(57)【要約】本発明は、高分子の高次構造を肉眼で簡易に観察することができる方法を提供することを課題とする。この課題は、高分子の高次構造を観察するための方法であって、Ａ）該高分子を提供する工程；Ｂ）金属イオンを該高分子に提供する工程；Ｃ）該高分子に還元剤を提供し、該高分子と該金属イオンに包含される金属との複合体を形成させる工程；Ｄ）該複合体の色調から該高分子の高次構造を算出する工程、を包含する、方法によって解決される。金属イオンおよび還元剤の、高分子の高次構造の肉眼観察のための使用は、本発明において初めて提供された。【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子と金属との複合体であって、
該高分子は、荷電しており、かつ、該高分子の持続長より長く、
該金属は、貴金属、または金もしくは銀と同等の電荷を有する金属であり、
該複合体は、バインダーを含み、該高分子と該金属とは、該バインダーによって結合される、
複合体。
【請求項２】
前記金属は、金および銀からなる群より選択される、請求項１に記載の複合体。
【請求項３】
前記高分子は、ＤＮＡ、ＲＮＡおよびタンパク質からなる群より選択される、請求項１に記載の複合体。
【請求項４】
前記バインダーは、多価カチオンおよび界面活性剤からなる群より選択される少なくとも１つの物質を含む、請求項１に記載の複合体。
【請求項５】
前記バインダーは、スペルミン、ポリリジンおよびポリアミンからなる群より選択される多価カチオンである、請求項４に記載の複合体。
【請求項６】
前記複合体は、トーラス状である、請求項４に記載の複合体。
【請求項７】
請求項１に記載の複合体を含む、前記高分子の高次構造を観察するための組成物。
【請求項８】
前記複合体は、前記高分子の相転移、折り畳みおよび凝集からなる群より選択される状態を観察するためのものである、請求項７に記載の組成物。
【請求項９】
前記高次構造の観察は、前記高分子に関連する医療状態、生物状態、化学状態または物理状態を判断するために行われる、請求項７に記載の組成物。
【請求項１０】
高分子の高次構造を観察するための方法であって、
Ａ）該高分子を提供する工程；
Ｂ）金属イオンを該高分子に提供する工程；
Ｃ）バインダーを該高分子に提供する工程；
Ｄ）該高分子に還元剤を提供し、該高分子と該金属イオンに包含される金属との複合体を形成させる工程であって、該高分子と該金属とは、該バインダーによって結合される、工程；
Ｅ）該複合体の色調から該高分子の高次構造を算出する工程、
を包含し、
ここで、該高分子は、荷電しており、かつ、該高分子の持続長より長く
該金属は、貴金属、または金もしくは銀と同等の電荷を有する金属である、
方法。
【請求項１１】
前記高分子は、１０ｋｂｐ以上のサイズのＤＮＡである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記方法は、３状態以上の形態の相転移を識別して観察するためのものである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記色調からの高次構造算出は、前記金属に特有の色調が観察される場合、前記高分子はコイル状態であると判定され、より長い波長の色調が観察される場合、該高分子は該高分子がコンパクション状態にあると判定され、その中間の波長の色調が観察される場合、コイル状態とコンパクション状態とが共存すると判定されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記色調からの高次構造算出において、該高次構造算出は、対称かどうかを判定することを包含し、かつ、該色調から得られた波長曲線における２つのピークの存在は、前記高分子が対称なコンパクション状態にあると判定されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記色調からの高次構造算出において、前記高分子はＤＮＡであり、該算出は、該ＤＮＡがトーラス状かどうかを判定することを包含し、かつ、波長曲線において２つのピークの存在は、前記高分子が対称なコンパクション状態にあると判定されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
Ｄ）工程において、前記高分子のコンパクション状態のサイズを決定する工程を包含し、該決定は、既知のサイズの金属高分子複合体の溶液をコントロールとして衡正曲線を作成し、測定対象となる該高分子の複合体のデータを該衡正曲線に外挿することによって達成されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記色調からの高次構造算出は、バインダーが前記ＤＮＡのコンパクション−コイルの相転移を生じる濃度を算出する工程を包含する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記Ｄ）工程は、アルコールの存在下で紫外線光を照射する工程をさらに包含する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
前記高次構造は、トポロジーを含み、該トポロジーは、前記色調の分光学的分析を行うことによって判定されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項２０】
さらに、Ｆ）前記高分子相転移を誘導する前記バインダーの臨界濃度を決定する工程をさらに包含する、請求項１０に記載の方法。
【請求項２１】
高分子の高次構造を観察するためのキットであって、
ａ）金属イオン；
ｂ）還元剤；
ｃ）該高分子と該金属イオン中の金属とから形成された複合体の色調から該高分子の高次構造を算出する手段、
を包含し、
ここで、該高分子は、荷電しており、かつ、該高分子の持続長より長く
該金属は、貴金属、または金もしくは銀と同等の電荷を有する金属である、
該複合体は、バインダーを含み、該高分子と該金属とは、該バインダーによって結合される、
キット。
【請求項２２】
前記還元剤は、水素化ホウ素ナトリウムである、請求項２１に記載のキット。
【請求項２３】
前記還元剤は、アルコールおよび２５４ｎｍの波長の紫外線を照射する手段を含む、請求項２１に記載のキット。
【請求項２４】
請求項１に記載の複合体を含む、着色、脱色または色調改変のための薬剤。
【請求項２５】
金属イオンおよび還元剤の、高分子の高次構造の観察のため、または着色、脱色もしくは色調改変のための使用であって
ここで、該高分子は、荷電しており、かつ、該高分子の持続長より長く
該金属は、貴金属、または金もしくは銀と同等の電荷を有する金属である、
該複合体は、バインダーを含み、該高分子と該金属とは、該バインダーによって結合される、
使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子（特に、ＤＮＡ等の荷電された高分子）のコーティング法に関する。より詳細には、本発明は、高分子（特に、ＤＮＡ等の荷電された高分子）の高次構造（例えば、コンフォメーション）、トポロジーを肉眼で観察することを可能にする技術に関する。本発明を用いることにより、ＤＮＡのコイル−グロビュール相転移を肉眼レベルで観察することができる。
【背景技術】
【０００２】
ポリマーが、貴金属ナノ構造体の形成および製造において重要な役割を担っていることは周知であるものの（非特許文献１；非特許文献２；非特許文献３；非特許文献４および非特許文献５）、このようなプロセスにおいてＤＮＡ鎖テンプレートを使用することはほとんど行われていない。ＤＮＡの金属被覆に関する最近の研究であっても、数キロ塩基対未満の短いＤＮＡフラグメントに限られている（非特許文献６；非特許文献７；非特許文献８）。よく知られた例として、金属ナノ構造体の凝集を制御するために短いＤＮＡオリゴマーを使用する方法が、Ｍｉｒｋｉｎとその共同研究者たちによって開発されている（非特許文献９；非特許文献１０）。彼らは、分析目的および生物医学目的のために、オリゴヌクレオチドを結合体化させた金ナノ粒子を利用した例も数通り提供している（非特許文献１１；非特許文献１２；非特許文献１３）。実際に、ナノサイズの金属構造体の傑出した、光学的特性および電子的特性（非特許文献１４）に鑑みると、分析プロトコル用途、および新規の卓越した材料の調製・製造の用途において非常に有望な候補物質であるといえる。他方、長いＤＮＡ鎖状に金属ナノワイヤを調製するテンプレート法は、他の高分子電解質の使用とともにほぼ十年の間に提案（非特許文献１５；非特許文献１６；非特許文献１７）されており、また、それ以来、様々なアプローチを利用することで様々な金属でＤＮＡを覆うことが、報告されてきた（非特許文献１８；非特許文献１９；非特許文献２０；非特許文献２１；非特許文献２２；非特許文献２３；非特許文献２４；非特許文献２５；非特許文献１９）。ＤＮＡが折り畳まれていない鎖または直鎖状態の形態である場合、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）および白金（Ｐｔ）などの金属によりＤＮＡが金属被覆されることで、ＤＮＡスキャフォールド上に金属ナノ粒子が形成され（非特許文献２６；非特許文献２７；非特許文献２８；非特許文献２９；非特許文献３０；非特許文献３１；非特許文献３２）、このような金属被覆は、分子ナノワイヤの製造において将来有望な方法であるということが一般に確認されている（非特許文献１９および非特許文献３３）。ＤＮＡ鎖テンプレートを金属被覆することは、導電性ナノワイヤの調製の他に適用できる可能が十分に望まれるものである。例えば、長いＤＮＡのネットワークがそのＤＮＡネットワークの密度に依存して、銀ナノ粒子の形状を球状または直鎖状態に制御し得ることが最近報告された（非特許文献３４）。他方、数十塩基対（ｂｐ）よりも大きなＤＮＡ鎖は、秩序が崩れたコイル状態から秩序立ったコンパクトな状態へ非常に不連続的な遷移を受けるが、この遷移における際だった性質は、数キロ塩基対（ｋｂｐ）のオーダーよりも短いＤＮＡ分子においては見られない（非特許文献３５）。したがって、巨大なＤＮＡ分子のフォールディングにおける遷移は、短いＤＮＡとは異なるものである。近年、１００ｋｂｐよりも長い巨大なＤＮＡを使用する場合、コンパクトなＤＮＡ鎖の金属被覆は直鎖状態の金属被覆の過程とは異なる過程を経て進むことを実証した（非特許文献３６）。
【非特許文献１】Ｓｕｎ  Ｙ．，Ｘｉａ  Ｙ．，Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２００２，２９８，２１７６−２１７９
【非特許文献２】Ｃｏｒｂｉｅｒｒｅ  Ｋ．Ｍ．，Ｃａｍｅｒｏｎ  Ｓ．Ｎ．，Ｌｅｎｎｏｘ  Ｒ．Ｂ．，Ｌａｎｇｍｕｉｒ  ２００４，２０，２８６７−２８７３
【非特許文献３】Ｈｕｓｓａｉｎ  Ｉ．，Ｇｒａｈａｍ  Ｓ．，Ｗａｎｇ  Ｚ．，Ｔａｎ  Ｂ．，Ｓｈｅｒｒｉｎｇｔｏｎ  Ｃ．Ｄ．，Ｒａｎｎａｒｄ  Ｐ．Ｓ．，Ｃｏｏｐｅｒ  Ｉ．Ａ．，Ｂｒｕｓｔ  Ｍ．，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２００５，１２７，１６３９８−１６３９９
【非特許文献４】Ｐeｒｉｇｎｏｎ  Ｎ．，Ｍｉｎｇｏｔａｕｄ  Ａ−Ｆ．，Ｍａｒｔｙ  Ｊ−Ｄ．，Ｒｉｃｏ−Ｌａｔｔｅｓ  Ｉ．，Ｍｉｎｇｏｔａｕｄ  Ｃ．，Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．２００４，１６，４８５６−４８５８
【非特許文献５】Ｇａｏ  Ｊ．，Ｆｕ  Ｊ．，Ｌｉｎ  Ｃ．，Ｌｉｎ  Ｊ．，Ｈａｎ  Ｙ．，Ｙｕ  Ｘ．，Ｐａｎ  Ｃ．，Ｌａｎｇｍｕｉｒ  ２００４，２０，９７７５−９７７９
【非特許文献６】Ｍｉｒｋｉｎ  Ｃ．Ａ．，Ｌｅｔｓｉｎｇｅｒ  Ｒ．Ｌ．，Ｍｕｃｉｃ  Ｒ．Ｃ．，Ｓｔｏｒｈｏｆｆ  Ｊ．Ｊ．，Ｎａｔｕｒｅ  １９９６，３８２，６０７−６０９
【非特許文献７】Ｓｔｏｒｈｏｆｆ  Ｊ．Ｊ．，Ｍｉｒｋｉｎ  Ｃ．Ａ．，Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．１９９９，９９，１８４９−１８６２
【非特許文献８】Ｃｌａｒｉｄｇｅ  Ｓ．Ａ．，Ｇｏｈ  Ｓ．Ｌ．，Ｆｒeｃｈｅｔ  Ｊ．Ｍ．Ｊ．，Ｗｉｌｌｉａｍｓ  Ｓ．Ｃ．，Ｍｉｃｈｅｅｌ  Ｃ．Ｍ．，Ａｌｉｖｉｓａｔｏｓ  Ａ．Ｐ．，Ｃｈｅｍ．Ｍａｔｅｒ．２００５，１７，１６２８−１６３５
【非特許文献９】Ｍｉｒｋｉｎ  Ｃ．Ａ．，Ｌｅｔｓｉｎｇｅｒ  Ｒ．Ｌ．，Ｍｕｃｉｃ  Ｒ．Ｃ．，Ｓｔｏｒｈｏｆｆ  Ｊ．Ｊ．，Ｎａｔｕｒｅ  １９９６，３８２，６０７−６０９
【非特許文献１０】Ｓｔｏｒｈｏｆｆ  Ｊ．Ｊ．，Ｍｉｒｋｉｎ  Ｃ．Ａ．，Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．１９９９，９９，１８４９−１８６２．
【非特許文献１１】Ｓｈａｉｋｈ  Ｋ．Ａ．，Ｒｙｕ  Ｋ．Ｓ．，Ｇｏｌｕｃｈ  Ｅ．Ｄ．，Ｎａｍ  Ｊ．，Ｌｉｕ  Ｊ．，Ｔｈａｘｔｏｎ  Ｃ．Ｓ．，Ｔｈｏｍａｓ  Ｎ．，Ｂａｒｒｏｎ  Ａ．Ｅ．，Ｌｕ  Ｙ．，Ｍｉｒｋｉｎ  Ｃ．Ａ．，Ｌｉｕ  Ｃ．．Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ  ２００５，１０２（２８），９７４５−９７５０．
【非特許文献１２】Ｎａｍ  Ｊ．，Ｔｈａｘｔｏｎ  Ｃ．Ｓ．，Ｍｉｒｋｉｎ  Ｃ．Ａ．，Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２００３，３０１（５６４１），１８８４−１８８６
【非特許文献１３】Ｈａｎ  Ｍ．Ｓ．，Ｌｙｔｔｏｎ−Ｊｅａｎ  Ａ．Ｋ．Ｒ．，Ｏｈ  Ｂ−Ｋ．，Ｈｅｏ  Ｊ．，Ｍｉｒｋｉｎ  Ｃ．Ａ．，Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔｌ．Ｅｄ．２００６，４５，１８０７−１８１０
【非特許文献１４】Ｓｃｈｍｉｄ  Ｇ．（Ｅｄ．）Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ：  Ｆｒｏｍ  Ｔｈｅｏｒｙ  ｔｏ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ＶＣＨ，Ｗｅｉｎｈｅｉｍ，２００４
【非特許文献１５】Ｋｉｒｉｙ  Ａ．，Ｍｉｎｋｏ  Ｓ．，Ｇｏｒｏｄｙｓｋａ  Ｇ．，Ｓｔａｍｍ  Ｍ．，Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ．２００２，２，８８１−８８５
【非特許文献１６】Ｍｉｎｋｏ  Ｓ．，Ｋｉｒｉｙ  Ａ．，Ｇｏｒｏｄｙｓｋａ  Ｇ．，Ｓｔａｍｍ  Ｍ．，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２００２，１２４，１０１９２−１０１９７
【非特許文献１７】Ｐａｔｏｌｓｋｙ  Ｆ．，Ｗｅｉｚｍａｎｎ  Ｙ．，Ｌｉｏｕｂａｓｈｅｖｓｋｉ  Ｏ．，Ｗｉｌｌｎｅｒ  Ｉ．，Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｉｎｔ．Ｅｄ．２００２，４１，２３２３−２３２７
【非特許文献１８】Ｗａｎｇ  Ｇ．，Ｍｕｒｒａｙ  Ｒ．Ｗ．，Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ．２００４，４，９５−１０１．
【非特許文献１９】Ｎｙａｍｊａｖ  Ｄ．，Ｋｉｎｓｅｌｌａ  Ｊ．Ｍ．，Ｉｖａｎｉｓｅｖｉｃ  Ａ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．２００５，８６，０９３−１０７
【非特許文献２０】Ｎｉｅｍｅｙｅｒ  Ｃ．Ｍ．，Ｓｉｍｏｎ  Ｕ．，Ｅｕｒ．Ｊ．Ｉｎｏｒｇ．Ｃｈｅｍ．２００５，１８，３６４１−３６５５
【非特許文献２１】Ｂｅｃｅｒｒｉｌ  Ｈ．Ａ．，Ｓｔｏｌｔｅｎｂｅｒｇ  Ｒ．Ｍ．，Ｍｏｎｓｏｎ  Ｃ．Ｆ．，Ｗｏｏｌｌｅｙ  Ａ．Ｔ．，Ｍａｔｅｒ．Ｃｈｅｍ．２００４，１４，６１１−６１６
【非特許文献２２】Ｆｏｒｄ  Ｗ．Ｅ．，Ｈａｒｎａｃｋ  Ｏ．，Ｙａｓｕｄａ  Ａ．，Ｗｅｓｓｅｌｓ  Ｊ．Ｍ．，Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．２００１，１３，１７９３−１７９７．
【非特許文献２３】Ｒｉｃｈｔｅｒ  Ｊ．，Ｍｅｒｔｉｇ  Ｍ．，Ｐｏｍｐｅ  Ｗ．，Ｍoｎｃｈ  Ｉ．，Ｓｃｈａｃｋｅｒｔ  Ｈ．Ｋ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．２００１，７８，５３６−５３８
【非特許文献２４】Ｂｒａｕｎ  Ｇ．，Ｉｎａｇａｋｉ  Ｋ．，Ｅｓｔａｂｒｏｏｋ  Ｒ．Ａ．，Ｗｏｏｄ  Ｄ．Ｋ．，Ｌｅｖｙ  Ｅ．，Ｃｌｅｌａｎｄ  Ａ．Ｎ．，Ｓｔｒｏｕｓｅ  Ｇ．Ｆ．，Ｒｅｉｃｈ  Ｎ．Ｏ．，Ｌａｎｇｍｕｉｒ  ２００５，２１，１０６９９−１０７０１．
【非特許文献２５】Ｍｅｒｔｉｇ  Ｍ．，Ｃｉａｃｃｈｉ  Ｌ．Ｃ．，Ｓｅｉｄｅｌ  Ｒ．，Ｐｏｍｐｅ  Ｗ．，Ｖｉｔａ  Ａ．Ｄ．，Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ．，２００２，２，８４１−８４４
【非特許文献２６】Ｎａｋａｏ  Ｈ．，Ｓｈｉｉｇｉ  Ｈ．，Ｙａｍａｍｏｔｏ  Ｙ．，Ｔｏｋｏｎａｍｉ  Ｓ．，Ｎａｇａｏｋａ  Ｔ．，Ｓｕｇｉｙａｍａ  Ｓ．，Ｏｈｔａｎｉ  Ｔ．，Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ．２００３，３，１３９１−１３９４．
【非特許文献２７】Ｋａｒｅｎ  Ｋ．，Ｂｅｒｍａｎ  Ｒ．，Ｂｒａｕｎ  Ｅ．，Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ．２００４，４，３２３−３２６．
【非特許文献２８】Ｍｏｎｓｏｎ  Ｃ．Ｆ．，Ｗｏｏｌｅｙ  Ａ．Ｔ．，Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ．２００３，３，３５９−３６３
【非特許文献２９】Ｘｉｎ  Ｈ．，Ｗｏｏｌｅｙ  Ａ．Ｔ．，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２００３，１２５，８７１０−８７１１．
【非特許文献３０】Ｈａｒｎａｃｋ  Ｏ．，Ｆｏｒｄ  Ｗ．Ｅ．，Ｙａｓｕｄａ  Ａ．，Ｗｅｓｓｅｌｓ  Ｊ．Ｍ．，Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ．２００２，２，９１９−９２３．
【非特許文献３１】Ｍｅｒｔｉｇ  Ｍ．，Ｃｉａｃｃｈｉ  Ｌ．，Ｓｉｅｄｅｌ  Ｒ．，Ｐｏｍｐｅ  Ｗ．，Ｖｉｔａ  Ａ．Ｄ．，Ｎａｎｏ  Ｌｅｔｔ．２００２，２，８４１−８４４．
【非特許文献３２】Ｍａ  Ｙ．，Ｚｈａｎｇ  Ｊ．，Ｚｈａｎｇ  Ｇ．，Ｈｅ  Ｈ．，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．２００４，１２６，７０９７−７１０１
【非特許文献３３】Ｒｉｃｈｔｅｒ  Ｊ．，Ｓｅｉｄｅｌ  Ｒ．，Ｋｉｒｓｃｈ  Ｒ．，Ｍｅｒｔｉｇ  Ｍ．，Ｐｏｍｐｅ  Ｗ．，Ｐｌａｓｃｈｋｅ  Ｊ．，Ｓｃｈａｃｋｅｒｔ  Ｋ．Ｈ．，Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ
【非特許文献３４】Ｗｅｉ  Ｇ．，Ｚｈｏｕ  Ｈ．，Ｌｉｕ  Ｚ．，Ｓｏｎｇ  Ｙ．，Ｗａｎｇ  Ｌ．，Ｓｕｎ  Ｌ．，Ｌｉ  Ｚ．，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ  ２００５，１０９，８７３８−８７４３．
【非特許文献３５】Ｙｏｓｈｉｋａｗａ  Ｋ．，Ｔａｋａｈａｓｈｉ  Ｍ．，Ｖａｓｉｌｅｖｓｋａｙａ  Ｖ．Ｖ．，Ｋｈｏｋｈｌｏｖ  Ａ．Ｒ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．１９９６，７６，３０２９−３０３１
【非特許文献３６】Ｚｉｎｃｈｅｎｋｏ  Ａ．Ａ．，Ｙｏｓｈｉｋａｗａ  Ｋ．，Ｂａｉｇｌ  Ｄ．，Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．２００５，１７，２８２０−２８２３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、高分子の高次構造を肉眼で簡易に観察することができる方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、発明者らが鋭意検討を重ねた結果、高分子を金属と複合体形成させ、その複合体の高次構造の判定に使用することができ、例えば、ＤＮＡ等高分子での高次構造（例えば、コンフォメーション、トポロジーなど）を肉眼で観察することを可能にした。本発明を用いることにより、ＤＮＡのコイル−グロビュール相転移を肉眼レベルで観察することができる。【０００５】
本発明は、例えば、以下のような利点がある。相転移を導入していない巨大ＤＮＡ分子を水溶液中で操作すると、水溶液中に発生する渦に伴う剪断応力によりＤＮＡ分子は切断されてしまう。そこで、従来法では巨大ＤＮＡ分子をアガロースゲル中に包埋して、アガロースゲル中で全ての処理をおこなっていた。そのような切断を防ぐことができるかどうかを肉眼で判定することができるようになった。【０００６】
また、水溶液中でグロビュール相転移をしていない巨大ＤＮＡ分子を流れ・機械的操作などのマニュピュレーションを行うと、ＤＮＡ分子は容易に断片化してしまうが、グロビュール構造を誘導することにより、水溶液中では不可避的に生じる力学的なストレスによるＤＮＡ分子の断片化を抑制することが可能であることが知られている。ＤＮＡ分子の操作を行った後に、ポリエチレングリコールなどのグロビュール構造誘導試薬の濃度を低下させることにより、ランダムコイル状態に戻し、電界により伸張させることができる。これらの状態の確認に本発明を用いることができる。【０００７】
本発明は、ＤＮＡのコンパクトな凝集体は、銀における金属析出過程の間に銀ナノリングを形成するためのトーラス状のテンプレートとしての役割を担うことが実証する。従って、本発明では、銀における金属析出の過程の差異は、ＤＮＡ鎖のコンフォメーション変化を手軽にモニタリングすること、さらに、ＤＮＡ凝集体の最終的な形状を調べるのにとって有用であるかどうかを判定することを実証する。さらに、本発明はまた、このアプローチが、他の関連するプロセス（例えば、フォールディング過程にあるタンパク質のコンフォメーション変化）をモニタリングするため簡便な方法を提供することを実証する。【０００８】
本発明ではまた、ＤＮＡのコンフォメーションを調べ、そしてＤＮＡ鎖スキャフォールド上での銀および金が析出することを通してＤＮＡのフォールディング変化する遷移点を検出するための分析方法が提供されることを実証する。【０００９】
従って、本発明は、以下を提供する。
（１）高分子と金属との複合体。
（２）上記金属は、貴金属である、項１に記載の複合体。
（３）上記金属は、金、銀、白金、銅およびパラジウムからなる群より選択される、項１〜２のいずれかに記載の複合体。
（４）上記金属は金である、項３に記載の複合体。
（５）上記高分子は、ＤＮＡ、タンパク質および高分子電解質からなる群より選択される、項１〜４のいずれかに記載の複合体。
（６）上記高分子は、１００モノマーユニットの大きさを有する、項１に記載の複合体。
（７）バインダーをさらに含む、項１〜５のいずれかに記載の複合体。
（８）上記バインダーは、スペルミン、ポリリジン、ポリアミンおよび界面活性剤からなる群より選択される、項７に記載の複合体。
（９）上記複合体は、上記高分子の高次構造を観察するためのものである、項１〜８のいずれかに記載の複合体。
（１０）上記複合体は、ＤＮＡ相転移、荷電高分子の相転移、蛋白の折り畳みならびにＤＮＡおよびや蛋白の凝集からなる群より選択される状態を観察するためのものである、項１〜９のいずれかに記載の複合体。
（１１）高分子の高次構造を観察するための方法であって、
Ａ）上記高分子を提供する工程；
Ｂ）金属イオンを上記高分子に提供する工程；
Ｃ）上記高分子に還元剤を提供し、上記高分子と上記金属イオンに包含される金属との複合体を形成させる工程；
Ｄ）上記複合体の色調から上記高分子の高次構造を算出する工程、
を包含する、方法。
（１２）上記金属は、貴金属である、項１１に記載の方法。
（１３）上記金属は、金、銀、白金、銅およびパラジウムからなる群より選択される、項１１〜１２のいずれかに記載の方法。
（１４）上記金属は金である、項１３に記載の方法。
（１５）上記高分子は、ＤＮＡである、項１１〜１４のいずれかに記載の方法。
（１６）上記高分子は、１０ｋｂｐ以上のサイズのＤＮＡである、項１１〜１５のいずれかに記載の方法。
（１７）バインダーを加える工程をさらに包含する、項１１〜１６のいずれかに記載の方法。
（１８）上記バインダーは、スペルミン、ポリリジン、ポリアミンおよび界面活性剤からなる群より選択される、項１７に記載の方法。
（１９）上記方法は、ＤＮＡ相転移、荷電高分子の相転移、蛋白の折り畳みならびにＤＮＡおよびや蛋白の凝集からなる群より選択される状態を観察するためのものである、項１１〜１８のいずれかに記載の方法。
（２０）上記方法は、コンパクション−コイルの相転移を観察するためのものである、項１１〜１９のいずれかに記載の方法。
（２１）上記色調からの高次構造算出は、上記金属に特有の色調が観察される場合、上記高分子はコイル状態であると判定され、より長い波長の色調が観察される場合、上記高分子は上記高分子がコンパクション状態にあると判定され、その中間の波長の色調が観察される場合、コイル状態とコンパクション状態とが共存すると判定されることを特徴とする、項１１〜２０のいずれかに記載の方法。
（２２）上記色調からの高次構造算出において、上記算出は、対称かどうかを判定することを包含し、かつ、波長曲線において２つのピークの存在は、上記高分子が対称なコンパクション状態にあると判定されることを特徴とする、項１１〜２１のいずれかに記載の方法。
（２３）上記色調からの高次構造算出において、上記高分子はＤＮＡであり、上記算出は、トーラス状かどうかを判定することを包含し、かつ、波長曲線において２つのピークの存在は、上記高分子が対称なコンパクション状態にあると判定されることを特徴とする、項１１〜２２のいずれかに記載の方法。
（２４）上記色調からの高次構造算出において、上記算出は、トーラス状かどうかを判定することを包含し、かつ、上記トーラス状かどうかの判定は、波長曲線において２つのピークの存在は、上記高分子が対称なコンパクション状態にあると判定されることを特徴とする、項１１〜２３のいずれかに記載の方法。
（２５）Ｄ）工程において、上記高分子のコンパクション状態のサイズを決定する工程を包含し、上記決定は、既知のサイズの金属高分子複合体の溶液をコントロールとして衡正曲線を作成し、測定対象となる上記高分子の複合体のデータを上記衡正曲線に外挿することによって達成されることを特徴とする、項１１〜２４のいずれかに記載の方法。
（２６）上記色調からの高次構造算出は、バインダーが上記ＤＮＡのコンパクション−コイルの相転移を生じる濃度を算出する工程を包含する、項１１〜２５のいずれかに記載の方法。
（２７）上記Ｃ）工程は、上記金属イオンと上記高分子との混合状態に上記還元剤を加えることを特徴とする、項１１〜２６のいずれかに記載の方法。
（２８）上記Ｃ）工程は、アルコールの存在下で紫外線光を照射する工程をさらに包含する、項１１〜２７のいずれかに記載の方法。
（２９）上記紫外線光の照射は、上記複合体の形成が誘導されるに十分な時間行われる、項１１〜２８のいずれかに記載の方法。
（３０）上記高次構造は、トポロジーを含み、上記トポロジーは、上記色調の分光学的分析を行うことによって判定されることを特徴とする、項１１〜２９のいずれかに記載の方法。
（３１）さらに、Ｅ）上記高分子相転移を誘導する上記バインダーの臨界濃度を決定する工程をさらに包含する、項１１〜３０のいずれかに記載の方法。
＜検出キット＞
（３２）高分子のトポロジーを観察するためのキットであって、
ａ）金属イオン；
ｂ）還元剤；
ｃ）上記高分子と上記金属イオン中の金属とから形成された複合体の色調から上記高分子のトポロジーを算出する手段、
を包含する、キット。
（３３）上記金属は、貴金属である、項３２に記載のキット。
（３４）上記金属は、金、銀、白金、銅およびパラジウムからなる群より選択される、項３２〜３３のいずれかに記載のキット。
（３５）上記金属は金である、項３４に記載のキット。
（３６）上記高分子は、ＤＮＡである、項３２〜３５のいずれかに記載のキット。
（３７）上記高分子は、１０ｋｂｐ以上のサイズのＤＮＡである、項３２〜３６のいずれかに記載のキット。
（３８）バインダーをさらに包含する、項３２〜３７のいずれかに記載のキット。
（３９）上記バインダーは、スペルミン、ポリリジン、ポリアミンおよび界面活性剤からなる群より選択される、項３８に記載のキット。
（４０）ＤＮＡ相転移、荷電高分子の相転移、蛋白の折り畳みならびにＤＮＡおよびや蛋白の凝集からなる群より選択される状態を観察するためのものである、項３２〜３９のいずれかに記載のキット。
（４１）上記複合体は、コンパクション−コイルの相転移を観察するためのものである、項３２〜４０のいずれかに記載のキット。
（４２）上記色調からの高次構造算出は、上記金属に特有の色調が観察される場合、上記高分子はコイル状態であると判定され、より長い波長の色調が観察される場合、上記高分子は上記高分子がコンパクション状態にあると判定され、その中間の波長が観察される場合、コイル状態とコンパクション状態とが共存すると判定されることを特徴とする、項３２〜４１のいずれかに記載のキット。
（４３）上記色調からの高次構造算出において、上記算出は、対称かどうかを判定することを包含し、かつ、波長曲線において２つのピークの存在は、上記高分子が対称なコンパクション状態にあると判定されることを特徴とする、項３２〜４２のいずれかに記載のキット。
（４４）上記色調からの高次構造算出において、上記高分子はＤＮＡであり、上記算出は、トーラス状かどうかを判定することを包含し、かつ、波長曲線において２つのピークの存在は、上記高分子が対称なコンパクション状態にあると判定されることを特徴とする、項３２〜４３のいずれかに記載のキット。
（４５）上記色調からの高次構造算出において、上記算出は、トーラス状かどうかを判定することを包含し、かつ、上記トーラス状かどうかの判定は、波長曲線において２つのピークの存在は、上記高分子が対称なコンパクション状態にあると判定されることを特徴とする、項３２〜４４のいずれかに記載のキット。
（４６）ｃ）手段は、上記高分子のコンパクション状態のサイズを決定する手段を含み、上記決定は、既知のサイズの金属高分子複合体の溶液をコントロールとして衡正曲線を作成し、測定対象となる上記高分子の複合体のデータを上記衡正曲線に外挿することによって達成されることを特徴とする、項３２〜４５のいずれかに記載のキット。
（４７）上記色調からの高次構造算出手段は、バインダーが上記ＤＮＡのコンパクション−コイルの相転移を生じる濃度を算出する手段を含む、項３２〜４６のいずれかに記載のキット。
（４８）上記還元剤は、上記金属イオンと上記高分子との混合状態に加えられることを特徴とする、項３２〜４７のいずれかに記載のキット。
（４９）さらに、ｄ）アルコールおよび紫外線光を照射する手段をさらに備える、項３２〜４８のいずれかに記載のキット。
（５０）上記紫外線光は、２５４ｎｍの波長の紫外線を含む、項３２〜４９のいずれかに記載のキット。
（５１）上記アルコールは、１０μＭ〜１００μＭで使用される、項３２〜５０のいずれかに記載のキット。
（５２）上記高次構造は、トポロジーを含み、上記トポロジーは、上記色調の分光学的分析を行うことによって判定されることを特徴とする、項３２〜５１のいずれかに記載のキット。
（５３）さらに、ｅ）上記高分子相転移を誘導する上記バインダーの臨界濃度を決定する手段をさらに包含する、項３２〜５２のいずれかに記載のキット。
（５４）金属イオンおよび還元剤の、高分子の高次構造の肉眼観察のための使用。【００１０】
従って、本発明のこれらおよび他の利点は、添付の図面を参照して、以下の詳細な説明を読めば、明白である。【００１１】
上述したもののうち、または上述のものに加えて、以下に記載されるようなものが、本発明として、提供される：
＜１＞高分子と金属との複合体であって、
該高分子は、荷電しており、かつ、該高分子の持続長より長く、
該金属は、貴金属、または金もしくは銀と同等の電荷を有する金属であり、
該複合体は、バインダーを含み、該高分子と該金属とは、該バインダーによって結合される、
複合体。
＜２＞前記金属は、金および銀からなる群より選択される、項１に記載の複合体。
＜３＞前記高分子は、ＤＮＡ、ＲＮＡおよびタンパク質からなる群より選択される、項１に記載の複合体。
＜４＞前記バインダーは、多価カチオンおよび界面活性剤からなる群より選択される少なくとも１つの物質を含む、項１に記載の複合体。
＜５＞前記バインダーは、スペルミン、ポリリジンおよびポリアミンからなる群より選択される多価カチオンである、項４に記載の複合体。
＜６＞前記複合体は、トーラス状である、項４に記載の複合体。
＜７＞項１に記載の複合体を含む、前記高分子の高次構造を観察するための組成物。
＜８＞前記複合体は、前記高分子の相転移、折り畳みおよび凝集からなる群より選択される状態を観察するためのものである、項７に記載の組成物。
＜９＞前記高次構造の観察は、前記高分子に関連する医療状態、生物状態、化学状態または物理状態を判断するために行われる、項７に記載の組成物。
＜１０＞高分子の高次構造を観察するための方法であって、
Ａ＞該高分子を提供する工程；
Ｂ＞金属イオンを該高分子に提供する工程；
Ｃ＞バインダーを該高分子に提供する工程；
Ｄ＞該高分子に還元剤を提供し、該高分子と該金属イオンに包含される金属との複合体を形成させる工程であって、該高分子と該金属とは、該バインダーによって結合される、工程；
Ｅ＞該複合体の色調から該高分子の高次構造を算出する工程、
を包含し、
ここで、該高分子は、荷電しており、かつ、該高分子の持続長より長く
該金属は、貴金属、または金もしくは銀と同等の電荷を有する金属である、
方法。
＜１１＞前記高分子は、１０ｋｂｐ以上のサイズのＤＮＡである、項１０に記載の方法。
＜１２＞前記方法は、３状態以上の形態の相転移を識別して観察するためのものである、項１０に記載の方法。
＜１３＞前記色調からの高次構造算出は、前記金属に特有の色調が観察される場合、前記高分子はコイル状態であると判定され、より長い波長の色調が観察される場合、該高分子は該高分子がコンパクション状態にあると判定され、その中間の波長の色調が観察される場合、コイル状態とコンパクション状態とが共存すると判定されることを特徴とする、項１０に記載の方法。
＜１４＞前記色調からの高次構造算出において、該高次構造算出は、対称かどうかを判定することを包含し、かつ、該色調から得られた波長曲線における２つのピークの存在は、前記高分子が対称なコンパクション状態にあると判定されることを特徴とする、項１０に記載の方法。
＜１５＞前記色調からの高次構造算出において、前記高分子はＤＮＡであり、該算出は、該ＤＮＡがトーラス状かどうかを判定することを包含し、かつ、波長曲線において２つのピークの存在は、前記高分子が対称なコンパクション状態にあると判定されることを特徴とする、項１０に記載の方法。
＜１６＞Ｄ＞工程において、前記高分子のコンパクション状態のサイズを決定する工程を包含し、該決定は、既知のサイズの金属高分子複合体の溶液をコントロールとして衡正曲線を作成し、測定対象となる該高分子の複合体のデータを該衡正曲線に外挿することによって達成されることを特徴とする、項１０に記載の方法。
＜１７＞前記色調からの高次構造算出は、バインダーが前記ＤＮＡのコンパクション−コイルの相転移を生じる濃度を算出する工程を包含する、項１０に記載の方法。
＜１８＞前記Ｄ＞工程は、アルコールの存在下で紫外線光を照射する工程をさらに包含する、項１０に記載の方法。
＜１９＞前記高次構造は、トポロジーを含み、該トポロジーは、前記色調の分光学的分析を行うことによって判定されることを特徴とする、項１０に記載の方法。
＜２０＞さらに、Ｆ＞前記高分子相転移を誘導する前記バインダーの臨界濃度を決定する工程をさらに包含する、項１０に記載の方法。
＜２１＞高分子の高次構造を観察するためのキットであって、
ａ＞金属イオン；
ｂ＞還元剤；
ｃ＞該高分子と該金属イオン中の金属とから形成された複合体の色調から該高分子の高次構造を算出する手段、
を包含し、
ここで、該高分子は、荷電しており、かつ、該高分子の持続長より長く
該金属は、貴金属、または金もしくは銀と同等の電荷を有する金属である、
該複合体は、バインダーを含み、該高分子と該金属とは、該バインダーによって結合される、
キット。
＜２２＞前記還元剤は、水素化ホウ素ナトリウムである、項２１に記載のキット。
＜２３＞前記還元剤は、アルコールおよび２５４ｎｍの波長の紫外線を照射する手段を含む、項２１に記載のキット。
＜２４＞項１に記載の複合体を含む、着色、脱色または色調改変のための薬剤。
＜２５＞金属イオンおよび還元剤の、高分子の高次構造の観察のため、または着色、脱色もしくは色調改変のための使用であって
ここで、該高分子は、荷電しており、かつ、該高分子の持続長より長く
該金属は、貴金属、または金もしくは銀と同等の電荷を有する金属である、
該複合体は、バインダーを含み、該高分子と該金属とは、該バインダーによって結合される、
使用。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、貴金属による金属被覆を利用した、ピコグラムオーダーの多価電解質（ＤＮＡ）のナノ構造およびミクロ構造を簡便に可視的かつ比色的に検出する方法が提供される。様々な濃度のスペルミンなどのバインダーによる、ＤＮＡテンプレート上での貴金属の析出特性における差異が、肉眼によってさえも十分に明瞭に観察され得る。【００１３】
高分子（高分子電解質、例えば、ＤＮＡ）のコンフォメーションなどの高次構造が金属化により肉眼で観察されることが可能となった。検出された高分子（例えば、ＤＮＡ）は、非常に低レベルであり、ピコグラムオーダーの検出が可能となった。低濃度でのＤＮＡ状態の観察も可能となった。このような観察は、単一分子レベルで電子顕微鏡でしか可能でなかった。バインダーの存在下でＤＮＡの高次構造の検出が可能となった。検出された構造としては、例えば、高分子の高次構造（コンフォメーション）が測定可能となり、ＤＮＡの遷移（コンフォメーション（コイル−グロビュール）転移）の正確な濃度の測定が可能となり、コンパクション状態の高分子電解質の寸法およびサイズが測定可能となった。本発明の方法では、単一の分子であれば、概して１００モノマー単位以上の測定が可能になる。本発明では、概して、DNA相転移、荷電高分子の相転移、蛋白の折り畳み、DNAや蛋白の凝集などを観察することができる。例えば、本発明の方法では、実際の高分子鎖からコンパクション状態の構造変化（すなわち、凝集）をも観察することができる。【００１４】
本願発明を利用することにより、次のような効果が奏される。
（１）液中に浮かべた（もしくは懸濁した）まま、メタリゼーションができる。
（２）電子顕微鏡像から、表面がこれまでのコーティングより滑らかであることが確認された。具体的には、電子顕微鏡像を画像解析した際に数十ピクセル（代表的には、１０〜２０ピクセル）（数ｎｍに相当）の凹凸しか見られない程度の滑らかさである。従来の金属化は、数百ピクセル程度の滑らかさが認められる程度であるので、本願発明は、表面における凹凸が約１／１０となるまで改善した。
（３）荷電高分子を鋳型に使うため、単純な線状構造だけでなく、リングやパーリングチェーンなどの複雑な構造のメタリゼーションができる。
（４）単一の鋳型（荷電高分子の分子量を合わせる）を用いれば、均一性が保たれる。
（５）液中で作製するので、遠心分離等で回収や濃縮が簡単にできる。
（６）生じる散乱光（Ｍｉｅ散乱光）によって、マイクロ〜ナノ構造体の形が目視できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、スペルミン（４＋）を４つの異なる濃度にふったときのバルク水溶液中のＤＮＡ分子の蛍光観察の結果を示す。スペルミンの濃度は、それぞれ、０μＭ  （Ａ）、０．４μＭ  （Ｂ）、および２．５μＭ（Ｃ）である。コイル状態（Ａ）、コイル−グロビュールの共存状態（Ｂ）およびグロビュール状態（Ｃ）である。共存状態の存在によって、この遷移が、個々のＤＮＡ分子のレベルで「全か無か」の現象であることを意味する。
【図２】図２は、各々の濃度について少なくとも１００個のＤＮＡについてそのＤＮＡのコンフォメーションの蛍光顕微鏡分析により決定された、スペルミン濃度に依存する、コンパクトなＴ４  ＤＮＡ分子の部分(1μM)を示す。
【図３】図３は、異なる濃度（図中番号１〜９：それぞれ、０μＭ、０．１μＭ、０．２μＭ、０．４μＭ、０．５μＭ、１μＭ、１．５μＭ、２．０μＭおよび２．５μＭに対応する）のスペルミンが存在する下での、１００μＭ  ＡｇＮＯ３および４０μＭのＮａＢＨ４を用いて金属被覆したときのＴ４  ＤＮＡ（１μＭ）の写真および対応する紫外・可視光スペクトルを示す。
【図４】図４は、折り畳まったＤＮＡテンプレート（Ａ）およびコンパクトなＤＮＡテンプレート（Ｂ）における銀の析出の模式図を示す
【図５】図５は、多価カチオンおよび多価電解質によるコンパクションを受け、そのコンパクションの異なる段階にあるＴ４  ＤＮＡ（１０−６Ｍ）の透過型電子顕微鏡による画像を示す。ＡおよびＢは、スペルミン（２０μＭ）によりコンパクションが誘導され、ＮａＢＨ４（１００μＭ）による還元処理を伴うＡｇＮＯ３（１００μＭ）により金属被覆されたＴ４  ＤＮＡである。Ｃは、ＨＡｕＣｌ４（４０μＭ）およびＮａＢＨ４（４０μＭ）により金属被覆されたＴ４  ＤＮＡである。Ｄ、ＥおよびＦは、スペルミン（５μＭ）によりコンパクションが誘導され、ＮａＢＨ４（４０μＭ）による還元処理を伴うＨＡｕＣｌ４（４０μＭ）により金属被覆されたＴ４  ＤＮＡである。ＧおよびＨは、ポリ（Ｌ−リジン）（１０−６Ｍ）によりコンパクションが誘導され、ＮａＢＨ４（４０μＭ）による還元処理を伴うＨＡｕＣｌ４（２０μＭ）により金属被覆されたＴ４  ＤＮＡである。スケールバーは、Ｇにおいて５００ｎｍを示す他は、１００ｎｍを示す。
【図６】図６は、ＮａＢＨ４（１００μＭ）およびＨＡｕＣｌ４（１００μＭ）により金属被覆したＴ４  ＤＮＡに依存する、４００ｎｍおよび５００ｎｍにおける吸収極大の比を示す。
【図７】図７は、異なる濃度（図中番号１〜９：それぞれ、０μＭ、０．１μＭ、０．２μＭ、０．４μＭ、０．５μＭ、１．０μＭ、１．５μＭ、２．０μＭおよび２．５μＭ）のスペルミンが存在する下での、１００Ｍ  ＨＡｕＣｌ４および１００ＭのＮａＢＨ４を用いて金属被覆したときのＴ４  ＤＮＡ（１μＭ）の写真および対応する紫外・可視光スペクトルを示す。
【図８】図８は、ＮａＢＨ４（１００μＭ）およびＨＡｕＣｌ４（１００μＭ）により金属被覆したＴ４  ＤＮＡ（１ｍＭ）に依存する、５５０ｎｍおよび７００ｎｍにおける吸収極大の比を示す。
【図９】図9は、ポリ（Ｌ−リジン）と相互作用する、単一のＤＮＡ分子のコンフォメーション状態の進展についての蛍光顕微鏡の観察結果を示す。ポリ（Ｌ−リジン）の濃度が、それぞれ、０μＭ（Ａ），０．４μＭ（Ｂ），０．８μＭ（Ｃ），１．４μＭ（Ｄ）および３μＭ（Ｅ）である場合の、ＤＡＰＩ標識したＴ４  ＤＮＡ溶液（１μＭ）の蛍光顕微写真である。Ａは、コイル状態であり、ＢおよびＣは、縮まったコイルの状態であり、Ｄは、グロビュール状態であり、そしてＥは、膨張したグロビュールが共存する状態である。
【図１０】図10は、ポリ（Ｌ−リジン）の濃度に対するＴ４  ＤＮＡ分子の平均長軸方向長の依存性として、異なる濃度のポリ（Ｌ−リジン）での、１ｍＭＴｒｉｓ−ＨＣｌ(pH=7.4)溶液中のＴ４  ＤＮＡの長軸方向の長さにおける変化を示す。この分析のために、ポリ（Ｌ−リジン）の各々の濃度について、５０〜１００分子を測定した。統計学的誤差を標準偏差として与えた。
【図１１】図１１は、１ｍＭ  Ｔｒｉｓ−ＨＣｌ中のＴ４  ＤＮＡ（１μＭ）および様々な量のスペルミン（番号１〜８は、それぞれ、０μＭ、０．４μＭ、０．８μＭ、１μＭ、１．４μＭ、２μＭ、３μＭおよび４μＭに対応する）を含む溶液に、１００ＭのＡｇＮＯ３および４０ＭのＮａＢＨ４を添加することで金属被覆処理したときの、写真およびそれに対応する紫外・可視光スペクトルを示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を説明する。本明細書の全体にわたり、単数形の表現は、特に言及しない限り、その複数形の概念をも含むことが理解されるべきである。従って、単数形の冠詞（例えば、英語の場合は「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」など）は、特に言及しない限り、その複数形の概念をも含むことが理解されるべきである。また、本明細書において使用される用語は、特に言及しない限り、当該分野で通常用いられる意味で用いられることが理解されるべきである。したがって、他に定義されない限り、本明細書中で使用される全ての専門用語および科学技術用語は、本発明の属する分野の当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。矛盾する場合、本明細書（定義を含めて）が優先する。【００１７】
（用語の定義）
以下に本明細書において特に使用される用語の定義を記載する。【００１８】
本明細書において「標識」とは、物質を同定するために，他とは異なった特徴をその物質に付与させる手段をいい、本明細書において「標識物質」とは、物質を同定するために，他とは異なった特徴をその物質に付与させる物質をいう。【００１９】
本明細書において「高分子」とは、分子量の大きな任意の分子をいい、好ましくは荷電されており、サイズは好ましくは少なくとも１０ｋｂｐであり、より好ましくは少なくとも１００ｋｂｐのものをいう。高分子物質にはその分子が線状のもの(線状高分子．高密度ポリエチレンなど)，分枝構造をもつもの(低密度ポリエチレンなど)，さらに3次元的に網状になったもの(網状高分子．加硫ゴムやフェノール樹脂など)がある。本発明における具体的な高分子としては、例えば、タンパク質、ポリペプチド、核酸（例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡなど）、多糖、ガラス、シリカゲル、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、テトラフルオロエチレンン、ポリ−４−メチルペンテン−１、ポリベンジルメタアクリレート、ポリフェニレンメタクリレート、ポリシクロヘキシルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、スチレン・アクリロニトリル共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリイミド、ポリアミド、ポリエチレングリコール、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸およびそれらの共重合体等、ならびにそれらの複合分子などを挙げることができるがそれらに限定されない。【００２０】
本明細書において「荷電高分子」または「荷電した高分子」とは、液体中に溶かしたときに電離することが可能な高分子、またはそのように電離した状態にある高分子を指す。本発明では、その技術的プロセスにおいて一時的であるか全工程を通じてであるかを問わず、電離した状態を取ることが本質的に不可避である場合に、その高分子を「荷電高分子」または「荷電した高分子」と呼ぶ。【００２１】
比較的単純な組成の溶液に対しては酸塩基性度の測定や電極間電位の測定などから高分子の電離度を推定することが可能である。高分子が電離しているかどうかを判定する最も簡単な方法は電気泳動を行うことである。高分子に電場をかけたときにその高分子が単純拡散の範囲を超えて移動するときにはその高分子は電離していると言える。ただし、このときガラス表面近傍などでは電気浸透流が発生し更なる解析を要するため、このような場合を避ける事が望ましい。一般的には電離可能なモノマーを基本構成要素として持つ高分子は荷電高分子であるとみなされる。【００２２】
このような状態は、具体的には、フリーソリューション電気泳動を用いて決定される。その概要として、フリーソリューション電気泳動の手順としては、
(工程１）  高分子が拡散している溶液を泳動漕に満たす；
(工程２）  直流電場通電（電界強度：ｍＶ／ｃｍ）；
(工程３）  高分子が泳動するか否かの確認；
という手順をとることにより、対象としている高分子の荷電の有無を判別することが可能であり、すなわち、その高分子が、荷電高分子であるか、あるいはそのでないのかを判別することができる。つまり、その高分子が、電気的に中性でなければ荷電高分子である。本発明において、その対象としている高分子の帯電量の多少にかかわらず、荷電状態の有無のみがその実施を行う上で重要である。また、対象とする系がミリリットルスケール（ml）スケールまでの世界とマイクロリットル（μｌ）からナノリットル（ｎｌ）のスケールの世界では、μ〜ｎのスケールの方が熱ゆらぎの効果が大きく効いてくるので、本願発明において議論すべき物性論においては、数塩基対の違いなどが全体に与える効果等は全く無視することができる。【００２３】
また、ある場合においては、次のような手法によっても、荷電高分子を同定することができる。【００２４】
工程１  荷電高分子が拡散している溶液を適切な濃度（一般的には数μＭ）に矯正する（溶液は既荷電高分子を拡散させている物、例えば純水等を意味する。）
工程２  専用セルに50μlとり、ゼータサイザー（マルバーン社製）で測定する。
この測定において、０以外の数値が出てくれば、荷電高分子であると判断される。【００２５】
高分子（例えば、デオキシリボ核酸など）を構成している構成単位（例えば、デオキシリボ核酸においては、アデニン、グアニン、シトシン、チミン）の組成（ＤＮＡの場合においては、塩基組成）が、その全体としての高分子の物性に対する影響は、本願発明の実施においては原則として影響をあたえない。すくなくとも、例えば、ＤＮＡの場合、数百塩基対を超える長さの分子となる場合は、「紐の理論」が繰り込まれるために、物性の一般論としては塩基組成に依存されることなく、そのサイズを有する高分子としてその物性を総体的に同等の物であるという理解がなされる。すなわち、紐とみなせる場合、荷電に対して配列依存性はない。これは、タンパク質においても同様であり、その場合においては、全残基数の数％の残基程度の長さの高分子であれば紐とみなせる。すなわち、たとえ、ミクロな視点で分析すると、極めて細かいエリアで荷電レベルに違いがある場合であっても、巨視的に高分子全体を見渡すと、RNA・DNAは負の電荷を持つ点は共通しており、仮に、どこか一部に違う性質を持ったところで、数百塩基対を超えるとそれらは打ち消されてしまい。本願発明においては、高分子全体として荷電を持つことが重要な意味合いあるのであり、その荷電の多少で構造転移が起こる基本的な原理に変化ない。【００２６】
このような「紐の理論」については、ＤＮＡの折り畳み（吉川研一監修、アイピーシー）などにおいて詳説されており、本願発明は、上述した高分子としての荷電状態の有無のみに注目して実施することが可能である。【００２７】
さらに、本願発明を実施する場合、このような荷電状態を、安定に得るために、適切な溶液環境としては、ＲＮＡ・ＤＮＡ・タンパク等の場合、以降の処理（金属化）をふまえると、超純水（16Ω以上、酵素フリー）に拡散させて冷蔵（４℃）保存するのが最も有効であり、さらに、タンパクについては、変性（ＳＤＳと熱処理による立体構造の破壊：定法）操作の後に、超純水冷蔵保存を行ったものも良好である。しかしながら、ここで強調すべき点は、本願発明を実施するための溶液環境をその場合に限定して考えるべきではなく、対象とする高分子が荷電状態であることが担保できれば、本願発明を実施することが可能である。【００２８】
荷電された高分子としては、例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡ、およびタンパク質などを挙げることができるがそれらに限定されない。【００２９】
１００ｋｂ以上の高分子の例としては、ゲノムＤＮＡ、ファージＤＮＡ，染色体などを挙げることができるがそれらに限定されない。【００３０】
１００ｋｂ以上の高分子、例えば、ＤＮＡ等は、秩序が崩れたコイル状態から秩序立ったコンパクトな状態へ非常に不連続的な転移を受けることから、その相転移の影響が生体に影響することがわかり始めている。相転移のＤＮＡに対する影響としては以下のようなものが知られている。溶液中のＤＮＡにグロビュール溶液を混和させる際に生じる剪断応力により巨大ＤＮＡが断片化され易い。巨大ＤＮＡがゲルに埋包された状態でグロビュール構造に相転移させるとグロビュール溶液の影響によりゲル分解酵素の活性が落ち、ゲルが十分に分解されないことが知られている。【００３１】
本明細書において、高分子における「持続長」とは、最も理想的な系においては、以下のように定義される。すなわち、＜ｃｏｓφ（ｓ）＞＝ｅｘｐ（−ｓ／ｌｐ）であり、ここでｃｏｓφは角度関数であり、Ｓ：高分子鎖に沿ったベクトルであり、ｌｐは、持続長（ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ  ｌｅｎｇｔｈ）である。ここで、高分子鎖上の任意の二点における接ベクトルのなす角度、ｓは高分子鎖に沿って測った二点間の長さ、ｌｐは持続長であり、また、＜  ＞は平均値を取る事を示す。持続長は高分子の統計的な性質を決める指標であり、持続長がその分子の全長よりも長いときにはあまり意味をなさない。従って持続長を測定する場合には十分に長い高分子を用いる。持続長に似たものとしてＫｈｕｎ長と呼ばれる量も知られている。Ｋｈｕｎ長は持続長とは異なる方法によって定義され、その値は持続長のおおよそ二倍程度になる。一般的には持続長とＫｈｕｎ長は明確に区別されずに用いられることも多く、本明細書においても単に持続長と書いた場合、Ｋｈｕｎ長やそれを半分にしたものもその意味の中に含むものとする。
持続長を定義通りに測定すること、例えば水溶液中で高分子鎖の先端の位置と角度を固定して、高分子鎖上の先端からある距離はなれたところに連続したマーカーを配置して実時間計測から角度相関を決定すると言うことも原理的には可能であるがあまり行われていない。持続長を実験的に決定する方法としては例えば、溶液中に一度解かした高分子鎖を滑らかな平面基板上に吸着させてＡＦＭなどの高分解能の顕微鏡によってその構造を観測し分子鎖上の角度相関を直接計測する方法がある。持続長をもっとも正確に決定する方法は前述したように角度相関を測定することであるが、多くの実際的場合、また、本発明の文脈上では必ずしも持続長の精密な値は必要とされない。このような場合には次のような次善的な手段もよく用いられる。持続長よりも著しく長い高分子鎖はゴム弾性を有しており、この弾性力は持続長と全長の両方によっているため、高分子鎖の両端にビーズを付けてレーザーピンセットで引っ張るなどの方法により、末端間距離と末端間にかかっている力との関係を調べて持続長を決定出来る。同様の原理により、散乱や直接観察などから高分子鎖の平均的な広がりを測定しそこから持続長を決定するなども行われている。【００３２】
「持続長」は、実験的には、光散乱測定装置を用いて測定することにより特定することができる。また、その高分子の「持続長」に関する理論の詳細は、吉川研一監修「ＤＮＡの折り畳み」（アイピーシ）などに記載されている。【００３３】
一般に、荷電高分子の鎖長が、持続長をおよそ２倍だけ超える程度の長さある場合、その高分子は屈曲することができるにしても、複雑な形を作るまでには至らない。複雑なかたちをその高分子がとるためには、その持続長を大きく超える鎖長が必要であり、DNAの場合には、光散乱測定および一分子蛍光観察により実験的に検討した場合、10kbp程度の鎖があれば、複雑な構造をとることが可能である。【００３４】
ここで、複雑な構造とは、数種類以上の連続パラメータによって表現される一群の構造を背後に持っている構造である。別の表現をした場合、分子鎖内での持続的な接触や会合を基本にして作られる構造である。より具体的には、例えば、半径方向に広がりを有する構造や中空（ドーナツ状）の構造、またそれらの連続した構造を有する分子であるが、これらに限定されない。そして、本願発明において行われるか荷電高分子の金属化においては、このような複雑な構造を取り得るナノ構造体の立体構造が可視的に判定できる点は、従来技術にない顕著な特徴であり効果である。【００３５】
ＤＮＡは中性高分子や多価カチオンの存在下でトロイド状やロッド状の様々な秩序凝縮構造をとることが実験的に明らかになってきており、シミュレーションでもこの結果は再現されている。【００３６】
ＤＮＡは折り畳みにより、多様なナノ構造を形成することが明らかになってきている。そのような長鎖DNAの特質を利用してDNA を鋳型とする金属のナノ構造体の自己生成に関する研究にも、本発明のＤＮＡのナノ構造の視覚化は有用である。【００３７】
ヒトをはじめとした真核生物のDNAは、ヒストンタンパク質との複合体を形成しクロマチンとして細胞内に折り畳まれている。ヒストンの代替物として、様々なサイズ、電荷をもったカチオン性の合成ナノ粒子を用いた人工的な生体模倣クロマチンの系を構築し、研究も進められている。このＤＮＡ−ナノ粒子系は、細胞内での実際のクロマチンと多くの共通の性質を持つことを明らかになっている（”Ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｎｇｌｅ−Ｃｈａｉｎ  ＤＮＡ  ｂｙ  Ｈｉｓｔｏｎｅ−Ｉｎｓｐｉｒｅｄ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ”，Ａ．Ａ．Ｚｉｎｃｈｅｎｋｏ，Ｋ．Ｙｏｓｈｉｋａｗａ，ａｎｄ  Ｄ．Ｂａｉｇｌ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，９５，２２８１０１（２００５））。（ｉ）  中間的な折り畳み構造として”ｂｅａｄｓ−ｏｎ−ａ−ｓｔｒｉｎｇ”構造をとること；（ｉｉ）  生理的な塩濃度において折り畳みの効率が最適なこと；（ｉｉｉ）半径１０ｎｍのビーズを用いると、クロマチンの基本構造のヌクレオソーム類似の折り畳み構造が自己組織化されることが判明している。このような構造もまた、本発明の方法によって視覚化することが可能である。【００３８】
数１０キロ塩基対以上の長さのＤＮＡ分子は、多価カチオンや中性高分子をはじめとする種々の凝縮剤の濃度変化に応じて、拡がったコイル状態から、固く折り畳まれたグロビュール状態へと転移する。この転移挙動は、中間状態を経ない不連続なものであることが明らかにされている。【００３９】
他方、ＤＮＡは生物の遺伝情報の担い手でもあり、このような構造転移がＤＮＡ上に刻まれた遺伝子の発現に及ぼす影響は、生物学的な見地からも興味深い。本発明者らは、別の研究において、ＤＮＡと、それを鋳型として転写されるＲＮＡとを、蛍光顕微鏡を用いて単分子レベルで同時観察し、単分子長鎖ＤＮＡの構造転移が転写活性のｏｎ／ｏｆｆスイッチングを引き起こすことを明らかにした。コイル状態のＤＮＡを転写反応後に引き伸ばしたものでは、ＤＮＡ分子上にＲＮＡが合成されている。一方、右はグロビュール状態で、ＲＮＡは見られない。このように、コイル−グロビュールの相転移の観察は、生物学的な意味からも重要である。【００４０】
長鎖ＤＮＡ高次構造と転写活性の相関について、転写活性に及ぼす、水溶液環境パラメータの変化によって引き起こされるＤＮＡ高次構造転移の影響も指摘されている。ゲノムＤＮＡを含む長鎖ＤＮＡ分子は、長く弛緩した状態と小さく折り畳まれた状態との間で可逆的に高次構造変化をすることが知られている。この遷移は、直鎖状ＤＮＡの場合は一次相転移であり、凝縮剤として多価カチオンや水溶性高分子を用いた環境要因によって引き起こされる。転写の鋳型となるＤＮＡの長短、ねじれ、リンキング、空間、塩基組成によって、その高次構造転移の様相が異なり、それに伴って転写活性も変化すると考えられている。【００４１】
短鎖ＤＮＡでは見られないが、長鎖ＤＮＡの場合には高次構造転移によって転写活性が抑制されることが分かっている（Ｆ．Ｌｕｃｋｅｌ，Ｋ．Ｋｕｂｏ，Ｋ．Ｔｓｕｍｏｔｏ，ａｎｄ  Ｋ．Ｙｏｓｈｉｋａｗａ，ＦＥＢＳ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，５７９，５１１９−５１２２  （２００５）；Ｋ．Ｙｏｓｈｉｋａｗａ，Ｆ．Ｌｕｃｋｅｌ，Ａ．Ｙａｍａｄａ，ａｎｄ  Ｙ．Ｙｏｓｈｉｋａｗａ，Ｊ．Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１１８，Ｓ１４  （２００５）；Ｋ．Ｔｓｕｍｏｔｏ，Ｆ．Ｌｕｃｋｅｌ，ａｎｄ  Ｋ．Ｙｏｓｈｉｋａｗａ，Ｂｉｏｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，１０６，２３−２９  （２００３）．）。荷電高分子としてのＤＮＡの高次構造、特にゲノムＤＮＡをはじめとする巨大なＤＮＡの高次構造が転写活性の制御に大きな影響を及ぼすという、生物的な意義を見出したことは、高分子物理学的に意味があるのみならず、生命科学の発展にも貢献するといえ、このような現象を評価するために本発明を用いることができる。【００４２】
本明細書において、高分子の「高次構造」または立体構造とは、高分子，とくにタンパク質や核酸のような生体高分子における分子やその集合体全体の３次元的空間構造（例えば、コンフォメーション）をいう。高分子鎖中のアミノ酸やヌクレオチドの配列順，すなわち共有結合にもとづく化学構造を１次構造とよび，これに対し，水素結合でつくられた局部的なαヘリックスやβ構造などを２次構造，２次構造が基本となり，さらに水素結合，イオン結合，疎水性相互作用などを通じてつくりあげる１個の分子全体の３次元的空間構造を３次構造，ヘモグロビンのように３次構造をもつ分子が数個集合して１個の粒子となる構造を４次構造とよび，２次以上をまとめて高次構造という。加えて、合成高分子でも，結晶構造その他の凝集構造のように，分子間力に支配される構造を高次構造という。本発明の高次構造、高次構造には、このような凝集（グロビュール）構造、コイル構造などを含むことが理解される。【００４３】
水素結合を切る尿素などをタンパク質の水溶液に加えると高次構造が崩れ，合成高分子の通常の形態である無秩序なランダムコイル模型で示される構造をとることがある。【００４４】
ランダムコイルとは、線状高分子の形態を表わす最も簡単な形態をいう。一定の長さの単位鎖が多数つながりあっていて，連結点では自由に回転できるものである。溶液中や固体の無定形領域にある線状高分子の形態は，このランダムコイルの形態で十分近似的に表わせることが多い。しかしある種の合成ポリペプチドやタンパク質などは分子鎖間の相互作用のためにヘリックスの形をとることがあり、ヘリックス模型で表わされる．
本明細書において「グロビュール」とは、球状に近い形をした状態をいい、ＤＮＡ等の高分子が凝縮した状態の代表例である。【００４５】
コイル−グロビュール転移とは、高分子の形態の相転移のことをいう。高分子は比較的高温では溶媒中で膨れた紐の塊（コイル状態、ランダムコイル模型）となっている。鎖の長さをＮとすると、１本の高分子の平均のサイズは排除体積効果のためＮ０．６に比例する。温度降下とともに平均サイズは徐々に小さくなり，θ温度においてはＮ１／２に比例する（ガウス鎖という。）。さらにわずかに温度を下げると，高分子は小さな塊（グロビュール）が密に凝集したグロビュール状態となる。グロビュールの大きさは温度で決まりＮには依存しない。このため高分子の平均サイズは（固体と同じく）Ｎ１／３に比例する．コイル状態とグロビュール状態の転移は、Ｎが大きければほとんど不連続な１次相転移であるといえる。生体中のＤＮＡ分子は複雑なグロビュール状態にある。インビボでは、ＤＮＡは、ＤＮＡ鎖（ウイルス）のソレノイド配置を有するコンパクトな粒子として存在するか、あるいはヒストンタンパク質とコンパクションを通じておよび５ステップのさらなるコンパクション工程を通じてより複雑なヒエラルキー構造となり種々の繊維状構造となり最終的な染色体構造をとる（真核生物の場合）ことが知られている。従って、このようなグロビュール状態とコイル状態とを識別することは重要であるものの、本発明の開示までは、コイル−グロビュール転移の観察は、電子顕微鏡等の高度の機器を使用する必要があった。【００４６】
本明細書において、高分子と金属との「複合体」とは、高分子と金属とが複合して一体をなしているものをいう。複合の仕方は、例えば、共有結合による結合であってもよく、疎水性相互作用、水素結合等の相互作用等でもよい。金属が高分子に「コーティング」されるときおいても、金属と高分子とは複合することから、このようなコーティング高分子もまた、「複合体」の定義に入ることが理解される。高分子と金属とは、錯体を形成していてもよい。錯体とは、金属元素または金属類似元素の原子またはイオンを中心として、これに配位子（原子・原子団・分子またはイオン）が結合した集団の総称である。錯イオン・錯塩のほか、ニッケル‐カルボニル（ニッケル原子に4個の一酸化炭素分子が配位）のような非電解質をも含む。【００４７】
本発明で用いられる高分子または粒子は、直径約１０ナノメ−トル（ｎｍ）から約１００，０００ｎｍの範囲のサイズの粒子であり得、市販されているものを利用し得る。最も好ましい直径は約１０ｎｍと約１，０００ｎｍの間であり、好ましくは約２００ｎｍと約５００ｎｍの間である。生体分子が結合する担体粒子として、本発明で用いられる高分子または粒子は、通常直径が約０．０１〜約１０００マイクロメ−トル（μｍ）のサイズの範囲にある。粒子は任意のサイズをとって良いが、好ましいサイズは約０．１〜約５００μｍであり、より好ましくは約１μｍ〜約２００μｍである。この粒子は均一（ほぼ同じサイズである）かまたはその差異が光散乱または光屈折等のサイズ依存特性によって決定できるような可変サイズである。【００４８】
本明細書において「金属」は、当該分野において定義されるもっとも広い意味で用いられる。金属には、貴金属、卑金属などがある。【００４９】
本明細書において「貴金属」とは、容易に化学的変化を受けず，空気中で熱しても酸化されにくい金属をいう。イオン化傾向が小さく、通常金，銀および白金族（Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐｔ）をさすが、銅などもまた本明細書においては貴金属に範疇に入る。【００５０】
また、「貴金属と同等の電荷を有する金属」とは、同等の電荷と言うのは、数値で表現すると1価ないし2価の電荷を有する金属である。貴金属と同等の電荷を有する金属は、代表的なものとしては、イオン化された貴金属及び遷移金属が使用されるが、これに限定されない。【００５１】
ここで、「同等の電荷」とは、元素周期表の示されている基本性質に基づいて決定することができる。【００５２】
当業者は、本明細書の記載および当該分野の技術常識に基づいて、本願発明の別の実施形態も、金属イオン濃度、鋳型の濃度、凝縮剤（ポリカチオン等）濃度、還元剤濃度を適切に変化させることによって実施することができる。【００５３】
本明細書において「色」とは、可視スペクトルにおける種々の色を意味すると理解される。色素は、媒体の相の１つに分散または固体状態で存在し、対象物を着色する（色の濃淡を創り出すまたは変更する）および／または不透明にするために使用される。【００５４】
本明細書において「色調」とは、色（色彩）の強弱・濃淡のレベルをいう。本明細書では、例えば、特定波長の吸光度などで表示する。色調は、肉眼で観察可能であることから、本発明を用いて色調と高分子の高次構造（例えば、トポロジーなど）とを相関付けることによって、コイル−グロビュール相転移などの高分子の高次構造（例えば、トポロジーなど）の変化を肉眼で観察することができる。【００５５】
本願明細書において、「構造色」（Structural  Color）とは、光（代表的には、可視領域）の波長あるいはそれ以下の微細構造による光学現象であり、光の回折・屈折・干渉・散乱により生じる現象である。構造色は、光の波長あるいはそれ以下の微細構造と光との協調による発色現象であるが、見る方向による色味の変化・独特な質感等を呈する。色素や顔料による発色と異なり、紫外線などにより脱色することがなく、繊維や自動車の塗装など工業的応用研究が進んでいる。光の波長以下の規則構造を人工的に作製することで、その光特性を改変することが可能である。【００５６】
構造色は次に示すような様々な光学現象を利用することで得ることができる。
・薄膜干渉：薄い膜の表と裏とから反射された光は干渉して波長により強め合ったり弱め合ったりする；
・多層膜干渉：多層膜による干渉は特定の入射・反射方向に対し決まった波長の光だけ強く反射される；
・回折：光の波面が物質により妨げられると光は回折される。回折角は波長により異なる；
・回折格子：規則的に並んだ物体によって、波長に依存した方向性のある光の回折を行う；
・光散乱：波長より微小な粒子による光の散乱は方向性はないが、振動数の４乗に比例して散乱強度が増す；
・ミー（Mie）散乱：波長と同じ程度の粒子による光の散乱は波長と粒子サイズの比により方向性が異なる；
・異方性のある物質：偏光板で挟まれた物質が異方性（方向により屈折率が異なる）をもつと波長により偏光の回転角が異なることで色がつく；
・屈折：物質の屈折率が波長によって違う（分散）ことにより波長の異なる光が屈折により分離する。【００５７】
可視光波長領域（３８０〜７８０ｎｍ）において、太陽光または白色光が物質に照射された後、分光反射されて観測者の眼に入る特定波長領域（ｎｍ）とその物質系の色光として発色する色との関係を反射率曲線で表すと、例えば、赤色系は６００ｎｍ以上の全波長領域の反射光で、黄色系は４９０ｎｍ以上の全波長領域の反射光で、緑色系は４６０〜５９０ｎｍ内の全波長領域の反射光で、青色系は５１０ｎｍ以下の全波長領域の反射光で、また、紫色系は緑色系の丁度逆の４６０〜５９０ｎｍ内全波長領域が吸収されて、それ以外の全波長領域の反射光等であって、可視光が照射されて観測者が視感する特定色の反射発色（または反射光色）とは、対応するこの特定波長領域の反射光色である。【００５８】
本明細書において「トポロジー」とは、二重らせん構造をもつ環状のＤＮＡ分子にみられる，２本のポリヌクレオチド鎖の絡み合いの程度などに関する多様な形状をいう。例えば，切れ目のない二本鎖環状ＤＮＡの一方の鎖を切断し，その一端を他方の切断しなかった鎖をくぐらせてから再び元の端と結合すると，ＤＮＡ分子全体に歪みが導入されることになり，二本鎖ＤＮＡをさらに捩るようにスーパーコイルすることや，一方の鎖が他鎖に巻きつくことなどによってＤＮＡの骨格に蓄積した歪みエネルギーが最小となる。鎖をくぐらせる方向（らせんを巻き戻す方向あるいはその逆）や回数などに応じて高次構造上の多様性が生じる。鎖をくぐらせる方向（らせんを巻き戻す方向あるいはその逆）や回数などに応じて高次構造上の多様性が生じることがある。【００５９】
可視光波長領域（３８０〜７８０ｎｍ）において、太陽光または白色光が物質に照射された後、分光反射されて我々の目に入る特定波長領域（ｎｍ）とその物質系の色光として発色する色との関係を反射率曲線で表すと、例えば、赤色系は６００ｎｍ以上の全波長領域の反射光で、黄色系は４９０ｎｍ以上の全波長領域の反射光で、緑色系は４６０〜５９０ｎｍ内の全波長領域の反射光で、青色系は５１０ｎｍ以下の全波長領域の反射光で、また、紫色系は緑色系の丁度逆の４６０〜５９０ｎｍ内全波長領域が吸収されて、それ以外の全波長領域の反射光等であって、可視光が照射されて我々が視感する特定色の反射発色（または反射光色）とは、対応するこの特定波長領域の反射光色である。
３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの間の波長において光吸収は、当該分野において周知の任意の技法（例えば、吸光度計）を用いて測定することができる。このような方法は、視検、デジタル（ＣＣＤ）カメラ、ビデオカメラ、写真フィルムを含むがこれに限定されない、検出および分析のための他の方法を提供し、またはレーザースキャニング装置、フルオロメートル、ルミノメートル、感光性半導体素子（フォトダイオード）、量子計数器、プレートリーダー、エピフルオレセンス顕微鏡、走査性顕微鏡、共焦点顕微鏡、毛管電気泳動検出器等の流通機器の使用、またはフォトマルチプライヤーチューブまたは、存在、局在、強度、励起および放射スペクトル、蛍光偏光、蛍光寿命、および他の蛍光シグナルの物理的特性を検出可能な他の光学検出器などのシグナルを増幅するための他の方法、を提供することは本発明のさらなる目的である。【００６０】
本明細書において「バインダー」とは、ＤＮＡ等の高分子の凝集を引き起こす分子をいい、ＤＮＡ凝集剤とも呼ばれる代表的にはポリカチオン分子（例えば、ポリリジン、スペルミン等）を挙げることができる。バインダーの存在によって、高分子、代表的には、１００ｋｂｐ以上のサイズのＤＮＡなどは、グロビュール−コイル化の相転移を起こすことが知られている。本願発明で使用される場合、このバインダーの濃度としては、一般的には、たとえば、荷電高分子を、ドーナツ状にする場合、数ｍｍｏｌ〜数μｍｏｌ、最も好ましくは、数μｍｏｌの濃度で使用されるが、本願発明を実施の際のバインダーの濃度は、これらの値に限定されない。【００６１】
（発明の詳細な説明）
以下に本発明の好ましい実施形態を説明する。以下に提供される実施形態は、本発明のよりよい理解のために提供されるものであり、本発明の範囲は以下の記載に限定されるべきでないことが理解される。従って、当業者は、本明細書中の記載を参酌して、本発明の範囲内で適宜改変を行うことができることは明らかである。【００６２】
＜金属・高分子複合体＞
1つの局面において、本発明は、高分子と金属との複合体を提供する。この様な複合体を用いることによって、この高分子の高次構造における変化を肉眼で見ることができることが本発明において見出された。高分子としては、例えば、核酸、タンパク質、ポリペプチド、多糖等を挙げることができる。【００６３】
ここで、高分子は、通常荷電したものが本発明において用いられる。荷電高分子としては、例えば、ＤＮＡなどを挙げることができる。ＤＮＡは、複雑なグロビュール構造をとることが知られていることから、本発明により、そのような複雑な構造を簡単に目視する技術が提供されることになる。【００６４】
好ましい実施形態において、本発明が対象とする高分子は、少なくとも１０ｋｂｐ（キロ塩基対）のサイズのものであり得る。１０ｋｂｐ以上のサイズが好ましい理由としては、理論に束縛されることを望まないが、相転移を起こす可能性があるサイズであり、このような相転移は例えば、ＤＮＡでは、その生物学的活性（例えば、転写活性）に大きく影響（例えば、オンオフスイッチ）を与えることが知られているからである。より好ましくは、本発明が対象とする高分子は、少なくとも１００ｋｂｐのものであり得る。少なくとも１００ｋｂｐのサイズが好ましいのは、理論に束縛されることを望まないが、相転移を起こす確率が高いからである。そのような高分子としては、例えば、バクテリオファージＴ４  ＤＮＡを挙げることができる。【００６５】
１つの実施形態において、本発明において使用される金属は、貴金属であり得る。貴金属が好ましい理由は、容易に化学的変化を受けず，空気中で熱しても酸化されにくいこと、イオン化傾向が小さいことが挙げられる。従って、通常貴金属の範疇に入るか不明な場合であっても、容易に化学的変化を受けにくいとされている銅などについても本明細書において貴金属の範疇に入ることが理解される。好ましい実施形態では、本発明において使用される金属は、金、銀、白金、銅、パラジウムなどであり得る。この中では、銀および金が好ましい。銀が好ましい理由は金属高分子複合体のコロイド状態をより安定に保つことが本発明において判明したからであり、金属化トーラス状態に関する２つのピークスペクトルを良好に表現することができるからである。他の金属もまた肉眼検出において利用可能であり、分光学的な分析においても良好な成績を得ることができる。【００６６】
より好ましくは、本発明において使用される金属は金である。金が好ましい理由としては、理論に束縛されることを望まないが、本発明において銀よりも金の方が、色調に与える効果が高く、肉眼での観察もより明確にできることが判明したからである。【００６７】
１つの実施形態では、本発明の複合体において、さらにバインダーを含めることができる。バインダーの存在により、複合体の高次構造が変化し、コイル状態からグロビュール状態へ変換され、コンパクトな状態となることが可能であるからである。【００６８】
好ましい実施形態では、本発明において用いられるバインダーは、スペルミン、ポリリジン、ポリアミン、界面活性剤などであり得る。これらのバインダーが好ましい理由としては、理論に束縛されることを望まないが、ＤＮＡ等の核酸と用いたときに、凝集を容易に起こすことが知られているからである。【００６９】
好ましい実施形態では、本発明の複合体は、その複合体自身の高次構造、トポロジー等を観察するためのものである。このような高次構造における代表的な状態としては、コンパクトな状態（コンパクション状態）、凝集状態、コイル状態、グロビュール状態などを挙げることができる。例えば、複数の巨大ＤＮＡが存在した場合に、単一の分子がコンパクトな状態（コンパクション状態）になっていてもよく、複数の巨大ＤＮＡが凝集して１つのさらに大きな分子を形成してもよい。本発明の技術を用いれば、これらの状態を肉眼で観察することができる。【００７０】
これらの状態が肉眼で観察されるのは、理論に束縛されることを望まないが、金属と目的となる高分子とが複合体を形成することにより、その金属に特有の波長において色調が出ることになるが、出た色調が、その高分子の高次構造、トポロジーを精密に反映していることが本発明によって判明したことにその理由があると考えられる。【００７１】
代表的には、本発明の複合体は、グロビュール−コイル化の相転移を観察するためのものであり得る。特にＤＮＡのグロビュール−コイル化の相転移を観察することによって、そのＤＮＡの転写等の生物学的機能を肉眼で直接観察することができる。このような効果は、従来の技術では達成することができなかった格別の効果であるといえる。【００７２】
＜高分子の高次構造の状態の検出法＞
別の局面において、本発明は、高分子のトポロジー等の高次構造の状態を観察するための方法であって、Ａ）該高分子を提供する工程；Ｂ）金属イオンを該高分子に提供する工程；Ｃ）該高分子に還元剤を提供し、該高分子と該金属イオンに包含される金属との複合体を形成させる工程；Ｄ）該複合体の色調から該高分子の高次構造・トポロジーを算出する工程、を包含する。この高分子の高次構造における変化を肉眼で見ることができることが本発明において見出された。高分子としては、例えば、核酸、タンパク質、ポリペプチド、多糖等を挙げることができる。【００７３】
ここで、高分子は、通常荷電したものが本発明において用いられる。荷電高分子としては、例えば、ＤＮＡなどを挙げることができる。ＤＮＡは、複雑なグロビュール構造をとることが知られていることから、本発明により、そのような複雑な構造を簡単に目視する技術が提供されることになる。【００７４】
本発明の検出方法の好ましい実施形態において、本発明が検出対象とする高分子は、少なくとも１０ｋｂｐ（キロ塩基対）のサイズのものであり得る。１０ｋｂｐ以上のサイズが好ましい理由としては、理論に束縛されることを望まないが、相転移を起こす可能性があるサイズであり、このような相転移は例えば、ＤＮＡでは、その生物学的活性（例えば、転写活性）に大きく影響（例えば、オンオフスイッチ）を与えることが知られているからである。また、１０ｋｂｐ未満のサイズの高分子（たとえば、ＤＮＡ）は、金属ナノ構造体の凝集を制御するために短いＤＮＡオリゴマーを使用する方法によって、Ｍｉｒｋｉｎらによって観察方法が開発されているからである。より好ましくは、本発明が対象とする高分子は、少なくとも１００ｋｂｐのものであり得る。少なくとも１００ｋｂｐのサイズが好ましいのは、理論に束縛されることを望まないが、相転移を起こす確率が高いからである。また、数十塩基対（ｂｐ）よりも大きなＤＮＡ鎖は、秩序が崩れたコイル状態から秩序立ったコンパクトな状態へ非常に不連続的な遷移を受けるが、この遷移における際だった性質は、数キロ塩基対（ｋｂｐ）のオーダーよりも短いＤＮＡ分子においては見られないことから、このような遷移を観察することは物理学的にも、化学的にも、生物学的にも意味のあることであると考えられるからであり、近年、１００ｋｂｐよりも長い巨大なＤＮＡを使用する場合、コンパクトなＤＮＡ鎖の金属被覆は直鎖状態の金属被覆の過程とは異なる過程を経て進むことが知られているからである。さらに、従来技術では、ＤＮＡ凝集体の最終的な形状を調べることは、電子顕微鏡を使わなければ不可能であった。従って、ＤＮＡ等での高次構造、トポロジーを肉眼で観察することを可能にしたという点で顕著な効果を奏するといえる。本発明を用いることにより、ＤＮＡのコイル−グロビュール相転移を肉眼レベルで観察することができる。【００７５】
本発明の検出方法の１つの実施形態において、本発明において使用される金属は、貴金属であり得る。貴金属が好ましい理由は、容易に化学的変化を受けず，空気中で熱しても酸化されにくく、イオン化傾向が小さく、従って、本発明の検出方法によって、検出感度がよくなるからである。従って、通常貴金属の範疇に入るか不明な場合であっても、容易に化学的変化を受けにくいとされている銅などについても本明細書において貴金属の範疇に入ることが理解される。好ましい実施形態では、本発明において使用される金属は、金、銀、白金、銅、パラジウムなどであり得る。銀が好ましい理由は金属高分子複合体のコロイド状態をより安定に保つことが本発明において判明したからであり、本発明の方法を用いれば、金属化トーラス状態に関する２つのピークスペクトルを良好に表現することができるからである。他の金属もまた肉眼検出において利用可能であり、分光学的な分析においても良好な成績を得ることができる。【００７６】
本発明の検出方法において、より好ましくは、本発明において使用される金属は金である。金が好ましい理由としては、理論に束縛されることを望まないが、本発明において銀よりも金の方が、色調に与える効果が高く、肉眼での観察もより明確にできることが判明したからである。【００７７】
本発明の検出方法では、複合体は、まず、高分子に金属イオンを付与し、その後還元剤を付与することによって、作成することができる。このような金属イオンは、対象とする金属に応じて適切なものを選択することができる。例えば、銀であれば、ＡｇＮＯ３（Ａｇ−）が生成する。）、金であればＨＡｕＣｌ４の水溶液（ＡｕＣｌ４−イオンが生成する）を用いることができる。【００７８】
還元剤としては、例えば、金属イオンを還元することができれば、どのようなものを用いてもよく、例えば、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）を用いることができる。【００７９】
還元剤と金属イオンを含む溶液との比率は、金属被覆（複合体化）ができる限り、どのような比率でもよいが、例えば、銀の場合、化学量論的に数倍の過剰量である還元剤（１分子のＮａＢＨ４に対して８分子のＡｇＮＯ２）が好ましいようである。【００８０】
本発明の検出方法において使用されるバインダーは、複合体の高次構造（例えば、コンフォメーション）が変化させるために加えられる。バインダーの存在により、複合体の高次構造が変化し、コイル状態からグロビュール状態へ変換され、コンパクトな状態となることが可能であるからである。【００８１】
本発明の検出方法において好ましい実施形態では、本発明において用いられるバインダーは、スペルミン、ポリリジン、ポリアミン、界面活性剤などであり得る。これらのバインダーが好ましい理由としては、理論に束縛されることを望まないが、ＤＮＡ等の核酸と用いたときに、凝集を容易に起こすことが知られているからである。【００８２】
本発明の検出方法において好ましい実施形態では、複合体自身の高次構造、トポロジー等が観察される。このような高次構造における代表的な状態としては、コンパクトな状態（コンパクション状態）、凝集状態、コイル状態、グロビュール状態などを挙げることができる。例えば、複数の巨大ＤＮＡが存在した場合に、単一の分子がコンパクトな状態（コンパクション状態）になっていてもよく、複数の巨大ＤＮＡが凝集して１つのさらに大きな分子を形成してもよい。本発明の技術を用いれば、これらの状態を肉眼で観察することができる。ＤＮＡでいえば、１０−１２モル（ピコモル）レベルでの観察が可能となった。他の高分子でも同様の効果が期待できることから、本発明を用いれば、高分子一般に、１０−１２モル（ピコモル）レベルでの観察であるといえる。また、本発明は、コンパクション−コイルの相転移を観察することができる。【００８３】
本発明では、色調の観察は、特定波長の吸光度を測定することによって行うことができる。例えば、４００ｎｍおよび５００ｎｍにおける吸収極大の比（ＤＮＡと銀との組み合わせの場合）、５５０ｎｍおよび７００ｎｍにおける吸収極大の比（ＤＮＡと金との組み合わせの場合）などを測定することができる。あるいは、紫外・可視光スペクトルを測定し、それらを比較してもよい。例えば、金を用いた場合、スペクトルの形状は、殆ど変化しないままであるが、６００ｎｍ〜９００ｎｍの広帯域に亘る吸収領域が存在し、弱いもののはっきりとしたピークが５３０ｎｍにおいて存在することから、これらの波長におけるスペクトル形状を用いることができる。金を用いる場合は、ＤＮＡ溶液中のスペルミンの濃度が高い場合、約１００ｎｍであると測定されるコンパクトな単位を含む構造体において、その同じ構造体中に折り畳まっていないＤＮＡ鎖も存在することが観察される。【００８４】
好ましい実施形態において、Ｃ）工程は、前記金属イオンと前記高分子との混合状態に前記還元剤を加えることが好ましい。理論に束縛されることを望まないが、この順序で加えることにより、複合体形成が効率よく進むからである。【００８５】
本発明ではまた、好ましい実施形態において、Ｃ）工程は、アルコールの存在下で紫外線光を照射する工程をさらに包含する。アルコールとしてはどのようなものを使用してもよく、より好ましくはポリオール類のいずれかを用いることができる。紫外線光としては、どのような波長のものを用いてもよく、２５４ｎｍのような強い紫外線光を用いることが好ましい。本明細書において「紫外線」とは、可視光線の短波長端約360〜400nmを上限とし，下限は約1nmまでの波長範囲の電磁波をいう。下限はあまり明確でなく，数十nm以下は軟X線と重なることから、本明細書では、Ｘ線と重複する範囲をさすことが理解される。光源にとしては、例えば、石英水銀灯、炭素アーク灯、火花放電、水素または希ガスの放電、シンクロトロン放射などが用いられ得るがそれらに限定されない。紫外線の波長が増大する（たとえば、３６５ｎｍ）と還元の効率は低くなるからより低い波長が好ましいと考えられる。理論に束縛されることを望まないが、この工程を含むことによって、複合体形成が効率よく進むからである。紫外線光の照射は、複合体の形成が誘導されるに十分な時間行われる。このような十分な時間は、使用される金属および高分子の組み合わせによって変動し、例えば、紫外線光は、フリーラジカルをアルコール分子中で生成し、これが金属イオンを還元する。すなわち、還元剤が紫外線のアルコール分子への照射によって生成するからである。その後金属化がＮａＢＨ４還元と同様に起こる。【００８６】
本発明の好ましい実施形態において、色調からの高次構造算出は、例えば、ＤＮＡ相転移、荷電高分子の相転移、蛋白の折り畳みならびにＤＮＡおよびや蛋白の凝集からなる群より選択される状態を観察するためのものであり得る。好ましい実施形態では、コンパクション−コイルの相転移を観察するためのものであり得る。【００８７】
好ましい実施形態では、色調からの高次構造算出は、前記金属に特有の色調（例えば、銀であれば黄色、金であればピンク）が観察される場合、前記高分子はコイル状態であると判定され、より長い波長の色調（例えば、銀であればピンク、金であれば青／グレイ）が観察される場合、該高分子は該高分子がコンパクション状態にあると判定され、その中間の波長の色調（例えば、銀であればオレンジ、金であればバイオレット）が観察される場合、コイル状態とコンパクション状態とが共存すると判定される。【００８８】
１つの実施形態では、色調からの高次構造算出において、該算出は、対称かどうかを判定することを包含し、かつ、波長曲線において２つのピークの存在は、前記高分子が対称なコンパクション状態にあると判定される。【００８９】
別の好ましい実施形態では、本発明の検出方法では、色調からの高次構造算出において、前記高分子はＤＮＡであり、該算出は、トーラス状かどうかを判定することを包含し、かつ、波長曲線において２つのピークの存在は、前記高分子が対称なコンパクション状態にあると判定される。より好ましくは、色調からの高次構造算出において、該算出は、トーラス状かどうかを判定することを包含し、かつ、該トーラス状かどうかの判定は、波長曲線において２つのピークの存在は、前記高分子が対称なコンパクション状態にあると判定される。このようにして、色調からの高次構造算出により、バインダーが前記ＤＮＡのコンパクション−コイルの相転移を生じる濃度を算出することができる。【００９０】
1つの実施形態では、本発明の方法は、高分子のコンパクション状態のサイズを決定する工程を包含してもよい。この決定工程では、既知のサイズの金属高分子複合体の溶液をコントロールとして衡正曲線を作成し、測定対象となる該高分子の複合体のデータを該衡正曲線に外挿することによって測定がなされる。【００９１】
別の実施形態では、本発明は、色調からの高次構造算出は、バインダーが前記ＤＮＡのコンパクション−コイルの相転移を生じる濃度を算出する工程を包含してもよい。【００９２】
＜高分子の高次構造・トポロジー検出キット＞
別の局面において、本発明は、高分子のトポロジーなどの高次構造を観察するためのキットを提供する。このキットは、（必要に応じてＡ）対象となる高分子）；Ｂ）金属イオン；Ｃ）還元剤；Ｄ）該高分子と該金属イオン中の金属とから形成された複合体の色調から該高分子の高次構造・トポロジーを算出する手段、（必要に応じてＥ）アルコールおよび紫外線光を照射する手段）を包含する。この高分子の高次構造における変化を肉眼で見ることができることが本発明において見出された。高分子としては、例えば、核酸、タンパク質、ポリペプチド、多糖等を挙げることができる。あるいは、本発明のキットは、高分子相転移を誘導する前記バインダーの臨界濃度を決定する手段をさらに包含してもよい。【００９３】
ここで、高分子は、通常荷電したものが本発明において用いられる。荷電高分子としては、例えば、ＤＮＡなどを挙げることができる。ＤＮＡは、複雑なグロビュール構造をとることが知られていることから、本発明により、そのような複雑な構造を簡単に目視するためのキットが提供されることになる。  【００９４】
本明細書において「キット」とは、通常２つ以上の区画に分けて、提供されるべき部分（例えば、試薬、酵素、鋳型核酸、標準など）が提供されるユニットをいう。混合されて提供されるべきでなく、使用直前に混合して使用することが好ましいような組成物の提供を目的とするときに、このキットの形態は好ましい。そのようなキットは、好ましくは、提供される部分（例えば、試薬、酵素、ヌクレオチド、標識されたヌクレオチド、伸長反応を止めるヌクレオチドなど（およびその三リン酸）、鋳型核酸、標準など）をどのように処理すべきかを記載する説明書を備えていることが有利である。本明細書においてキットが試薬キットとして使用される場合、キットには、通常、試薬成分、緩衝液、塩濃縮液、使用するための補助手段、使用方法を記載した指示書などが含まれる。【００９５】
本明細書において「指示書」は、本発明の試薬の使用方法、反応方法などを使用者に対して記載したものである。この指示書は、本発明の酵素反応などの手順を指示する文言が記載されている。この指示書は、必要に応じて本発明が実施される国の監督官庁が規定した様式に従って作成され、その監督官庁により承認を受けた旨が明記される。指示書は、いわゆる添付文書（ｐａｃｋａｇｅ  ｉｎｓｅｒｔ）であり、通常は紙媒体で提供されるが、それに限定されず、例えば、瓶に貼り付けられたフィルム、電子媒体（例えば、インタ−ネットで提供されるホームページ（ウェブサイト）、電子メ−ル）のような形態でも提供され得る。本発明のキットにおいて、種々の構成要件が採るべき状態は、本発明の他の形態において詳述される任意の形態を採り得ることが理解される。【００９６】
＜金属イオンと還元剤の新たな「用途」＞
別の局面において、本発明は、金属イオンおよび還元剤の、高分子の高次構造の肉眼観察のための使用を提供する。本発明の使用において、種々の構成要件が採るべき状態、実施形態は、本発明の他の形態において詳述される任意の形態を採り得ることが理解される。【００９７】
＜本発明の複合体の「用途」＞
上述したような利点から、生体中の高分子の立体構造変化がその素因に関連するような疾患を診断するキットなどの医療用途または研究用キットとしての利用の他に、本願発明の複合体が呈する構造色を有する繊維などの素材、化粧品における発色調整を図るために添加剤、または半導体製造技術における材料（例えば、半導体に対するドーピング処理で利用するドーパント）としての利用が可能である。【００９８】
たとえば、構造色を呈する工業用素材としての利用することが想定される。本願発明を利用することで、構造色を呈する系が確立される。構造色を呈する素材は、工業的に注目されている。本願発明の複合体を利用することで用途に適した構造色を呈する素材を提供する。構造色を生じる原理は、上述したように様々であるが、本願発明を利用することで確立される系の例を以下に示す。【００９９】
＜多層膜干渉による構造色を生じる例＞
トロイドおよびロッド状のような複雑なDNA構造体に対して、本願発明を利用して金属コーティングする。このような金属コーティングしたＤＮＡ構造体の懸濁液に、交流電場をかけると、一定方向に揃うように整列させ、この状態でパッキング（溶液へ接着性があり透明度が高い凝固剤を加える）することで、整列した状態でシートを作製し、そのシートを積層することで、多層膜を作製する。この多層膜構造により、多層膜干渉によって構造色が生み出される。このように構成したシートは、糸から布を整形していく（織る）際に、シート（mmサイズ）を織り込んでいくか、整形された布の表面に接着させるかの手法により繊維・被服分野に応用可能である。この場合、既に、多層膜構造のシートができているので、どのような方向を向いても構造色を呈する。【０１００】
＜ミー（Ｍｉｅ）散乱による構造色を生じる例＞
本願発明による液中での金属化によって、ナノメーターからマイクロメータのオーダーの高分子の高次構造の変化を可視光により目視し得るのは、Ｍｉｅ散乱原理による。これにより、ミー散乱原理を利用した系において、本願発明を利用することによりその色調を制御する。マイクロ・ナノスケールの構造が目視できること自体が構造色を見ていることを意味する。系における粒子の大きさを制御する（金属化の際の形）もしく粒子濃度を変える・金属を変えることで色調が変化する。【０１０１】
＜構造色と高分子の高次構造の相関付けの例＞
上述した実施例のほかに以下のような手順に従いことでも構造色と高分子の高次構造の相関付けが容易に行われる。
（１．使用するよう溶液）
溶液（×10）：荷電高分子の約10倍量濃度（mol）の蛍光色素※
※DNA・タンパクはDAPI（4’,6-diamidino-2-phenylindole）、
※RNAの場合はRibo green
凝縮剤（スペルミン等の多加カチオンまたは界面活性剤）
アニオン（Na等の1価）
（２．具体的な手順）
1)荷電高分子の水溶液（数μmol）に、と上記組成の溶液を1/10量添加し、穏やかに攪拌。
2)プレパラートを作製し蛍光色素の波長特性に合ったフィルターを使用して、蛍光顕微鏡で観察。【０１０２】
（実験条件）
対物レンズ：×100
DAPI：励起波長358nm、蛍光波長461nm。【０１０３】
Ribogreen：励起波長485nm、蛍光波長530nm。
3)凝縮剤の濃度および、アニオンとの濃度比を段階的に変えることで、荷電高分子の高次構造が変化するので、網羅的に画像として記録する。
この際使用する荷電高分子は、といった均質な物（標品）を使用する。
さらに詳細な構造を確認するためには、透過型電子顕微鏡で観察する。
4)得られたこれらの画像を元に、画像解析ソフト（例：アクアコスモス）で、座標変換による形態の記録を行う。
5)各種溶液条件に則って、金属イオンと還元剤を付加し金属化させ、溶液から発色する構造色の波長を測定（ODメーター：測定可能な波長200nm〜1100nm）し、金属化していない時の高次構造の記録と対合することで、構造色と構造の相関をとる。この対号処理は、三次元グラフを取ることで処理できる。例えば、以下のような手順に従う。
（工程１）  座標変換後のデータにフラクションナンバーを付ける。
（工程２）各金属（金、銀等）ごとに、Ｘ軸：多加カチオン濃度、Ｙ軸：１価アニオン濃度、Ｚ軸：発色波長  のグラフを作製し、フラクションナンバーをプロットする。
（工程３）このグラフによって、構造とＭｉｅ散乱によって発する色の予測が可能になる。【０１０４】
具体的に、化粧品または繊維素材としての利用法としては、以下のようなものがある。【０１０５】
複合体を既に多層構造に成型しているので、いわゆるラメ（薄膜の金属片）同様の混入手法で問題なく素材に組み込むことが可能である。例えば、ファンデーションやルージュ、アイシャドウ等、粉体（タルク・セリサイト・酸化チタン等およびナイロンパウダー）を混合する際に、他の粉体と同様に攪拌混合し圧縮成型をすれば完成する。このような応用においては、例えば、繊維素材加工については、『基本被服材料学』文化出版局、また、ファンデーション等の合成技術等については、粉粒子体プロセス技術集成編集委員会“粉粒体プロセス技術集成（プロセス編）”  産業技術センター，３７７−３８２（１９７４）などに記載された技術により上述の製品を作製することができるが、ここに記載された技術に限定されることなく、その他の周知の技術と組み合わせて本願発明の複合体を利用することが可能である。【０１０６】
（半導体材料としての利用）
半導体材料として本願発明の利用方法を以下に示す。本願発明が利用される適切な例の１つとしては、発光ダイオードを作製するに当り、そのドーピング処理に用いるドーパントとしての利用が挙げられるが、これらに限定されない。【０１０７】
「発光ダイオード」は、順方向にバイアス電圧をかけたPN接合におけるエレクトロルミネッセンスにより、電気エネルギーを、自発的でコヒーレントでない可視および近赤外波長の電磁放射に効果的に変換する半導体ダイオードである。LED(エルイーディー：Light  Emitting  Diode)とも呼ばれる。ここで、PN接合とは、半導体中でp型の領域とn型の領域が接している部分をいう。多くの場合、純粋な半導体はそのままでは伝導性が低いため、半導体不純物（ドーパント）を混ぜることでキャリアの密度を上げる処理（ドーピング）を行い、適当な伝導度や性質を持つように調製される。このような半導体において、その多数キャリアが電子または正孔のどちらであるかによって、それぞれn型とp型として区別される。すなわち、ｎ型半導体とは、伝導電子の濃度が正孔の濃度よりも高くなっている不純物半導体であり、他方、ｐ型半導体とは、正孔密度が伝導電子密度より高い不純物半導体である。発光ダイオードによる発光色は、その用いる材料によって異なり、赤外線領域から可視光域、紫外線領域で発光するものまで製造することが可能である。例えば、通常、発光ダイオードを製造するための素材としては、アルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）、ガリウムヒ素リン（ＧａＡｓＰ）、インジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）／窒化ガリウム（ＧａＮ）／アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、アルミニウムインジウムガリウムリン（ＡｌＧａＩｎＰ）などが挙げられ、それぞれ、その材料の選択により、色が選択される。また、基板として使用されるものとしては、炭化珪素（ＳｉＣ）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ケイ素（Ｓｉ）などが挙げられる。発光ダイオードの基礎的な構造はPN接合であるが、発光効率を上げる目的などのために、ダブルヘテロ接合構造や量子井戸接合構造などが使用されている。一般的な製造法としては、基板の上に化学気相成長法によって、薄膜を積み重ねていく方式などが使用されている。【０１０８】
半導体製造技術において、「ドーピング」とは、物質に不純物を添加する処理をいう。ドーピングは、半導体の物性を制御するのに利用される処理である。この添加する不純物を「ドーパント」と呼ぶ。「ドナー」とは、ｎ型半導体を形成する不純物であり、「アクセプタ」とは、ｐ型半導体を形成する不純物である。【０１０９】
本願発明を利用することで、荷電高分子を金・白金・銀などでコーティングし、不純物として添加する処理により、新規の半導体の素材として利用可能である。本願発明によって金属化された荷電高分子は物性が安定しているので、半導体製造技術における従来のドーピング処理に利用することで、その半導体の電気的特性を変化させることに利用し得る。本願発明による複合体は、例えば、次のような点で、ドーパントとして適切である。【０１１０】
通常金属を用いた伝導体は、均一な物が望まれ、伝導性のムラが無い物であったが、LEDの場合は、そのギャップを利用するという画期的な物である。シリコン基板に金属を混ぜてギャップを得ることになるが、荷電高分子を金属コーティングすることで、内側の荷電高分子とコーティングされている金属との間に、著しい通電量の差が生じるため、この複合体をシリコン基板に、既存の金属体と同様に混ぜると、必然的にギャップが生じる。このことから、ＬＥＤ素子としての利用が可能であることが導かれる。また、非対称な形をしている場合、その向きによっても通電量に違いが出ることが予想される。これまで、ナノスケールでの不純物の形の制御は不可能であったため、本複合体は、既存のＬＥＤ素子を改変できる素材として有望である。【０１１１】
ドーピングに使用される従来の半導体の材料は、上述のように、人体および環境に対して有害なものを含むが、本願発明による貴金属でコーティングした荷電高分子を利用することでその有害金属を有害性低い材料に置換することが可能であることが理解される。また、本願発明を利用することによって、自由な構造の制御および金属化が可能であるので、単一素子で、これまで不可能であった色調を実現することが可能である。【０１１２】
本明細書において引用された、科学文献、特許、特許出願などの参考文献は、その全体が、各々具体的に記載されたのと同じ程度に本明細書において参考として援用される。【０１１３】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【実施例】
【０１１４】
以下に実施例を示して本発明をさらに詳しく説明するが、この発明は以下の例に限定されるものではない。【０１１５】
（１．材料）
バクテリオファージＴ４  ＤＮＡ  （約１６６，０００塩基対，株式会社ニッポンジーン（日本））、ＡｇＮＯ３（純度９９．９９９％；アルドリッチ（日本））、ＨＡｕＣｌ４・３Ｈ２Ｏ  （ナカライテスク株式会社（日本））、スペルミン（Ｎ，Ｎ’−ビス（３−アミノプロピル）−１，４−ジアミノブタン；ナカライテスク株式会社（日本））、ポリ−（Ｌ−リジン）ヒドロブロミド、蛍光色素ＤＡＰＩ（４’６−ジアミジン−２−フェニルインドール；モレキュラープローブス（米国））ならびに水素化ホウ素ナトリウム（ナカライテスク株式会社（日本））を、一般に容認されているように使用した。【０１１６】
（２．方法）
蛍光顕微鏡による観察は、油浸レンズ（１００倍）を備え付けたＡｘｉｏｖｅｒｔ  １３５  ＴＶ  顕微鏡（カール  ツァイス（ドイツ））を使用して行った。蛍光画像（イメージ）を、ＥＢ−ＣＣＤカメラおよびイメージ分析装置（Ａｒｇｕｓ−１０；浜松ホトニクス株式会社（日本  浜松））を用いて記録した。紫外・可視光（ＵＶ−Ｖｉｓ）スペクトルを、石英マイクロセル（１．０ｃｍ×０．２ｃｍ×０．５ｃｍ）において、紫外・可視分光光度計（Ｊａｓｃｏ  Ｕ−５５０）を用いて記録した。透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による観察を、加速電圧１００〜１２０ｋＶとしてＪＥＭ−１２００ＥＸ顕微鏡（ＪＥＯＬ（日本  東京））を用いて実施した。室温で、３００メッシュの炭素コーティングしたグリッドを使用した。各々のグリッドは、パラフィルム上に１５μＬのＤＮＡの液滴の頂部上に３分間に亘って静置し、顕微鏡による観察の前にその液体を、濾紙を用いてブロッティングした。【０１１７】
（３．試料調製）
ＮａＢＨ４溶液を実験の直前に調製して、この溶液は冷所で保存するようにし、調製後６時間を越えたものは使用しないものとした。この際、水中のＮａＢＨ４は、水素ガス（Ｈ２）を放出しながらゆっくりと分解することとを考慮し、火気を近づけることなく、また過剰な圧力を与えることを避けるように留意した。【０１１８】
金属被覆については、以下のように実施した。まず、蛍光色素、凝縮剤および必要に応じて緩衝液を蒸留水に適量加えて、十分に混合した。得られた溶液にＤＮＡを添加して、長いＤＮＡを断裂させてしまわないように緩やかに混合した。ＤＮＡを調製した後に、蛍光顕微鏡（ＦＭ）による観察を、１５〜３０分間に亘って実施した。金属被覆の手順としては、まず、金属塩の溶液を添加し、その溶液を緩やかに混合した後に、ＮａＢＨ４を添加して混合することによって溶液中にある金属を還元した。その溶液はすぐに呈色し、その強度は１０〜１５分間経過後に一定となるまで増大した。【０１１９】
（４．結果および考察）
銀を用いた金属被覆について、多価カチオン）による巨大ＤＮＡのコンパクションは、半剛直性（ｓｅｍｉ−ｆｌｅｘｉｂｌｅ）ＤＮＡ鎖の一次相遷移に関して記載され得ることが確認されている（Ｙｏｓｈｉｋａｗａ  Ｋ．，Ｔａｋａｈａｓｈｉ  Ｍ．，Ｖａｓｉｌｅｖｓｋａｙａ  Ｖ．Ｖ．，Ｋｈｏｋｈｌｏｖ  Ａ．Ｒ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．１９９６，７６，３０２９−３０３１）。四価カチオンであるスペルミンは、ＤＮＡのフォールディング遷移を誘導する最も一般的な凝縮剤の１つである。スペルミンを用いて、溶液中の長いＤＮＡ鎖のコンフォメーションの遷移を実時間観察することを達成するために、発明者らは、実時間蛍光顕微鏡（ＦＭ）によりＤＡＰＩ標識したＴ４ＤＮＡの単一分子観察（５７μｍ）を実施した。様々な濃度のスペルミンにおける１０−６μＭのＴ４  ＤＮＡ溶液（ヌクレオチド中）の蛍光顕微鏡による画像を、図１に示す。スペルミンが低濃度（０．２μＭまでの濃度）であると、ＤＮＡ分子の全てが解けた（アンフォールディング）コイル状態として観察された。この広がっているコイル状態は、ＤＮＡ分子セグメントの大きな熱揺らぎによって特徴付けられる（図１Ａ）。スペルミンの濃度を０．４μＭまで増加させると、ＤＮＡ分子は、広がっているコイル状態および折り畳まった（コンパクトな）状態が共存し、このコンパクトなＤＮＡは、観察可能な分子内揺らぎを伴うことなく並進ブラウン運動を有意に示し、そのコイル状態よりも強度の高い蛍光を発した（図１Ｂ）。スペルミン濃度が１０μＭであるとき、全てのＤＮＡは、コンパクトな状態であった。（図１Ｃ）。個々のコンパクトなＤＮＡ分子は、荷電コロイド粒子としての挙動を示し、この個々のＤＮＡ分子は、ブラウン運動している間に他のＤＮＡ分子と衝突しても、衝突したＤＮＡ分子が一緒になって融合することはなかったことが確認された。このことにより、数個のＤＮＡ分子の「凝集（ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ）」を避けることにより、単一分子のコンパクション（ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ）が実現され得ることが意味される。蛍光顕微鏡（ＦＭ）によって観察されたスペルミンによるＤＮＡコンパクションの定量的な特徴づけのために、図２に示したように、スペルミンの濃度を変化させることにより、その溶液中のコンパクトなＤＮＡ鎖のパーセンテージを測定した。コンパクトなＤＮＡの割合に関するこの遷移のプロファイルは、連続的であるが、このコンパクションは、個々のＤＮＡ分子のコンフォメーションに関して「全か無か」の現象であること、すなわち、コイルおよびグロビュール（ｇｌｏｂｕｌｅ）は、個々にＤＮＡによって許容されるそれ以外ない２つのコンフォメーションであり、スペルミン濃度を中程度にするとき、この２つのコンフォメーションは、共存することは特筆すべきことです（３６．Ｙｏｓｈｉｋａｗａ  Ｋ．，Ｔａｋａｈａｓｈｉ  Ｍ．，Ｖａｓｉｌｅｖｓｋａｙａ  Ｖ．Ｖ．，Ｋｈｏｋｈｌｏｖ  Ａ．Ｒ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．１９９６，７６，３０２９−３０３１．）。【０１２０】
次に、発明者らは、上述のようにスペルミンで事前に処理したＤＮＡ鎖を銀により金属被覆した。様々な濃度のスペルミンによる、ＤＮＡテンプレート上での貴金属の析出特性における差異が、肉眼によってさえも十分に明瞭に観察され得た。手順としては、実験サンプルに、硝酸銀（ＡｇＮＯ３，最終濃度１００μＭ）および還元剤である水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４；４０μＭ）を、続いて添加して、混合した。硝酸銀と水素化ホウ素ナトリウムとの間のモル比は、銀の還元およびＤＮＡの金属被覆を行ううえで十分に速い反応速度的特徴を確保するように選択した。化学量論的に数倍の過剰量である還元剤（１分子のＮａＢＨ４に対して８分子のＡｇＮＯ２）が最適であった。上述したような条件下では、数分のうちに溶液は発色し、少なくとも１日間は色が保たれていた。そのホウ水素化物を添加した後に、その液体の色は、黄色から桃色に変化した。サンプルを入れたセルの写真を図３に示した。最終的な溶液の色は、上述のようにスペルミンが低濃度であるときは黄色であり、スペルミンが高濃度であるときは桃色であった。図３に示されるように、観察された色の変化は、非常に協同的かつ急激なものであって、その溶液は、狭い濃度範囲（０．２〜０．３μＭ）のスペルミンが存在するときに中間の色を示した。銀溶液が黄色の発するときは、数〜数十ナノメートル（ｎｍ）の銀ナノ粒子の形成に対応している。溶液がその色において、赤方偏移をうけると、その溶液では比較的大きな金属ナノ粒子が形成されていることを示している。溶液における類似の光学的特性が、コンパクトなＤＮＡの金属被覆の研究においても観察された。ここで、このコンパクトなＤＮＡの金属被覆によって、ＤＮＡのトーラス状凝集体上に金属が析出した結果として銀のナノリングが形成された（Ｚｉｎｃｈｅｎｋｏ  Ａ．Ａ．，Ｙｏｓｈｉｋａｗａ  Ｋ．，Ｂａｉｇｌ  Ｄ．，Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．２００５，１７，２８２０−２８２３）。同様に金属被覆した後の異なる量のスペルミンを用いた場合のそれに対応するＤＮＡ溶液の紫外・可視光スペクトルもまた、図３に示す。溶液の色の変化に対応して、この系のスペクトルは、容易に、その吸光度のプロファイルに従って３通りに分類され得る。スペルミンが存在しない場合およびスペルミンが低濃度である場合、１つのピークが４００ｎｍ付近に観察された。このピークは、折り畳まれていないＤＮＡテンプレート上に形成したナノ粒子に対応するものである。スペルミンが中間の濃度である場合（非常に狭い濃度領域にある場合）、４００ｎｍ付近において広いピークが長波長側のショルダーを伴って観察された。スペルミンの濃度がさらに高い場合、４００ｎｍおよび５００ｎｍにほぼ同じ強度の２つのピークが観察された。スペルミン濃度をＤＮＡコンパクションと比べて少なくとも１０倍の濃度まで）さらに増大させても、金属被覆によって上述の２つのピークが影響を受けることがなかった。図解すると、図４に示されるように、ＤＮＡのコンフォメーション状態に依存的である２つのタイプのＤＮＡ金属被覆が存在する。折り畳まれていないＤＮＡの金属被覆は、ＤＮＡ鎖上に金属ナノ粒子の形成を通して進行するが、コンパクトなＤＮＡ鎖の金属被覆は、異なった様式で進行する。ＤＮＡ鎖が、コンパクションの際にトーラス状の形態を有すると、この特徴的な形状によって、そのスペクトルの形状が決定され、そこで４００ｎｍ付近に観察される吸光度は、そのナノリングにおける、銀の「輪形をした部位」の直径（図３における、ｄ１；３０〜４０ｎｍ）が４００ｎｍ付近の吸収に対応し、５００ｎｍ付近の吸収は、そのナノリングの外側の直径（ｄ２；８０〜９０ｎｍ）に対応するものである（図３参照）。紫外・可視光スペクトルにおける２つのピークパターンは、貴金属ナノロッドについての報告（Ｍｏｈａｍｅｄ  Ｍ．Ｂ．，Ｖｏｌｋｏｖ  Ｖ．，Ｌｉｎｋ  Ｓ．，Ｅｌ−Ｓａｙｅｄ  Ｍ．Ａ．，Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．２０００，３１７，５１７−５２３；Ｊａｎａ  Ｎ．Ｒ．，Ｇｅａｒｈｅａｒｔ  Ｌ．，Ｍｕｒｐｈｙ  Ｃ．Ｊ．，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ  ２００１，１０５，４０６５−４０６７）において以前に記載されたものである。金のナノロッドの形態は、幾何学上の２つの寸法（長さおよび直径）により特徴付けられ、その結果、そのナノロッドの寸法の大小に応じてナノロッドにおける紫外・可視光スペクトルパターンが得られる（３８．Ｍｏｈａｍｅｄ  Ｍ．Ｂ．，Ｖｏｌｋｏｖ  Ｖ．，Ｌｉｎｋ  Ｓ．，Ｅｌ−Ｓａｙｅｄ  Ｍ．Ａ．，Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．２０００，３１７，５１７−５２３）。単一のナノ粒子が、還元における副生成物として生成され、４００ｎｍにおける強度に対して幾分寄与することが見出された。上述の２つの吸収の比（吸光度比）は、実験条件に依存して変化する。例えば、ＤＮＡトーラス状テンプレートの濃度と比較して溶液中の銀が過剰量存在していた場合、有意な量の遊離した（そのＤＮＡテンプレート状に析出しない）ナノ銀粒子が、ＤＮＡの金属被覆に伴って形成される。この場合、４００ｎｍにおける吸光度ピークは増強される。リング形状のＤＮＡ凝集体上の銀金属の析出は、種々の実験条件に対して感受性である。この実験条件は、全ての構成要素の濃度、混合の度合いおよび方法、溶液の温度などを含む。しかし、この種々の条件下において、スペクトルの変化によって、その遷移点は適切に示され、銀のナノ構造物の形状における非対象性を反映する。金属被覆したＤＮＡ凝集体の対応する透過型電子顕微鏡写真を、図５Ａおよび図５Ｂで示した。コイル状態からコンパクト状態へのＤＮＡのフォールディングにおける濃度領域と、銀で金属被覆した後の光学的変化とを比較するため、図６において、光学的変化を紫外線分光法による測定によって得られる４００ｎｍおよび５００ｎｍでの吸光度比として示した。紫外線分光法による測定による、この４００ｎｍおよび５００ｎｍでの吸光度比は、銀のナノ構造体のスペクトルにおける劇的な変化を明瞭に示すために（Ｓｔｏｒｈｏｆｆ  Ｊ．Ｊ．，Ｍｉｒｋｉｎ  Ｃ．Ａ．，Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．１９９９，９９，１８４９−１８６２）、採用されたものである。図２および図６の比較によって、単分子蛍光顕微鏡によって観察されたＤＮＡコンフォメーションの変化そのものに対して十分に対応することが明らかである。したがって、その観察された現象は、ＤＮＡ上での銀の析出の様子をモニタリングすることによって、ＤＮＡ��コンフォメーションの状態についての情報が提供され、生体高分子におけるコンフォメーションでの遷移が生じるＤＮＡバインダーの濃度を決定するのに有用であることを明確に示す。銀イオンがカチオン性化合物であるが、硝酸銀によるＤＮＡのコンパクション自体は、これまでのモノカチオンに対する理論的な研究に従ってミルモルオーダーの濃度でさえも生じないことに留意すべきである（Ｗｉｌｓｏｎ，Ｒ．Ｗ．，Ｂｌｏｏｍｆｉｅｌｄ，Ｖ．Ａ．Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  １９７９，１８，２１９２−２１９６）。したがって、ＤＮＡコンフォメーションの遷移点に対して与える銀イオンの影響は無視できる。【０１２１】
（金による金属被覆）
ＤＮＡの金属被覆に対してさらに知見を得るために、金により金属被覆を実施した。この金属被覆のために、金（Ａｕ）の供給源としてＨＡｕＣｌ４溶液を使用し、銀による金属被覆と同じように還元剤としてＮａＢＨ４を用いたが、還元反応速度を上げるために銀による場合と比較してＮａＢＨ４を幾分高い比率で使用した。以下の実験を、銀を用いたＤＮＡの金属被覆について記載したものと本質的に同じ様式で実施した。図７は、金を使用した金属被覆の後に様々な濃度のスペルミンを含むＤＮＡ溶液における色の変化を示す。金ナノ粒子の紫線−可視光の吸光度は、銀のナノ粒子の吸光度と比較して長波長側に位置づけられ、そして、金によって金属被覆した、折り畳まっていないＤＮＡを含む初期溶液は、桃色をしているが、５２０ｎｍ付近に吸光度の極大が存在した。この結果によって、約１０ｎｍと測定される金のナノ粒子の形成が示唆される（４１．Ｓｔｏｒｈｏｆｆ  Ｊ．Ｊ．，Ｅｌｇｈａｎｉａｎ  Ｒ．，Ｍｕｃｉｃ  Ｒ．Ｃ．，Ｍｉｒｋｉｎ  Ｃ．Ａ．，Ｌｅｔｓｉｎｇｅｒ  Ｒ．Ｌ．，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１９９８，１２０，１９５９−１９６４．）。銀についての結果と対照的に、スペルミンが低濃度であるときでさえ、溶液の色変化が観察され、その吸光度は、長波長側に偏移してそれに伴って、紫色からすみれ色へと変化した。この色おける変化は、様々なスペルミン濃度におけるＤＮＡ金属被覆の後に形成された金ナノ粒子またはナノ粒子の凝集の後の金ナノ粒子のサイズにおける差異を反映する。一方、金によるコンパクトなＤＮＡの金属被覆によって、青灰色の溶液が提供される。溶液の色の変化の特性が銀と金とでは異なるが、そのＤＮＡコンフォメーションの遷移点は、どちらの場合においても簡単に追跡され得る。すなわち、そのコンパクトなＤＮＡのコンフォメーションが現れた後は、溶液の色は変化しない。対応する紫外・可視光スペクトルは、図７において示される。ＤＮＡは、コイル状態にある場合、金による金属被覆が起こった後は、紫外・可視光の吸収スペクトルは、５２２ｎｍ（図７における曲線１）から５３７ｎｍ（曲線２）へ、そして、５４３ｎｍ（曲線３）へと赤方偏移を受けるが、その吸光における強度は殆ど一定のままである。吸光度の極大が偏移したことは、スペルミンがＤＮＡ溶液に添加されると、より大きな粒子が形成されたことを示唆する。コンパクトなＤＮＡの出現に伴うスペクトルの形状における急激な変化が、銀における結果と同様にはっきりと見て取ることができる。その遷移後において、そのスペクトルの形状は、殆ど変化しないままであるが、６００ｎｍ〜９００ｎｍの広帯域に亘る吸収領域が存在し、弱いもののはっきりとしたピークが５３０ｎｍにおいて存在する。このピークは、スペルミンの量を増大させても一定のままである。金の場合において、その特徴的で明瞭な２つのピークがあるスペクトルは、銀による金属被覆に伴うスペクトル変化とは対照的に、現れない。透過型電子顕微鏡を使用する場合、折り畳まってないＤＮＡ鎖は、銀による析出の場合と非常に類似し；図５おいて示されるように、ナノ粒子または金属被覆された領域が、ＤＮＡ上に観察された。ＤＮＡ溶液中のスペルミンの濃度が高い場合、約１０��ｎｍであると測定されるコンパクトな単位を含む構造体において、その同じ構造体中に折り畳まっていないＤＮＡ鎖も存在することが観察された（図５  ＣおよびＤ）。このような構造体は、多価カチオンによるＤＮＡコンパクションにおける速度論的段階として形成されるＤＮＡループの金属被覆の結果として現れ得る。高濃度のスペルミンにおいて、金属被覆されたＤＮＡトロイドに帰属されるコンパクトなナノ構造体が、図５Ｅ〜Ｆに示されるように観察された。このような金属被覆されたトロイドは、滑らかな（ｓｍｏｏｔｈ）銀のナノリングとは顕著に異なり、表面に多くの別個のナノ粒子単位を備える。金のナノリングは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による観察の間に凝集することが頻繁に見出されており、このことは、ナノリングの大きい方の直径と対応する波長で明瞭なピークは存在しないことを説明し得る。このような凝集（ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ）は適切な実験条件を選択することによって回避され得、滑らかな金のリングの形成が可能となったことが期待される。本明細書中で記載される結果によって、滑らかな層の形態で金属が析出するかまたは粒子の形態で析出するかは、大きなサイズの対応するナノ粒子の安定性に依存する。したがって、大きなナノ粒子が、同じ実験条件下で還元を受けて、溶液中のＤＮＡのシード（種結晶）なしで生成される場合に、ＤＮＡトロイド上に貴金属の析出が、銀による金属被覆について実際に観測されたような滑らかな金属殻状物の形態で進行する。他方、小さな金属ナノ粒子がＤＮＡを含まない溶液中にて同じ条件下で生成される場合に、その金属は、金において見出されたように、そのナノ粒子の形態でトロイド表面上に析出する。本発明を用いて実験条件と最終的なナノ構造体の形態との間の関係の体系的な分析を行うことができる。金を用いた金属被覆は、遷移が急激におきる特性ならびにＤＮＡ構造の遷移の後でもスペクトルの変化は殆ど存在しないために銀による金属被覆の場合と類似している。したがって、そのＤＮＡのコンフォメーションの遷移は、以下のようなスペクトルの変化によって簡単にモニタリングされ得る。本明細書中において、金属被覆がない場合には、巨大なＤＮＡ分子のフォールディングの遷移は、通常の紫外・可視光測定において本質的なスペクトル上の変化を提示さないことに留意すべきである。図８は、スペルミン濃度に相関関係があるものとして、５００ｎｍおよび７５０ｎｍでの吸光強度の比における変化を示す。この強度比に関するスペクトルの形状の変化は、図６における銀についての曲線の変化に類似している。したがって、貴金属の特性に拘わらず、トロイドへのＤＮＡのコンパクションおよび連続的な金属被覆は、紫外（ＵＶ）スペクトルの形状によって明瞭に示され、ここで、銀は、コンパクトなＤＮＡの形態を検出するのにより有用である。【０１２２】
（カチオン性ポリマーを用いたＤＮＡコンパクションおよび金属被覆）
ＤＮＡ凝集剤の化学的特性は、ＤＮＡコンパクションの機構、最終的な凝集体の形態、さらに、それによって得られた、ＤＮＡの金属被覆した後の、金属ナノ構造体に影響を与える。ＤＮＡ凝集体は、必ずしも、トーラス状形態をしているわけではない。実際に、ポリカチオンのようなより強力な凝縮剤は、ＤＮＡトロイドの形成する傾向が低く、ＤＮＡ凝集体は、多く場合、グロビュール状（球状）の形態を有している（Ｐｅｒａｌｅｓ  Ｊ．Ｃ．，Ｆｅｒｋｏｌ  Ｔ．，Ｂｅｅｇｅｎ  Ｈ．，Ｒａｔｎｏｆｆ  Ｏ．Ｄ．，Ｈａｎｓｏｎ，Ｒ．Ｗ．，Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．ＵＳＡ  １９９４，９１，４０８６−４０９０）。非トーラス状の凝集体の形成を改革にするために、代表的なポリカチオンである分子量３０，０００を有しているポリ−（Ｌ−リジン）との相互作用後のＤＮＡの金属被覆について研究した。図９における蛍光顕微鏡画像および図１０におけるＤＮＡ長の漸進的変化によって、スペルミンを用いたＤＮＡコンパクションとは対照的に、ポリカチオンによるＤＮＡ分子のコンパクションは、漸進的であり、負に荷電したＤＮＡのリン酸基と正に荷電したポリリジンの１０個のアミノ基との間の１：１の電荷的に均衡である点の付近の濃度にて、ＤＮＡコイルの縮小およびコンパクトなグロビュールの形成が観察される。特定の濃度（図９Ｄ）において、単一のＤＮＡ分子の蛍光が、強力に消光された。これは、コンパクションの際に、ＤＮＡから蛍光色素が放出されたためである。過剰量のポリリジンを添加した後に、ＤＮＡグロビュールは、膨張し、この膨張したグロビュールに由来する蛍光強度は、きわめて増強した。この変化は、過剰なポリカチオンによりＤＮＡ鎖の荷電が過多になっていることにより、過剰量のポリカチオンの存在下でのコンパクトなＤＮＡのアンフォールディングの逆過程が始まったことが示されている。【０１２３】
様々な量のポリリジンを用いたＤＮＡ溶液の金属被覆処理を、銀を用いたＤＮＡ−スペルミン金属被覆について記載したものと本質的には同じ手順を使用して、実施した。対応する紫外（ＵＶ）スペクトルとともにその溶液の色の変化が、図１１に示されている。折り畳まっていない形態でＤＮＡが存在する場合、そのスペクトルの形状は、コンパクションに至るまでは僅かに変化するのみである。このスペクトルにおける強度が増大し、その後、減少すると、その吸収波長の極大値は減少する。このことによって、ポリカチオンとＤＮＡ複合体形成する割合が高くなるとより小さな粒子が形成される。グロビュールへと完全なＤＮＡコンパクションが起こる点、すなわち、その集団において折り畳まれていないコイルの状態が消失する点は、黄色から灰色へと溶液の色が変化することによってはっきりと示される。この色の変化は、４００ｎｍのピークの消失、およびそれより長波長側の広帯域に及ぶ吸収帯の出現として紫外（ＵＶ）分光法によっても観察される。興味深いことに、ＤＮＡ濃度に対してポリ（Ｌ−リジン）濃度が増大する従い、逆転する現象が観察された。すなわち、その溶液は、黄色に変わり、４００ｎｍ付近に強い吸収を見せるピークが再度観察された。このピークの出現は、ナノ粒子の形成を示しており、このピークは、ナノ粒子の形成のためのテンプレートとして作用するポリ（Ｌ−リジン）鎖が溶液中に過剰量で存在する下でのＤＮＡのアンフォールディング過程に帰属される。溶液の可逆的な変化の後では、荷電の比が１未満であるＤＮＡ−ポリカチオンの相互作用の初期段階で観察された波長と比べて、長波長側（４１０ｎｍ付近）に吸収極大が存在する。この観察された変化によって、ポリカチオンによるＤＮＡコンパクションの場合のＤＮＡのコンフォメーション変化もまた、貴金属を用いた金属被覆の後の可視的（比色的）および分光学的変化により簡単に追跡することができることが示されており、ここで、その凝集剤（ｃｏｎｄｅｎｓｉｎｇ  ａｇｅｎｔ）の性質は、色変化の科学的なモデルに対して影響をなんら与えないことが示されている。ＤＮＡ−ポリリジン複合体の金属被覆の代表的な生成物が、図５のＧおよびＨに示されている。スペルミンによりコンパクションおよび金属被覆処理によって得られる結果のＤＮＡのトーラス状ナノ構造体とは対照的に、ポリカチオンを用いたＤＮＡコンパクションおよび金属被覆処理の最終生成物は、約１５０ｎｍ〜２００ｎｍの平均粒径を有する金属粒子であり、リング構造は観察されない。【０１２４】
（考察）
２１世紀において、新規の貴金属ナノ構造体の利点に基づく生化学的および生物医学的な用途のための分析技術の開発は、劇的に進展している（Ｒｏｓｉ，Ｎ．Ｌ．，Ｍｉｒｋｉｎ，Ｃ．Ａ．，Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．２００５，１０５（４），１５４７−１５６２．）。一分子の顕微鏡による観察、ＤＮＡバインダーの比色的スクリーニング、タンパク質およびオリゴヌクレオチドのいわゆる「バーコードベース」の検出方法を含む多くの強力な新規実験技術を記載されている。他方、生体高分子の高次構造の分析学的検出法はいまだに開発されていない。ＤＮＡまたはタンパク質のコンフォメーションの検出する方法の開発は、生物学的用途（例えば、変性を伴わない、遺伝子送達のためのＤＮＡコンパクションまたはタンパク質フォールディング）において重要であることは明らかである。本研究において、発明者らは、十分に長いＤＮＡ（例えば、Ｔ４  ＤＮＡ）のコンフォメーションが、ＤＮＡ高分子テンプレート上での貴金属析出の性質を決定することを示した。つまり、この技術は、生体高分子の分析的検出のために使用され得ることを示す。得られた金属ナノ構造体の微細な形態は、種々のパラメータ（例えば、ＤＮＡ凝縮剤の化学構造、金属のタイプなど）によって制御され得る。ＤＮＡ鎖のコンパクションの科学モデルの他に、金属被覆によってＤＮＡコンフォメーションを調べることの重要な特徴は、金属ナノ構造体の吸光度における変化とＤＮＡ高分子鎖のコンフォメーションにおける変化が明確に対応することである。単一ＤＮＡ鎖のコンフォメーションにおける挙動を直接的にバルクにおいて観察することでＤＮＡスキャフォールド金属被覆の結果として形成されたナノ構造体の光学的特性を比較することで、この金属被覆法が、長い鎖の生体高分子の相転移を調べるために使用され得ることが明確になった。具体的には、この金属被覆法を用いると、（ｉ）生体高分子においてコンフォメーション遷移を誘導する凝集剤の臨界濃度；（ｉｉ）この遷移の特性；（ｉｉｉ）最終的な凝集体の寸法；および（ｉｖ）そのコンパクトな生体高分子の凝集体の形態を評価することが可能である。貴金属である銀および金は、この目的のための適切な候補である。本発明者らは、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）のような他重金属についても、生体高分子のコンフォメーションの金属被覆処理および分析学的検出にとって有用であることを見出した。ポリマー鎖の金属被覆処理に基づく本発明の簡便な方法を使用することで、１０−６μＭといった非常に低い濃度で存在する生体高分子のコンフォメーション状態も、その試料溶液の色の変化をモニタリングすることによって簡単に検出することができる。ＤＮＡ鎖の長さの減少について、ＤＮＡの濃度に関する本願発明の検出限界は、ＤＮＡの「シード（種結晶）」をより多く存在させること、および溶液中の遊離したナノ粒子の形成と比較してＤＮＡテンプレート上に析出する金属の割合を増大させることによってさらに改善することが可能である。解けた状態のＤＮＡおよびコンパクトな状態のＤＮＡの間の遷移点の測定について、サンプル中のＤＮＡの正確な濃度を知る必要性は全くない。なぜならば、形成された金属ナノ構造体のスペクトル特性が、その遷移点に��いて、劇的に変化することが明瞭に認識されるからであり、高濃度で存在する銀なども、広範囲の濃度におけるＤＮＡの遷移点の検出にとって障害とはなることはない。他方、単一の点おけるＤＮＡのコンフォメーションを測定することを試みる場合、ＤＮＡの濃度が未知である場合はその観察されたスペクトルの解釈については特別の注意が必要である。銀を用いる場合、５００ｎｍでのピークは、コンパクトなＤＮＡの存在について明確に指し示すものの、コンパクトなＤＮＡの状態とその状態で共存しているもの（例えば、過剰量で存在するナノ粒子）とを完全に区別することは困難である。既知の凝縮剤の一部を溶液および金属化のために用いてコントロール実験を行うと、ＤＮＡが完全にコンパクト状態になっているか（スペクトル変化なし）どうかがが分かる（４００ｎｍを観察する）。貴金属は、種々の配位子と錯体形成することが知られているが、ＤＮＡのコンフォメーションの変化とＵＶスペクトルの変化の関係が保たれつつ、溶液中における組成は広い範囲で変化し得る。しかし、塩を含まない溶液または塩が低濃度（約１０−３Ｍまでの濃度）で存在する場合には、貴金属の添加は、ＤＮＡの剛直性に対して有意な影響を与え得、そして、その静電的特性についても影響を与える。その結果、紫外スペクトルにおける変化は、その実際の遷移濃度に対して成果に対応し得ない。【０１２５】
（結論）
本発明は、還元したときに、長いＤＮＡ鎖上に貴金属が析出する様式が、ＤＮＡ鎖のコンフォメーションに依存しており、非常に感度が高い。貴金属のナノ構造体の差異および傑出した光学特性によって、比色的方法、分光学的方法、および肉眼による、非常に希薄である溶液での生体高分子のコンフォメーション変化をモニタリングするための種々の手段が提供される。本願発明の金属被覆処理は、比色的ハイスループットの方法を利用して、いずれの十分に長い巨大分子のコンフォメーション状態を検出すること、およびＤＮＡコンパクションおよびタンパク質のフォールディングのような重要なコンフォメーション変化を検出することに関して有用である。ポリマーコンフォメーションについての本発明の高速でかつ簡便な検出方法は、ＤＮＡまたはタンパク質のコンフォメーションの調節に関与する化合物の巨大ライブラリーの分析のための有望なツールである。さらに、金属析出に関する本発明はまた、コンパクトな生体高分子鎖の形状および大きさに対して感受性が高く、ミクロン以下の分解能でコンパクトなＤＮＡ、ＲＮＡまたはタンパク質の構造の非対称性を調べるのに有用である。【０１２６】
（実施例：医療・診断剤における利用）
本実施例では、本発明の複合体を利用して疾患の診断をすることができることを実証する。【０１２７】
ミトコンドリアの形態以上により起こる疾病（ミトコンドリア脳筋症）の場合の迅速な判定。【０１２８】
通常、細胞組織を物理的に破砕するか、酵素的に壊死させたのち、密度勾配遠心分離による細胞分画で、ミトコンドリアを収集する（定法）。その後、一般的には電子顕微鏡による形態の確認を必要とするが、本手法を用いると、電子顕微鏡を使用することなく、溶液中で金属化させて形態の変化が確認できる。迅速な判定キットとしての応用が可能である。【０１２９】
（実施例：ＬＥＤにおける利用）
本実施例では、本発明の複合体を利用してＬＥＤの色調を変更することができることを実証する。【０１３０】
ドーパンの種類に応じて色調が変化するとされている。本発明では、金属化する金属を変えることで色調が変化するのは勿論であるが、中心部と外縁部の抵抗が異なるナノロッドやナノリング等形を制御して混入することができる。このため、形の違いによって電極内の不均一な通電状態が創り出され、既存の素材とは異なるギャップのプロファイルによる色調の変化が起こる。（ロッド状とリング状では異なる色調になる）
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
本願発明を利用することにより、次のような利点：（１）液中に浮かべた（もしくは懸濁した）まま、メタリゼーションができる。；（２）電子顕微鏡像から、表面がこれまでのコーティングより滑らかであることが確認された。具体的には、電子顕微鏡像を画像解析した際に数十ピクセル（代表的には、１０〜２０ピクセル）（数ｎｍに相当）の凹凸しか見られない程度の滑らかさである。従来の金属化は、数百ピクセル程度の滑らかさが認められる程度であるので、本願発明は、表面における凹凸が約１／１０となるまで改善した。；（３）荷電高分子を鋳型に使うため、単純な線状構造だけでなく、リングやパーリングチェーンなどの複雑な構造のメタリゼーションができる；（４）単一の鋳型（荷電高分子の分子量を合わせる）を用いれば、均一性が保たれる；（５）液中で作製するので、遠心分離等で回収や濃縮が簡単にできる；（６）生じる散乱光によって、マイクロ〜ナノ構造体の形が目視できる、などがあり、これらを利用した種々の用途に関連する産業において本発明を利用することができる。（７）本願発明によって、荷電高分子において、2状態ではなく、さらに複雑な形態を意図的に創り出すこと可能となった。従来においては、分子が持つエネルギーの基底状態を２状態しか創り出すことができませんでしたが、現在は、他の状態でも安定化するような本願発明においける溶液組成を開発した。【０１３２】
たとえば、医薬の分野においては、生体中の高分子の立体構造変化がその素因に関連するような疾患を診断するキットなどの医療用途が想定され、そして生化学分野においては、研究用キットとして利用することができる。本発明は、繊維産業などにおいて、本発明の複合体が呈する構造色を有する繊維などの工業用素材として利用することができる。また本発明は、化粧品産業においては、化粧品における発色調整を図るために添加剤として利用することができる。本発明はさらに、半導体製造技術における材料（例えば、半導体に対するドーピング処理で利用するドーパント）としての利用が可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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