用于随后通过基于核酸的传感器检测的衍生分析物方法技术

用于随后通过基于核酸的传感器检测的衍生分析物方法。本发明专利技术涉及衍生分析物的方法，其用于随后通过基于核酸的传感器的检测，以及本发明专利技术涉及基于上述的传感器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及衍生分析物的方法，其用于随后通过基于核酸的传感器的检测，以及本专利技术涉及基于上述的传感器。
技术介绍
自从上世纪80年代晚期的体外进化原理(通过指数富集的配体系统进化，SELEX)提出以来，已建立了大量模仿针对数量种类繁多的靶分子的具有高特异性和高亲和力的合成衍生核酸分子。最近，这类分子(即下文的功能核酸，FNAs)已经在一些领域如环境监测分析、诊断、药物发现和抗疾病的治疗中备受关注。一般而言，传感器主要由两个主要单元组成：信号接收器单元和信号传导单元。化学接收器单元包含与样品或者分析物相互作用的合成衍生的材料。检测低限是通过分析物和接收器材料之间强烈而且直接的化学或者物理相互作用来达到。另一方面，包含生物衍生材料的生物接收器单元，通过生物接收器和分析物分子之间的特定化学或物理相互作用而表现出特异性识别。接收器材料和分析物之间的相互作用是通过各种物理或化学参数的变化来衡量的，并且在传导单元内部进行处理。这种变化会被转化成与分析物分子浓度线性相关的可测量信号。这可通过多种参数如导电率/电阻率、电容、电流、势能、光吸收和荧光的变化来实现。像抗体或者酶一样，在生物传感器应用于靶分子如多肽、蛋白质、DNA、RNA或者有机、无机分子方面，FNAs已被用作高特异性生物接收器单元。原则上，由于FNA’s不存在对预想的靶分子有关于结构、大小或状态的限制，我们可以发展针对包括那些抗体都难以获得的分析物(金属离子、毒素或者挥发性化合物)的FNAs。此外，基于FNA的传感器还能够应用于蛋白接收器无效的需求(高温、非水相或者复杂环境)。基于FNA的传感器在过去已经显示出非凡的选择性。举例来说，目前已经发现能够以10,000倍选择性识别茶碱和咖啡因的适体，其中茶碱和咖啡因之间仅有的区别就是两个分子中的一个单亚甲基(US5580737)。模块设计的FNA，其中识别结构域是与信号产生结构域分开的，为传感器的设计提供了更大的自由度。因此，可通过相同的传感原理(电的、光的、热量测定的或者重量测定的)检测许多靶分子。基于FNA的生物传感器接收器单元的从头体外设计使得它们在复杂环境中高度特异性的确定和检测物质成分中非常有用。除它们显著的优势之外，FNAs作为一种天然的材料也表现出一些较大的缺陷。它们通常在生理环境中受到不可忽视的降解，上述降解可被加帽或者搀入非天然核苷酸例如spiegelmere、氟化核糖残基和硫代磷酸(phosphorthioate)抑制，这使得它们能够更好的对抗水解或酶解反应，并在体内和体外传感器应用方面具有潜在的更好的用途。一般而言，在生物样品的痕量分析方面，信号放大步骤对于提高灵敏度是必须的。就FNAs作为识别元件来说，DNA核酶已被证明能够显示出多重转化活性，而且还能放大读出的信号。在通过分析物激活后，它能够持续激活之前处于非活化状态的报告分子(例如形成茎-环的DNA)。-->由于每个分析物分子可产生很多报告分子，这导致了显著的信号增强。通过将这些FNA的特性与使用FNAs作为识别元件的传导原理(电的、光的、热量测定的或者重量测定的)相结合，多肽、蛋白质、DNA、RNA或有机和无机分子可从复杂环境中以高特异性和灵敏度被检测出。许多的缺陷和不足限制了FNAs在复杂环境中对小的、带电的或者非极性有机或无机分子进行传感应用和痕量分析中作为识别元件的使用：FNAs的目标评估通常是通过SELEX过程进行的，在该过程中特定的目标分子被固定在固相上，并且使用包含大约1014的随机突变分子复杂性的文库来选择特异性的接收器和目标之间的相互作用。然而，对于目标分子的识别效果会由于目标分析物的分子量和化学性质而受到严重影响，使得几乎不可能得到针对小的有机或无机化合物的高特异性的FNAs。另一个限制是基于FNA在生理条件下可被快速降解的事实。当操作是在RNA/DNA能够被水解或者受到酶解的条件下中进行时，这种降解限制了FNAs作为识别单元在生物传感器中的使用操作时间。为了克服上述缺陷，通常使用非天然核苷酸，例如spiegelmere、氟化核糖残基和硫代磷酸，这意味着复杂而昂贵的合成方法的使用，而且结果并不满足对选择性和灵敏性传感器应用所必要的需求。现有技术中，DNA核酶放大的分子信标信号的读出是通过荧光报告分子实现的。这需要复杂的照明、光学和检测系统，因而这些系统无法容易地被植入到小型设备中。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的就是提供一种增加基于核酸的传感器灵敏度的改进的方法，特别是用于小分析物的传感器。所有这些目标都是通过衍生分析物的方法来实验的，所述方法是为随后对所述分析物进行检测而进行的，所述检测是通过基于核酸对所述衍生分析物的特异性识别的传感器进行的，所述方法包括：-以任何顺序提供，具有第一官能团的分析物，以及具有第二官能团的衍生试剂，其中所述第一和第二官能团能够相互反应以在所述分析物和衍生试剂之间形成键，所述的衍生试剂进一步具有允许在所述衍生试剂和所述核酸之间进行碱基堆积或形成氢键的取代基，-使所述衍生试剂和所述分析物进行反应以形成衍生分析物。在一个实施方案中，所述分析物是分子量在1-500Da范围内，优选在10-300Da范围内，更优选在50-250Da范围内的分子。在一个实施方案中，所述第一官能团选自苯基、醇、酮、醛、羧酸、羧酸酯、醚、环氧化物、硫醇、胺、酰胺和卤化物。在一个实施方案中，所述第二官能团选自醛、异硫氰酸酯、活化酯、马来酰亚胺、碘乙酰胺、苯汞基团、三嗪、肼、羟胺和二醛。在一个实施方案中，所述取代基团选自吡啶，嘌呤，芳香胺，酰胺，羧酸，含有酪氨酸、色氨酸和/或苯丙氨酸的多肽。在一个实施方案中，所述的衍生分析物的分子量在50-10,000Da范围内，优选在-->100-5000Da范围内，更优选在250-2000Da范围内。在一个实施方案中，本专利技术的方法进一步包括通过传感器检测所述衍生分析物的步骤，其中所述传感器基于核酸对所述衍生分析物的特异性识别。在一个实施方案中，本专利技术的方法进一步包括在检测前对所述衍生分析物进行排阻过程，从而将分子量＞10,000Da的分子从所述衍生分析物中分离的步骤，优选利用半透膜，其中所述半透膜仅允许分子量＜10,000Da的分子从所述膜的第一侧穿过到与所述第一侧相对的所述膜的第二侧。本专利技术的目标也可以通过检测分析物的传感器来实现，分析物优选为根据权利要求1-8中任一项所述的方法制备的衍生分析物，所述传感器是基于核酸对所述分析物的特异性识别，所述传感器包含检测室包括，该检测室包括：a)第一核酸，其能够特异性识别并结合分析物，例如衍生分析物，所述的第一核酸包括-可激活的酶结构域，所述酶结构域处于非活化状态，具有位点特异性的核酸切割活性，-能特异性识别并结合分析物的分析物结合结构域-连接所述可激活的酶结构域和所述分析物结合结构域的通信结构域，其中所述可激活的酶结构域在所述分析物结合到所述分析物结合结构域上时被由非活化状态激活为活化状态。b)一套可连接到电源上的至少第一和第二电极，c)第二核酸，其具有部分双链结构而且包括能够结合所述第二核酸的嵌入性、氧化还原活性的化合物，所述化合物或者是在其非结合状态下电化学可检测并且在结合状态下电化学无法检测，或者所述化合物是在结本文档来自技高网...

【技术保护点】
衍生分析物用于随后通过传感器对所述分析物进行检测的方法，所述传感器基于核酸对所述衍生分析物的特异性识别，所述方法包括：　　－以任何顺序提供，具有第一官能团的分析物，以及具有第二官能团的衍生试剂，其中所述第一和第二官能团能够相互反应以在所述分析物和衍生试剂之间形成键，所述衍生试剂进一步具有允许在所述衍生试剂和所述核酸之间进行碱基堆积或形成氢键的取代基，　　－使所述衍生试剂和所述分析物进行反应以生成衍生分析物。

【技术特征摘要】
EP 2008-10-6 08017509.41.衍生分析物用于随后通过传感器对所述分析物进行检测的方法，所述传感器基于核酸对所述衍生分析物的特异性识别，所述方法包括：-以任何顺序提供，具有第一官能团的分析物，以及具有第二官能团的衍生试剂，其中所述第一和第二官能团能够相互反应以在所述分析物和衍生试剂之间形成键，所述衍生试剂进一步具有允许在所述衍生试剂和所述核酸之间进行碱基堆积或形成氢键的取代基，-使所述衍生试剂和所述分析物进行反应以生成衍生分析物。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述分析物是分子量在1-500Da范围内，优选在10-300Da范围内，更加优选在50-250Da范围内的分子。3.根据权利要求1-2中任一项所述方法，其中所述第一官能团选自苯基、醇、酮、醛、羧酸、羧酸酯、醚、环氧化物、硫醇、胺、酰胺和卤化物。4.根据权利要求1-3中任一项所述方法，其中所述第二官能团选自醛、异硫氰酸酯、活化酯、马来酰亚胺、碘乙酰胺、苯汞基团、三嗪、肼、羟胺和二醛。5.根据权利要求1-4中任一项所述方法，其中所述取代基选自吡啶，嘌呤，芳香胺，酰胺，羧酸，含有色氨酸、酪氨酸和/或苯丙氨酸的多肽。6.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中所述衍生分析物的分子量在50-10,000Da范围内，优选在100-5000Da范围内，更加优选在250-2000Da范围内。7.根据前述任一项权利要求所述的方法，其进一步包括通过传感器检测所述衍生分析物的步骤，其中所述传感器基于核酸对所述衍生分析物的特异性识别。8.根据前述任一项权利要求所述的方法，其进一步包括在检测前对所述衍生分析物进行排阻过程，从而将分子量＞10,000Da的分子从所述衍生分析物中分离的步骤，优选利用半透膜，其中所述半透膜仅允许分子量＜10,000Da的分子从所述膜的第一侧穿过到与所述第一侧相对的所述膜的第二侧。9.用于检测分析物的传感器，所述分析物优选为根据权利要求1-8中任一项所述的方法制备的衍生分析物，所述传感器是基于核酸对所述分析物的特异性识别，所述传感器包含检测室，该检测室包括：a)第一核酸，其能够特异性识别并结合分析物，例如衍生分析物，所述第一核酸包括-可激活的酶结构域，所述酶结构域处于活化状态，具有对核酸的位点特异性切割活性，-能够特异性识别并结合分析物的分析物结合结构域，-连接所述可激活的酶结构域和所述分析物结合结构域的通信结构域，其中所述可激活的酶结构域在所述分析物结合到所述分析物结合结构域上后，被由非活化状态激活为活化状态，b)一套可连接到电源上的至少第一和第二电极，c)第二核酸，其具有部分双链结构而且包括能够结合所述第二核酸的嵌入性氧化还原活性的化合物，所述化合物或者在其非结合状态下电化学可检测并且在结合状态下电化学无法检测，或者所述化合物在结合状态下电化学可检测并且...

【专利技术属性】
技术研发人员：J厄尔默，M休尔科，I霍斯帕克，G内尔斯，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]