JP7423641B2 - 分子事象の感知および定量のための表面固定化された双安定ポリヌクレオチド装置 - Google Patents
分子事象の感知および定量のための表面固定化された双安定ポリヌクレオチド装置 Download PDFInfo
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-
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-
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-
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Description
本出願は「Bistable Polynucleotide Devices for the Sensing and Quantification of Molecular Events」と題する、2018年9月25日に出願された米国特許出願第16/350,115号の一部継続出願であり、その全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、National Science Foundationによって授与された付与番号CMMI1636364、およびOffice of Naval Researchによって授与された付与番号N00014-14-1-0702の下で政府の支援を受けてなされた。政府は、発明について一定の権利を有する。
本発明は例えば、そのような分子事象の定量化が単一の分析物の濃度の測定、または分析物のセットの多重検出および定量化を可能にし得る場合(分析物は、液試料中の分子または粒子のタイプである)、関心のある分子に起こり得る、結合事象、コンホメーション変化、化学修飾、または酵素修飾などの分子事象の感知および定量化のための構造に関する。
種々の分子実体は互いに選択的親和性を示し、その結果、レセプター-配位子、抗体-抗原、ナノボディ-抗原、またはアプタマー-標的複合体などの多分子複合体が形成される。ある分子の他の分子に対するこのような選択的親和性は、このような親和性から生じる結合事象が所与のサンプル溶液中の分析物の存在を決定するために、および特定の設定において、分析物の濃度も決定するために使用され得るので、特に興味深い。
本発明の実施形態の態様は、関心分子に起こり得る結合事象、コンホメーション変化、化学修飾、または酵素修飾などの分子事象を検出するための一般的なプラットフォームに関する。いくつかの実施形態では、結合などの分子事象の検出を使用して、液試料中の分子または粒子の濃度を決定することができる。いくつかの実施形態では、コンホメーション変化または酵素修飾などの分子事象の検出を使用して、医学的関心のある膜受容体に対する活性について薬物候補のライブラリーをスクリーニングすることができる。
以下の詳細な説明では、例示として、本発明の特定の例示的な実施形態のみが示され、説明される。当業者が認識するように、本発明は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載された実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。
Claims (74)
- 基材の表面上の外部刺激の光学的または電子的検出のための双安定分子センサを含む構造体であって、該双安定分子センサが、核酸構造体を含み、以下:
第1のポリヌクレオチド形状および第2のポリヌクレオチド形状の間に柔軟性ヒンジまたは柔軟性リンカーを有する第1のポリヌクレオチド形状および第2のポリヌクレオチド形状であって、該第1のポリヌクレオチド形状が、該柔軟性ヒンジを介して該第2のポリヌクレオチド形状に係留され、該第2のポリヌクレオチド形状が、前記基材の表面上に固定化されて、係留された第1のポリヌクレオチド形状および固定化された第2のポリヌクレオチド形状を与える、第1のポリヌクレオチド形状および第2のポリヌクレオチド形状であって、前記係留された第1のポリヌクレオチド形状が、第1の形状の内側表面および第1の形状の外側表面を含み、かつ、前記固定化された第2のポリヌクレオチド形状が、第2の形状の内側表面および第2の形状の外側表面を含み、
前記第2の形状の内側表面が、前記基材の表面に付着し、
前記第1の形状の内側表面が、前記第2の形状の内側表面に面することができる、
第1のポリヌクレオチド形状および第2のポリヌクレオチド形状;および
前記第1のポリヌクレオチド形状および前記第2のポリヌクレオチド形状のうちの少なくとも1つに結合した1つ以上の機能分子、
を含む、構造体であって、
前記双安定分子センサが、2つの状態のうちの一方を有し、該2つの状態が、閉鎖状態および開放状態であり:
前記開放状態では、前記係留された第1のポリヌクレオチド形状は、前記柔軟性ヒンジまたは柔軟性リンカーによって拘束されるように、前記第2のポリヌクレオチド形状に関して自由に移動し;かつ、
前記閉鎖状態では、前記係留された第1のポリヌクレオチド形状は、前記固定化された第2のポリヌクレオチド形状の近位に位置付けされ、
前記1つ以上の機能分子が、以下:
第1の駆動分子;および
第2の駆動分子
をさらに含み、
前記双安定分子センサの駆動機構が、前記第1および第2の駆動分子に関する分子イベントが前記双安定分子センサの平衡コンフォメーションを前記閉鎖状態に向かってシフトさせるように構成される、
構造体。 - 前記1つ以上の機能分子の前記第1および第2の駆動分子が、第1の捕捉分子および第2の捕捉分子を含み、該第1の捕
捉分子が、該第2の捕捉分子とは異なる標的分子の領域に結合することができ、該第1の捕捉分子および該第2の捕捉分子が、第1の抗体および第2の抗体、第1のナノボディおよび第2のナノボディ、または第1のアプタマーおよび第2のアプタマーから選択され、
前記第1の捕捉分子の1つ以上のコピーが、前記第1のポリヌクレオチド形状に付着し、
前記第2の捕捉分子の1つ以上のコピーが、前記第2のポリヌクレオチド形状に付着し、かつ、
前記標的分子の存在下で、前記第1の捕捉分子および前記第2の捕捉分子が、前記標的分子に結合し、それによって、前記双安定分子センサの平衡コンフォメーションを前記閉鎖状態に向かってシフトさせる、
請求項1に記載の構造体。 - 前記1つ以上の機能性分子が、前記第1の形状の内側表面および/または前記第2の形状の内側表面に結合される、請求項1に記載の構造体。
- 前記1つ以上の機能分子の前記第1および第2の駆動分子が、第1の一本鎖核酸および第2の一本鎖核酸を含み、該第1の一本鎖核酸および該第2の一本鎖核酸が、互いに異なりかつ標的一本鎖核酸に相補的であり、
前記第1の一本鎖核酸の1つ以上のコピーが、前記第1のポリヌクレオチド形状に付着し、
前記第2の一本鎖核酸の1つ以上のコピーが、前記第2のポリヌクレオチド形状に付着し、
前記標的一本鎖核酸の存在下で、前記第1の一本鎖核酸および前記第2の一本鎖核酸が、前記標的一本鎖核酸に結合し、それによって、双安定分子センサの平衡コンフォメーションを前記閉鎖状態に向かってシフトさせる、
請求項1に記載の構造体。 - 前記1つ以上の機能性分子の前記第1および第2の駆動分子が、第1のCRISPR不活性酵素ガイドRNA複合体および第2のCRISPR不活性酵素ガイドRNA複合体を含み、該第1のCRISPR不活性酵素ガイドRNA複合体および該第2のCRISPR不活性酵素ガイドRNA複合体が、互いに異なりかつ標的二本鎖核酸に相補的であり、
前記第1のCRISPR不活性酵素ガイドRNA複合体の1つ以上のコピーが、前記第1のポリヌクレオチド形状に付着し、
前記第2のCRISPR不活性酵素ガイドRNA複合体の1つ以上のコピーが、前記第2のポリヌクレオチド形状に付着し、
前記標的二本鎖核酸の存在下で、前記第1のCRISPR不活性酵素ガイドRNA複合体および前記第2のCRISPR不活性酵素ガイドRNA複合体が、前記標的二本鎖核酸に結合し、それによって、双安定分子センサの平衡コンフォメーションを前記閉鎖状態に向かってシフトさせる、
請求項1に記載の構造体。 - 前記1つ以上の機能性分子の前記第1および第2の駆動分子が、アロステリックCRISPR不活性酵素ガイドRNA複合体および相補的アロステリック核酸配列を含み、該アロステリックCRISPR不活性酵素ガイドRNA複合体が、条件付きで隠されたアロステリック核酸配列を有し、
前記アロステリックCRISPR不活性酵素ガイドRNA複合体が、標的二本鎖核酸に結合することができ、それによって条件付きで隠されたアロステリック核酸配列を露出し、
前記アロステリックCRISPR不活性酵素ガイドRNA複合体の一つ以上のコピーが、前記第一ポリヌクレオチド形状に付着し、
前記相補的アロステリック核酸配列の一つ以上のコピーが、前記第二ポリヌクレオチド配列に付着し、かつ
前記標的二本鎖核酸の存在下で、前記アロステリックCRISPR不活性酵素ガイドRNA複合体が、前記標的二本鎖核酸に結合し、かつ、前記相補的アロステリック核酸配列が、前記露出した条件付きで隠されたアロステリック核酸配列に結合し、それによって、前記双安定分子センサの平衡コンフォメーションを前記閉鎖状態に向かってシフトさせる、
請求項1に記載の構造体。 - 前記1つ以上の機能性分子の前記第1および第2の駆動分子が、標的分子に結合することができる捕捉分子と、前記標的分子の非存在下で前記捕捉分子に結合することができる競合分子とを含み、該捕捉分子が、抗体、ナノボディ、またはアプタマーから選択され、
前記競合分子の1つ以上のコピーが、前記第1のポリヌクレオチド形状に付着し、
前記捕捉分子の1つ以上のコピーが、前記第2のポリヌクレオチド形状に付着し、
前記標的分子が存在しない場合、前記競合分子が、前記捕捉分子に結合し、それによって前記双安定分子センサの平衡コンフォメーションを前記閉鎖状態に向かってシフトさせ、
標的分子の存在下では、前記競合分子が、前記標的分子によって置き換えられ、それによって前記双安定分子センサの平衡コンフォメーションを前記開放状態に向かってシフトさせる、
請求項1に記載の構造体。 - 前記1つ以上の機能分子の前記第1および第2の駆動分子が、化学的または酵素的薬剤によって化学的または酵素的に修飾されて、修飾された第1のタンパク質と、修飾された第1のタンパク質に結合することができる第2のタンパク質とをもたらすことができる第1のタンパク質を含み、
前記第1のタンパク質の1つ以上のコピーが、前記第1のポリヌクレオチド形状に付着し、
前記第2のタンパク質の1つ以上のコピーが、前記第2のポリヌクレオチド形状に付着し、かつ
前記分子イベントが、前記第1のタンパク質を化学的または酵素的に修飾し、前記第1と第2のタンパク質との間の親和性を増加させて、前記双安定分子センサの平衡コンフォメーションが前記閉鎖状態に向かってシフトするようになる、
請求項1に記載の構造体。 - 前記第1のタンパク質が、リン酸化、アセチル化、ユビキチン化、プレニル化、アデニル化、またはグリコシル化のうちの少なくとも1つによって修飾され得る、請求項8に記載の構造体。
- 前記第2のタンパク質が、前記修飾された第1のタンパク質に結合することができる天然に存在するタンパク質である、請求項9に記載の構造体。
- 前記第2のタンパク質が、リン酸化、アセチル化、ユビキチン化、プレニル化、アデニル化、またはグリコシル化に結合することができる抗体である、請求項9に記載の構造体。
- 前記1つ以上の機能分子の前記第1および第2の駆動分子が、捕捉核酸および捕捉分子を含み、捕捉核酸が化学的または酵素的に化学的または酵素的に修飾されて修飾された捕捉核酸を生じ、捕捉分子が修飾された捕捉核酸を結合することができ、
前記捕捉核酸の1つ以上のコピーが、前記第1のポリヌクレオチド形状に付着し、
前記捕捉分子の1つ以上のコピーが、前記第2のポリヌクレオチド形状に付着し、かつ
前記化学的または酵素的薬剤の存在下で、前記捕捉核酸が、修飾され、前記修飾された捕捉核酸をもたらし、前記捕捉分子が、該修飾された捕捉核酸に結合され、それによって、前記双安定分子センサの平衡コンフォメーションを前記閉鎖状態に向かってシフトさせる、
請求項1に記載の構造体。 - 前記捕捉核酸が、シトシンメチル化、シトシンヒドロキシメチル化、シトシンホルミル化、シトシンカルボキシル化、アデノシンメチル化、アルキル化、またはチミン二量化のうちの少なくとも1つによって修飾され得る、請求項12に記載の構造体。
- 前記捕捉分子が、捕捉核酸に結合することができる天然に存在する分子である、請求項13に記載の構造体。
- 前記捕捉分子が、前記修飾された捕捉核酸に結合することができる抗体である、請求項12に記載の構造体。
- 捕捉分子が、シトシンメチル化、シトシンヒドロキシメチル化、シトシンホルミル化、シトシンカルボキシル化、アデノシンメチル化、アルキル化、またはチミン二量体化に結合することができる抗体である、請求項12に記載の構造体。
- 前記1つ以上の機能性分子の前記第1および第2の駆動分子が、第1のタンパク質および第2のタンパク質を含み、
前記第1のタンパク質が、少なくとも1つのタイプのリガンドに結合することができる膜貫通受容体タンパク質であり、かつ
前記膜貫通受容体タンパク質が前記少なくとも1つのタイプのリガンドによって結合される場合、前記第2のタンパク質が、前記第1のタンパク質に結合することができ、
前記第1のタンパク質の1つ以上のコピーが、第1のポリヌクレオチド形状に付着し、
前記第2のタンパク質の1つ以上のコピーが、第2のポリヌクレオチド形状に付着し、かつ
前記少なくとも1つのタイプのリガンドの存在下で、前記第2のタンパク質が、前記第1のタンパク質に結合され、それによって、前記双安定分子センサの平衡コンフォメーションを前記閉鎖状態に向かってシフトさせる、
請求項1に記載の構造体。 - 前記第1のポリヌクレオチド形状に付着した前記第1のタンパク質の1つ以上のコピーが、以下:
前記第1のタンパク質と前記第1のポリヌクレオチド形状との間の直接リンカー分子、
前記第1のポリヌクレオチド形状に付着することができるタンパク質-脂質ナノディスクへの前記第1のタンパク質の挿入、
前記第1のポリヌクレオチド形状に付着することができるDNA-脂質ナノディスクへの前記第1のタンパク質の挿入、または
前記第1のポリヌクレオチド形状の一部として形成されるDNA-脂質ナノディスクへの前記第1のタンパク質の挿入
によって付着している、請求項17に記載の構造体。 - 前記双安定分子センサが、Gタンパク質受容体キナーゼ(GRK)をさらに含み、
前記GRKが、溶液中にあるか、または前記核酸構造体に付着しており、
前記第1のタンパク質が、Gタンパク質共役受容体(GPCR)を含み、かつ前記第2のタンパク質が、リン酸化されたGPCRに結合することができるβアレスチンまたは抗体を含み、
前記GPCRに対する前記少なくとも1つのタイプの受容体リガンドの存在下で、前記GPCRが、前記GRKによってリン酸化され、したがって、βアレスチンまたは前記抗体が、リン酸化されたGPCRに結合し、それによって、前記双安定分子センサの平衡コンフォメーションを前記閉鎖状態に向かってシフトさせる、
請求項17に記載の構造体。 - 請求項17記載の構造体であって、
前記第1のタンパク質が、Gタンパク質共役型レセプター(GPCR)を含み、
前記第2のタンパク質が、抗体、ナノボディ、またはアプタマーであり、かつ
前記GPCRリガンドの存在下で、前記第2のタンパク質が、前記第1のタンパク質に結合し、それによって、前記双安定分子センサを前記閉鎖状態にする、
請求項17に記載の構造体。 - 膜貫通受容体に結合する受容体リガンドをアッセイする方法であって、該方法は、以下:
請求項17に記載の構造体への候補受容体リガンドを提供すること、
を含み、
表面が、チップ(chip)である、
方法。 - 前記膜貫通受容体が、Gタンパク質共役受容体(GPCR)である、請求項21に記載の方法。
- 前記1つ以上の機能性分子の前記第1および第2の駆動分子が、第1の分子および第2の分子を含み、
前記第1の分子が、リボスイッチリガンドによって結合することができるDNAリボスイッチまたはRNAリボスイッチを含み、
前記リボスイッチリガンドの結合が、ヌクレオチド配列またはアプタマーの露出を誘導し、
前記第2の分子が、DNAリボスイッチまたはRNAリボスイッチ上の前記露出したヌクレオチド配列またはアプタマーに結合することができるDNA配列、RNA配列、またはタンパク質を含み、
前記第1の分子の1つ以上のコピーが、前記第1のポリヌクレオチド形状に付着し、
前記第2の分子の1つ以上のコピーが、前記第2のポリヌクレオチド形状に付着し、かつ
前記リボスイッチリガンドの存在下で、前記第2の分子が、前記第1の分子に結合し、それによって、双安定分子センサの平衡コンフォメーションを閉鎖状態に向かってシフトさせる、
請求項1に記載の構造体。 - 前記1つ以上の機能性分子の前記第1および第2の駆動分子が、修飾された捕捉分子を形成するために、化学的または酵素的薬剤によって修飾することができる捕捉分子を含み、
前記捕捉分子が、前記第1のポリヌクレオチド形状および前記第2のポリヌクレオチド形状に結合することができ、
前記修飾捕捉分子が、前記第1のポリヌクレオチド形状および前記第2のポリヌクレオチド形状に結合することができず、
前記捕捉分子が、タンパク質または核酸から選択され、かつ
前記捕捉分子の1つ以上のコピーが、第1のポリヌクレオチド形状および第2のポリヌクレオチド形状に付着し、かつ
前記化学的または酵素的薬剤の存在下で、前記捕捉分子が、修飾され、それによって、前記双安定分子センサの平衡コンフォメーションを前記開放状態に向かってシフトさせる、
請求項1に記載の構造体。 - 前記1つ以上の機能性分子の前記第1および第2の駆動分子が、第1の分子および第2の分子を含み、
前記第1の分子および第2の分子のうちの少なくとも1つが、化学的または酵素的薬剤によって修飾されて、前記第2の分子に結合することができ、
前記第1の分子および前記第2の分子が、核酸またはタンパク質から選択され、
前記第1の分子の1つ以上のコピーが、前記第1のポリヌクレオチド形状に付着し、
前記第2の分子の1つ以上のコピーが、前記第2のポリヌクレオチド形状に付着し、かつ
前記化学的または酵素的薬剤の存在下で、前記第1の分子および第2の分子が、一緒に結合し、それによって、前記双安定分子センサの平衡コンフォメーションを前記閉鎖状態に向かってシフトさせる、
請求項1に記載の構造体。 - 前記1つ以上の機能性分子の前記第1および第2の駆動分子が、捕捉分子およびプローブ分子を含み、
前記捕捉分子が、温度、光、pH、またはイオン条件のうちの1つによって修飾されて修飾された捕捉分子を生じることができ、
前記プローブ分子が、前記修飾捕捉分子に結合することができ、
前記捕捉分子および前記プローブ分子が、それぞれ独立して、核酸またはタンパク質であり、
前記捕捉分子の1つ以上のコピーは、第1のポリヌクレオチド形状に付着し、
前記プローブ分子の1つ以上のコピーが、第2のポリヌクレオチド形状に付着し、かつ
前記温度、光、pH、またはイオン条件の存在下で、前記捕捉分子が、修飾され、該プローブ分子が、前記修飾された捕捉分子に結合し、それによって、前記双安定分子センサの平衡コンフォメーションを前記閉鎖状態に向かってシフトさせる、
請求項1に記載の構造体。 - 前記表面が、金またはグラフェンであり、
前記係留された第1のポリヌクレオチド形状が、有機フルオロフォア、量子ドット、蛍光ビーズ、または発光ランタニド化合物から選択される発光部を含み、
前記開放状態が、前記閉鎖状態よりも多くの光を生成する、
光学的検出のための、請求項1に記載の構造体。 - 以下:
請求項1に記載の構造体を使用して外部刺激をアッセイすることを含む、:
外部刺激を光学的に検出する方法であって、
前記表面が、金またはグラフェンであり、
前記係留された第1のポリヌクレオチド形状が、有機フルオロフォア、量子ドット、蛍光ビーズ、または発光ランタニド化合物から選択される発光部を含み、
前記構造体が、発光部によって生成される光を増強することができる微細加工デバイス内にある、
方法。 - 前記微細加工されたデバイスが、フォトニック結晶キャビティ、リング共振器、または光学ボウタイから選択される、請求項28に記載の方法。
- 前記表面が、透明であり、
前記係留された第1のポリヌクレオチド形状が、蛍光標識、発光標識、または光散乱粒子で標識される、
全反射(TIRF)顕微鏡法を用いた光学的検出のための、請求項1に記載の構造体。 - 前記表面が、金であり、
前記係留された第1のポリヌクレオチド形状が、標識されていないか、または光学活性粒子で標識されている、
表面プラズモン共鳴(SPR)を用いた光学的検出のための、請求項1に記載の構造体。 - 前記表面が、表面は透明または不透明であり、
前記係留された第1のポリヌクレオチド形状が、標識されていないか、または光学活性粒子で標識されている、
表面反射干渉法(RI)を用いた光学的検出のための、請求項1に記載の構造体。 - 双安定分子センサのうちの1つ以上を含む基材をさらに含み、前記基材が、前記1つ以上の双安定分子センサのそれぞれのための表面である、請求項1に記載の構造体。
- 前記1つ以上の双安定分子センサが、指向性自己集合またはリソグラフィによって前記基材上に位置付けされる、請求項33に記載の構造体。
- 前記1つ以上の双安定分子センサが前記基材上にリソグラフィで位置付けされる場合、前記基材が、前記固定化された第2のポリヌクレオチド形状のための接着剤であって前記係留された第1のポリヌクレオチド形状のための接着剤ではないリソグラフィでパターン化された結合部位を含む、請求項34に記載の構造体。
- 前記表面が、金、白金、グラフェン、酸化インジウム、または酸化インジウムスズを含む作用電極であり、前記係留された第1のポリヌクレオチド形状が、1つ以上のレドックス活性分子で標識され、前記状態の変化が、1つ以上のレドックス活性分子と作用電極との間の電子移動をもたらす、
電気的検出のための請求項1に記載の構造体。 - 前記1つ以上のレドックス活性分子が、メチレンブルー、フェロセン、1,3-ジアザ-2-オキソフェノチアジン、または三環式シトシンアナログから選択される、請求項36に記載の構造体。
- 前記構造体が、銀/塩化銀参照電極と、前記表面の上に位置付けされた白金ワイヤ対向電極とをさらに含み、
前記作用電極の表面が、金表面であり、金が、eビーム蒸着またはテンプレートストリップされた金であり、1つ以上の酸化還元活性分子が、メチレンブルーであり、前記固定化された第2のポリヌクレオチド形状が付着する表面上の位置が、アルカンチオール自己集合単分子層でコーティングされる、
矩形波ボルタンメトリーによる電気的検出のための、請求項36に記載の構造体。 - 前記固定化された第2のポリヌクレオチド形状が、前記金表面への付着のためのチオール修飾を含む、請求項38に記載の構造体。
- 前記固定化された第2のポリヌクレオチド形状が、前記金表面への付着のための一本鎖ポリアデノシン鎖を含む、請求項38に記載の構造体。
- 前記固定化された第2のポリヌクレオチド形状が、前記金表面への付着のためのホスホロチオエート修飾を含む、請求項38に記載の構造体。
- 前記係留された第1のポリヌクレオチド形状が、前記金表面への付着を阻害するためのポリエチレングリコール修飾を含む、請求項38に記載の構造体。
- 前記係留された第1のポリヌクレオチド形状が、前記金表面への付着を阻害するためのデキストラン修飾を含む、請求項38に記載の構造体。
- 前記金表面が、チオール化ポリエチレングリコール分子を含む、請求項38に記載の構造体。
- 前記係留された第1のポリヌクレオチド形状が、剛性の2次元(2D)板を形成し、
1つ以上のレドックス活性分子は前記係留された第1のポリヌクレオチド形状上に分配され、
前記固定化された第2のポリヌクレオチド形状が、表面と1つ以上のレドックス活性分子のうちの1つとの間に選択的に位置付けされる、
請求項36に記載の構造体。 - 前記係留された第1のポリヌクレオチド形状が、剛性の2Dプレートを形成し、
前記固定化された第2のポリヌクレオチド形状が、表面への直接的なアクセスを提供する窓または穴を有するプレートを形成し、
前記閉鎖状態において、その上に1つ以上のレドックス活性分子を有する前記係留された第1のポリヌクレオチド形状が、窓または穴の上に位置付けされる、
請求項36に記載の構造体。 - 前記係留された第1のポリヌクレオチド形状が、剛性アームと剛性三次元(3D)形状を形成し、1つ以上の酸化還元活性分子が剛性アームの端部に付着している、
請求項36に記載の構造体。 - 前記係留された第1のポリヌクレオチド形状が、剛性半球または剛性ドームを形成し、1つ以上のレドックス活性分子は剛性半球または剛性ドームの周囲縁部に沿って付着し、
前記閉鎖状態では、周囲縁部上のレドックス活性分子が、前記固定化された第2のポリヌクレオチド形状の近位に位置付けされる、
請求項36に記載の構造体。 - 前記表面上の溶液および作用溶液電極をさらに含み、
前記表面が、トランジスタとして機能し、前記表面が、カーボンナノチューブ、シリコンナノワイヤ、グラフェン、二硫化モリブデン、酸化インジウムから選ばれるゲート材料であり、
前記固定化された第2のポリヌクレオチド形状が、前記表面に直接付着し、
前記表面上の溶液が、前記トランジスタのゲート電極として機能する、
電界効果感知のための、請求項1に記載の構造体。 - 前記表面がグラフェンであり、前記固定化された第2のポリヌクレオチド形状が、一本鎖DNA延によって前記グラフェンに付着する、請求項49に記載の構造体。
- マグネシウムイオンをさらに含み、
前記表面が、ピレンカルボン酸でコーティングされたグラフェンであり、
前記固定化された第2のポリヌクレオチド形状が、前記マグネシウムイオンと前記ピレンカルボン酸との間の静電的な相互作用によって、前記コーティングされたグラフェン表面に付着している、
請求項49に記載の構造体。 - 前記表面が、ポリリジンでコーティングされたグラフェンであり、
前記固定化された第2のポリヌクレオチド形状が、静電的な相互作用によって前記表面に付着している、
請求項49に記載の構造体。 - 前記表面が、グラフェンであり、
前記係留された第1のポリヌクレオチド形状が、ポリエチレングリコールを含む、
請求項49に記載の構造体。 - 前記表面が、グラフェンであり、
前記係留された第1のポリヌクレオチド形状が、ポリリジン-グラフト-ポリエチレングリコールポリマーを含む、
請求項49に記載の構造体。 - マグネシウムイオンをさらに含み、
前記表面が、酸素プラズマで処理された、またはカルボキシシランで被覆された酸化インジウムであり、前記マグネシウムイオンは、前記固定化された第2のポリヌクレオチド形状を表面に架橋する、
請求項49に記載の構造体。 - 前記表面が、酸化インジウムであり、
前記係留された第1のポリヌクレオチド形状が、トリメチルシリル基および/またはポリテチレングリコール(PEG)シランを含む、
請求項49に記載の構造体。 - 前記係留された第1のポリヌクレオチド形状が、前記閉鎖状態で位置を維持することができる剛性の2Dプレートを形成する、
請求項49に記載の構造体。 - 前記固定化された第2のポリヌクレオチド形状が、窓または穴を有するプレートであり、
前記閉鎖状態では、前記固定化された第2のポリヌクレオチド形状の前記窓または穴が、前記固定化された第2のポリヌクレオチド形状のいずれもが前記表面と前記係留された第1の形状との間に存在しない状態で、前記表面と前記係留された第1の形状との間の空間をレンダリングする、
請求項57に記載の構造体。 - 前記係留された第1のポリヌクレオチド形状が、剛体アームを有する剛体三次元(3D)形状を形成し、
前記閉鎖状態では、前記剛体アームが、前記固定化された第2のポリヌクレオチド形状のいずれもが前記剛体アームと前記表面との間に存在しない状態で、前記表面の上方に位置付けされる、
請求項49に記載の構造体。 - 前記係留された第1のポリヌクレオチド形状が、周囲縁部を有する剛性半球または剛性ドームを形成し、
前記閉鎖状態では、前記周囲縁部が、前記固定化された第2のポリヌクレオチド形状のいずれもが前記周囲縁部と前記表面との間に存在しない状態で、前記表面の近位にかつ前記固定化された第2のポリヌクレオチド形状の周囲に位置付けされる、
請求項49に記載の構造体。 - 前記表面上の溶液および作用溶液電極をさらに含み、
前記表面が、トランジスタとして機能し、前記表面が、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、または窒化珪素から選択されるキャッピング層の下にある半導体ゲートを含み、
前記固定化された第2のポリヌクレオチド形状が、前記キャッピング層に取り付けられ、
前記表面上の前記溶液が、前記トランジスタのゲート電極として機能する、
電界効果感知のための請求項1に記載の構造体。 - マグネシウムイオンをさらに含み、
前記キャッピング層が、酸素プラズマによって処理されるか、またはカルボキシルシランでコーティングされ、
前記マグネシウムイオンは、前記固定化された第2のポリヌクレオチド形状をキャッピング層に架橋する、
請求項61に記載の構造体。 - 前記係留された第1のポリヌクレオチド形状が、トリメチルシリル基および/またはポリテチレングリコール(PEG)シランを含む、請求項61に記載の構造体。
- 前記係留された第1のポリヌクレオチド形状が、前記閉鎖状態において位置を維持することができる剛性2Dプレートを形成する、請求項61に記載の構造体。
- 前記固定化された第2のポリヌクレオチド形状が、窓または穴を有するプレートであり、
前記閉鎖状態では、前記固定化された第2のポリヌクレオチド形状における前記窓または穴が、前記固定化された第2のポリヌクレオチド形状のいずれもが前記キャッピング層と前記係留された第1のポリヌクレオチド形状との間に存在しない状態で、前記キャッピング層と前記係留された第1のポリヌクレオチド形状との間の空間をレンダリングする、
請求項61に記載の構造体。 - 前記係留された第1のポリヌクレオチド形状が、剛性アームを有する剛性三次元(3D)形状を形成し、
前記閉鎖状態では、前記剛性アームが、前記固定化された第2のポリヌクレオチド形状のいずれもが前記剛性アームと前記キャッピング層の間に存在しない状態で、前記キャッピング層の上方に位置付けされる、
請求項61に記載の構造体。 - 前記係留された第1のポリヌクレオチド形状が、周囲縁部を有する剛性半球または剛性ドームを形成し、
前記閉鎖状態では、前記周囲縁部が、前記固定化された第2のポリヌクレオチド形状のいずれもが前記周囲縁部と前記キャッピング層との間に存在しない状態で、前記キャッピング層の近位にかつ前記固定化された第2のポリヌクレオチド形状の周辺に位置付けされる、
請求項61に記載の構造体。 - 光学的検出のための検出システムであって、該検出システムは、
請求項1に記載の複数の構造体であって、それぞれが外部刺激と相互作用する異なる外部刺激または検体を検出することができる1,000個までの別個の双安定分子センサを含み、複数の構造体のそれぞれが、インクジェット印刷またはマイクロアレイ印刷を使用して、基材表面上の1,000個までの対応する別個の領域のうちの1つに位置付けされ、別個の双安定分子センサのそれぞれの複数のコピーが、基材上の対応する別個の領域のそれぞれに位置付けされる、複数の構造体
を含む、検出システム。 - 前記1,000までの対応する別個の領域が、核酸オリガミ配置のための複数の単一分子結合部位を有する各対応する別個の領域でリソグラフィ的にパターン化される、請求項68に記載の検出システム。
- 前記複数の単一分子結合部位の各々が、1つ以下の双安定センサを含む、請求項69に記載の検出システム。
- 前記外部刺激を、以下:
透明基材上での全内部反射分光法、
金表面上での蛍光の焼入れ、
グラフェン基材上での蛍光の焼入れ、または
光学ボウタイを用いた蛍光の向上
から選択された1つによって検出することができる、請求項68に記載の検出システム。 - 電気的検出のための検出システムであって、該検出システムが、以下:
請求項1に記載の複数の構造体であって、それぞれが外部刺激と相互作用する異なる外部刺激または分析物を検出することができる4,000個までの別個の双安定分子センサを含み、複数の構造体のそれぞれが、インクジェット印刷またはマイクロアレイ印刷を使用して、基材表面上の4,000個までの対応する別個の領域のうちの1つに位置付けされ、別個の双安定分子センサのそれぞれの複数のコピーが、基材上の対応する別個の領域のそれぞれに位置付けされる、複数の構造体
を含む、検出システム。 - 前記表面が、金、グラフェン、白金、グラフェン、酸化インジウム、二硫化モリブデン、カーボンナノチューブ、シリコンナノワイヤ、またはシリコンから選択される、請求項72に記載の検出システム。
- DNAオリガミ配置が、100ナノメートル未満の間隔を置いて位置付けされた電極間の位置に前記双安定分子センサを位置付けするために使用され、かつ
単一分子測定値が、酸化還元サイクルによって得られる、
請求項36に記載の構造体。
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