble utført på en isotiocyanat-avledet glassplate i boratbuffer (0.1M; pH 9.5) i to timer ved romtemperatur. Oxidized oligo d(C)-(3')-methylglucoside (25-mer) (about 10 µg) was desalted as usual, and half the solution was reacted with 1,6-dlaminohexane (1 solution; 1 µl) for two hours at room temperature in Tricine buffer (0.1 M; pH 7.0). Then cyanoborohydride (1% solution; 1 µl) was added and after two hours at room temperature the compound was purified on H.P.L.C. on a C-8 column in ammonium acetate buffer (0.1M; pH 5.5). Immobilization was performed on an isothiocyanate-derived glass slide in borate buffer (0.1M; pH 9.5) for two hours at room temperature.

b) (5')-ende modifikasjoner av nukleinsyre.b) (5')-end modifications of nucleic acid.

Den direkte kondensasjonen av (5 *)-fosforylert nukleinsyrer The direct condensation of (5 *)-phosphorylated nucleic acids

med tilstedeværelse av oppløselig DCC og en "nukleofil" fast fase er vanligvis dårlig. Men ved aktivering med imidazol eller analoger ved pH på rundt 6, er kondensasjonen mere effektiv og spesifikk, som rapportert av Chu B.C.F. og Orgel L.E.; P.N.A.S 1985, 82, 963-67 og Chu B.C.F. , Wahl G.M., Orgel L.E.; Nukleic Acids Research 1983, 11, 6513-29. with the presence of soluble DCC and a "nucleophilic" solid phase is usually poor. However, upon activation with imidazole or analogs at pH around 6, the condensation is more efficient and specific, as reported by Chu B.C.F. and Orgel L.E.; P.N.A.S 1985, 82, 963-67 and Chu B.C.F. , Wahl G.M., Orgel L.E.; Nucleic Acids Research 1983, 11, 6513-29.

Denne fremgangsmåten har blitt brukt til å immobilisere korte syntetiske DNA-kjeder og lange restriksjonsfragmenter. Aktivering og immobilisering av syntetiske oligo d(C) (30-mer) ved dets (5')-ende. This method has been used to immobilize short synthetic DNA chains and long restriction fragments. Activation and immobilization of synthetic oligo d(C) (30-mer) at its (5') end.

Oligo d(C) (30-mer) (40 pg) ble fosforylert med T4 polynukleotidkinase (10 enheter) i kinasebuffer ved 37 grader i to timer med tilstedeværelse av ATP. Oligo d(C) (30-mer) (40 pg) was phosphorylated with T4 polynucleotide kinase (10 units) in kinase buffer at 37 degrees for two hours in the presence of ATP.

Fosforylering ble utført i en 1/10 aliquot med -v (32P)-ATP. Etter opparbeidelse og frysetørring ble oligonukleotidet avsaltet på en Sephadex G-50 kolonne. Phosphorylation was performed in a 1/10 aliquot with -v(32P)-ATP. After processing and freeze-drying, the oligonucleotide was desalted on a Sephadex G-50 column.

Omtrent 4 pg ble løst opp i 300 pl imidazol. HC1 buffer (0.1M; pH 6.1) inneholdende N-Etyl-N'-(3-dimetylaminopropyl)-karbodiimid-hydroklorid (oppløselig DCC) (0.1M). Løsningen ble hensatt i romtemperatur i tre timer med risting av og til. Det aktiverte nukleotidet ble renset på revers fase opparbeidelse med en trietyl ammoniumacetat (0.1M, pH 7.0)/acetonitrilgradient. Det ble deretter reagert med en bølgelederplate med aminogrupper i 10% lutidin/vann løsning ved 60°, pH 8.5 i 4 minutter. Deretter ble platen vasket grunding og oppbevart ved 4 grader til den skulle brukes. About 4 µg was dissolved in 300 µl of imidazole. HCl buffer (0.1M; pH 6.1) containing N-Ethyl-N'-(3-dimethylaminopropyl)-carbodiimide hydrochloride (soluble DCC) (0.1M). The solution was left at room temperature for three hours with occasional shaking. The activated nucleotide was purified on reverse phase workup with a triethyl ammonium acetate (0.1M, pH 7.0)/acetonitrile gradient. It was then reacted with a waveguide plate with amino groups in 10% lutidine/water solution at 60°, pH 8.5 for 4 minutes. The plate was then washed with primer and stored at 4 degrees until it was to be used.

c) Immobilisering av enkelt og dobbelt trådet DNA.c) Immobilization of single and double stranded DNA.

X DNA (3 pg i 50 pl) ble behandlet med restriksjonsenzym Hpa X DNA (3 pg in 50 µl) was treated with restriction enzyme Hpa

II i lav saltbuffer i to timer ved 37 grader. Etter opparbeidelse, ble DNA'et etanolpresipitert og tatt opp i imida-zolbuffer (300 pl; pH 6.2) inneholdende løselig DCC (0.1M) og NaCl (0.5M). Løsningen ble hensatt ved romtemperatur 1 to timer med sporadisk risting. Citrat-buffer (0.2M; 300 pl; pH 8.4) inneholdende NaCl (4M) ble satt til den aktiverte aminopropyl glassplaten som nylig var blitt vasket med diisopropyletylamin (5$) i eter. Det aktiverte DNA'et ble tilsatt og blandet på platen og hensatt ved 40 grader i en halv time. Etter vask med NaCl (2M) ble platen hensatt under argon ved grader 1 lukket atmosfære. II in low salt buffer for two hours at 37 degrees. After processing, the DNA was ethanol precipitated and taken up in imidazole buffer (300 µl; pH 6.2) containing soluble DCC (0.1M) and NaCl (0.5M). The solution was left at room temperature for two hours with occasional shaking. Citrate buffer (0.2M; 300 µl; pH 8.4) containing NaCl (4M) was added to the activated aminopropyl glass plate which had recently been washed with diisopropylethylamine (5%) in ether. The activated DNA was added and mixed on the plate and left at 40 degrees for half an hour. After washing with NaCl (2M), the plate was placed under argon at degrees 1 closed atmosphere.

Alternativt ble enkelt-trådet DNA bundet til glassplaten i fravær av NaCl ved oppvarming ved 70 grader i 4 minutter. En ny løsning med kuttet X DNA ble denaturert ved oppvarming i 3 minutter ved 100°C og satt til platen som var dekket med NaCl løsning (4M; 300 pl) og hensatt ved 80" C i 3 minutter. Deretter ble løsningen sakte avkjølt hvorpå hybridisasjon oppsto. Alternatively, single-stranded DNA was bound to the glass slide in the absence of NaCl by heating at 70 degrees for 4 minutes. A new solution of cut X DNA was denatured by heating for 3 minutes at 100°C and added to the plate which was covered with NaCl solution (4M; 300 µl) and set at 80°C for 3 minutes. Then the solution was slowly cooled after which hybridization occurred.

d) Utvidelse av den immobiliserte proben langs den hybridiserte nukleinsyren ved inn-fyllingsteknikken ved bruk av de d) Extension of the immobilized probe along the hybridized nucleic acid by the fill-in technique using the

fire dNTP'ene og DNA-polymerase I (Klenov fragment).four dNTPs and DNA polymerase I (Klenov fragment).

En syntetisk 45-mer ikke-kodende kjede til pBR-322 (nukleotid nr. 3871 til 3916) ble immobilisert på en bølgeleder som vist under seksjon 2(b). A synthetic 45-mer non-coding chain of pBR-322 (nucleotide no. 3871 to 3916) was immobilized on a waveguide as shown under section 2(b).

EcoR I kutting av pBR322 ble denaturert i 3 min ved 100 grader i 200 pl buffer B løsning (40 mM Tris.HCl Ph 7.5 20 mM MgCl2). Etter en rask avkjøling ble 1 M NaCl (200 pl) tilsatt, og enkelttrådet DNA ble hybridlsert til proben som var på bølgelederen (5 min ved 80 grader med sakte avkjøling til romtemperatur (15')). EcoR I cut of pBR322 was denatured for 3 min at 100 degrees in 200 µl buffer B solution (40 mM Tris.HCl Ph 7.5 20 mM MgCl2). After a rapid cooling, 1 M NaCl (200 µl) was added, and single-stranded DNA was hybridized to the probe that was on the waveguide (5 min at 80 degrees with slow cooling to room temperature (15')).

Etter vask med buffer inneholdende NaCl (0.5M) og ditiotreitol (ImM) 40 pl NTP (3 mM av alle fire deoksyribonukleosid trifosfater) ble satt til 400 pl buffer B inneholdende NaCl (0.5M) og ditiotreitol (1 nM) ved romtemperatur og deretter ble 20 enheter Klenov store fragment tilsatt. e) Eksempel på "sandwich-hybrldisasjon" ved bruk av en andre probe med en oligo dC- (3')-ende og poly dG og poly dC for After washing with buffer containing NaCl (0.5M) and dithiothreitol (1mM) 40 µl NTP (3 mM of all four deoxyribonucleoside triphosphates) was added to 400 µl buffer B containing NaCl (0.5M) and dithiothreitol (1 nM) at room temperature and then 20 units of Klenov large fragment were added. e) Example of "sandwich hybridization" using a second probe with an oligo dC (3') end and poly dG and poly dC for

dannelse av en dobbelt-trådet kompleks nettverk.formation of a double-stranded complex network.

EcoR kutting av plasmid pBR322 (1 pg) ble denaturert 1 5' ved 100 grader og ble hybridlsert til en syntetisk 45-mer festet ved dets (5') fosfatende til bølgelederen (Nukleotid nr 3871 til 3916 på den ikke-kodende tråden). En andre oligonukleotid (0.5 pg) med primær struktur som nukleotid nr. 70 til 100 på ikke-kodende tråden til pBR322 ble elongert ved dets (3') ende med dCTP (5mM) i kakodylat-buf f er (i henhold til Meth. of Enzymology No 65, p. 435). Etter hybridisering av den andre proben til den immobiliserte nukleinsyre poly dG og poly dC ble det tilsatt for dannelse av et dobbelttrådet kompleks nettverk. EcoR cut of plasmid pBR322 (1 pg) was denatured 1 5' at 100 degrees and hybridized to a synthetic 45-mer attached at its (5') phosphate end to the waveguide (Nucleotide no. 3871 to 3916 on the non-coding strand). A second oligonucleotide (0.5 pg) with primary structure as nucleotide No. 70 to 100 on the non-coding strand of pBR322 was elongated at its (3') end with dCTP (5 mM) in cacodylate buffer (according to Meth. of Enzymology No 65, p. 435). After hybridization of the second probe to the immobilized nucleic acid poly dG and poly dC was added to form a double-stranded complex network.

f) Eksempel på "sandwich hybridisering" (som i det foregående eksemplet), hvor deoksycytidin til poly dC er erstattet av f) Example of "sandwich hybridization" (as in the previous example), where deoxycytidine to poly dC is replaced by

N<4->(6-aminoheksyl)deoksycytidin (dah dC), og ble reagert med N<4->(6-aminohexyl)deoxycytidine (dah dC), and was reacted with

FITC.FITC.

Poly(dC) (5A enheter; 0.3-0.4 mg) i 1 ml i nylaget løsning bestående av IM Na2S205/lM 1.6-diaminoheksan/10mM hydroquinon (pH 7.3) ble varmet opp ved 60 grader i 4 dager. Deretter ble løsningen dialysert mot lOOmM boratbuffer (pH 9.0) og kjørt gjennom en Sephadex G-50 kolonne. Denne modifiserte polymeren ble reagert med fluorescein-isotiocyanat i boratbuffer (pH 9.0) for dannelsen fluoresceinert poly(dah dC), som ble brukt som i det foregående eksemplet i en "sandwich hybridisering" eksperiment fra en poly dG for dannelsen av et kompleks nettverk. Poly(dC) (5A units; 0.3-0.4 mg) in 1 ml of freshly prepared solution consisting of IM Na2S205/1M 1.6-diaminohexane/10mM hydroquinone (pH 7.3) was heated at 60 degrees for 4 days. The solution was then dialyzed against lOOmM borate buffer (pH 9.0) and run through a Sephadex G-50 column. This modified polymer was reacted with fluorescein isothiocyanate in borate buffer (pH 9.0) to form fluoresceined poly(dah dC), which was used as in the previous example in a "sandwich hybridization" experiment from a poly dG to form a complex network.

g) Eksempel på løsningshybridisering etterfulgt av immobilisering og (deteksjon av det hybridiserte komplekset som er g) Example of solution hybridization followed by immobilization and (detection of) the hybridized complex which is

vedlagt i neste seksjon).attached in the next section).

I korte trekk, blir en enkel genetisk sekvens, for eksempel poly-dG bundet til bølgelederen. Deretter blir et andre probeelement, en kontinuerlig poly-dC som har lengde som poly-dG, som bærer en sekvens som er komplementær til nukleotidene, for eksempel 1-50, til analyttsekvensen blir hybridlsert i løsning i med nevnte analyttsekvens; deretter hybridiserte signalet som danner dupleks med den bundne genetiske sekvensen. Briefly, a simple genetic sequence, for example poly-dG, is bound to the waveguide. Then, a second probe element, a continuous poly-dC having the length of poly-dG, which carries a sequence complementary to the nucleotides, for example 1-50, of the analyte sequence is hybridized in solution with said analyte sequence; then the signal forming duplex hybridized with the bound genetic sequence.

Eksperimentelt, som i e) ovenfor, ble den fremstilte oligo-nukleotiden (0.5 pg) på 70 til 100 b.p. av ikke-kodende tråden til pBR322 elongert ved dets (3') med dCTP hybridlsert til varmedenaturert EcoR I kutting av plasmid pBR322 (1 pg) i 5 min. Løsningen ble deretter reagert med en bølgeleder dekket med polydG for immobilisering av proben. Experimentally, as in e) above, the prepared oligonucleotide (0.5 pg) of 70 to 100 b.p. of the noncoding strand of pBR322 elongated at its (3') with dCTP hybridized to heat-denatured EcoR I cutting of plasmid pBR322 (1 pg) for 5 min. The solution was then reacted with a waveguide covered with polydG for immobilization of the probe.

Sensitiviteten til teknikken nevnt ovenfor kan bli bedre (i de tilfeller hvor testsekvensen har, f.eks. 200 bp) ved tilsetting, før hybridisering med probe DNA, en tredje probesekvenselement som er komplementær til, f.eks. nukleotidene 55-200 i testsekvensen, hvor hybridisering av dette tilleggselementet utføres under optimale betingelser med et overskudd av probe. Det partielle hybridet blir deretter hybridlsert til proben som er bundet til bølgelederen. Signalet som danner potensialet til hybridet blir derfor forsterket. The sensitivity of the technique mentioned above can be improved (in those cases where the test sequence has, e.g. 200 bp) by adding, before hybridization with probe DNA, a third probe sequence element which is complementary to, e.g. nucleotides 55-200 of the test sequence, where hybridization of this additional element is performed under optimal conditions with an excess of probe. The partial hybrid is then hybridised to the probe which is bound to the waveguide. The signal that forms the potential of the hybrid is therefore amplified.

3. Eksperimenter til måling av DNA.3. Experiments to measure DNA.

Appartur som er blitt brukt er beskrevet ovenfor i forbindelse med figurene 4A, 4B og 4C. Bølgeleder 38 er plant injeksjon støpt plastikk mikroskop objektglass. Lys fra en blitzlampe 36 blir sendt gjennom en monokromator 39 for seleksjon av spesifikk bølgelengde. Innfallsvinkel til eksitasjonslyset ved bølgeleder/væskeinterfasen blir kontrollert ved bruk av to speil Ml, M2. Lys blir koblet inn og ut av bølgelederen ved bruk av to kvart-runde kvarts-prismer, 46, 47. Fluorescerende lys blir detektert enten rette vinkler til bølgelederen med en detektor 54 ellers så blir det flurorescerende lyset som ført tilbake Inn i bølgelederen detektert ved bølgelederutførselen med en detektor 40, inkludert et fotomultiplikator-rør som detekterer fluorescerende lys som går gjennom emisjonsfilter 52. Systemet er illustrert for å samle tilbakeført fluorescerende lys, men kan lett justeres for måling av fluorescens ved rette vinkler ved å sette filter/detektor som i fig. 4A. Signalet blir pre-forhøyet ved 41, og sendt til mikroprosessor-kontrollert blitz kontroll/data system 12-45. Det digitiserte signalet blir deretter lagret på floppy disk 45, eller skrevet som hard kopi 44. Prøvene blir introdusert ved bruk av en strømcelle 37, og volumet i kontakt med bølgelederoverflaten er definert ved gummitetningsklemmen 50. Prøvene blir injisert i cellen ved bruk av en automatisk pipette (f.eks. Microlab P, Hamilton Industries, Bonaduz, CH) som kontrollerer lnjeksjonsvolumene og hastighetene. Generelt, ble probenukleotidene koblet til bølgelederen ved bruk av teknikkene beskrevet i seksjon 2 ovenfor. Den podete bølgelederen ble deretter plassert i det optiske opp-sett feltet og strøm-cellen ble satt på toppen som vist i fig. 4C. Deretter ble en løsning bestående av hybridiseringsbuffer (NaCl M) plassert 1 cellen og, etter opp-start, ble en baselinje dannet. Deretter ble den spesifikke reaksjonen startet ved tilsetting av en testløsning til cellen og avlest ved forandringen i fluorescens enten ved bølgelederutløpet eller under bølgelederen. Apparatus that has been used is described above in connection with figures 4A, 4B and 4C. Waveguide 38 is flat injection molded plastic microscope slide. Light from a flash lamp 36 is sent through a monochromator 39 for selection of specific wavelength. The angle of incidence of the excitation light at the waveguide/liquid interface is controlled using two mirrors Ml, M2. Light is coupled in and out of the waveguide using two quarter-round quartz prisms, 46, 47. Fluorescent light is detected either at right angles to the waveguide with a detector 54, otherwise the fluorescent light that is fed back into the waveguide is detected by the waveguide arrangement with a detector 40, including a photomultiplier tube which detects fluorescent light passing through emission filter 52. The system is illustrated to collect returned fluorescent light, but can be easily adjusted to measure fluorescence at right angles by setting the filter/detector as in fig. 4A. The signal is pre-amplified at 41, and sent to microprocessor-controlled flash control/data system 12-45. The digitized signal is then stored on floppy disk 45, or written as hard copy 44. The samples are introduced using a current cell 37, and the volume in contact with the waveguide surface is defined by the rubber sealing clip 50. The samples are injected into the cell using an automatic pipette (eg, Microlab P, Hamilton Industries, Bonaduz, CH) that controls the injection volumes and rates. In general, the probe nucleotides were coupled to the waveguide using the techniques described in Section 2 above. The grafted waveguide was then placed in the optical setup field and the current cell was placed on top as shown in fig. 4C. Then a solution consisting of hybridization buffer (NaCl M) was placed in the cell and, after start-up, a baseline was formed. Then the specific reaction was started by adding a test solution to the cell and read by the change in fluorescence either at the waveguide outlet or under the waveguide.

To hovedeksperimenter ble utført:Two main experiments were conducted:

a) Ende-punkt (Fig. 5A). Dette er et kontrolleksperlment for å vise gjennomførbarheten av testen, d.v.s. dannelse av et a) End point (Fig. 5A). This is a control experiment to show the feasibility of the test, i.e. formation of a

tilstrekkelig sterkt signal ved tilsetting av en interkalatorfarge til dobbelt-trådet DNA. I en første variant, ble bølgeledere som er fremstilt slik som beskrevet I seksjon 2 (c), d.v.s. dekket med ikke-denaturerte X DNA fragmenter ble behandlet med forskjellige mengder etidiumbromid i samme buffer (NaCl M; 100 pg farge/ml stokk-løsning). Brukbare responser ved etidiumbromid ble oppnådd 1 konsentrasjoner i cellen fra 1 til 100 pg/ml. Responsen var også proporsjonal til tettheten av DNA på bølgelederen. sufficiently strong signal by adding an intercalator dye to double-stranded DNA. In a first variant, waveguides produced as described in section 2 (c), i.e. covered with non-denatured X DNA fragments were treated with different amounts of ethidium bromide in the same buffer (NaCl M; 100 pg dye/ml stock solution). Usable responses to ethidium bromide were obtained at concentrations in the cell from 1 to 100 pg/ml. The response was also proportional to the density of DNA on the waveguide.

Fig. 5A illustrerer forholdene hvor DNA-proben har en tetthet på omtrent 10-3 - 10-1 pmol XDNA/cm<2>av probeoverflaten mot en konsentrasjon på 60 pg/ml etidiumbromid i cellen. I fig. 5A, representerer linje B øking I respons som resulterer fra tilsetting av fargen til cellen ved tilstedeværelse av dupleks DNA på bølgelederen. Linje A er kontrollen som er oppnådd ved identiske betingelser men med ikke noe DNA på bølgelederen. Det lille hoppet i kurve A skyldes mindre løsningsfluorescens og det lille fluorescenssignalet fra ikke-interkalert farge. Fig. 5A illustrates the conditions where the DNA probe has a density of approximately 10-3 - 10-1 pmol XDNA/cm<2> of the probe surface against a concentration of 60 pg/ml ethidium bromide in the cell. In fig. 5A, line B represents the increase in response resulting from addition of the dye to the cell in the presence of duplex DNA on the waveguide. Line A is the control obtained under identical conditions but with no DNA on the waveguide. The small jump in curve A is due to less solution fluorescence and the small fluorescence signal from non-intercalated dye.

I en annen variant, ble enkelt-trådet DNA på bølgeledere brukt. Probeplatene som ble brukt er i henhold til prosedyre nr. 2 (c) i seksjon 2 ovenfor etterfulgt av denaturering og innbefattet enkelttrådet DNA avledet fra X DNA. Deretter, ble en DNA løsning inneholdende denaturert DNA tilsatt. Denne løsningen ble fremstilt ved denaturering av en blanding DNA etter behandling med Hpa II endonuklease som indikert under seksjon 2(c), første paragraf ovenfor. Etter tilsetting av enkelttrådet DNA, ble hybridisering utført i 20 min. ved romtemperatur hvorpå etidiumbromid løsning ble tilsatt som i første variant ovenfor. En respons lignende fig. 5A, linje B ble oppnådd. For en gitt mengde av etidiumbromidrea-gens, var den proporsjonal til det komplementære DNA i analyttprøven. In another variant, single-stranded DNA on waveguides was used. The probe plates used are according to procedure no. 2 (c) in section 2 above followed by denaturation and containing single stranded DNA derived from X DNA. Then, a DNA solution containing denatured DNA was added. This solution was prepared by denaturing a mixture of DNA after treatment with Hpa II endonuclease as indicated under Section 2(c), first paragraph above. After addition of single-stranded DNA, hybridization was performed for 20 min. at room temperature whereupon ethidium bromide solution was added as in the first variant above. A response similar to fig. 5A, line B was obtained. For a given amount of ethidium bromide reagent, it was proportional to the complementary DNA in the analyte sample.

I en tredje variant, ble effekten av elongering av dobbel-helisk polynukleotid etter hybridisering testet. In a third variant, the effect of elongation of double-helical polynucleotide after hybridization was tested.

Referanse er gitt til seksjon 2(d) ovenfor. I fremstillingen i denne seksjonen, første paragraf, ble et pBR322 kuttet denaturat hybridlsert med en syntetiske polynukleotidprobe. Når etidiumbromid ble satt til hybridiseringsløsnlngen, ble en responskurve som den som er illustrert i kurve B i figur 5A oppnådd. Reference is made to Section 2(d) above. In the preparation in this section, first paragraph, a pBR322 cut denatured hybridized with a synthetic polynucleotide probe. When ethidium bromide was added to the hybridization solution, a response curve such as that illustrated in curve B of Figure 5A was obtained.

Når en bølgeleder som var fremstilt på lignende måte ble satt i kontakt med løsningen som Inneholdt det elongerte hybridiserte produktet fremlagt i andre paragraf i seksjon 2(d) ovenfor i 15 minutter ved romtemperatur og deretter ble etidiumbromid i 0.5M vandig NaCl tilsatt, ble en responskurve på omtrent to ganger høyden av det første signalet oppnådd. When a similarly prepared waveguide was contacted with the solution containing the elongated hybridized product presented in the second paragraph of Section 2(d) above for 15 minutes at room temperature and then ethidium bromide in 0.5M aqueous NaCl was added, a response curve of approximately twice the height of the first signal obtained.

I en fjerde variant, ble løsningshybridisering og deteksjon av det hybridiserte komplekset etter dannelse, ved konstruk-sjon av en probeoligonukleotid som inneholder en immobili-seringssekvens testet. Her var sekvensen et polynukleotid med repterende kjente baser, men det kan like gjerne være hvilket som helst repeterende polymer som tillater immobilisering av komplekset til overflaten via dets komplementære binding men som ikke vil interferere med hybridiseringsreak-sjonen med proben (f.eks. immunologiske bindingspar, lektiner og sukker, andre proteiner og haptenbindere). For å utføre løsningshybridisering etterfulgt av immobilisering og deteksjon av det hybridiserte komplekset, ble fremgangsmåten beskrevet under 2(g) fulgt, deretter ble etidiumbromid i vandig NaCl (0.5M) tilsatt og fluorescens målt. Dataene viser to responskurver som ligner kurve B i fig. 5A men med forskjellig høyde. Første lavere kurven, er responsen som er oppnådd uten denaturert mål-DNA pBR322, og signalet er avledet fra hybridisering av bare sammensmeltet probe-polydC til polydG festet til bølgelederen. In a fourth variant, solution hybridization and detection of the hybridized complex after formation, by construction of a probe oligonucleotide containing an immobilization sequence, was tested. Here the sequence was a polynucleotide with repeating known bases, but it could just as easily be any repeating polymer that allows immobilization of the complex to the surface via its complementary binding but that will not interfere with the hybridization reaction with the probe (e.g. immunological binding pairs , lectins and sugars, other proteins and hapten binders). To perform solution hybridization followed by immobilization and detection of the hybridized complex, the procedure described under 2(g) was followed, then ethidium bromide in aqueous NaCl (0.5M) was added and fluorescence was measured. The data show two response curves similar to curve B in fig. 5A but with different height. First lower curve, is the response obtained without denatured target DNA pBR322, and the signal is derived from hybridization of only probe-polydC fused to polydG attached to the waveguide.

En annen lignende kurve, en som var høyere, ble oppnådd etter hybridisering av proben til mål-DNA og utføring av immobiliseringsreaksjonen; dette demonstrerte tilstedeværelse av hybridlsert probe/pBR322 kompleks og beviste at proben bandt seg til overflaten av bølgelederen etter hybridisering med dets komplementære DNA. Dermed kan løsningshybridisering bli utført og det hybridiserte produktet kan bli målt i henhold til metoder i denne oppfinnelsen. Løsningshybridi-sasjon kan innbefatte spesielle fordeler i noen tilfeller men hensyn på hvor raskt man oppnår resultater. Another similar curve, one that was higher, was obtained after hybridizing the probe to the target DNA and performing the immobilization reaction; this demonstrated the presence of hybridized probe/pBR322 complex and proved that the probe bound to the surface of the waveguide after hybridization with its complementary DNA. Thus, solution hybridization can be performed and the hybridized product can be measured according to the methods of this invention. Solution hybridization can include special advantages in some cases, but consideration is given to how quickly results are achieved.

b) Kinetisk respons.b) Kinetic response.

Fremstillingsmåten var essensielt den samme som for den andre The method of manufacture was essentially the same as for the other

varianten i fremstilling 3(a) ovenfor bortsett fra at etidiumbromid (50 jig/ml i cellen) ble injisert samtidig med den komplementære DNA-prøven. Resultatene er vist i fig. 5B. Her har baselinje C samme betydning som linje A i fig. 5A. Linje D viser fluorescensøkningshastigheten som er proporsjonal til hybridisasjonsgraden til komplementært DNA i analytten med DNA på proben. Høyden på linje D er proporsjonal til mengde DNA i nevnte analytt. Resultatene ovenfor viser at fargeinterkalering skjer med en gang relativt til hybridiser-ingsgraden. the variant in Preparation 3(a) above except that ethidium bromide (50 µg/ml into the cell) was injected simultaneously with the complementary DNA sample. The results are shown in fig. 5B. Here, base line C has the same meaning as line A in fig. 5A. Line D shows the rate of fluorescence increase proportional to the degree of hybridization of complementary DNA in the analyte with DNA on the probe. The height of line D is proportional to the amount of DNA in said analyte. The results above show that color intercalation occurs immediately relative to the degree of hybridisation.

De generelle eksperimentelle betingelsene er gitt nedenfor. The general experimental conditions are given below.

Hybridiseringsbufferen var alltid 1 ml/L NaCl i destillert vann. Hybridiseringer som var utført før reaksjonen med fargen ble reagert ved 100°C. Hybridisasjoner utført i cellen ble utført ved 22°C. De detaljerte effektene av temperatur på in situ avlesning av hybridisasjoner er ikke blitt bestemt ennå. Eksitasjonsbølgelengden ble valgt til 300 nm. Et smalt bånd-pass interferens-filter ble plassert over P.M. røret for å måle fluorescens ved 600 nm (type 600S10-25, Oriel). Innfallsvinkel til eksitasjonslyset ved interfasen ble valgt, så nære den kritiske vinkel som mulig, ved 66°C. Dette var veldig viktig for å maksimalisere sensitiviteten til systemet for ved denne vinkelen er det et maksimalt antall refleksjoner og derfor blir maksimalområdet av overflaten oppdaget, og feltstyrken ved overflaten er sterkest ved vinkler som er nære den kritiske vinkelen som dermed øker muligheten til avlesning av overflatereaksjonen. Etldiumbromidkonsentrasjon (Fluka Chemicals) ble variert, men best mellom 1 og 100 pg/ml. The hybridization buffer was always 1 ml/L NaCl in distilled water. Hybridizations carried out before the reaction with the dye were reacted at 100°C. Hybridizations performed in the cell were performed at 22°C. The detailed effects of temperature on in situ readout of hybridizations have not yet been determined. The excitation wavelength was chosen to be 300 nm. A narrow band-pass interference filter was placed over the P.M. tube to measure fluorescence at 600 nm (type 600S10-25, Oriel). The angle of incidence of the excitation light at the interphase was chosen, as close to the critical angle as possible, at 66°C. This was very important to maximize the sensitivity of the system because at this angle there is a maximum number of reflections and therefore the maximum area of the surface is detected, and the field strength at the surface is strongest at angles close to the critical angle which thus increases the possibility of reading the surface reaction . Ethyldium bromide concentration (Fluka Chemicals) was varied, but best between 1 and 100 pg/ml.

c) Effekt av eksitasjonsbølgelengde.c) Effect of excitation wavelength.

For å demonstrere effekten av eksitasjonsbølgelengden på To demonstrate the effect of the excitation wavelength on the

signaldektesjon ble en bølgeleder med dobbelttrådet DNA på signal detection became a waveguide with double-stranded DNA on it

overflaten plassert i den optiske anordningen; eksitasjons-lambda ble scannet fra 300 til 600 nm med buffer i cellen og etter reaksjon med etidiumbromid. Dette ble gjentatt med en ren bølgeleder uten DNA på overflaten for å virke som en kontroll. Resultatene av fire bølgelengder 300, 360, 500 og 550 nm er gitt nedenfor i vilkårlige enheter; the surface located in the optical device; excitation lambda was scanned from 300 to 600 nm with buffer in the cell and after reaction with ethidium bromide. This was repeated with a clean waveguide without DNA on the surface to act as a control. The results of four wavelengths 300, 360, 500 and 550 nm are given below in arbitrary units;

Resultatene ovenfor illustrerer at 300 nm er den lambda'en som er best å bruke i dette spesielle systemet. Disse resultatene demonstrerer at den interkalert fargen utøver lignende fluorescensegenskaper når DNA'et er festet til overflaten som når DNA'et er fritt i løsning eller 1 en gel. The above results illustrate that 300 nm is the best lambda to use in this particular system. These results demonstrate that the intercalated dye exerts similar fluorescence properties when the DNA is attached to the surface as when the DNA is free in solution or in a gel.

d) Kinetisk avledning av dannelse av dobbelttrådet DNA.d) Kinetic derivation of formation of double-stranded DNA.

En plate bølgeleder med poly-dA festet dertil ble brukt (se A plate waveguide with poly-dA attached to it was used (see Fig

fremstillingen under seksjon 2 (a)). Deretter, ble bølgeled-eren festet til strømcellen og et base-linje signal ble oppnådd med buffer i cellen. Både etidium bromid og .25U/ml poly-dT ble blandet og Injisert i strømcellen på samme tid og reaksjonen ble avlest. Resultatene er gitt i figur 6, linje the presentation under section 2 (a)). Then, the waveguide was attached to the current cell and a base-line signal was obtained with buffer in the cell. Both ethidium bromide and .25U/ml poly-dT were mixed and injected into the flow cell at the same time and the reaction was read. The results are given in figure 6, line

F. Et kontroll eksperiment er også vist hvor bare etidium bromid ble injisert inn i cellen (linje E). Disse resultatene demonstrerer at bindingen mellom komplementære DNA-tråder kan bli avlest slik det skjer i denne oppfinnelsen. Avles-ningsreaksjonen er effektiv med en gang og bare spesifikk interkalering mellom dobbelttrådet DNA ble detektert. Dette kunne være veldig nyttig for dannelse av en analysator som brukes til å utføre DNA probeanalyser ved klinisk og diagnostisk bruk. Lignende data ble funnet med poly-dC og poly-dG, men signalene var sterkere. En annen test ble utført for å illustrere den generelle nytten ved bruk av "sandwich" type hybridisering kombinert med dannelse av en dobbelttrådet kompleks nettverk med polydC: polydG for å gi mange interkal-eringsseter. Fremgangsmåten beskrevet i seksjon 2(e) ble fulgt og hybridisering ble utført med tilstedeværelse av etidiumbromid. Graden ble målt ved fluorescens som ovenfor og kurver som ligner de som er illustrert i fig. 6 ble oppnådd. Den første kurven (den nedre) representerer signalet som oppnås før det endelige steget med kompleks dannelse. En annen kurve (lik F i fig. 6) ble oppnådd ved blanding av de to polynukleotidene (polydG, og polydC) med etidiumbromid og kinetisk avlesning av reaksjonen. Disse data illustrerer den høyere sensitiviteten ved denne fremgangsmåten i forhold til ikke-kompleks dannelse. F. A control experiment is also shown where only ethidium bromide was injected into the cell (line E). These results demonstrate that the binding between complementary DNA strands can be read as occurs in this invention. The reading reaction is effective immediately and only specific intercalation between double-stranded DNA was detected. This could be very useful for the formation of an analyzer used to perform DNA probe analyzes in clinical and diagnostic use. Similar data were found with poly-dC and poly-dG, but the signals were stronger. Another test was performed to illustrate the general utility of using "sandwich" type hybridization combined with formation of a double-stranded complex network with polydC:polydG to provide many intercalation sites. The procedure described in section 2(e) was followed and hybridization was performed in the presence of ethidium bromide. The degree was measured by fluorescence as above and curves similar to those illustrated in Fig. 6 was achieved. The first curve (the lower one) represents the signal obtained before the final step of complex formation. Another curve (similar to F in Fig. 6) was obtained by mixing the two polynucleotides (polydG and polydC) with ethidium bromide and kinetic reading of the reaction. These data illustrate the higher sensitivity of this method relative to non-complex formation.

Fig. 8 illustrerer, ved en serie diagrammer (A, B, C og D) noen av hoved-analytiske teknikkene fremstilt ved denne oppfinnelsen. Hensikten til disse diagrammene er å vise en kort oppsummering av de forskjellige metodene som er fremlagt i denne spesifikasjonen. Fig. 8 illustrates, by a series of diagrams (A, B, C and D), some of the main analytical techniques provided by this invention. The purpose of these diagrams is to show a brief summary of the different methods presented in this specification.

Diagram A viser en bølgeleder 100 hvorpå en probe polynukleotid 101 er blitt festet via en linker 102 til et bindingssete 103 på bølgelederen. Diagrammet viser også et segment av analytt polynukleotid 104 hvorpå senterseksjonen er komplementær til proben og som hybridiseres til proben. Diagram A shows a waveguide 100 on which a probe polynucleotide 101 has been attached via a linker 102 to a binding site 103 on the waveguide. The diagram also shows a segment of analyte polynucleotide 104 on which the center section is complementary to the probe and which hybridizes to the probe.

Diagram B viser tilfellet hvor et stykke DNA 104 hybridlsert med en probe 101 festet til en bølgeleder 100 hvorpå den enkeltendete tråden 106 er blitt fylt av komplementære baser 105 for å oppnå ekspansjon (se seksjon 2(d)). Diagram B shows the case where a piece of DNA 104 hybridized with a probe 101 attached to a waveguide 100 on which the single-ended strand 106 has been filled with complementary bases 105 to achieve expansion (see section 2(d)).

Diagram C illustrerer den progressive supplementering av DNA 107 komplementært til den frie seksjon 106 til test DNA 104, dette supplement DNA 107 bærer en sekvens 108 som går videre som senere skal bli supplementert av DNA 109 og 110. Disse supplerende sekvenser kan bestå av syntetiske homopolynukleotider (poly-dA, poly-dT, poly-dC, poly-dG). Dette illustrerer at "sandwich hybridiserings prosedyre i seksjon 2(e). Denne elongeringen øker antall fluorescens seter probeenhet og øker sensitiviteten. En bør merke seg at sekvensene er definert ved tallene 109 og 110 selv om de er representert som heterogene, kan bestå av samme eller forskjellige nukleotider, betingelsen er at en del av 109 er komplementær til 108 og at i hvert fall en del av 110 er komplementær til i hvert fall en del av 109. Dermed, som et eksempel, kunne 109 bestå av bare poly-dG og 110 bare poly-dC. Diagram C illustrates the progressive complementation of DNA 107 complementary to the free section 106 of test DNA 104, this complement DNA 107 carries a sequence 108 which proceeds to be later complemented by DNA 109 and 110. These supplementary sequences may consist of synthetic homopolynucleotides (poly-dA, poly-dT, poly-dC, poly-dG). This illustrates that the "sandwich hybridization procedure in section 2(e). This elongation increases the number of fluorescence sites probe unit and increases the sensitivity. It should be noted that the sequences defined by the numbers 109 and 110 although represented as heterogeneous, may consist of the same or different nucleotides, the condition being that part of 109 is complementary to 108 and that at least part of 110 is complementary to at least part of 109. Thus, as an example, 109 could consist of only poly-dG and 110 poly-dC only.

Det er også viktig å merke seg at for betydningen av fremstilling illustrert i diagram C, kan probe DNA bestå av et DNA-stykke som skal festet til bølgelederen ved hybridisering med et komplementært DNA som allerede er festet til bølgeled-eren ved en link 102-103. It is also important to note that for the purposes of preparation illustrated in diagram C, probe DNA may consist of a piece of DNA to be attached to the waveguide by hybridization with a complementary DNA already attached to the waveguide by a link 102- 103.

Diagram D illustrerer løsningshybridisering av proben med test DNA 104 og etterfulgt festing av hybridet til bølgeleder 100 via linking-delene 102 og 103. Diagram D illustrates solution hybridization of the probe with test DNA 104 and subsequent attachment of the hybrid to waveguide 100 via the linking parts 102 and 103.

Målingsteknikken i denne oppfinnelsen vedrører både avlesning av fluorescens variasjon (d.v.s. når hybridisering skjer på overflaten av bølgelederen eller når dupleksen som resulterer fra løsningshybridisering festes til bølgelederen og til ende-punkt bestemmelse (d.v.s. måling av fluorescens ved utløpet av bølgelederen etter at reaksjonen er fullført eller at det hybridiserte produktet har festet seg til bølgelede-ren). I dette tilfellet, kan utløpsslgnalet bli målt når bølgelederen ennå står i kontakt med analytt-prøveløsningen eller etter separering av bølgelederen fra løsningen. Fordelene med å utføre denne separasjonen før måling av signalet er å øke eller eliminere løsningens bakgrunnsstøy. The measurement technique in this invention concerns both reading of fluorescence variation (i.e. when hybridization occurs on the surface of the waveguide or when the duplex resulting from solution hybridization is attached to the waveguide) and to end-point determination (i.e. measurement of fluorescence at the outlet of the waveguide after the reaction is complete or that the hybridized product has adhered to the waveguide).In this case, the outlet signal can be measured while the waveguide is still in contact with the analyte sample solution or after separation of the waveguide from the solution. The advantages of performing this separation before measuring the signal are to increase or eliminate the background noise of the solution.

Claims (1)

1. Metode for bestemmelse av nukleinsyrer (a) som innbefatter en eller polynukleotidsekvenser av interesse som er tilstede i en væske analytt prøveblandingen bestående av polynukleotider, karakterisert ved at metoden innbefatter: i) kontakting av nevnte prøve i et reaksjonsmedium med en polynukleotidprobe (b) som innbefatter polynukleotid motstyk-ker til nevnte sekvens som er av interesse med tilstedeværelse av en fast fase som har bindings-affinitet for nevnte probe, hvorpå hybridisasjon mellom (a) og (b) skjer med dannelse av en to-trådet dupleks struktur,1. Method for determining nucleic acids (a) that include one or polynucleotide sequences of interest that are present in a liquid analyte sample mixture consisting of polynucleotides, characterized in that the method includes: i) contacting said sample in a reaction medium with a polynucleotide probe (b) that includes polynucleotides corresponding to said sequence of interest with the presence of a solid phase that has binding affinity for said probe, whereupon hybridization between (a) and (b) occurs with the formation of a two-stranded duplex structure, 11) tilsetting av en merket forbindelse laget for å spesifikt merke nevnte dupleks, f.eks. interkalere mellom trådene i nevnte dupleks, som dermed danner et fluoriscerende kompleks signal frembringer som indikerer dannelse av nevnte dupleks, karakterisert ved at nevnte faste fase er en bølgeleder hvorpå nevnte probe er bundet før eller etter steg i) og som bærer en indre reflektert bølgesignal og som reagerer med nevnte bundne kompleks ved overflaten derav og produserer en f luorescensrespons som blir målt ved et utløp på nevnte bølgeleder og som dermed frembringer data som er representative for nevnte bestemmelse.11) addition of a labeled compound designed to specifically label said duplex, e.g. intercalate between the strands in said duplex, which thus forms a fluorescent complex signal produces which indicates the formation of said duplex, characterized in that said solid phase is a waveguide on which said probe is bound before or after step i) and which carries an internally reflected wave signal and which reacts with said bound complex at the surface thereof and produces a fluorescence response which is measured at an outlet on said waveguide and which thus produces data representative of said determination. 2. Metode ifølge krav 1, karakterisert ved at proben er bundet til bølgelederen før steg i, hvorpå hybridisering ved overflaten av bølgelederen og fluorescensøkingen er representativ for graden av nevnte hybridisering, d.v.s. for mengden av nukleinsyreanalytt i prøven.2. Method according to claim 1, characterized in that the probe is bound to the waveguide before step i, whereupon hybridization at the surface of the waveguide and the increase in fluorescence is representative of the degree of said hybridization, i.e. for the amount of nucleic acid analyte in the sample. 3. Metode ifølge krav 1, karakterisert ved at steg i) blir begynt før proben bindes til bølgelederen hvorpå fluorescensøking med tiden betegner graden av binding av dupleks strukturen til bølgelederoverflaten og den totale ende-punkt fluorescensen relaterer til mengden av analytt nukleinsyre I prøven.3. Method according to claim 1, characterized in that step i) is started before the probe is bound to the waveguide, whereupon fluorescence increase with time denotes the degree of binding of the duplex structure to the waveguide surface and the total end-point fluorescence relates to the amount of analyte nucleic acid in the sample. 4. Metode ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte bølgeleder er en rettlinjet transparent fast materiale, hvorpå et signalutløp i nevnte bølgeleder blir samlet lateralt ved de rette vinkler til nevnte bølgeleder eller aksilær i en ende av de nevnte bølgeleder eller ved begge.4. Method according to claim 1, characterized in that said waveguide is a rectilinear transparent solid material, whereupon a signal outlet in said waveguide is collected laterally at right angles to said waveguide or axillary at one end of said waveguide or at both. 5 . Metode ifølge krav 1, karakterisert ved at bølgelederen er en optisk stav eller fiber eller en plate som danner en vegg i en analytisk reaksjonstest-kuvette.5 . Method according to claim 1, characterized in that the waveguide is an optical rod or fiber or a plate which forms a wall in an analytical reaction test cuvette. 6. Metode ifølge krav 5, karakterisert ved at et utløpssignal i nevnte bølgeleder blir samlet lateralt i rette vinkler til nevnte interfase hvorpå det emitterte fluorescerende lyset blir plukket fra en side av bølgelederen som er motstående til nevnte interfase.6. Method according to claim 5, characterized in that an outlet signal in said waveguide is collected laterally at right angles to said interphase whereupon the emitted fluorescent light is picked from a side of the waveguide which is opposite to said interphase. 7. Metode ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte interaksjon mellom det reflekterte bølgeslgnalet og nevnte fluorescerende kompleks skjer hovedsakelig ved en brøkdel av en bølgelengde bort fra bølgeleder/analytt interfasen som klart kan skjelne mellom fluorescensen som fremstilles av nevnte kompleks som er bundet til bølgelederen fra den som skjer innenfor hovedmengden av analytten.7. Method according to claim 1, characterized in that said interaction between the reflected wave signal and said fluorescent complex mainly occurs at a fraction of a wavelength away from the waveguide/analyte interface which can clearly distinguish between the fluorescence produced by said complex which is bound to the waveguide from the which occurs within the bulk of the analyte. 8. Metode ifølge krav 2, karakterisert ved at nukleinsyreproben er kovalent festet til bølgelederen ved et terminalt nukleotid, hvorpå alle eller de fleste basene til nevnte nukleinsyre er tilgjengelige for hybridisering.8. Method according to claim 2, characterized in that the nucleic acid probe is covalently attached to the waveguide at a terminal nucleotide, whereupon all or most of the bases of said nucleic acid are available for hybridization. 9. Metode ifølge krav 8, karakterisert ved probenukleotidene innordner seg i et parallelt forhold til bølgelederoverflaten, da denne orienteringen er et resultat av tilstedeværelse på bølgelederoverflaten av seter med elektrostatisk affinitet for fosfatdelen i nevnte probepoly-nukleotider.9. Method according to claim 8, characterized by the probe nucleotides aligning themselves in a parallel relationship to the waveguide surface, as this orientation is a result of the presence on the waveguide surface of sites with electrostatic affinity for the phosphate part in said probe polynucleotides. 10. Metode ifølge krav 9, karakterisert ved at nevnte seter resulterer fra tilstedeværelse på bølgeleder-overf laten av positivt ladete grupper, f.eks. kvaterne ammoniumgrupper.10. Method according to claim 9, characterized in that said seats result from the presence on the waveguide surface of positively charged groups, e.g. quaternary ammonium groups. 11. Metode ifølge krav 8, karakterisert ved at nevnte kovalent binding oppnåes ved først å pode trialkoksy-silan-bærende reaktive grupper slik som -NHg, -0H, -SH, glysidoksy, -NCO og lignende på bølgelederen og deretter bruke disse gruppene eller derivater derav som linkere for probe-polynukleotidene.11. Method according to claim 8, characterized in that said covalent bond is achieved by first grafting tri- oxy-silane-bearing reactive groups such as -NHg, -OH, -SH, glycidoxy, -NCO and the like onto the waveguide and then using these groups or derivatives thereof as linkers for the probe polynucleotides. 12. Metode ifølge krav 8, karakterisert ved at nukleinsyreproben består av oligonukleotider i et område på omtrent 10 til 105 nukleotider.12. Method according to claim 8, characterized in that the nucleic acid probe consists of oligonucleotides in a range of approximately 10 to 105 nucleotides. 13. Metode ifølge krav 8, karakterisert ved at nevnte kovalent binding oppnåes ved å reagere probenuklein-syrene med reaktive grupper som tidligere er blitt inkorporert på bølgeledersubstansen.13. Method according to claim 8, characterized in that said covalent bond is achieved by reacting the probe nucleic acids with reactive groups that have previously been incorporated on the waveguide substance. 14. Metode ifølge krav 1, karakterisert ved at bølgelederen er en del av eller består av hele den støpte disponible plast-kuvetten.14. Method according to claim 1, characterized in that the waveguide is part of or consists of the entire molded disposable plastic cuvette. 15. Metode ifølge krav 1, karakterisert ved at bølgelederen er støpt fra høyt optisk kvalitetsplast slik som polykarbonat eller polymetyl-metakrylat.15. Method according to claim 1, characterized in that the waveguide is cast from high optical quality plastic such as polycarbonate or polymethyl methacrylate. 16. Metode ifølge krav 1, karakterisert ved at bestemmelse av fluorescenssignalet utføres ved enten å måle nevnte fluorescens ved likevekt (ende-punkt bestemmelse) eller ved måling av forandringsgraden av fluorescensen mens reaksjonen pågår, eller begge.16. Method according to claim 1, characterized in that determination of the fluorescence signal is carried out by either measuring said fluorescence at equilibrium (end-point determination) or by measuring the degree of change of the fluorescence while the reaction is in progress, or both. 17. Metode ifølge krav 1, karakterisert ved at reaksjonen utføres ved kontrollerte temperaturbetingelser.17. Method according to claim 1, characterized in that the reaction is carried out under controlled temperature conditions. 18. Metode ifølge krav 17, karakterisert ved at temperaturen blir variert kontinuerlig, lineært eller i henhold til en steg-vis gradient.18. Method according to claim 17, characterized in that the temperature is varied continuously, linearly or according to a stepwise gradient. 19. Metode ifølge krav 18, karakterisert ved at de målte resultatene blir beregnet for å oppnå gjennom-snittlig termisk denatureringstemperatur Tm til det hybridiserte produktet.19. Method according to claim 18, characterized in that the measured results are calculated to obtain the average thermal denaturation temperature Tm of the hybridized product. 20. Metode Ifølge krav 1, karakterisert ved at en eller flere kaotropiske agens eller polymerer selektert fra dekstransulfat-polymerer, polyetylen glykol, natrium-jodid, og perkloratsalter blir satt til reaksjonsmediet.20. Method According to claim 1, characterized in that one or more chaotropic agents or polymers selected from dextran sulphate polymers, polyethylene glycol, sodium iodide and perchlorate salts are added to the reaction medium. 21. Kit for gjennomføring av metode ifølge krav 1, karakterisert ved at det inneholder følgende komponenter : en prøvetakings-anordning for biologisk cellemateri- aler; en prøve-prepareringsanordning for ekstrahering, deproteinisering og separering av trådene i den selekterte nukleinsyreprøven fra nevnte cellemateri-ale; en kuvette-bølgeleder som inkorporerer en nuklein syreprobe; en måte for introdusering av den preparerte prøven og en interkalatorfarge inn i kuvette-bølgelederen; en optisk anordning for opplysing av bølgelederen med et totalt reflektert signal og tidsbestemme og bestemme fluorescensen som er blitt dannet ved bølgelederoverflaten ved hybridisering av nuklein-syreprøven med proben; en signal prosesseringsanordning og et ustyr som elektronisk prosesserer den bestemte fluorescensen og som fremlegger tidlige resultater som er representative for nevnte hybridiseringsreaksjon.21. Kit for carrying out the method according to claim 1, characterized in that it contains the following components: a sampling device for biological cellular material ale; a sample preparation device for extraction, deproteinization and separation of the strands in the selected nucleic acid sample from said cell material; a cuvette waveguide incorporating a nucleus acid probe; a means of introducing the prepared sample and an intercalator dye into the cuvette waveguide; an optical device for illuminating the waveguide with a total reflected signal and timing and determining the fluorescence generated at the waveguide surface upon hybridization of the nucleic acid sample with the probe; a signal processing device and a device which electronically processes the determined fluorescence and which presents early results representative of said hybridization reaction. 22. Kit ifølge krav 21, karakterisert ved at kuvette-bølgelederen enten er en disponibel billig støpt kuvette eller en strøm-celle som kan benyttes flere ganger.22. Kit according to claim 21, characterized in that the cuvette waveguide is either a disposable cheap cast cuvette or a current cell that can be used several times. 23. Metode ifølge krav 1, karakterisert ved at den innbefatter amplifikasjon av fluorescenssignalet som er av interesse ved øking av den tilgjengelige fluorescerende setekonsentrasjonen i rommet som er optisk probet av eksita-sjonssignalet.23. Method according to claim 1, characterized in that it includes amplification of the fluorescence signal which is of interest by increasing the available fluorescent site concentration in the space which is optically probed by the excitation signal. 24 . Metode ifølge krav 23, karakterisert ved at nevnte konsentrasjonsøkning oppnåes ved utviding av dupleks-strukturmengden som resulterer fra hybridisasjon ved probeoverflaten.24 . Method according to claim 23, characterized in that said concentration increase is achieved by expanding the amount of duplex structure resulting from hybridization at the probe surface. 25. Metode ifølge krav 24, karakterisert ved at nevnte lengdeøkning oppnåes ved tilsetting av flere nukleinsyre-homologer til de ennå ikke hybridiserte sekvensene den bundne test-nukleinsyren, hvorpå en videre sammensmelting skjer med oppnåelse av flere fargeinterkalatorseter.25. Method according to claim 24, characterized in that said length increase is achieved by adding several nucleic acid homologues to the not yet hybridized sequences of the bound test nucleic acid, after which a further fusion takes place with the achievement of several color intercalator sites. 26. Metode ifølge krav 1, karakterisert ved at en 5'-fosfat-linked nukleinsyreprobe blir forlenget langs den hybridiserte formen ved bruk av de fire deoksynukleosid-trifosfat og en DNA-polymerase eller en revers transkriptase (inn-fyllings teknikk), eller begge.26. Method according to claim 1, characterized in that a 5'-phosphate-linked nucleic acid probe is extended along the hybridized form using the four deoxynucleoside triphosphates and a DNA polymerase or a reverse transcriptase (fill-in technique), or both. 27. Metode ifølge krav 1, karakterisert ved at proben bindes til bølgelederen ved hybridisering med komplementær DNA som er festet til nevnte bølgeleder eller dekket derpå.27. Method according to claim 1, characterized in that the probe is bound to the waveguide by hybridization with complementary DNA which is attached to said waveguide or covered thereon. 28. Metode ifølge krav 1, karakterisert ved at proben er festet til en partner av et bindingspar og hvorpå en annen partner av nevnte par er festet til bølgelederover-flaten, hvorpå probefesting til bølgelederen skjer via dannelse av bindingsparet.28. Method according to claim 1, characterized in that the probe is attached to one partner of a bond pair and whereupon another partner of said pair is attached to the waveguide surface, whereupon probe attachment to the waveguide takes place via formation of the bond pair. 29. Metode ifølge krav 28, karakterisert ved at nevnte første partner blir selektert fra antigener, haptener, glykosider, sukker, biotin, avidin og andre bindingsproteiner, hvorpå den andre partneren er komplementær til nevnte første partner.29. Method according to claim 28, characterized in that said first partner is selected from antigens, haptens, glycosides, sugar, biotin, avidin and other binding proteins, whereupon the second partner is complementary to said first partner. 30. Metode ifølge krav 1, karakterisert ved at bølgelederen er et hult rør og proben blir immobilisert på den indre eller ytre overflaten derav eller på begge.30. Method according to claim 1, characterized in that the waveguide is a hollow tube and the probe is immobilized on the inner or outer surface thereof or on both. 31. Metode ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte måling utføres enten i løpet av hybridiseringen ved bestemmelse av fluorescensen, eller, etter at hybridiseringen er fullført, ved fluorescens ende-punkt bestemmelse.31. Method according to claim 1, characterized in that said measurement is carried out either during the hybridization by determining the fluorescence, or, after the hybridization has been completed, by fluorescence end-point determination. 32. Metode ifølge krav 31, karakterisert ved at den innbefatter fluorescens ende-punkt bestemmelse, hvorpå målingen utføres enten ved tilstedeværelse eller uten væskeanalytt-løsning.32. Method according to claim 31, characterized in that it includes fluorescence end-point determination, whereupon the measurement is carried out either in the presence or without liquid analyte solution.
NO880010A 1986-05-05 1988-01-04 ANALYTICAL METHOD FOR DETECTING AND MEASURING SPECIFIC NUCLEIN ACID SEQUENCES. NO880010L (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP86810201 1986-05-05
PCT/EP1987/000234 WO1987006956A1 (en) 1986-05-05 1987-05-02 Analytical method for detecting and measuring specifically sequenced nucleic acids

Publications (2)

Publication Number Publication Date
NO880010D0 NO880010D0 (en) 1988-01-04
NO880010L true NO880010L (en) 1988-02-10

Family

ID=26069499

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NO880010A NO880010L (en) 1986-05-05 1988-01-04 ANALYTICAL METHOD FOR DETECTING AND MEASURING SPECIFIC NUCLEIN ACID SEQUENCES.

Country Status (1)

Country Link
NO (1) NO880010L (en)

Also Published As

Publication number Publication date
NO880010D0 (en) 1988-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0245206A1 (en) Analytical method for detecting and measuring specifically sequenced nucleic acid
US6566068B2 (en) Process for detecting a nucleic acid of interest using an oligo- or polynucleotide probe and intercalators
CA1285330C (en) Analyte detection by means of energy transfer
JP2577881B2 (en) Assay method using polynucleotide chain
US6399302B1 (en) Signal generating oligonucleotide-based biosensor
RU2198221C2 (en) Method of polynucleotide sequencing and device for its realization
JP6013912B2 (en) Oligonucleotide probe sets and related methods and uses
AU769102B2 (en) DNA sequencing method
JPH06153997A (en) Method for detecting target nucleic acid by amplification of detected signal
EP2468884B1 (en) Multi-spot metal-deposited nucleic acid chip with nanostructure arrays for diagnosing corneal dystrophy
CN101605743A (en) Be used to produce the click chemistry of reporter molecules
US5962218A (en) Methods and apparatus for improved luminescence assays
WO2014144883A1 (en) Raman cluster tagged molecules for biological imaging
WO1998036094A1 (en) Method and apparatus for performing amplification of nucleic acid on supports
JPH09500525A (en) Chemical method for amplifying and detecting nucleic acid sequences
EP0131830A1 (en) Labelled nucleic acid probes and adducts for their preparation
AU3243195A (en) Compositions and methods for use in detection of analytes
BRPI0712897A2 (en) method and system for detecting and / or quantifying an analyte in a sample
KR20090067174A (en) Nanoplasmonic molecular ruler for nuclease activity and dna footprinting
IE902390A1 (en) Hydrophobic nucleic acid probe
US6423535B1 (en) Normalization control for hybridization reactions
WO1995026416A1 (en) Nucleic acid biosensor diagnostics
NO880010L (en) ANALYTICAL METHOD FOR DETECTING AND MEASURING SPECIFIC NUCLEIN ACID SEQUENCES.
IE921940A1 (en) Polynucleotide determination with selectable cleavage sites
JP3001919B2 (en) Preparation method and kit for fluorescently labeled DNA