(57)【要約】本発明は、少なくとも１種のラマン色素および特異的結合要素が結合した粒子を含んでなる試薬、ならびに当該試薬の使用法を含む。本発明は、特異的結合要素および２種以上の異なるラマン色素の試薬、ならびに当該試薬の使用法も含む。特異的結合要素が結合した、新しい種類の粒子プローブについて記載する。これらの試薬は新規な検出戦略において使用されるが、この戦略では、マイクロアレイ方式において標的およびその下にあるチップによって捕捉された色素標識粒子の、表面増強ラマン散乱（ＳＥＲＳ）プロモーターとして作用しうる銀コーティングを作製するために、Ａｕナノ粒子の触媒的性質を利用する。この戦略によって、スキャナによるグレー・スケールの検出の感度が上昇し、選択性が向上するだけでなく、検出における分光分析のフィンガープリントとしてラマン標識を使用するという概念に基づき非常に多数のプローブを設計することが可能であるため、多重化能力および限定能力を得る手段がもたらされる。これらのスペクトルをフィンガープリントとして使用して、１つの溶液中のオリゴヌクレオチドまたは他の標的を区別する。この方法を使用して、６種のラマン標識ナノ粒子プローブを用いて６種の非類似ＤＮＡ標的を識別可能であり、一塩基多型（ＳＮＰ）を有する２つのＲＮＡ標的も識別可能であった。【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのラマン標識および特異的結合要素が結合した粒子からなり、該ラマン標識を活性化してＳＥＲＳ効果を生じさせることが可能である試薬。
【請求項２】
前記粒子が２つ以上の異なるラマン標識を有する、請求項１に記載の試薬。
【請求項３】
前記特異的結合要素がＤＮＡ、ＲＮＡ、ポリペプチド、抗体、抗原、炭水化物、タンパク質、ペプチド、アミノ酸、炭水化物、ホルモン、ステロイド、ビタミン、薬剤、ウイルス、多糖、脂質、リポ多糖、糖タンパク質、リポタンパク質、核タンパク質、オリゴヌクレオチド、抗体、免疫グロブリン、アルブミン、ヘモグロビン、凝固因子、ペプチドホルモンおよびタンパク質ホルモン、非ペプチドホルモン、インターロイキン、インターフェロン、サイトカイン、腫瘍特異的エピトープからなるペプチド、細胞、細胞表面分子、微生物、微生物の断片、一部分、成分または生成物、小有機分子、核酸およびオリゴヌクレオチド、任意の前記物質の代謝産物または任意の前記物質に対する抗体である、請求項１に記載の試薬。
【請求項４】
核酸およびオリゴヌクレオチドが、遺伝子、ウイルスＲＮＡおよびウイルスＤＮＡ、細菌ＤＮＡ、真菌ＤＮＡ、哺乳動物ＤＮＡ、ｃＤＮＡ、ｍＲＮＡ、ＲＮＡ断片およびＤＮＡ断片、オリゴヌクレオチド、合成オリゴヌクレオチド、修飾オリゴヌクレオチド、一本鎖および二本鎖核酸、天然および合成核酸からなる、請求項３に記載の試薬。
【請求項５】
前記粒子が金、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｇ／Ａｕ、Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｕ／Ａｕコア・シェル粒子および合金粒子である、請求項１に記載の試薬。
【請求項６】
前記粒子がナノ粒子である、請求項１に記載の試薬。
【請求項７】
前記粒子が金属ナノ粒子である、請求項１に記載の試薬。
【請求項８】
前記粒子が金ナノ粒子である、請求項１に記載の試薬。
【請求項９】
前記ラマン標識が前記粒子に直接結合している、請求項１に記載の試薬。
【請求項１０】
前記ラマン標識が前記粒子に間接的に結合している、請求項９に記載の試薬。
【請求項１１】
少なくともいくつかの前記ラマン標識が、前記特異的結合対要素に結合している、請求項１に記載の試薬。
【請求項１２】
前記結合体が前記粒子に共有結合している、請求項１１に記載の試薬。
【請求項１３】
前記特異的結合対要素が、官能基によって前記粒子に共有結合している、請求項１に記載の試薬。
【請求項１４】
前記ラマン標識が染色物質によって活性化される、請求項１に記載の試薬。
【請求項１５】
前記染色物質が銀、金または銅染色物質からなる、請求項１に記載の試薬。
【請求項１６】
２つ以上の異なるラマン標識が結合した特異的結合要素からなる試薬。
【請求項１７】
前記特異的結合要素が、抗原と抗体の特異的結合対、ビオチンとアビジンの結合対、炭
水化物とレクチンの結合対、相補的ヌクレオチド配列、相補的ペプチド配列、エフェクター分子と受容体分子、酵素補因子と酵素、および酵素阻害剤と酵素からなる群から選択される特異的結合対の要素からなる、請求項１６に記載の試薬。
【請求項１８】
前記特異的結合要素がＤＮＡ、ＲＮＡ、ポリペプチド、抗体、抗原、炭水化物、タンパク質、ペプチド、アミノ酸、炭水化物、ホルモン、ステロイド、ビタミン、薬剤、ウイルス、多糖、脂質、リポ多糖、糖タンパク質、リポタンパク質、核タンパク質、オリゴヌクレオチド、抗体、免疫グロブリン、アルブミン、ヘモグロビン、凝固因子、ペプチドホルモンおよびタンパク質ホルモン、非ペプチドホルモン、インターロイキン、インターフェロン、サイトカイン、腫瘍特異的エピトープからなるペプチド、細胞、細胞表面分子、微生物、微生物の断片、一部分、成分または生成物、小有機分子、核酸およびオリゴヌクレオチド、任意の前記物質の代謝産物または任意の前記物質に対する抗体である、請求項１６に記載の試薬。
【請求項１９】
核酸およびオリゴヌクレオチドが、遺伝子、ウイルスＲＮＡおよびウイルスＤＮＡ、細菌ＤＮＡ、真菌ＤＮＡ、哺乳動物ＤＮＡ、ｃＤＮＡ、ｍＲＮＡ、ＲＮＡ断片およびＤＮＡ断片、オリゴヌクレオチド、合成オリゴヌクレオチド、修飾オリゴヌクレオチド、一本鎖および二本鎖核酸、天然および合成核酸からなる、請求項１８に記載の試薬。
【請求項２０】
前記特異的結合要素が、ＤＮＡ、ＲＮＡ、抗体、抗原、ポリペプチド、または炭水化物である、請求項１６に記載の試薬。
【請求項２１】
（ａ）請求項１に記載の試薬と分析物質との複合体を形成する工程と、
（ｂ）該複合体を支持体に結合させる工程と、
（ｃ）該支持体上の該複合体を染色して、前記ラマン標識のＳＥＲＳ効果を活性化する工程と、
（ｄ）該ＳＥＲＳ効果を測定する工程と
からなる分析物質を検出するための方法。
【請求項２２】
前記複合体が、１つまたは複数の特異的結合物質によって前記支持体に結合される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
（ａ）分析物質を支持体に結合させる工程と、
（ｂ）請求項１に記載の試薬と該支持体上の分析物質とを複合体形成させる工程と、
（ｃ）該支持体上の該複合体を染色して、ラマン標識のＳＥＲＳ効果を活性化する工程と、
（ｄ）該ＳＥＲＳ効果を測定する工程と
からなる分析物質を検出するための方法。
【請求項２４】
前記試薬を、１つまたは複数の特異的結合物質によって、前記支持体上の前記分析物質に間接的に結合させる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記標的分析物質が、抗体、抗原、ハプテン、受容体、リガンド、タンパク質、ペプチド、ポリペプチド、核酸、膜または膜分画、脂質、膜‐タンパク質複合体、炭水化物、ウイルス、細胞またはマクロ分子もしくは分子複合体からなる、請求項２１または２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記特異的結合要素が、抗体、抗原、受容体、リガンド、タンパク質、ポリペプチド、小分子または核酸からなる、請求項２１または２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記特異的結合要素が、抗原と抗体の特異的結合対、ビオチンとアビジンの結合対、炭水化物とレクチンの結合対、相補的ヌクレオチド配列、相補的ペプチド配列、エフェクター分子と受容体分子、酵素補因子と酵素、および酵素阻害剤と酵素からなる群から選択される特異的結合対の要素からなる、請求項２１または２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記特異的結合要素がＤＮＡ、ＲＮＡ、ポリペプチド、抗体、抗原、炭水化物、タンパク質、ペプチド、アミノ酸、炭水化物、ホルモン、ステロイド、ビタミン、薬剤、ウイルス、多糖、脂質、リポ多糖、糖タンパク質、リポタンパク質、核タンパク質、オリゴヌクレオチド、抗体、免疫グロブリン、アルブミン、ヘモグロビン、凝固因子、ペプチドホルモンおよびタンパク質ホルモン、非ペプチドホルモン、インターロイキン、インターフェロン、サイトカイン、腫瘍特異的エピトープからなるペプチド、細胞、細胞表面分子、微生物、微生物の断片、一部分、成分または生成物、小有機分子、核酸およびオリゴヌクレオチド、任意の前記物質の代謝産物または任意の前記物質に対する抗体である、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
核酸およびオリゴヌクレオチドが、遺伝子、ウイルスＲＮＡおよびウイルスＤＮＡ、細菌ＤＮＡ、真菌ＤＮＡ、哺乳動物ＤＮＡ、ｃＤＮＡ、ｍＲＮＡ、ＲＮＡ断片およびＤＮＡ断片、オリゴヌクレオチド、合成オリゴヌクレオチド、修飾オリゴヌクレオチド、一本鎖および二本鎖核酸、天然および合成核酸からなる、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
多数の種類の標的分析物質の検出を可能とするために、前記支持体に複数の異なる第１の特異的結合要素がアレイ状に結合している、請求項２１または２３に記載の方法。
【請求項３１】
前記支持体が、スライドグラス、マイクロプレート・ウエル、ビーズ、ポリマー製の膜、または光ファイバーからなる、請求項２１または２３に記載の方法。
【請求項３２】
サンプル中の、少なくとも２つの結合部位を有する１つまたは複数の標的分析物質の有無を検出するための方法であって、
該標的分析物質を支持体上に固定するための、１種類または複数種類の第１の特異的結合要素が結合した支持体を提供する工程と、
１種類または複数種類の粒子を提供する工程であって、それぞれの種類の粒子に（ａ）１つまたは複数のラマン標識、および（ｂ）特異的標的分析物質に結合するための第２の特異的結合要素が結合しており、（ｉ）それぞれの種類の粒子に結合した該ラマン活性標識が異なっていて特異的標的分析物質の識別子としての役割を果たし、かつ（ｉｉ）それぞれの種類の粒子に結合した第２の特異的結合要素が異なっていて特異的標的分析物質を標的としていることを特徴とする工程と、
サンプル中に１つまたは複数の標的分析物質の存在する場合に粒子と複合体形成した試験支持体が形成されるように、粒子、サンプル、および支持体を、標的分析物質と第１および第２の特異的結合要素との間の特異的結合相互作用に有効な条件下で接触させる工程と、
該試験支持体と染色物質を接触させて、表面増強ラマン散乱（ＳＥＲＳ）を発生可能な表面を有する検出用支持体を生成させる工程と、
ＳＥＲＳスペクトルを得て分析することによって、サンプル中の１つまたは複数の標的分析物質の存在の指標として、前記検出用支持体上の前記粒子複合体の存在を判定する工程と
からなる方法。
【請求項３３】
多数の種類の標的分析物質の検出を可能とするために、前記支持体に複数の異なる第１の特異的結合要素がアレイ状に結合している、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記支持体が、スライドグラス、マイクロプレート・ウエル、ビーズ、ポリマー製の膜、または光ファイバーからなる、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
前記ラマン標識の少なくとも一部分が、前記特異的結合要素に結合している、請求項３２に記載の方法。
【請求項３６】
前記ラマン標識がオリゴヌクレオチドに結合している、請求項３２に記載の方法。
【請求項３７】
前記オリゴヌクレオチドが、ポリアデノシンまたはポリチミジンである、請求項３３に記載の方法。
【請求項３８】
前記オリゴヌクレオチドが、いかなる標的核酸とも相補的ではない、請求項３２に記載の方法。
【請求項３９】
前記粒子がナノ粒子である、請求項３２に記載の方法。
【請求項４０】
前記粒子が金属ナノ粒子である、請求項３２に記載の方法。
【請求項４１】
前記ラマン標識が前記特異的結合対要素に結合している、請求項３２に記載の方法。
【請求項４２】
前記結合体が前記粒子と共有結合している、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記特異的結合要素がＤＮＡ、ＲＮＡ、ポリペプチド、抗体、抗原、炭水化物、タンパク質、ペプチド、アミノ酸、炭水化物、ホルモン、ステロイド、ビタミン、薬剤、ウイルス、多糖、脂質、リポ多糖、糖タンパク質、リポタンパク質、核タンパク質、オリゴヌクレオチド、抗体、免疫グロブリン、アルブミン、ヘモグロビン、凝固因子、ペプチドホルモンおよびタンパク質ホルモン、非ペプチドホルモン、インターロイキン、インターフェロン、サイトカイン、腫瘍特異的エピトープからなるペプチド、細胞、細胞表面分子、微生物、微生物の断片、一部分、成分または生成物、小有機分子、核酸およびオリゴヌクレオチド、任意の前記物質の代謝産物または任意の前記物質に対する抗体である、請求項３２に記載の方法。
【請求項４４】
核酸およびオリゴヌクレオチドが、遺伝子、ウイルスＲＮＡおよびウイルスＤＮＡ、細菌ＤＮＡ、真菌ＤＮＡ、哺乳動物ＤＮＡ（例えばヒトＤＮＡ）、ｃＤＮＡ、ｍＲＮＡ、ＲＮＡ断片およびＤＮＡ断片、オリゴヌクレオチド、合成オリゴヌクレオチド、修飾オリゴヌクレオチド、一本鎖および二本鎖核酸、天然および合成核酸からなる、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記特異的結合要素が、抗原と抗体の特異的結合対、ビオチンとアビジンの結合対、炭水化物とレクチンの結合対、相補的ヌクレオチド配列、相補的ペプチド配列、エフェクター分子と受容体分子、酵素補因子と酵素、および酵素阻害剤と酵素からなる群から選択される特異的結合対の要素からなる、請求項３２に記載の試薬。
【請求項４６】
サンプル中の、配列が少なくとも２つの部分を有する１つまたは複数の標的核酸の有無を検出するための方法であって、
特異的核酸標的の第１の部分と相補的な配列を有するオリゴヌクレオチドが結合した支持体を提供する工程と、
１種類または複数種類の粒子を提供する工程であって、それぞれの種類の粒子にはオリゴヌクレオチドおよび少なくとも１以上のラマン活性標識が結合しており、（ｉ）それぞれの種類の粒子に結合したオリゴヌクレオチドのうち少なくともいくつかが、特異的標的
核酸の配列の第２の部分と相補的な配列を有し、かつ（ｉｉ）それぞれの種類の粒子に結合したラマン標識が異なっていて特異的標的核酸の識別子としての役割を果たし、前記ラマン標識が少なくとも１つのラマン標識からなることを特徴とする工程と、
１つまたは複数の標的核酸が前記サンプル中に存在する場合に１つまたは複数の粒子複合体が結合した試験支持体が形成されるように、粒子、支持体、およびサンプルを、支持体に結合したオリゴヌクレオチドと核酸の第１の部分のハイブリダイゼーション、および粒子に結合したオリゴヌクレオチドと核酸の第２の部分のハイブリダイゼーションに有効な条件下で接触させる工程と、
該試験支持体と染色物質を接触させて、表面増強ラマン散乱（ＳＥＲＳ）を発生可能な表面を有する検出用支持体を生成させる工程と、
ＳＥＲＳスペクトルを得て分析することによって、サンプル中の１つまたは複数の標的核酸の存在の指標として前記検出用支持体上の前記粒子複合体の存在を判定する工程と
からなる方法。
【請求項４７】
前記ラマン標識が、前記オリゴヌクレオチドの少なくとも一部分に結合している、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
多数の種類の標的分析物質の検出を可能にするために、前記支持体に複数の異なる第１の特異的結合要素がアレイ状に結合している、請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
前記支持体が、スライドグラス、マイクロプレート・ウエル、ビーズ、ポリマー製の膜、または光ファイバーからなる、請求項４６に記載の方法。
【請求項５０】
前記ラマン標識の少なくとも一部分が、前記特異的結合対要素に結合している、請求項４６に記載の方法。
【請求項５１】
前記ラマン標識がオリゴヌクレオチドに結合している、請求項４６に記載の方法。
【請求項５２】
前記オリゴヌクレオチドが、ポリアデノシンまたはポリチミジンである、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記オリゴヌクレオチドが、いかなる標的核酸とも相補的ではない、請求項５１に記載の方法。
【請求項５４】
前記粒子がナノ粒子である、請求項４６に記載の試薬。
【請求項５５】
前記粒子が金属ナノ粒子である、請求項４６に記載の試薬。
【請求項５６】
前記ラマン標識が前記特異的結合対要素に結合している、請求項４６に記載の試薬。
【請求項５７】
前記結合体が前記粒子と共有結合している、請求項Ｘに記載の試薬。
【請求項５８】
サンプル中の、配列が少なくとも２つの部分を有する１つまたは複数の標的核酸の有無を検出するための方法であって、
該核酸の第１の部分と相補的な配列を有するオリゴヌクレオチドが結合した支持体を提供する工程と、
それぞれオリゴヌクレオチドが結合しており、かつ該オリゴヌクレオチドの一部分と結合したラマン活性標識をそれぞれ含んでなる１種類または複数種類の粒子を提供する工程であって、（ｉ）該粒子に結合したオリゴヌクレオチドのうち少なくともいくつかが該核酸の第２の部分と相補的な配列を有し、かつ（ｉｉ）それぞれの種類の粒子と結合したラ
マン標識が特異的標的核酸の識別子としての役割を果たし、前記ラマン標識が、ラマン散乱を誘導可能な放射線により照射されると検出可能または測定可能なラマン散乱シグナルを生じる少なくとも１つのラマン標識からなることを特徴とする工程と、
前記標的核酸が前記サンプル中に存在する場合に粒子複合体が結合した試験支持体が形成されるように、粒子、支持体、およびサンプルを、支持体に結合したオリゴヌクレオチドと核酸の第１の部分のハイブリダイゼーション、および粒子に結合したオリゴヌクレオチドと核酸の第２の部分のハイブリダイゼーションに有効な条件下で接触させる工程と、
該試験支持体と染色物質を接触させて、表面増強ラマン散乱（ＳＥＲＳ）を発生可能な表面を有する検出用支持体を生成させる工程と、
ＳＥＲＳスペクトルを得て分析することによって、該サンプル中の該標的核酸の存在の指標として、前記検出用支持体上の前記粒子複合体の存在を判定する工程と
からなる方法。
【請求項５９】
前記ラマン標識が、前記オリゴヌクレオチドの少なくとも一部分と結合している、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
多数の種類の標的核酸または標的核酸の一部分の検出を可能にするために、該支持体に複数の異なるオリゴヌクレオチドがアレイ状に結合している、請求項５８に記載の方法。
【請求項６１】
前記支持体が、スライドグラス、マイクロプレート・ウエル、ビーズ、ポリマー製の膜、または光ファイバーからなる、請求項５８に記載の方法。
【請求項６２】
前記粒子がナノ粒子である、請求項５８に記載の方法。
【請求項６３】
前記粒子が金属ナノ粒子である、請求項５８に記載の方法。
【請求項６４】
前記粒子が金ナノ粒子である、請求項６３に記載の方法。
【請求項６５】
１つまたは複数の分子をスクリーニングして、該分子が１つまたは複数の特定の受容体のリガンドであるかどうか、該分子がサンプル中に存在するかどうかを判定するための方法であって、
１つまたは複数の特定の受容体が結合した支持体を提供する工程と、
１種類または複数種類の結合体を提供する工程であって、該結合体が、粒子、該粒子に結合したオリゴヌクレオチド、該オリゴヌクレオチドの一部分に結合したラマン活性標識、および特定の種類の結合体のオリゴヌクレオチドの一部分と結合した前記サンプル由来の分子からなり、前記ラマン活性標識が、ラマン散乱を誘導可能な放射線により照射されると検出可能または測定可能なラマン散乱シグナルを生じる少なくとも１つのラマン活性分子からなることを特徴とする工程と、
該分子が特定の受容体のリガンドである場合に粒子と複合体形成した試験支持体が形成されるように、粒子、サンプル、および支持体を、粒子に結合した分子と支持体に結合した特定の受容体との間の特異的結合相互作用に有効な条件下で接触させる工程と、
該試験支持体と染色物質を接触させて、表面増強ラマン散乱（ＳＥＲＳ）を発生可能な表面を有する検出用支持体を生成させる工程と、
ＳＥＲＳスペクトルを得て分析することによって、特定の受容体に対するリガンドの確証として、前記検出用支持体上の前記粒子複合体の存在を判定する工程と
からなる方法。
【請求項６６】
多数の種類の分子の検出を可能にするために、該支持体に複数の異なる受容体がアレイ状に結合している、請求項６５に記載の方法。
【請求項６７】
前記支持体が、スライドグラス、マイクロプレート・ウエル、ビーズ、ポリマー製の膜、または光ファイバーからなる、請求項６５に記載の方法。
【請求項６８】
前記粒子がナノ粒子である、請求項６５に記載の方法。
【請求項６９】
前記粒子が金属ナノ粒子である、請求項６５に記載の方法。
【請求項７０】
前記粒子が金ナノ粒子である、請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
１つまたは複数の分子をスクリーニングして、該分子が１つまたは複数の特定の受容体のリガンドであるかどうか、該分子がサンプル中に存在するかどうかを判定するための方法であって、
１つまたは複数の特定の受容体が結合した支持体を提供する工程と、
特異的結合対の第１の要素で修飾した分子を提供する工程と、
１種類または複数種類の結合体を提供する工程であって、該結合体が、粒子、該粒子に結合した１つまたは複数のラマン活性標識、および該粒子に結合した特異的結合対の第２の要素からなり、前記ラマン活性標識が、ラマン散乱を誘導可能な放射線により照射されると検出可能または測定可能なラマン散乱シグナルを生じる少なくとも１つのラマン活性分子からなることを特徴とする工程と、
該分子が特定の受容体のリガンドである場合に粒子と複合体形成した試験支持体が形成されるように、粒子、サンプル、および支持体を、分子と支持体に結合した特定の受容体との間、特異的結合対の第１の要素と第２の要素との間の特異的結合相互作用に有効な条件下で接触させる工程と、
該試験支持体と染色物質を接触させて、表面増強ラマン散乱（ＳＥＲＳ）を発生可能な表面を有する検出用支持体を生成させる工程と、
ＳＥＲＳスペクトルを得て分析することによって、特定の受容体のリガンドの確証として、前記検出用支持体上の前記粒子複合体の存在を判定する工程と
からなる方法。
【請求項７２】
多数の種類の分子の検出を可能にするために、該支持体に複数の異なる受容体がアレイ状に結合している、請求項７０に記載の方法。
【請求項７３】
前記支持体が、スライドグラス、マイクロプレート・ウエル、ビーズ、ポリマー製の膜、または光ファイバーからなる、請求項７０に記載の方法。
【請求項７４】
前記粒子が金、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ａｇ／Ａｕ、Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｕ／Ａｕコア・シェル粒子および合金粒子である、請求項７０に記載の方法。
【請求項７５】
前記粒子がナノ粒子である、請求項７０に記載の方法。
【請求項７６】
前記粒子が金属ナノ粒子である、請求項７０に記載の方法。
【請求項７７】
前記粒子が金ナノ粒子である、請求項７５に記載の方法。
【請求項７８】
前記ラマン標識が前記粒子に直接結合している、請求項７０に記載の方法。
【請求項７９】
前記ラマン標識が前記粒子に間接的に結合している、請求項７０に記載の方法。
【請求項８０】
前記ラマン標識が染色物質によって活性化される、請求項７０に記載の方法。
【請求項８１】
前記染色物質が銀、金または銅染色物質を含んでなる、請求項８０に記載の方法。
【請求項８２】
１つの容器に入った請求項１に記載の試薬、および別の容器に入ったラマン増強用染色物質からなる、試験用キット。
【請求項８３】
１つの容器に入った請求項１に記載の試薬、および別の容器に入った銀、金または銅染色ラマン増強剤からなる、試験用キット。
【請求項８４】
１つの容器に入った請求項１６に記載の試薬、および別の容器に入ったラマン増強用染色物質からなる、試験用キット。
【請求項８５】
１つの容器に入った請求項１６に記載の試薬、および別の容器に入った銀、金または銅染色ラマン増強剤からなる、試験用キット。
【請求項８６】
光ファイバー束を備えてなる光ファイバー製検出装置であって、該光ファイバー束の終端は光ファイバーの端部となっており、複数の光ファイバーの端部に請求項１に記載の試薬が配置されていることを特徴とする検出装置。
【請求項８７】
光ファイバーの端部の２つ以上の請求項１に記載の試薬が、異なる特異的結合要素および異なるラマン標識を有する、請求項８６に記載の光ファイバー製検出装置。
【請求項８８】
光ファイバー束を備えてなる光ファイバー製検出装置であって、該光ファイバー束の終端は光ファイバーの端部となっており、複数の光ファイバーの端部に請求項１６に記載の試薬が配置されていることを特徴とする検出装置。
【請求項８９】
光ファイバーの端部の２つ以上の請求項１６に記載の試薬が、異なる特異的結合要素および異なるラマン標識を有する、請求項８６に記載の光ファイバー製検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＥＲＳ系検出法、光学装置、ならびに特異的結合要素およびラマン標識で官能化された粒子または担体またはラマン色素担体を含んでなる検出用プローブに関する。
【背景技術】
【０００２】
（相互参照文献）
本出願は、２００２年５月７日に出願された米国仮出願第６０／３７８，５３８号（ケース番号０２−３３８）、および２００２年５月２８日に出願された同第６０／３８３，６３０号（ケース番号０２−３３８−Ａ）に基づく優先権の特典を主張する、２００２年６月１４日に出願された米国特許出願第１０／１７２，４２８号の一部継続出願であり、これらはいずれもその全容を本願明細書に援用する。本出願中に記載の研究は、米空軍科学調査部（Air Force Office of Scientific Research ）、ＤＡＲＰＡ、およびＮＳＦの助成金により一部支援されている。したがって米国政府は、本発明に対して一部権利を有するものとする。
【０００３】
（発明の背景）
化学分子および生物分子に関する、高感度、高選択性の検出形式の開発は、過去１０年間でなされたゲノミクスおよびプロテオミクスの進展のあらゆる可能性を実現させるために、最も重要である（非特許文献１〜４を参照のこと）。高密度遺伝子チップによって、数千の遺伝子の発現レベルを同時に調べることが可能となっている。低密度チップによって、１サンプル中の多くの考えられる生物学的有害物質（バイオハザード）を実験室および臨床現場のいずれにおいても同定できる見込みが示されてきている。容認され使用されている主要な標識技術は、現在は分子蛍光マーカーに基づくものであるが、近年のナノ粒子技術の進展によって、従来の蛍光に基づく手法よりも感度および選択性が著しく高く、おそらくは一層簡単かつ多用途の読み取り用ハードウェアを備えたシステムが示されてきている（非特許文献５〜１７を参照のこと）。生物学的診断に関する研究のための次世代標識技術としてのナノ粒子に関する、精力的な議論がなされている。
【０００４】
最も感度および選択性の高いＤＮＡ検出形式の１つは、プローブとしてのオリゴヌクレオチド官能化ナノ粒子、シグナル増大のための粒子誘発型銀現像技法、および光学式読み取り用の平台スキャナを用いるものである（非特許文献８を参照のこと）。この「スキャナによるＤＮＡ検出」方式について現在示されている検出限界は１００ａＭであり、このシステムの有用性は、比較的短い合成鎖、ＰＣＲ産物、およびゲノムＤＮＡ標的を用いて実証されている（非特許文献１７および１８を参照のこと）。この手法の制約は、同手法が本質的にグレー・スケールに基づく１色のシステムであることである。すべてのＤＮＡ検出システムの柔軟性および適用性は、位置指定可能（addressable ）で個々に識別可能な標識情報を備えた複数の種類の標識を利用することから利点を得ている。蛍光の場合、他の研究者らにより、量子ドットを含めた多数の蛍光物質（フルオロフォア）を使用して、使用する蛍光物質の種類およびプローブ中のそれらのシグナル比によって変わる光学的特徴を備えたコード化構造物を作製可能であることが実証されている（非特許文献１１および１９を参照のこと）。これらの手法は、典型的にはμｍの大きさのプローブを使用し、したがって、適切なシグナル強度および均一性を有するコード化構造物を得ることが可能である。さらに分子状の蛍光物質の場合、スペクトル特性の重複および蛍光物質の光退色速度の不均一性（非特許文献１および１１を参照のこと）が原因で、この手法にはいくつかの潜在的な複雑さがある。
【０００５】
当分野では、さまざまな分析物質を検出するために表面増強ラマン分光法（ＳＥＲＳ）を使用することが報告されている。例えば、特許文献１は、ＳＥＲＳを使用するＤＮＡ塩基配列決定の方法および装置について述べている。特許文献２は、ＳＥＲＳを使用して分析物質全般を検出することについて述べている。特許文献３は、特異的結合分子に結合させたラマン標識の使用について述べている。特許文献４は、イムノアッセイにおけるＳＥＲＳの使用について述べている。特許文献５は、ＳＥＲＳの使用、核酸および核酸サブユニットの検出について述べている。特許文献６および特許文献７は、銀を使用してＳＥＲＳ活性を有する支持体を形成し、吸着分子のラマン散乱を増大させることについて述べている。
【特許文献１】米国特許第５，３０６，４０３号
【特許文献２】米国特許第５，２６６，４９８号
【特許文献３】米国特許第５，４４５，９７２号
【特許文献４】米国特許第５，３７６，５５６号
【特許文献５】米国特許第６，１２７，１２０号
【特許文献６】米国特許第６，２４２，２６４号
【特許文献７】米国特許第６，０２５，２０２号
【非特許文献１】ジー．ギブソン（G. Gibson ）、エス．ブイ．ミューズ（S.V. Muse ）、「ゲノム科学のプライマー（A Primer of Genome Science）」、米国マサチューセッツ州サンダーランド所在のシナウア・アソシエーツ・インコーポレイテッド（Sinauer Associates, Inc.）２００２年
【非特許文献２】エム．シェーナ（M. Schena ）、ディ．シャロン（D. Shalon ）、アール．ダブリュ．デービス（R.W. Davis）、ピィ．オー．ブラウン（P.O. Brown）、サイエンス誌（Science ）、１９９５年、第２７０巻、ｐ．４６７
【非特許文献３】エム．チー（M. Chee ）、アール．ヤン（R. Yang ）、イー．ハッベル（E. Hubbell）、エイ．ベルノ（A. Berno）、エックス．シー．ヒュアン（X.C. Huang）、ディ．スターン（D. Stern）、ジェイ．ウィンクラー（J. Winkler）、ディ．ジェイ．ロックハート（D.J. Lockhart ）、エム．エス．モリス（M.S. Morris ）、エス．ピィ．エイ．フォドー（S.P.A. Fodor）、サイエンス誌、１９９６年、第２７４巻、ｐ．６１０
【非特許文献４】エム．スナイダー（M. Snyder ）ら、サイエンス誌、２００１年、第２９３巻、ｐ．２１０１
【非特許文献５】アール．エルガニアン（R. Elghanian）、ジェイ．ジェイ．ストルホッフ（J.J. Storhoff ）、アール．シー．マキック（R.C. Mucic）、アール．エル．レスティンガー（R.L. Letsinger）、シー．エイ．ミルキン（C.A. Mirkin ）、サイエンス誌、１９９７年、第２７７巻、ｐ．１０７８
【非特許文献６】エム．ブルチェス  ジュニア（M. Bruchez Jr.）、エム．モロンネ（M. Moronne）、ピィ．ジン（P. Gin）、エス．ワイス（S. Weiss）、エイ．ピィ．アリビサトス（A.P. Alivisatos ）、サイエンス誌、１９９８年、第２８１巻、ｐ．２０１３
【非特許文献７】ダブリュ．シー．ダブリュ．チャン（W.C.W. Chan ）、エス．ニー（S. Nie）、サイエンス誌、１９９８年、第２８１巻、ｐ．２０１６
【非特許文献８】ティ．エイ．タトン（T.A. Taton）、シー．エイ．ミルキン（C.A. Mirkin ）、アール．エル．レスティンガー（R.L. Letsinger）、サイエンス誌、２０００年、第２８９巻、ｐ．１７５７
【非特許文献９】エス．ジェイ．パーク（S.J. Park ）、ティ．エイ．タトン（T.A. Taton）、シー．エイ．ミルキン（C.A. Mirkin ）、サイエンス誌、２００２年、第２９５巻、ｐ．１５０３
【非特許文献１０】エル．ヒー（L. He ）、エム．ディ．ミュシック（M.D. Musick ）、エス．アール．ナイスウォーナー（S.R. Nicewarner ）、エフ．ジー．サリナス（F.G. Salinas）、エス．ジェイ．ベンコヴィック（S.J. Benkovic ）、エム．ジェイ．ナタン（M.J. Natan）、シー．ディ．キーティング（C.D. Keating）、ジャーナル・オブ・ジ・アメリカン・ケミカル・ソサイエティ誌（J. Am. Chem. Soc. ）、２０００年、第１２２巻、ｐ．９０７１
【非特許文献１１】エム．ハン（M. Han）、エックス．ガオ（X. Gao）、ジェイ．ズィー．シュ（J.Z. Su ）、エス．ニー（S. Nie）、ネイチャーバイオテクノロジー誌（Nature Biotechnology）、２００１年、第１９巻、ｐ．６３１
【非特許文献１２】アイ．ウィルナー（I. Willner）、エフ．パトルスキー（F. Patolsky ）、ジェイ．ワッサーマン（J. Wasserman）、アンゲヴァンテ・ヒェミー・インターナショナル・エディション誌（Angew. Chem. Int. Ed. ）、２００１年、第４０巻、ｐ．２２６１
【非特許文献１３】エイチ．マットウシ（H. Mattoussi）、ジェイ．エム．マウロ（J.M. Mauro）、イー．アール．ゴールドマン（E.R. Goldman）、ジー．ピィ．アンダーソン（G.P. Anderson ）、ブイ．シー．サンダー（V.C. Sunder ）、エフ．ブイ．ミクレック（F.V. Mikulec）、エム．ジー．バウェンディ（M.G. Bawendi）、ジャーナル・オブ・ジ・アメリカン・ケミカル・ソサイエティ誌、２０００年、第１２２巻、ｐ．１２１４２
【非特許文献１４】エス．パサック（S. Pathak ）、エス．ケイ．チョイ（S.K. Choi ）、エヌ．アーンハイム（N. Arnhaim）、エム．イー．トンプソン（M.E. Thompson ）、ジャーナル・オブ・ジ・アメリカン・ケミカル・ソサイエティ誌、２００１年、第１２３巻、ｐ．４１０３
【非特許文献１５】エス．シュルツ（S. Schultz）、ディ．アール．スミス（D.R. Smith）、ジェイ．ジェイ．モック（J.J. Mock ）、ディ．エイ．シュルツ（D.A. Schultz）、プロシーディングス・オブ・ザ・ナショナル・アカデミー・オブ・サイエンス・ユー．エス．エイ．誌（Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. ）、２０００年、第９７巻、ｐ．９９６
【非特許文献１６】シー．エム．ニーマイア（C.M. Niemeyer ）、アンゲヴァンテ・ヒェミー・インターナショナル・エディション誌、２００１年、第４０巻、ｐ．４１２８
【非特許文献１７】ウェブサイト（www.nanosphere-inc.com. ）を参照のこと
【非特許文献１８】シー．エイ．ミルキン（C.A. Mirkin ）、米国カリフォルニア州サンディエゴにて開催のＡＡＣＣ会議、２００１年
【非特許文献１９】ディ．アール．ウォルト（D.R. Walt ）、サイエンス誌、２０００年、第２８７巻、ｐ．４５１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のＳＥＲＳ系検出法のいずれも、単一または多重サンドイッチ・ハイブリダイゼーションのアッセイ方式の使用については実証されていない。これは、部分的には、ＳＥＲＳ活性を有する安定な支持体を再現性よく作製し官能化するのが困難であること２３、および多重検出を可能にするための適切なプローブ設計戦略が欠如していることによる可能性がある。したがって、ＳＥＲＳ系検出アッセイ、特に単一または多重サンドイッチ・ハイブリダイゼーションのアッセイ形式で使用するためのプローブおよび方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、分析物質のＳＥＲＳ系アッセイで使用するための、ラマン標識を含む粒子と該粒子に結合した特異的結合要素とからなる新規な検出用試薬を提供する。標的分析物質、該分析物質用の捕捉プローブを含む支持体、および検出用試薬の存在下では、この試薬は有利なことに、結合パートナーである分析物質と複合または結合して、支持体と直接的または間接的に結合する複合体を形成する。したがって、支持体上の標識された複合体中のラマン標識を、染色、例えば銀、金または銅による増強処理によりＳＥＲＳ活性とし、レーザーで照射するとＳＥＲＳ効果が得られるようにすることが可能である。一般にこ
の複合体は、固体支持体上に捕捉され、銀処理によりＳＥＲＳ効果を生じる。あるいはこの複合体を、固体支持体である基材と直接的または間接的に結合済みの分析物質と、直接的または間接的に複合体形成させることが可能である。本発明では、ＳＥＲＳ効果は、その測定時間付近で生じる。この試薬は好都合なことに、多用途のための莫大な数の試薬に索引を付ける方法として、特定の特異的結合要素を備えた特定の粒子担体を識別する方法として粒子担体に結合した多数の異なるラマン色素を含むことが可能である。
【０００８】
本発明は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ポリペプチド、抗体、抗原、小分子などの特異的結合物質と結合したいくつかの異なるラマン色素の結合体を含む、検出用試薬も提供する。これは、試薬の索引ツールとしても働く。
【０００９】
本発明は、ＳＥＲＳ技術をナノ粒子アッセイ技法と共に使用して分析物質検出の並外れた感度および特異性をもたらし、とりわけ分析物質の多重判定を実施可能であるという点において、特に従来技術の方法と区別される。
【００１０】
本発明は、ＳＥＲＳ系検出法、光学装置、ならびに特異的結合要素およびラマン標識で官能化された粒子または担体またはラマン色素担体を含んでなる検出用プローブに関する。検出用プローブを表面増強ラマン散乱（ＳＥＲＳ）分光法と組み合わせて使用して、分析物質の多重検出を行うことが可能である。このことは図１に、ＤＮＡおよびＲＮＡ標的に関して例示されている。オリゴヌクレオチドは、凝集した粒子上でＳＥＲＳにより直接検出することが可能であるが２６、配列の異なるオリゴヌクレオチドでも構造が類似しているため、識別困難なスペクトルが生じる。したがって、オリゴヌクレオチド配列を識別するために、異なるオリゴヌクレオチドを標識するのに異なるラマン色素を使用しなければならない２０，２１。かつて、単一または多重サンドイッチ・ハイブリダイゼーションのアッセイ形式を可能にするＳＥＲＳ系検出法は実証されていない。部分的には、この顕著な技術上の欠如は、安定したＳＥＲＳ活性支持体を再現性良く作製し官能化する際の困難２３、および多重検出を可能にする適切なプローブの設計戦略の欠如に起因する。多重標識能力と結び付いた、高感度および高選択性の検出の利点を得るために、例えばＤＮＡ（またはＲＮＡ）の検出（図１）に使用可能であるが、タンパク質、ペプチド、薬剤、小分子などの他の特異的結合物質にも同様に適用可能な、新しい種類の粒子プローブが設計されている。検出用プローブは、ラマン色素で標識したオリゴヌクレオチドで官能化した金粒子を含んでなることが好ましい。しかしながら、任意の適切で様々な大きさ、形状および材料の粒子を使用することが可能である。ラマン標識を選択することによって指定可能な、ラマン分光のフィンガープリントは、ラマン分光をスキャン（走査）することによって、銀による増強処理の後に読み取ることが可能である（図１）。金または銅染色材料などの、他の増強物質を使用することも可能である。この戦略におけるＳＥＲＳ活性の支持体は検出事象の前に作製されるので、多大で再現性の良いラマン散乱の応答を得ることが可能である。
【００１１】
したがって、本発明の１実施形態では、検出用試薬またはプローブを提供する。この実施形態の１態様では、検出用試薬は、特異的結合要素とラマン標識とが結合した粒子を含んでなる。ラマン標識は、チオールなどの官能基、および官能基を有する連結基の使用を含めた任意の適切な方法で、直接的または間接的に粒子と結合することが可能である。あるいはラマン標識を特異的結合要素と結合させて、生成物全体を粒子と結合させることも可能である。ＳＥＲＳ検出サンドイッチ系アッセイで使用する場合、銀、金または銅などの増強染色物質で検出用試薬を処理して、照射時にＳＥＲＳ効果を与えることが可能である。
【００１２】
検出法において使用するとき、この試薬を、特異的結合要素と結合する分析物質と複合体形成させることが可能であり、生成した複合体を直接的または間接的に支持体上で捕捉
することが可能である。支持体上の複合体中のラマン標識を、銀、金または銅などの染色物質で処理して、レーザーによる照射時にＳＥＲＳ効果を活性化させる。代替例として、分析物質を固体支持体基材上に直接的または間接的に捕捉し、検出用試薬と直接的または間接的に反応させてから染色およびＳＥＲＳ測定を実施することも可能である。２種以上の異なるラマン標識を、多用途のために粒子上で使用することも可能である。
【００１３】
本発明のこの実施形態の他の態様では、２種以上の異なるラマン標識が結合した特異的結合物質を含んでなる検出用試薬を提供する。試薬粒子または特異的結合物質上で２種以上の異なるラマン標識を使用することによって、多用途のための莫大な数の異なる粒子および試薬に索引を付す方法が提供される。
【００１４】
本発明の他の実施形態では、これらの試薬を使用して分析物質を検出するための方法を提供する。
したがって、本発明のこの実施形態の１態様では、サンプル中の１つまたは複数の、少なくとも２つの結合部位を有する標的分析物質の有無を検出するための方法を提供する。この方法は：
支持体であって、標的分析物質を直接的または間接的に同支持体上に固定するための１種類または複数種類の第１の特異的結合相補物または捕捉プローブが結合した支持体を提供する工程と、
１種類または複数種類の検出用プローブを提供する工程であって、それぞれの種類の検出用プローブが（ａ）１つまたは複数のラマン活性標識、および（ｂ）特異的標的分析物質と直接的または間接的に結合するための第２の特異的結合相補物、が結合した粒子を含んでなり、（ｉ）それぞれの種類の粒子に結合したラマン活性標識が異なっていて特異的標的分析物質の識別子の役割を果たし、（ｉｉ）それぞれの種類の粒子と結合した第２の特異的結合相補物が異なっていて特異的標的分析物質を標的としており、かつ（ｉｉｉ）ラマン活性標識が、ラマン散乱を誘導可能な放射線を照射されると検出可能または測定可能なラマン散乱シグナルを生じる少なくとも１つのラマン活性分子を含んでなる、ことを特徴とする工程と、
サンプル中に１つまたは複数の標的分析物質が存在する場合に粒子と複合体形成した試験支持体が形成されるように、粒子、サンプル、および支持体を、標的分析物質と第１および第２の特異的結合相補物の間の特異的結合相互作用に有効な条件下で接触させる工程と、
該試験支持体と染色物質を接触させて、表面増強ラマン散乱（ＳＥＲＳ）を発生可能な表面を有する検出用支持体を生成させる工程と、
ＳＥＲＳスペクトルを得て分析することによって、サンプル中の１つまたは複数の標的分析物質の存在の指標として、前記検出用支持体上の前記粒子複合体の存在を判定する工程と
からなる。支持体と結合した第１の特異的結合相補物は、直接的または間接的に標的分析物質を支持体に固定する捕捉プローブである。この捕捉プローブを支持体上の個別領域に配置して、サンプル中の１以上の標的分析物質、または標的分析物質の複数の部分を検出可能とすることができる。さらに、検出用プローブを、標的分析物質と検出用プローブの間の特異的結合相互作用を可能にするのに有効な条件下で標的分析物質と最初に接触させてから、支持体上の捕捉プローブと接触させることが可能である。代替例として、標的分析物質を、捕捉プローブと分析物質の間の特異的結合相互作用を可能にするのに有効な条件下で支持体上の捕捉プローブと最初に接触させてから、検出用プローブと接触させることが可能である。あるいは検出用プローブ、標的分析物質および捕捉プローブを同時に接触させることも可能である。
【００１５】
この実施形態の他の態様では、サンプル中の、少なくとも２つの部分を有する配列の１つまたは複数の標的核酸の有無を検出するための方法を提供する。この方法は：
核酸の第１の部分と相補的な配列を有するオリゴヌクレオチドが結合した支持体を提供する工程と、
オリゴヌクレオチドが結合しており、かつ該オリゴヌクレオチドの一部分と結合したラマン活性標識を含んでなる１種類または複数種類の粒子を提供する工程であって、（ｉ）それぞれの種類の粒子と結合したオリゴヌクレオチドのうち少なくともいくつかが、特異的標的核酸の配列の第２の部分と相補的な配列を有し、かつ（ｉｉ）それぞれの種類の粒子と結合したラマン標識が異なっていて特異的標的核酸の識別子の役割を果たし、前記ラマン活性標識が、ラマン散乱を誘導可能な放射線を照射されると検出可能または測定可能なラマン散乱シグナルを生じる少なくとも１つのラマン活性分子を含んでなる、ことを特徴とする工程と、
１つまたは複数の標的核酸が前記サンプル中に存在する場合に１つまたは複数の粒子複合体が結合した試験支持体が形成されるように、粒子、支持体、およびサンプルを、支持体に結合したオリゴヌクレオチドと核酸の第１の部分とのハイブリダイゼーション、および粒子に結合したオリゴヌクレオチドと核酸の第２の部分とのハイブリダイゼーションに有効な条件下で接触させる工程と、
該試験支持体と染色物質を接触させて、表面増強ラマン散乱（ＳＥＲＳ）を発生可能な表面を有する検出用支持体を生成させる工程と、
ＳＥＲＳスペクトルを得て分析することによって、サンプル中の１つまたは複数の標的核酸の存在の指標として、前記検出用支持体上の前記粒子複合体の存在を判定する工程とからなる。
【００１６】
本発明のさらに別の実施形態では、サンプル中の、少なくとも２つの部分を有する配列の標的核酸の有無を検出するための方法を提供する。この方法は：
核酸の第１の部分と相補的な配列を有するオリゴヌクレオチドが結合した支持体を提供する工程と、
オリゴヌクレオチドが結合しており、かつ該オリゴヌクレオチドの一部分と結合したラマン活性標識を含んでなる粒子を提供する工程であって、（ｉ）該粒子に結合したオリゴヌクレオチドの少なくともいくつかが、核酸の第２の部分と相補的な配列を有し、かつ（ｉｉ）粒子と結合したラマン活性標識が標的核酸の識別子として働き、前記ラマン活性標識が、ラマン散乱を誘導可能な放射線を照射されると検出可能または測定可能なラマン散乱シグナルを生じる少なくとも１つのラマン活性分子を含んでなる、ことを特徴とする工程と、
前記標的核酸が前記サンプル中に存在する場合に粒子複合体が結合した試験支持体が形成されるように、粒子、支持体、およびサンプルを、支持体に結合したオリゴヌクレオチドと核酸の第１の部分とのハイブリダイゼーション、および粒子に結合したオリゴヌクレオチドと核酸の第２の部分とのハイブリダイゼーションに有効な条件下で接触させる工程と、
該試験支持体と染色物質を接触させて、表面増強ラマン散乱（ＳＥＲＳ）を発生可能な表面を有する検出用支持体を生成させる工程と、
ＳＥＲＳスペクトルを得て分析することによって、サンプル中の標的核酸の存在の指標として、前記検出用支持体上の前記粒子複合体の存在を判定する工程と
からなる。
【００１７】
本発明のさらに別の実施形態では、サンプル中の、少なくとも２つの部分を有する配列の核酸の一塩基多型の有無を検出する方法を提供する。この方法は：
核酸の第１の部分と相補的な配列を有するオリゴヌクレオチドが結合した支持体を提供する工程と、
オリゴヌクレオチドが結合しており、該オリゴヌクレオチドの一部分と結合したラマン活性標識を含んでなる１種類または複数種類の粒子を提供する工程であって、（ｉ）それぞれの種類の粒子に結合したオリゴヌクレオチドのうち少なくともいくつかが、核酸の配
列の第２の部分と相補的であると考えられる配列を有し、前記核酸の配列の第２の部分は、同核酸の野生型配列と比較すると１ヌクレオチドの置換を有する疑いがあることと、（ｉｉ）それぞれの種類の粒子に結合したラマン活性標識が異なっていて、１ヌクレオチドの置換を有する特異的配列の識別子としての役割を果たし、前記ラマン活性標識が、ラマン散乱を誘導可能な放射線を照射されると検出可能または測定可能なラマン散乱シグナルを生じる少なくとも１つのラマン活性分子を含んでなることと、を特徴とする工程と、
粒子、支持体、およびサンプルを、支持体に結合したオリゴヌクレオチドと核酸の第１の部分とのハイブリダイゼーション、および粒子に結合したオリゴヌクレオチドと核酸の第２の部分とのハイブリダイゼーションに有効な条件下で接触させて、１つまたは複数の粒子複合体が結合した試験支持体を形成する工程と、
厳密な（ストリンジェントな）洗浄を支持体に施して、非特異的に結合した全ての粒子、および核酸配列の第２の部分と相補的ではないオリゴヌクレオチドを有する全ての粒子複合体を十分に除去する工程と、
該試験支持体と染色物質を接触させて、表面増強ラマン散乱（ＳＥＲＳ）を発生可能な表面を有する検出用支持体を生成させる工程と、
ＳＥＲＳスペクトルを得て分析することによって、サンプル中の前記核酸の一塩基多型の存在の指標として前記検出用支持体上の粒子複合体の存在を判定する工程と
からなる。
【００１８】
標的として核酸を検出するための前述の方法では、核酸を最初に支持体と接触させることにより、核酸配列の第１の部分を支持体に結合した相補的オリゴヌクレオチドとハイブリダイズさせ、次いで支持体に結合した核酸を、ラマン標識を有しオリゴヌクレオチドが結合した粒子と接触させることにより、該粒子に結合したオリゴヌクレオチドのうち少なくともいくつかを支持体に結合した核酸の配列の第２の部分とハイブリダイズさせる。
【００１９】
あるいは、核酸を最初に、ラマン標識を有しオリゴヌクレオチドが結合した粒子と接触させることにより、粒子に結合したオリゴヌクレオチドのうち少なくともいくつかを核酸の配列の第２の部分とハイブリダイズさせ；次いで粒子に結合した核酸を支持体と接触させることにより、粒子に結合した核酸の配列の第１の部分を、支持体に結合した相補的オリゴヌクレオチドとハイブリダイズさせる。他の実施形態では、支持体は、１種類の核酸の複数部分の検出、複数の種類の核酸の検出、あるいはこの両方を可能にするために、複数の種類のオリゴヌクレオチドがアレイ状に（整列された状態で）結合している。別例として、核酸、検出用プローブ、および支持体に結合した捕捉オリゴヌクレオチドを同時に接触させることが可能である。
【００２０】
本発明の他の態様では、少なくとも２つ以上の異なるラマン活性標識を検出用プローブに使用する。２つ以上の種類のラマン標識の比は、同じであっても異なっていてもよい。
本発明のさらに別の実施形態では、検出用プローブまたは試薬を提供する。該試薬は、特定の標的分析物質に結合するための特異的結合相補物、およびそれと結合した少なくとも１種類のラマン活性標識を含んでなり、（ｉ）ラマン活性標識が、特異的標的分析物質の識別子としての役割を果たすことと、（ｉｉ）ラマン活性標識が、ラマン散乱を誘導可能な放射線を照射されると検出可能または測定可能なラマン散乱シグナルを生じる少なくとも１つのラマン活性分子を含んでなることとを特徴とする。本発明の他の実施形態では、検出用プローブは、粒子、特定の標的分析物質に結合するための特異的結合相補物、および少なくとも１種類のラマン活性標識を含んでなり、（ｉ）ラマン活性標識が、特異的標的分析物質の識別子としての役割を果たすことと、（ｉｉ）ラマン活性標識が、ラマン散乱を誘導可能な放射線を照射されると検出可能または測定可能なラマン散乱シグナルを生じる少なくとも１つのラマン活性分子を含んでなることとを特徴とする。ラマン標識は、粒子に直接結合させても間接的に結合させてもよい。別例として、ラマン標識を特定の標的分析物質と結合させることも可能であり、次いでその結合体を粒子に結合させる。
【００２１】
本発明のさらに別の実施形態では、検出用プローブは、（ａ）粒子、（ｂ）粒子に結合した、特定の標的分析物質に結合するための特異的結合相補物、（ｃ）少なくとも１種類のラマン活性標識であって、（ｉ）特異的標的分析物質の識別子としての役割を果たし、（ｉｉ）ラマン散乱を誘導可能な放射線を照射されると検出可能または測定可能なラマン散乱シグナルを生じる少なくとも１つのラマン活性分子を含んでなるラマン活性標識、および（ｄ）粒子に結合したオリゴヌクレオチドであって、ラマン標識の少なくともいくつかが、そのオリゴヌクレオチドの少なくとも一部分と結合していることを特徴とするオリゴヌクレオチド、を含んでなる。
【００２２】
本発明のこの実施形態の他の態様では、検出用試薬は、粒子、該粒子に結合したオリゴヌクレオチド、および該オリゴヌクレオチドの一部分に結合した少なくとも１種類のラマン標識を含んでなり、粒子に結合したオリゴヌクレオチドの少なくともいくつかが標的核酸の少なくとも一部分と相補的な配列を有する。
【００２３】
本発明の他の態様では、検出用試薬は、粒子と、該粒子に結合したオリゴヌクレオチドと、第１および第２の部分を有するオリゴヌクレオチド連結基と、少なくとも１種類のラマン標識が結合したオリゴヌクレオチドとを含んでなり、粒子に結合したオリゴヌクレオチドのうち少なくともいくつかがオリゴヌクレオチド連結基の第１の部分と相補的な配列を有し、ラマン活性標識が結合したオリゴヌクレオチドがオリゴヌクレオチド連結基の第２の部分と相補的な配列を有し、粒子に結合したオリゴヌクレオチドの少なくとも一部分が標的核酸と相補的な配列を有することを特徴とする。
【００２４】
本発明のさらに別の態様では、試薬は、粒子、該粒子に結合したオリゴヌクレオチド、第１および第２の部分を有するオリゴヌクレオチド連結基、少なくとも１種類のラマン標識が結合したオリゴヌクレオチド、および標的分析物質に特異的な結合相補物を有するオリゴヌクレオチドを含んでなり、粒子に結合したオリゴヌクレオチドのうち少なくともいくつかがオリゴヌクレオチド連結基の第１の部分と相補的な配列を有し、ラマン活性標識が結合したオリゴヌクレオチドがオリゴヌクレオチド連結基の第２の部分と相補的な配列を有し、特異的結合相補物が結合したオリゴヌクレオチドがオリゴヌクレオチド連結基の第２の部分と相補的な配列を有することを特徴とする。
【００２５】
本発明の他の実施形態では、サンプル中の１つまたは複数の標的分析物質を検出するためのキットを提供する。該キットは、例えば特異的結合要素を有し、少なくとも１つのラマン標識が結合した粒子を含んでなる試薬などの上記の検出用試薬と；染色用試薬と；捕捉用試薬を有する支持体とを１つの容器中に備える。代表的なキットは：
粒子と、該粒子に結合したオリゴヌクレオチドと、該オリゴヌクレオチドの少なくとも一部分に結合したラマン標識とを含んでなる１つまたは複数の種類の結合体であって、（ｉ）それぞれの種類の粒子に結合したオリゴヌクレオチドのうち少なくともいくつかが、特異的標的核酸の配列の第２の部分と相補的な配列を有し、かつ（ｉｉ）それぞれの種類の粒子に結合したラマン活性標識が異なっていて特異的標的核酸の識別子としての役割を果たし、前記ラマン活性標識が、ラマン散乱を誘導可能な放射線を照射されると検出可能または測定可能なラマン散乱シグナルを生じる少なくとも１つのラマン活性分子を含むことを特徴とする結合体と、
標的核酸の配列の第１の部分と相補的な配列を有するオリゴヌクレオチドが結合した任意選択の支持体と、
表面増強ラマン散乱（ＳＥＲＳ）を発生可能な支持体表面を作製するための、任意選択の染色用試薬と
からなる。
【００２６】
本発明の他の実施形態では、核酸の配列が少なくとも２つの部分を有する、サンプル中の１つまたは複数の標的分析物質を検出するための、キットを提供する。このキットは：
オリゴヌクレオチドが結合しており、該オリゴヌクレオチドの少なくとも一部分に結合したラマン標識を含んでなる粒子であって、（ｉ）該粒子に結合したオリゴヌクレオチドのうち少なくともいくつかが、標的核酸の配列の第２の部分と相補的な配列を有し、かつ（ｉｉ）該粒子に結合したラマン活性標識が標的核酸の識別子としての役割を果たし、前記ラマン活性標識が、ラマン散乱を誘導可能な放射線を照射されると検出可能または測定可能なラマン散乱シグナルを生じる少なくとも１つのラマン活性分子を含んでなることを特徴とする粒子、および
標的核酸の配列の第１の部分と相補的な配列を有するオリゴヌクレオチドが結合した任意選択の支持体
からなる。
【００２７】
本発明の他の実施形態では、サンプル中の、少なくとも２つの部分を有する配列の１つまたは複数の標的核酸を検出するためのキットを提供する。このキットは：
ラマン活性標識が結合したオリゴヌクレオチドの入った第１の容器と、該オリゴヌクレオチドのラマン活性標識が、ラマン散乱を誘導可能な放射線を照射されると検出可能または測定可能なラマン散乱シグナルを生じる少なくとも１つのラマン活性分子を含んでなることと、
粒子および該粒子に結合したオリゴヌクレオチドを含んでなる結合体の入った第２の容器と、それぞれの種類の粒子に結合したオリゴヌクレオチドのうち少なくともいくつかが、ラマン活性標識を有するオリゴヌクレオチドの配列の少なくとも一部分と相補的な配列を有することと、
標的核酸の配列の第１の部分と相補的な配列を有するオリゴヌクレオチドが結合した任意選択の支持体と、
表面増強ラマン散乱（ＳＥＲＳ）を発生可能な支持体表面を作製するための、任意選択の染色用試薬と
からなる。
【００２８】
本発明の他の実施形態では、サンプル中の、少なくとも２つの部分を有する配列の１つまたは複数の標的核酸を検出するためのキットを提供する。このキットは：
１つまたは複数の種類のラマン活性標識が結合したオリゴヌクレオチドの入った１つまたは複数の容器と、ラマン活性標識が、ラマン散乱を誘導可能な放射線を照射されると検出可能または測定可能なラマン散乱シグナルを生じる少なくとも１つのラマン活性分子を含んでなることと、
粒子および該粒子に結合したオリゴヌクレオチドを含んでなる結合体の入った第２の容器と、それぞれの種類の粒子に結合したオリゴヌクレオチドのうち少なくともいくつかが、ラマン活性標識を有するオリゴヌクレオチドの配列の少なくとも一部分と相補的な配列を有することと、
標的核酸の配列の第１の部分と相補的な配列を有するオリゴヌクレオチドが結合した任意選択の支持体および任意選択の染色物質である試薬と
からなる。
【００２９】
本発明の他の実施形態では、１つまたは複数の分子をスクリーニングして、その分子が１つまたは複数の特定の受容体のリガンドであるかどうか、その分子がサンプル中に存在するかどうかを判定するための方法を提供する。この方法は：
１つまたは複数の特定の受容体が結合した支持体を提供する工程と、
粒子、該粒子に結合した特異的結合物質、特異的結合物質の一部分に結合したラマン活性標識、および特異的結合物質の一部分と結合した前記サンプル由来の分子を含む試薬を提供する工程であって、前記ラマン活性標識が、ラマン散乱を誘導可能な放射線を照射さ
れると検出可能または測定可能なラマン散乱シグナルを生じる少なくとも１つのラマン活性化分子を含んでなることを特徴とする工程と、
分子が特定の受容体のリガンドである場合に粒子と複合体形成した試験支持体が形成されるように、粒子、サンプル、および支持体を、粒子に結合した分子と支持体に結合した特定の受容体との間の特異的結合相互作用に有効な条件下で接触させる工程と、
該試験支持体と染色物質を接触させて、表面増強ラマン散乱（ＳＥＲＳ）を発生可能な表面を有する検出用支持体を生成させる工程と、
ＳＥＲＳスペクトルを得て分析することによって、特定の受容体に対するリガンドの確証として、前記検出用支持体上の前記粒子複合体の存在を判定する工程と
からなる。
【００３０】
本発明は、他の態様において、特異的結合物質とラマン標識とを有する粒子試薬が光ケーブル中の光ファイバーの端部に会合された、光ファイバー分析物質検出用装置も含む。
本発明のこれらの実施形態、および他の実施形態は、以下の詳細な説明に照らせば明らかであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
（Ａ）定義
本明細書で使用する「分析物質」、または「標的分析物質」は、本発明を使用して、試験サンプル中で定量化または検出される物質である。分析物質は任意の物質であってよく、該物質としては天然に存在する特異的結合要素（例えば抗体、ポリペプチド、ＤＮＡ、ＲＮＡ、細胞、ウイルスなど）があり、あるいは該物質として特異的結合要素を作製することも可能であり、また分析物質はアッセイにおいて１つまたは複数の特異的結合要素に結合可能である。「分析物質」には、任意の抗原物質、ハプテン、抗体、およびこれらの組合せも含まれる。分析物質には、タンパク質、ペプチド、アミノ酸、炭水化物、ホルモン、ステロイド、ビタミン、治療目的で投与された薬剤および不法な目的で投与された薬剤などの薬剤、細菌、ウイルス、ならびに任意の前記物質の代謝産物または任意の前記物質に対する抗体が含まれうる。本発明に従い検出または定量化することが可能な分析物質の他の例には、多糖、脂質、リポ多糖、糖タンパク質、リポタンパク質、核タンパク質、オリゴヌクレオチド、および核酸がある。特異的分析物質には、抗体、免疫グロブリン、アルブミン、ヘモグロビン、凝固因子、ペプチドおよびタンパク質ホルモン（例えばインシュリン、ゴナドトロピン、ソマトロピン）、非ペプチドホルモン、インターロイキン、インターフェロン、その他のサイトカイン、腫瘍特異的エピトープ（例えば腫瘍特異的タンパク質上でのみ見られるエピトープ）を含むペプチド、細胞（例えば赤血球細胞）、細胞表面分子（例えばＣＤ抗原、インテグリン、細胞受容体）、微生物（ウイルス、細菌、寄生虫、カビおよび真菌）、微生物の断片、一部分、成分または生産物、小有機分子（例えばジゴキシン、ヘロイン、コカイン、モルフィン、メサリン、リセルグ酸、テトラヒドロカンナビノール、カンナビノール、ステロイド、ペンタミンジン（pentamindine）、およびビオチン）などがある。検出または定量化可能な核酸およびオリゴヌクレオチドには、遺伝子（例えば、特定の疾患と関連がある遺伝子）、ウイルスＲＮＡおよびＤＮＡ、細菌ＤＮＡ、真菌ＤＮＡ、哺乳動物ＤＮＡ（例えばヒトＤＮＡ）、ｃＤＮＡ、ｍＲＮＡ、ＲＮＡ断片およびＤＮＡ断片、オリゴヌクレオチド、合成オリゴヌクレオチド、修飾オリゴヌクレオチド、一本鎖および二本鎖核酸、天然および合成核酸などがある。本質的にあらゆる分析物質を、その分析物質に特異的な抗体を使用して検出または定量化することが可能である。さらに、分析物質と特異的に結合する任意の分子を使用することが可能であり、多くのこのような分子が当分野で知られている。例えば、核酸を、分析物質である該核酸の少なくとも一部分と相補的な配列を有するオリゴヌクレオチドを使用して、検出または定量化することが可能である。さらに、レクチンを使用して、多糖およびグリコシル化タンパク質を検出または定量化することが可能である。他の例として、受容体を使用してそのリガンドを検出することが可能であり、その逆も然りである。
【００３２】
本明細書で使用する「分析物質類似体」とは、分析物質特異的結合要素と交差反応する物質を指し、該物質の交差反応の程度は分析物質自体より高いことも低いこともありうる。分析物質類似体には、修飾された分析物質、および断片化または合成された分析物質分子の一部分が含まれうるが、ただし分析物質類似体は、当該分析物質と共通のエピトープ部位を少なくとも１つ有するものとする。
【００３３】
本明細書で使用する「分析物質エピトープ」は、特異的結合事象の際に特異的リガンド結合対の１要素と接触する、分析物質のその部分を示す。特異的結合事象の際に分析物質のエピトープと接触する、特異的結合対の要素のその部分は、「パラトープ」と呼ばれる。
【００３４】
本明細書で使用する「分析物質仲介リガンド結合事象」とは、特異的リガンド結合対の２要素間の特異的結合事象であって、その結合の程度が分析物質の存在、および存在量によって影響される事象を意味する。このような影響は通常、分析物質が、特異的リガンド結合対の１要素に含まれる構造またはエピトープと類似または同一の構造またはエピトープを含み、これを該特異的リガンド結合対のもう１つの要素が認識することによって特異的結合事象が生じるためにもたらされる。結果として分析物質は特異的リガンド結合対の１要素と特異的に結合し、このことによって該要素が特異的リガンド結合対のもう１つの要素と結合するのを妨げる。
【００３５】
本明細書で使用する「補助的な特異的結合要素」とは、捕捉試薬および指標試薬の特異的結合要素に加えて使用される特異的結合要素であり、最終的な結合複合体の一部になる。１つまたは複数の補助的な特異的結合要素を、本発明のアッセイで使用することが可能である。例えば、指標試薬が補助的な特異的結合要素と結合することが可能で、次に該要素が分析物質と結合可能なアッセイにおいて、補助的な特異的結合要素を使用することが可能である。
【００３６】
本明細書で使用する「会合」は、２つ以上の分子および／または粒子状物質が、互いに非常に接近して保持されている状態である。
本明細書で使用する「捕捉試薬」または「捕捉プローブ」は、分析物質または指標試薬との結合能を有し、実質的に固体の材料に直接的または間接的に結合させることが可能な特異的結合要素である。固相の捕捉試薬複合体を使用して、アッセイの結合成分と非結合成分を分離することが可能である。
【００３７】
本明細書で使用する「結合体」は、１成分と他の成分との化学結合により形成される物質である。このような種類の物質の１例には、ウシ血清アルブミンと化学的に活性化したテオフィリン分子との反応生成物、および化学的に活性化したラマン活性標識と、抗体などのタンパク質分子またはビオチンなどのリガンドとの反応生成物がある。
【００３８】
本明細書で使用する「増強物質」、または「増強剤」は、粒子上のラマン標識の活性化をもたらしてＳＥＲＳ効果を生み出す、銀または金染色物質などの染色物質である。
本明細書で使用する「指標試薬」は、特異的結合要素または金属表面に直接的または間接的に結合した検出可能な標識を含んでなる。
【００３９】
本明細書で使用する「介在分子」は、特異的結合対の要素およびラマン活性標識の両方が結合される任意の物質である。
本明細書で使用する「粒子」は、液体中に分散させることが可能であり、表面増強ラマン光散乱（ＳＥＲＳ）または表面増強共鳴ラマン光散乱（ＳＥＲＲＳ）の現象を支持する任意の物質である。粒子の例には、金または銀、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ／Ａｕ、Ｐｔ／Ａｕ、
Ｃｕ／Ａｕのコロイド、コア・シェル粒子または合金粒子、すなわち金、銀、銅、または伝導帯電子を示す他の物質の粒子、中空粒子、または薄片があるが、これらに限定はされない。粒子表面がＳＥＲＳおよびＳＥＲＲＳ効果に関与するので、伝導帯電子を示す物質で予めコーティングされた、伝導帯電子を示さない物質の薄片または粒子も、適切な粒子状物質になる。粒子には、金属ナノ粒子などのナノ粒子がある。
【００４０】
本明細書で使用する「放射線」は、試験混合物に加えると該混合物中のラマン活性標識によってラマン・スペクトルが生じるのを誘発する、電磁放射線の形態のエネルギーである。
【００４１】
本明細書で使用する「ラマン標識」は、適切な波長の放射線で照射すると、存在する他の成分のラマン・スペクトルと識別可能で検出可能なラマン・スペクトルを生成する、任意の物質である。ラマン活性標識に関する他の用語には、色素およびレポーター分子がある。このような標識については、以下でさらに論じる。
【００４２】
「ＳＥＲＲＳ（表面増強共鳴ラマン散乱）」は、ＳＥＲＳ活性表面の吸着物質がレーザー励起波長と共鳴する結果生じる。その結果生じる増強は、共鳴および表面増強の産物である。
【００４３】
「ＳＥＲＳ（表面増強ラマン散乱）」は、ある金属表面の近傍である分子によって示されるラマン散乱の増大を意味する。
本明細書で使用する「特異的結合要素」とは、特異的結合対、すなわち分子の一方が化学的または物理的手段によって第２の分子と特異的に結合するような２つの異なる分子、のうちの１要素である。抗原と抗体の特異的結合対以外に、他の特異的結合対には、ビオチンとアビジン、炭水化物とレクチン、相補的ヌクレオチド配列（標的核酸配列を検出するためにＤＮＡハイブリダイゼーション・アッセイで使用されるプローブおよび捕捉核酸配列など）、相補的ペプチド配列、エフェクター分子と受容体分子、酵素補因子と酵素、酵素阻害剤と酵素、細胞、ウイルスなどがある。さらに、特異的結合対には、本来の特異的結合要素の類似体である要素が含まれうる。例えば、分析物質の誘導体または断片、すなわち分析物質類似体は、それが分析物質と共通の少なくとも１つのエピトープを有する限り、使用することが可能である。免疫反応性の特異的結合要素には、抗原、ハプテン、抗体、およびこれらの複合体があり、組換えＤＮＡ法またはペプチド合成により作製されたものも含まれる。
【００４４】
本明細書で使用する「試験混合物」は、試験サンプルと、試験サンプル中の分析物質を検出するために本発明を適用するべく用いられる他の物質との混合物を意味する。これらの物質の例には、特異的結合要素、補助結合要素、分析物質類似体、ラマン活性標識、緩衝剤、希釈剤、および表面増強ラマン分光を引き起こすことが可能な表面を有する粒子状物質、および他の物質がある。
【００４５】
本明細書で使用する「試験サンプル」は、本発明を使用して検出およびアッセイすべき分析物質を含むサンプルを意味する。試験サンプルは、分析物質以外の他の成分を含むことが可能であり、物理的性質は液体でも固体でもよく、例えば流動性の液体などを含めた任意の大きさまたは体積であってよい。試験サンプルは、分析物質以外の任意の物質を、その物質が特異的結合要素の特異的結合または分析物質もしくは分析物質類似体を妨害しない限りにおいて、含むことが可能である。試験サンプルの例には、血清、血漿、唾液、精液、尿、他の体液、ならびに地下水または排水、土壌抽出物、空気および残留農薬などの環境サンプルがあるが、これらに限定はされない。
【００４６】
（Ｂ）試薬
本発明は、検出アッセイで使用するのに好適なラマン標識および特異的結合物質が結合した任意の適切な粒子の使用を企図している。しかしながら、本発明を実施する際には、ナノ粒子が好ましい。粒子の大きさ、形状および化学的組成は、ＤＮＡバーコードなどの得られるプローブの性質に貢献する。これらの性質には、光学的性質、光電子工学的性質、電気化学的性質、電子工学的性質、さまざまな溶液中での安定性、孔およびチャンネルの大きさの違い、フィルタとして作用しながら生物活性のある分子を分離する能力などがある。異なる大きさ、形状および／または化学的組成を有する粒子の混合物の使用も、均一な大きさ、形状および化学的組成を有するナノ粒子の使用も企図される。適切な粒子の例には、非制限的に、ナノおよびミクロンの大きさのコア粒子、凝集粒子、等方性粒子（球状粒子など）および反等方性粒子（棒状、四面体状、角柱状など非球状の粒子）、ならびに、その全容を本願明細書に援用する２００２年１２月２８日に出願された米国特許出願第１０／０３４，４５１号および２００２年１２月２８日に出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０１／５０８２５号に記載されたコア・シェル粒子などの粒子がある。
【００４７】
本発明を実施する際に有用なナノ粒子には、金属（例えば、金、銀、銅および白金）、半導体（例えば、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、およびＺｎＳでコーティングされたＣｄＳまたはＣｄＳｅ）、および磁性（例えば強磁性）コロイド材料がある。本発明を実施する際に有用な他のナノ粒子には、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＡｇＩ、ＡｇＢｒ、ＨｇＩ２、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＴｅ、Ｉｎ２Ｓ３、Ｉｎ２Ｓｅ３、Ｃｄ３Ｐ２、Ｃｄ３Ａｓ２、ＩｎＡｓ、およびＧａＡｓがある。ナノ粒子の大きさは、約１．４ｎｍ〜約１５０ｎｍ（平均径）であることが好ましく、約５〜約５０ｎｍであることがさらに好ましく、約１０〜約３０ｎｍであることが最も好ましい。ナノ粒子は、棒状、角柱状、立方体状、四面体状、またはコア・シェルの粒子であってもよい。
【００４８】
金属ナノ粒子、半導体ナノ粒子および磁性ナノ粒子を作製する方法は、当分野でよく知られている。例えば、シュミット、ゲー．（Schmid, G.）編「クラスターとコロイド（Clusters and Colloids ）」、ヴァインハイム（Weinheim）所在のＶＣＨ、１９９４年；ハヤト、エム．エイ．（Hayat, M.A. ）編「金コロイド：原理、方法および応用（Colloidal Gold: Principles, Methods, and Applications ）」米国サンディエゴ所在のアカデミック・プレス（Academic Press）１９９１年；マサート、アール．（Massart, R. ）、ＩＥＥＥトランスアクションズ・オン・マグネティクス誌（IEEE Transactions On Magnetics）第１７巻、ｐ．１２４７、１９８１年；アーマディ、ティ．エス．（Ahmadi, T.S.）ら、サイエンス誌、第２７２巻、ｐ．１９２４、１９９６年；ヘングレイン、エイ．（Henglein, A.）ら、ザ・ジャーナル・オブ・フィジカル・ケミストリー誌（J. Phys. Chem.）第９９巻、ｐ．１４１２９、１９９５年；カルティス、エー．シー．（Curtis, A.C.）ら、アンゲヴァンテ・ヒェミー・インターナショナル・エディション・イン・イングリッシュ誌（Angew.Chem.Int.Ed.Engl. ）、第２７巻、ｐ．１５３０、１９８８年；を参照のこと。
【００４９】
ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＡｇＩ、ＡｇＢｒ、ＨｇＩ２、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＴｅ、Ｉｎ２Ｓ３、Ｉｎ２Ｓｅ３、Ｃｄ３Ｐ２、Ｃｄ３Ａｓ２、ＩｎＡｓ、およびＧａＡｓナノ粒子を作製する方法も、当分野ではよく知られている。例えば、ウェラー（Weller）、アンゲヴァンテ・ヒェミー・インターナショナル・エディション・イン・イングリッシュ誌（Angew. Chem. Int. Ed. Engl. ）、第３２巻、ｐ．４１、１９９３年；ヘングレイン（Henglein）、トピックス・イン・カレント・ケミストリー誌（Top. Curr.
Chem.）第１４３巻、ｐ．１１３、１９８８年；ヘングレイン（Henglein）、ケミカル・レビューズ誌（Chem. Rev.）第８９巻、ｐ．１８６１、１９８９年；ブラス（Brus）、アプライド・フィジックス・エイ誌（Appl. Phys. A.）第５３巻、ｐ．４６５、１９９１年；バーンクマン（Bahncmann ）「太陽エネルギーの光化学変換と貯蔵（Photochemical Conversion and Storage of Solar Energy）」、ペリツェッティ（Pelizetti ）およびスキ
アヴェロ（Schiavello）編、１９９１年、ｐ．２５１；ワン（Wang）およびヘロン（Herron）、ザ・ジャーナル・オブ・フィジカル・ケミストリー誌（J. Phys. Chem.）第９５巻、ｐ．５２５、１９９１年；オルシャフスキー（Olshavsky ）ら、ジャーナル・オブ・ジ・アメリカン・ケミカル・ソサイエティ誌（J. Am. Chem. Soc. ）第１１２巻、ｐ．９４３８、１９９０年；ウシダ（Ushida）ら、ザ・ジャーナル・オブ・フィジカル・ケミストリー誌（J. Phys. Chem.）第９５巻、ｐ．５３８２、１９９２年を参照のこと。
【００５０】
適切なナノ粒子は、例えばテッドペラ・インコーポレイティッド（Ted Pella, Inc. ）（金）、アマシャム・コーポレーション（Amersham Corporation）（金）およびナノプローブス・インコーポレイティッド（Nanoprobes, Inc.）（金）からも市販されている。
【００５１】
現在、分析物質を検出する際に最も良く使用されるのは金ナノ粒子である。コロイド状の金ナノ粒子は、その美しい色を生み出す波長帯域（バンド）に高い吸光係数を有する。これらの強烈な色は、粒子の大きさ、濃度、粒子間距離、および凝集体の凝集の程度および形状（幾何学的形状）と共に変化するので、これらの材料は比色アッセイに非常に魅力的なものとなっている。例えば、金ナノ粒子に結合したオリゴヌクレオチドと、オリゴヌクレオチドおよび核酸とのハイブリダイゼーションによって、肉眼で見ることが可能な迅速な色の変化がもたらされる。コア・シェル・ナノ粒子を含めた適切なナノ粒子、およびこのようなナノ粒子を作製するための方法は、例えば譲受人ナノスフェアー・インコーポレイテッド（Nanosphere, Inc.）の２００１年１月１２日に出願された国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ０１／０１１９０号；２００１年３月２８日に出願された同第ＰＣＴ／ＵＳ０１／１００７１号；２００１年１２月７日に出願された同第ＰＣＴ／ＵＳ０１／４６４１８号；２００１年１２月１２日に出願された同第ＰＣＴ／ＵＳ０１／０５０８２５号；および２００２年５月２２日に出願された同第ＰＣＴ／ＵＳ０２／１６３８２号に記載されており、これらの開示内容はその全容を本願明細書に援用する。
【００５２】
（Ｃ）特異的結合要素の結合
粒子、特異的結合要素、またはこの両方を官能化して、特異的結合要素を粒子に結合させて検出用プローブを作製することが可能である。このような方法は、当分野ではよく知られている。例えば、アルカンチオールでその３’末端または５’末端を官能化したオリゴヌクレオチドは、金ナノ粒子に容易に結合する。ホワイトサイズ（Whitesides）、米国テキサス州ヒューストンにおけるロバート  エイ．ウェルチ基金（Robert A. Welch Foundation）第３９回ケミカル・リサーチ・ナノフェイズ・ケミストリー会議（Conference On Chemical Research Nanophase Chemistry ）会報、ｐ．１０９〜１２１、１９９５年を参照のこと。マキック（Mucic ）ら、ケミカル・コミュニケーションズ誌（Chem. Commun. ）ｐ．５５５〜５５７、１９９６年も参照されたい（この文献には３’チオールＤＮＡを平らな金表面に結合させる方法が記載されている；この方法を使用して、オリゴヌクレオチドをナノ粒子に結合させることが可能である）。アルカンチオール法を使用して、オリゴヌクレオチドを他の金属、半導体および磁性コロイド、ならびに前に列挙した他のナノ粒子に結合させることも可能である。オリゴヌクレオチドを固体表面に結合させるための他の官能基には、ホスホロチオエート基（例えば、オリゴヌクレオチド‐ホスホロチオエートの金表面への結合については米国特許第５，４７２，８８１号を参照のこと）、置換アルキルシロキサン（例えば、オリゴヌクレオチドのシリカおよびガラス表面への結合についてはバーウェル（Burwell ）、ケミカル・テクノロジー誌（Chemical Technology ）第４巻、ｐ．３７０〜３７７、１９７４年およびマットイッチ（Matteuicci）およびカルサース（Caruthers ）、ジャーナル・オブ・ジ・アメリカン・ケミカル・ソサイエティ誌（J. Am. Chem. Soc. ）第１０３巻、ｐ．３１８５〜３１９１、１９８１年、ならびにアミノアルキルシロキサンの結合およびメルカプトアルキルシロキサンの同様の結合についてはグラバー（Grabar）ら、アナリティカル・ケミストリー誌（Anal. Chem. ）、第６７巻、ｐ．７３５〜７４３を参照のこと）がある。末端が５’チオヌクレオシドまたは３
’チオヌクレオシドで終わるオリゴヌクレオチドも、オリゴヌクレオチドを固体表面に結合させるために使用することが可能である。以下の参照文献は、オリゴヌクレオチドをナノ粒子に結合させるのに使用可能な他の方法を記載するものである：ヌッツォ（Nuzzo ）ら、ジャーナル・オブ・ジ・アメリカン・ケミカル・ソサイエティ誌（J. Am. Chem. Soc. ）第１０９巻、ｐ．２３５８、１９８７年（金上のジスルフィド）；アラーラ（Allara）およびヌッツォ（Nuzzo ）、ラングミュア誌（Langmuir）第１巻、ｐ．４５、１９８５年（アルミニウム上のカルボン酸）；アラーラ（Allara）およびトンプキンス（Tompkins）、ジャーナル・オブ・コロイド・アンド・インターフェイス・ソサイエティ誌（J. Colloid Interface Sci. ）第４９巻、ｐ．４１０〜４２１、１９７４年（銅上のカルボン酸）；アイラー（Iler）「シリカの化学（The Chemistry Of Silica ）」、第６章、ワイリー（Wiley ）社、１９７９年（シリカ上のカルボン酸）；ティモンズ（Timmons ）およびジスマン（Z isman）、ザ・ジャーナル・オブ・フィジカル・ケミストリー誌（J. Phys. Chem.）第６９巻、ｐ．９８４〜９９０、１９６５年（白金上のカルボン酸）；ソリアガ
（Soriaga ）およびハッバード（Hubbard ）、ジャーナル・オブ・ジ・アメリカン・ケミカル・ソサイエティ誌（J. Am. Chem. Soc. ）第１０４巻、ｐ．３９３７、１９８２年（白金上の芳香環化合物）；ハッバード（Hubbard ）、アカウンツ・オブ・ケミカル・リサーチ誌（Acc. Chem. Res. ）第１３巻、ｐ．１７７、１９８０年（白金上のスルフォラン、スルホキシド、および他の官能性溶媒）；ヒックマン（Hickman ）ら、ジャーナル・オブ・ジ・アメリカン・ケミカル・ソサイエティ誌（J. Am. Chem. Soc. ）第１１１巻、ｐ．７２７１、１９８９年（白金上のイソニトリル）；マオズ（Maoz）およびサギブ（Sagiv ）、ラングミュア誌（Langmuir）第３巻、ｐ．１０４５、１９８７年（シリカ上のシラン）；マオズ（Maoz）およびサギブ（Sagiv ）、ラングミュア誌、第３巻、ｐ．１０３４、１９８７年（シリカ上のシラン）；ヴァッサーマン（Wasserman ）ら、ラングミュア誌、第５巻、ｐ．１０７４、１９８９年（シリカ上のシラン）；エルテコーヴァ（Eltekova）およびエルテコフ（Eltekov ）、ラングミュア誌、第３巻、ｐ．９５１、１９８７年（二酸化チタンおよびシリカ上の、芳香族カルボン酸、アルデヒド、アルコールおよびメトキシ基）；レック（Lec ）ら、ザ・ジャーナル・オブ・フィジカル・ケミストリー誌（J.
Phys. Chem.）第９２巻、ｐ．２５９７、１９８８年（金属上の剛性（rigid ）リン酸）。
【００５３】
米国特許出願第０９／７６０，５００号および同第０９／８２０，２７９号、ならびに国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ０１／０１１９０号および同第ＰＣＴ／ＵＳ０１／１００７１号には、本発明を実施する際に有用な、環状ジスルフィドで官能化したオリゴヌクレオチドについて記載されている。環状ジスルフィドは、その環中に２つのイオウ原子を含めた、５個または６個の原子を有することが好ましい。適切な環状ジスルフィドは市販されており、あるいは周知の手法により合成してもよい。還元型の環状ジスルフィドを使用することも可能である。
【００５４】
当業者は、核酸、抗原、抗体、タンパク質、ペプチド、小分子、炭水化物、または任意の特異的結合要素を直接的または間接的に粒子に結合させることが可能な非常にさまざまな方法を理解している。例えば、連結基を使用して、特異的結合要素をナノ粒子に結合させることが可能である。
【００５５】
（Ｄ）支持体
検出可能な変化の観察が可能な任意の支持体を使用することが可能である。適切な支持体には、透明な固体表面（例えばガラス、石英、プラスチックおよび他のポリマー）、不透明な固体表面（例えば、ＴＬＣシリカ・プレート、濾紙、ガラス・ファイバー製フィルタ、硝酸セルロース膜、ナイロン膜、ＰＤＶＦ膜などの白い固体表面）、および伝導性固体表面（例えば、インジウム‐スズ酸化物（ＩＴＯ））がある。支持体は任意の形状または厚さであってよいが、一般には平らで薄い。好ましいのは、ガラス（例えばスライドグ
ラスまたはガラス・ビーズ）またはプラスチック（例えば、マイクロタイター・プレートのウエル）などの、透明な支持体である。
【００５６】
光ファイバーケーブル中の光ファイバーの端部は、本発明の１実施形態における支持体の役割も果たす。表面マイクロアレイ形式のＤＮＡ検出のための代替法として、光ファイバー束の端部を所望の試薬と接触させることも可能である。表面アレイ法に関しては、試薬は少なくとも１つのラマン標識が結合した粒子を含み、同試薬は同時に特異的結合要素も含む。
【００５７】
光ファイバー束中の１つまたは複数の光ファイバーは、束の端部（ここに試薬が存在する）に向かって、ラマン散乱を刺激するべく選択された周波数のレーザー光を伝送することが可能である。レーザー光を伝送するファイバーを、励起ファイバーと呼んでもよい。このように試薬が刺激されると、ラマン標識が活性化され、ＳＥＲＳ効果がもたらされる。
【００５８】
ＳＥＲＳ効果によって生じた光の一部は後方散乱し、光ファイバー束中の残りのファイバー、回収ファイバー内へと伝わる。この後方散乱光を、光ファイバー束の他端で検出することが可能である。多数のサンプルを１つの励起レーザー源および１つの検出装置だけで処理することが可能であるが、様々な試薬について励起および検出を最適化するために必要であれば、複数のレーザーおよび検出装置を使用することも可能である。
【００５９】
（Ｅ）捕捉プローブの支持体への結合
捕捉プローブを支持体に結合させるために、任意の適切な方法を使用することが可能である。例えば、核酸標的と相補的なオリゴヌクレオチドを含む捕捉プローブを、例えばクリセイ（Chrisey ）ら、ヌクレイック・アシッド・リサーチ誌（Nucleic Acids Res.）、第２４巻、ｐ．３０３１〜３０３９、１９９６年；クリセイ（Chrisey ）ら，ヌクレイック・アシッド・リサーチ誌、第２４巻、ｐ．３０４０〜３０４７、１９９６年；マキック（Mucic ）ら、ケミカル・コミュニケーションズ誌（Chem. Commun. ）ｐ．５５５、１９９６年；ツィマーマンおよびコックス（Zimmermann and Cox）、ヌクレイック・アシッド・リサーチ誌、第２２巻、ｐ．４９２、１９９４年；ボトムレイ（Bottomley ）ら、ザ・ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・テクノロジー・エイ誌（J. Vac. Sci. Technol. A ）、第１０巻、ｐ．５９１、１９９２年；およびヘグナー（Hegner）ら、エフイービーエス・レターズ誌（FEBS Lett.）、第３３６巻、ｐ．４５２、１９９３年に記載されているようにして支持体に結合させることが可能である。
【００６０】
支持体を使用するとき、多数の異なる標的分析物質を検出するために、複数の捕捉プローブを支持体にアレイ状に結合させることが可能である。例えば、それぞれのスポットが１つの試薬分析物質複合体と結合するように設計された異なる種類の捕捉プローブを含むようなスポットの列を備えた支持体を提供してもよい。１つまたは複数の分析物質を含むサンプルをそれぞれのスポットに施し、アッセイの残りの部分は、本発明の適切な試薬を使用して前述のうちの１方法で実施する。
【００６１】
（Ｆ）ラマン標識
ラマン標識は、示差的なラマン散乱スペクトルを有する多くの分子のうちの任意のものであってよい。酵素イムノアッセイで使用される酵素とは異なり、これらの標識種は、安定、単純、安価な、必要に応じて化学的に修飾することが可能な分子でありうる。以下の属性が、この用途における標識の有効性を高める：（ａ）レーザー励起波長付近に強い吸収バンドがあること（吸光係数１０４付近）；（ｂ）官能基が特異的結合要素と共有結合することが可能と思われること；（ｃ）光安定性であること；（ｄ）充分な表面および共鳴増強によりナノグラム未満の範囲の分析物質の検出が可能であること；（ｅ）標識され
た特異的結合要素と標識されていない特異的結合要素との間の結合相互作用における干渉が最小限であること；（ｆ）使用する励起波長における強烈な蛍光発光が最小限であること；（ｇ）数箇所の強いピークを有する、比較的単純な散乱パターンであること；および／または（ｈ）標識が互いに干渉しない散乱パターンを有するため、いくつかの指標分子を同時に分析可能であること。
【００６２】
以下は、これらのラマン活性標識となりうる候補の一部（すべてではない）のリストである：４‐（４‐アミノフェニルアゾ）ベンゼンアルソン酸一ナトリウム塩、アルセナゾＩ、塩基性フクシン、シカゴ・スカイブルー（Chicago sky blue）、ダイレクト・レッド８１（direct red 81 ）、ディスパース・オレンジ３（disperse orange 3 ）、ＨＡＢＡ（２‐（４‐ヒドロキシフェニルアゾ）‐安息香酸）、エリスロシンＢ、トリパン・ブルー、ポンソーＳ、ポンソーＳＳ、１，５‐ジフルオロ‐２，４‐ジニトロベンゼン、クレシル紫、およびｐ‐ジメチルアミノアゾベンゼン。選択した標識を、目的の特異的結合要素と共有結合させてもよいし、または結合もしくは会合させることが可能である。
【００６３】
本発明の重要な態様は、複数のラマン標識を粒子に結合させて、様々な粒子に索引を付すための多重コード化ラマン標識を提供しうることである。したがって本発明は、複数のラマン色素および１つの特異的結合物質（例えばＤＮＡ、ＲＮＡ、抗体、抗原、小分子など）が結合した試薬を含む。粒子系検出用プローブに関しては、ラマン標識または色素を直接的または間接的に粒子と結合させればよい。ラマン標識を、金属ナノ粒子などの粒子の表面と結合可能な官能基、例えばチオール、アミン、またはホスフィンで修飾することが可能である。所望であれば、ラマン色素を、ナノ粒子の安定性を高めるためにオリゴヌクレオチド（例えば、ポリアデノシン、ポリチミジン）などの分子で、あるいは特異的結合対の要素（核酸標的の少なくとも一部分と相補的な配列を有するオリゴヌクレオチド、または特定のリガンドの受容体など）で、さらに官能化することが可能である。あるいは、ラマン標識を、粒子に結合するための官能基を有する分子または任意の連結基、例えばポリＡまたはポリＴオリゴヌクレオチドと結合させることが可能である。
【００６４】
複数のラマン標識を粒子と結合させる必要があるわけでもないが、特異的結合反応によって粒子と複合体形成させることが可能である。したがって本発明は、特異的結合リガンド、例えばＤＮＡ、ＲＮＡ、抗体、抗原、小分子、細胞またはウイルスなどと結合した多数のＳＥＲＳ試薬を包含する。この実施形態は、以下、すなわち
ラマン１‐ラマン２‐ラマン３‐（特異的結合リガンド）
のように想定することが可能である。
【００６５】
（Ｇ）励起源
好ましい実施形態では、レーザーが励起源の役割を果たす。レーザーは、ヘリウム‐ネオンまたはダイオード・レーザーなどの、安価な種類のものであってよい。このようなレーザーの操作寿命は、５０，０００時間を超える可能性がある。
【００６６】
１実施形態では、ダイオード・レーザーを使用してＩＲスペクトルまたはその付近を励起し、蛍光干渉を最小限にする。使用する励起源は必ずしも単色である必要はなく、必ずしも強力な励起源である必要もない。ランプを使用することも可能である。
【００６７】
ＳＥＲＳ効果は、表面を直接照射することによって、あるいはプラズモン‐活性表面下の導波路からのエバネッセント波によって、励起することが可能である。
（Ｈ）ラマン標識プローブ
異なる特異性を有する特異的結合要素から、示差的な散乱パターンを有する異なるラマン活性標識をそれぞれ備えたいくつかの異なる種類の結合体を作製することが可能であろう。アッセイにおいてこれらの結合体を混合することによって、同じサンプル中のいくつ
かの異なる分析物質を同時に分析することが可能になると思われる。本発明の他の態様では、結合体に２つ以上の異なるラマン標識を含めることが可能である。
【００６８】
留意すべき重要なことは、従来の蛍光系チップ検出とは対照的に、１回のレーザー励起を使用して、単一のラマン・スペクトルからラマン強度の比を抽出可能であることである。さらに、利用可能なラマン色素の数は、利用可能かつ識別可能な蛍光色素の数よりはるかに多い２０，２１，２６。ラマン色素は、蛍光性であっても非蛍光性であってもよい。色素分子にわずかな化学修飾を施して新しい色素を得ることが可能であるが、この２つの色素はほとんど識別不可能な蛍光スペクトルを示すにもかかわらず異なるラマン・スペクトルを有する２６。したがって、このラマン・フィンガープリント法によって、従来の蛍光系検出手法よりも融通の利く可能性が高く、利用可能かつ重複のないプローブ群が大きく、多重化能力が高くなる。この手法はランダム・アレイに拡張されており、高い多重化能力が必須なビーズ系方式が開発中である。  （Ｉ）ＳＥＲＳの増強（増強剤）
最初は、ラマン標識プローブは検出可能なＳＥＲＳ活性をほとんど、あるいは全く有していない。銀染色物質などの染色物質によって強力なＳＥＲＳの増強がもたらされる。支持体を使用すると検出可能な変化を生み出すことが可能であり、銀染色によってさらに増強することも可能である。銀の還元を触媒する任意の種類のナノ粒子を用いて、銀染色を実施することが可能である。貴金属（例えば金および銀）で作製されたナノ粒子が好ましい。バセル（Bassell ）ら、ザ・ジャーナル・オブ・セル・バイオロジー誌（J.  Cell Biol. ）、第１２６巻、ｐ．８６３〜８７６、１９９４年；ブラウン‐ホーランド（Braun-Howland ）ら、バイオテクニクス誌（Biotechniques ）、第１３巻、ｐ．９２８〜９３
１、１９９２年を参照のこと。核酸の検出用に使用するナノ粒子が銀の還元を触媒しない場合は、銀イオンを核酸と複合体形成させて還元を触媒することが可能である。ブラウン（Braun ）ら、ネイチャー誌（Nature）、第３９１巻、ｐ．７７５、１９９８年を参照のこと。さらに、核酸上のリン酸基と反応することが可能な銀染色物質が知られている。
【００６９】
銀、金または銅染色物質を使用して、前に記載したものを含めた、支持体上で行われる任意のアッセイの検出可能な変化を、生成または増大させることが可能である。特に銀染色は、１種類のナノ粒子を使用するアッセイの感度を著しく増大させるので、ナノ粒子の層の使用を削除可能なことが多いことがわかってきている。
【００７０】
（Ｊ）ラマン散乱の検出
いくつかの方法が、ラマン散乱を検出するために利用可能である。これらは一般に、様々な種類の分光計と共に使用することが可能である。ＳＥＲＳにおいては、その主な測定は、特定の波長での光の散乱強度の測定である。ＳＥＲＳでは、励起ビーム由来の強烈なバックグラウンドの存在下で、波長シフトした散乱強度を測定する必要がある。大きなストークスシフトを有するラマン活性物質を使用することによって、この測定が簡単になる。
【００７１】
読み取り手段をさらに単純化するための、いくつかの概念が提案されている。これらの概念には、散乱光を回収するための波長選択的なミラー、フィルタ、またはホログラフィー光学要素の使用が含まれる。
【００７２】
入射光ビームと表面の角度も、検出装置の位置も、ＳＥＲＳの使用には重要ではない。平らな表面に関しては、レーザー・ビームの表面を、垂線に対して６０度に配置することが一般的に行われ、ビームと９０度または１８０度での検出が標準的である。ＳＥＲＳ励起は、固有のサンプル由来の蛍光が抑制されると思われる近赤外線範囲で行うことが可能である。光導波路によって生じるエバネッセント波を使用するＳＥＲＳ系リガンド結合アッセイを行うことも可能である。
【００７３】
シグナルを現像する時間は必要ではない。なぜなら、照射するとすぐに読み取りが始まり、励起光が極端に強烈で化学変化が起きるのではない限りシグナルを消失させずに望むだけ長くデータを回収することが可能だからである。光吸収に依存するシステムのように、シグナルが過剰に現像されることはありえない。蛍光読み取りシステムとは異なり、ＳＥＲＳレポーター基は自己消光することはないので、プローブ分子上のラマン・レポーター基の数を増やすことによって、シグナルを増強することが可能である。ＳＥＲＳ活性表面付近の蛍光分子も、表面で消光するであろう。
【００７４】
（Ｋ）装置
本発明は、自動分析装置としての使用に適合可能である。装置は個々のストークスシフトしたスペクトル線をモニタすることになると思われるので、複雑な単色光分光器システムに関する必要性はない。ホログラフィー光学要素などの、当分野の現況の光学技術における近年の進展によって、価格および複雑性が研究室レベルの装置より低い適切な分光計の設計が可能である。
【００７５】
ＳＥＲＳの結果として得られる光学的読み取りエネルギーは、超高感度光子計数装置を必要とする場合よりも高い。実際、現在使用されているいくつかのＳＥＲＲＳ分光計には、シリコン・フォトダイオード検出装置が組み込まれている。研究室レベルの分光計で使用される典型的な単色光分光器の光学的効率は１０％未満である。前述のような光学材料および光学要素の進展によって、数種の特定のスペクトル線だけに専用の簡単な分光計について光学的効率を２〜３倍の増大させることが可能となるはずである。このことは、以前の主要な関心の１つ、レイリー散乱線の阻止にも向けられる。コストの著しい削減を伴って、一般的な単色光分光器システムの１つまたは複数段階のフィルタを、最新フィルタの１０−９レベルの阻止能力に置き換えることが可能なはずである。
【実施例１】
【００７６】
（マイクロアレイの作製）
市販のアレイ作製装置（ＧＭＳ  ４１７  ａｒｒａｙｅｒ、ゲノティックマイクロシステムズ・インコーポレイテッド（Genotic MicroSystems, Inc.））を使用して５’‐ヘキシルチオール・キャップ構造のオリゴヌクレオチド（０．１５Ｍ  ＮａＣｌ、ｐＨ６．５
リン酸バッファ（ＰＢＳ、１０ｍＭ  リン酸）中に１ｍＭ）をスポットすることにより、オリゴヌクレオチド捕捉鎖をＳＭＰＢ‐（スクシンイミジル４‐（マレミドフェニル）‐ブチレート）官能化スライドグラスに固定化した。チップに捕捉オリゴヌクレオチドをスポットした後（約２００μｍスポット）、ＳＭＰＢとヘキシルチオール‐キャップ構造オリゴヌクレオチドとのカップリング反応をすすめるためにチップを恒湿器内に１２時間置いた。次いで該チップをナノピュア（Nanopure：登録商標）水で十分に洗浄した。チップをヘキシルチオール‐キャップ構造ポリアデニン（Ａ１５）溶液（０．１ｍＭ）に４時間浸した後、３‐メルカプト‐プロパンスルホン酸ナトリウム塩溶液（０．２Ｍ）に３０分浸して残りのＳＭＰＢ部位を処理することにより、オリゴヌクレオチドスポットの周囲のチップ領域を不動態化した。最後に、チップをナノピュア純水で洗浄し、マイクロアレイ遠心機で乾燥させた（２０００ｇ）。
【実施例２】
【００７７】
（Ｃｙ３（登録商標）標識（プロピルチオール）キャップ構造オリゴヌクレオチドの合成および精製）
この実施例では、ラマン標識が結合したオリゴヌクレオチド、すなわち：（３’ＨＳ‐‐Ｃｙ３‐Ａ１０‐ＡＡＴ  ＣＴＣ  ＡＡＣ  ＧＴＡ  ＣＣＴ（図１９ａの配列番号１）、３’ＨＳ‐Ｃｙ３‐Ａ１０‐ＣＴＣ‐ＣＣＴ‐ＡＡＴ‐ＡＡＣ‐ＡＡＴ）（図１の配列番号２５）の合成について説明する。
【００７８】
市販のＤＮＡ合成機（Ｅｘｐｅｄｉｔｅ：商標）を使用し、Ｔｈｉｏｌ‐Ｍｏｄｉｆｉｅｒ  Ｃ３  Ｓ‐Ｓ  ＣＰＧ（controlled-pore glass ）（商品名）の固相支持体上での標準的なホスホロアミダイト化学法５によって、Ｃｙ３標識（プロピルチオール）キャップ構造オリゴヌクレオチドを１μｍｏｌスケールで合成した。オリゴヌクレオチドへのＣｙ３ユニットの導入には、Ｃｙ３‐ＣＥホスホロアミダイト（インドジカルボシアニン（indodicarbocyanine）３，１’‐Ｏ‐（４‐モノメソキシトリチル）‐１‐Ｏ‐（２‐シアノエチル）‐（Ｎ，Ｎ‐ジイソプロピル）‐ホスホロアミダイト）（グレンリサーチ（Glen Research ））を使用した。精製を容易にするため、末端のジメトキシトリチル（ＤＭＴ）保護基は除去しなかった。合成後、固相支持体からオリゴヌクレオチドを切り離し、塩基から保護基を除去するために、ＣＰＧに固定化されたオリゴヌクレオチドを１ｍｌの濃水酸化アンモニウム中で５５℃で８時間インキュベートした。いずれの場合も、スクシニルエステル結合している固相支持体からの切断によって、（メルカプトプロピル）オリゴヌクレオチドおよびメルカプトエタノール・リンカーからなる混合ジスルフィドが生じた。アンモニアを蒸発させた後、ＨＰ  ＯＤＳ  Ｈｙｐｅｒｓｉｌ（登録商標）カラム（３００Δ、２５０×１０ｍｍ、保持時間＝３２分）を使用した分離用逆相ＨＰＬＣによって、未精製オリゴヌクレオチドを精製した（０．０３Ｍ  トリエチル酢酸アンモニウム（ＴＥＡＡ）、ｐＨ７、および１％／分グラジエントの９５％ＣＨ３ＣＮ／５％  ０．０３Ｍ  ＴＥＡＡ、流速３ｍＬ／分とし、ＤＮＡのＵＶ吸収（２５４ｎｍおよび５５０ｎｍ）をモニタリングした）。８０％酢酸溶液中に精製オリゴヌクレオチドを３０分間溶解させてＤＭＴを切断した後、蒸発させた；該オリゴヌクレオチドを５００μＬの水に再分散させ、該溶液を酢酸エチルで抽出した（３×３００μＬ）。溶媒を蒸発させた後、オリゴヌクレオチドを４００μＬの０．１Ｍ  ジチオトレイトール（ＤＴＴ）、０．１７Ｍ  リン酸バッファ（ｐＨ８）溶液に再分散させて（室温、２時間）、３’ジスルフィドを切断した。この溶液の分割物（＜１０  ＯＤ）をＮＡＰ‐５（商標）脱塩カラム（アマシャムファルマシアバイオテクＡＢ（Amersham Pharmacia Biotech AB ））で精製した。
【実施例３】
【００７９】
（ＴＭＲ、Ｃｙ３．５（登録商標）およびＣｙ５（登録商標）標識（プロピルチオール）キャップ構造オリゴヌクレオチドの合成と精製）
この実施例では、ラマン標識が結合した３種類のオリゴヌクレオチド、すなわち：３’ＨＳ‐‐ＴＭＲ‐Ａ１０‐ＡＡＣ  ＣＧＡ  ＡＡＧ  ＴＣＡ  ＡＴＡ［図１９ａの配列番号２］；３’ＨＳ‐‐Ｃｙ３．５‐Ａ１０‐ＣＣＴ  ＣＡＴ  ＴＴＡ  ＣＡＡ  ＣＣＴ［図１９ａの配列番号３］；および３’ＨＳ‐‐Ｃｙ５‐Ａ１０‐ＣＴＣ  ＣＣＴ  ＡＡＴ
ＡＡＣ  ＡＡＴ［図１９ｂの配列番号４］の合成について説明する。色素は標準的な切断試薬（アンモニア）に対して感受性なので、非常に穏やかな条件下で脱保護反応を実施できるように、ここでは非常に弱い塩基モノマー（グレンリサーチ（Glen Rsearch）由来）、すなわちフェノキシアセチル（Ｐａｃ）保護ｄＡ、４‐イソプロピル‐フェノキシアセチル（ｉＰｒ‐Ｐａｃ）保護ｄＧ、およびアセチル（Ａｃ）保護ｄＣを使用した。ＴＡＭＲＡ‐ｄＴ（ＴＭＲ‐ｄＴ、５’‐ジメトキシトリチルオキシ‐５‐［Ｎ‐（（テトラメチルローダミニル）‐アミノヘキシル）‐３‐アクリルイミド］‐２’‐デオキシウリジン‐３’‐［２‐シアノエチル］‐（Ｎ，Ｎ‐ジイソプロピル）］‐ホスホロアミダイト］、Ｃｙ３．５‐ＣＥホスホロアミダイト（インドジカルボシアニン  ３．５，１’‐Ｏ‐（４‐モノメトキシトリチル）‐１‐Ｏ‐（２‐シアノエチル）‐（Ｎ，Ｎ‐ジイソプロピル）‐ホスホロアミダイト）およびＣｙ５‐ＣＥホスホロアミダイト（インドジカルボシアニン５，１’‐Ｏ‐（４‐モノメトキシトリチル）‐１‐Ｏ‐（２‐シアノエチル）‐（Ｎ，Ｎ‐ジイソプロピル）‐ホスホロアミダイト）を、それぞれオリゴヌクレオチドを標識するために使用した。オリゴヌクレオチドの合成後、合成用カラムの内容物を２ｍＬの反応バイアルに移し、無水メタノールに溶解した１ｍＬの０．０５Ｍ  炭酸カリウム液で処理した（４時間、室温）。その後、支持体から上清をピペッティングで回収し、１．５ｍＬの２Ｍ  トリエチル酢酸アンモニウムで中和した。Ｃｙｓ３標識オリゴヌク
レオチドの合成について前述したように、さらなる精製を行った。ＨＰＬＣの保持時間はそれぞれ、２８分（ＴＭＲ標識プロピルチオール・キャップ構造オリゴヌクレオチド）、３２分（Ｃｙ３．５標識プロピルチオール・キャップ構造オリゴヌクレオチド）、３０分（Ｃｙ５標識プロピルチオール・キャップ構造オリゴヌクレオチド）である。
【実施例４】
【００８０】
（ローダミン６Ｇおよびテキサス・レッド標識（プロピルチオール）キャップ構造オリゴヌクレオチドの合成と精製）
この実施例では、ラマン標識が結合した２種類のオリゴヌクレオチド、すなわち：３’ＨＳ‐‐Ｒｄ‐Ａ１０‐ＴＣＡ  ＡＣＡ  ＴＴＧ  ＣＣＴ  ＴＣＴ［図１９ｂの配列番号５］および３’ＨＳ‐‐ＴＲ‐Ａ１０‐ＴＣＴ  ＴＣＴ  ＡＴＡ  ＡＡＣ  ＣＴＴ  ＡＴＴ［図１９ａの配列番号６］の合成について説明する。図２４を参照されたい。これらのオリゴヌクレオチドはいずれも２工程合成で作製した。第１工程ではアミノ修飾オリゴヌクレオチド（３’‐Ｓ‐Ｓ‐‐（ＮＨ２）‐Ａ１０‐ＴＣＡ  ＡＣＡ  ＴＴＧ  ＣＣＡ  ＴＣＴおよび３’‐Ｓ‐Ｓ‐‐（ＮＨ２）‐Ａ１０‐ＴＣＴ  ＴＣＴ  ＡＴＡ  ＡＡＣ  ＣＴＴ  ＡＴＴ）を文献の手順５にしたがって合成した。ａｍｉｎｏ‐ｍｏｄｉｆｉｅｒ
Ｃ６  ｄＴ（５’‐ジメトキシトリチル‐５‐［Ｎ‐（トリフルオロアセチルアミノヘキシル）‐３‐アクリルイミド］‐２’‐デオキシウリジン，３’‐［（２‐シアノエチル）‐（Ｎ，Ｎ‐ジイソプロピル）］‐ホスホロアミダイト）をＤＮＡ合成機（Ｅｘｐｅｄｉｔｅ）のポジション５にセットし、従来の自動合成によってアミノ修飾オリゴヌクレオチドを合成した。オリゴヌクレオチドの切断、脱保護および精製は、Ｃｙ３修飾オリゴヌクレオチドの合成について説明した手順（上記）にしたがって行った（保持時間＝２６分）。第２工程ではスクシンイミドエステル修飾Ｒｈｏｄ６Ｇ（５‐カルボキシル‐ローダミン６Ｇ、スクシンイミジルエステル）およびテキサス・レッド（Ｔｅｘａｓ  Ｒｅｄ‐Ｘ‐スクシンイミジルエステル）をそれぞれ、アミノ修飾オリゴヌクレオチドに結合させた。標準的な実験では、アミノ修飾されたアルキルチオール・キャップ構造オリゴヌクレオチド（０．１５μｍｏｌ）をホウ酸ナトリウムバッファ（０．１Ｍ、ｐＨ＝８．５、０．５ｍｌ）に溶かし、２．５ｍｇのスクシンイミドエステル修飾Ｒｈｏｄ６Ｇ（もしくはテキサス・レッド）を含むＤＭＳＯ溶液（１５０μｌ）をオリゴヌクレオチドのバッファ溶液に添加した（図２４）。溶液を室温で１２時間かき混ぜた後、Ｒｈｏｄ６Ｇ（もしくはテキサス・レッド）標識オリゴヌクレオチドをエタノール沈殿（３回）および前述の条件のＨＰＬＣをさらに行うことにより精製した。
【実施例５】
【００８１】
（ＤＮＡ検出アッセイ）
標準的なＤＮＡ検出の実験では、３成分サンドイッチ・アッセイをマイクロアレイ方式で使用する（図１）。特定の標的ＤＮＡ鎖の存在をモニタするために、Ｃｙ３修飾アルキルチオール・キャップ構造オリゴヌクレオチド鎖で修飾した金ナノ粒子（直径１３±２ｎｍ）をプローブとして使用した。これらのナノ粒子結合体は、本願明細書に全体を援用する２００３年１月１４日発行の米国特許第６，５０６，５６４号（ナノスフェアー  インコーポレイテッド（Nanosphere, Inc.）、譲受人）に記載のエイジング法（a ging process ）に従って調製した。平均して１１０個のオリゴヌクレオチド鎖が１３ｎｍの各金ナ
ノ粒子上に結合している。ラマン散乱断面積が大きいことからＣｙ３基をラマン標識として選択した２３。適切な１５ｍｅｒの捕捉鎖をスポットしたチップを、室温の恒湿器中で、３０ｍｅｒの標的配列（１００ｐＭ）を含む０．６Ｍ  ＮａＣｌ‐ＰＢＳバッファ溶液（１０ｍＭ  リン酸、ｐＨ７）でコーティングした。４時間後、チップを０．６Ｍ  ＮａＣｌ‐ＰＢＳバッファ溶液で４回洗浄して非特異的に結合した標的を除去した。次に、標的配列の突出している領域とハイブリダイズさせるために、ナノ粒子プローブの０．６Ｍ
ＮａＣｌ‐ＰＢＳバッファ溶液（２ｎＭ）でチップを１．５時間処理した（図１）。次いで０．６Ｍ  硝酸‐ＰＢＳバッファ溶液でチップを洗浄して、塩素イオンおよび非特異
的に結合したナノ粒子プローブを除去した。チップを直ちに銀増強溶液（テッドペラ・インコーポレイテッド（Ted Pella, Inc）社）で８分間処理し、続いてナノピュア水でリンスし、マイクロアレイ遠心機で乾燥させた（２０００ｇ）。チップには肉眼でも観察可能なグレー・スポットが現れるが、文献の手順８により平台スキャナ（Ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ  １６００、エプソン）を用いて画像化が可能である（図２ＡおよびＢ）。グレー・スポットを０．３Ｍ  ＮａＣｌ‐ＰＢＳバッファ溶液中でラマン分光法により画像化することも可能である（Ｓｏｌｕｔｉｏｎ  Ｒａｍａｎ  ６３３分光計、ディテクション・リミット・インコーポレイテッド（Detection Limit Inc.）社、３０ｍＷ  Ｈｅ‐Ｎｅレーザー）（図２Ｃ）。チップを０．６５  Ｎ．Ａ．アダプタ（２５μｍレーザー・スポット）を備えた光ファイバープローブでスキャンしたところ、各スポットは１１９２ｃｍ−１で一貫した強いラマン応答を示している（図２Ｄ）。
【００８２】
銀増強処理を行う前には、肉眼ではナノ粒子プローブを観察不可能であり、ラマン散乱シグナルは検出不可能であった（図２Ａ）。これは、この状態にある未現像のナノ粒子（直径１３ｎｍ）については電磁場の増強がないからである２４〜２６。当該サイズの密集した金ナノ粒子は表面増強ラマン散乱を増強し得るとの報告もある２７−３０。しかしながら、技術的に意味のある標的濃度（＜１ｎＭ）でのＤＮＡ検出の場合、そのような効果を生むにはナノ粒子の間隔が大きすぎる。銀による増強処理後にはＣｙ３標識ナノ粒子プローブの周囲で銀粒子が大きくなり、大きなラマン散乱増強をもたらすことが可能になる。一般に、得られるスペクトルは、銀粒子上のローダミン６Ｇ分子の研究でブラス（Brus）らが報告したような、シャープなラマン線（約１５ｃｍ−１〜３０ｃｍ−１）と付随するブロードな基調連続線の両方を含んでいる３０−３１。重要なのは、ラマン散乱シグナルが、ほとんど粒子上に固定化されたＣｙ３色素分子からのみ生じていることである。ガラス表面上の、オリゴヌクレオチド、溶媒分子およびスクシンイミジル４‐（マレイミドフェニル）‐ブチレート（ＳＭＰＢ）等の他の分子種からはシグナルは全く観察されなかった。さらに、各々のラマン線のラマン散乱周波数はどの実験においても一定値を示し、偏差は２ｃｍ−１以下である。Ｃｙ３標識ナノ粒子プローブから一定したＳＥＲＳシグナルが測定されたことから、Ｃｙ３のラマン・スペクトルを、分光学的フィンガープリントとして特定の標的オリゴヌクレオチド鎖の存在をモニタするのに使用可能である。
【実施例６】
【００８３】
（低濃度（例：２０ｆＭ）の標的ＤＮＡの検出）
一般的な実験においては、適切な捕捉鎖をスポットしたチップ（図３Ａ）を、鎖長３０ｍｅｒの標的配列（２０ｆＭ）を含む０．７５Ｍ  ＮａＣｌ‐ＰＢＳバッファ溶液（１０ｍＭ  リン酸、ｐＨ７）で、恒湿器中で室温にてコーティングした。８時間後、チップを０．７５Ｍ  ＮａＣｌ‐ＰＢＳバッファ溶液で洗浄して非特異的に結合した標的を除去した。次に、標的配列の突出している領域にハイブリダイズさせるために、ナノ粒子プローブの０．７５Ｍ  ＮａＣｌ‐ＰＢＳバッファ溶液（５００ｐＭ）でチップを３時間処理した（図３Ａ）。塩素イオンおよび非特異的に結合したナノ粒子プローブを除去するために、０．７５Ｍ  硝酸‐ＰＢＳバッファ溶液でチップを洗浄した。該チップを直ちに銀増強溶液（テッドペラ・インコーポレイテッド社）で１５分間処理し、続いてナノピュア水でリンスしてからマイクロアレイ遠心機で乾燥させた（２０００ｇ）。チップ上のスポットは、乾燥状態で平台スキャナで画像化してもよいし（図３Ｂ）、湿潤状態（０．３Ｍ  ＮａＣｌ、ｐＨ７、ＰＢＳバッファ溶液）でラマン分光法によって画像化することも可能である（図３Ｃおよび３Ｄ）。この技法を用いた現時点での最適化されていない検出限界は１０ｆＭである。
【実施例７】
【００８４】
（多数のオリゴヌクレオチド標的の検出）
この実施例では、複数のラマン標識プローブを使用した多数のオリゴヌクレオチドの検
出について説明する。個別かつ測定可能なＳＥＲＳシグナルを備えた多数のプローブを作製するために、実施例５で記述した方法とＣｙ３以外の色素で官能化したナノ粒子プローブとを使用することができる。この方法によって、多数のオリゴヌクレオチド標的を同時に多重検出することが可能になる。この点を実証するために、標準的なＤＮＡ自動合成でオリゴヌクレオチドに導入可能な、ラマン・スペクトルの異なる６種類の市販の色素を選択した。ラマン標識しオリゴヌクレオチド修飾した６種類の金ナノ粒子プローブを作製したが、それらは、以下の統計的に固有な３０〜３６ｍｅｒの配列、すなわち：Ａ）Ａ型肝炎ウイルスＶａｌｌ７ポリプロテイン遺伝子（ＨＶＡ）、（Ｂ）Ｂ型肝炎ウイルス表面抗原遺伝子（ＨＶＢ）、（Ｃ）ＨＩＶ、（Ｄ）エボラ・ウイルス（ＥＶ）、（Ｅ）痘瘡ウイルス（天然痘、ＶＶ）および（Ｆ）炭疽菌（ＢＡ）防御抗原遺伝子、に相補的な配列を備えるものとした（図４）３２。これらのプローブを使って、６種類の標的分析物質に対する新しいラマン走査技術の多重検出能力を示すことが可能である。
【００８５】
このシステムの選択性を評価し、かつ異なる標的の混合物を含む溶液中でのＤＮＡ鎖の数と種類の決定能力を評価するために、８つの個別のテストを行った（図４および５）。すべての実験において標的ＤＮＡ鎖の濃度を一定に保ち（各々１００ｐＭ）、ハイブリダイゼーション条件は前述のとおりとした。最初のテストでは（図５、列１）、すべてのスポットが銀沈着による同じ強度のグレー色を示している。しかしながら、ラマン走査法を用いることによりこれらのスポットを容易に識別することが可能であり、銀を含んでいるスポットの分光学的フィンガープリントによって正確なラマン標識がひとたび決定されれば、これによって標的配列を同定することが可能である。分析を単純化するために、各々のラマン標識プローブに対応した色（四角形ボックス）（図４および図５Ｂ）を割り当てた。最初のテスト（図５Ａ）では６種類の標的をすべて存在させたが、いずれも平台スキャナによる測定では強いグレー・スケール値を示し、予想通りのラマン・フィンガープリントを示している。次の７つの実験では、多重検出に対するこの方法の適合性を評価するために、１つまたは複数の標的を意図的に除去した。単色グレー・スケール法では、交差ハイブリダイゼーションが起きているかどうかを判定することはできないということに留意されたい。しかしながら、この「多色」走査型ラマン測定法で各スポットのＳＥＲＳスペクトルを注意深く調べることにより、どの標識がどのスポットを形成しているのかを決定することができる。配列が全く異なっている図５の実験では、各標的から予想される分光プローブの痕跡以外には、検出可能なラマン線は実際上全くないことが判明した。このことは種類の異なる標的とプローブの間で交差ハイブリダイゼーションが起きていないことを意味する。
【００８６】
注意すべきことは、得られたＳＥＲＳシグナルが、ラマン色素で標識された金粒子が銀形成を始めた支持体領域だけから生じているということである。それゆえに、この「多色」走査型ラマン検出法は、金粒子が存在しない場での銀沈着によるバックグラウンド・シグナルを記録しない。このことは、前述のグレー・スケールの走査法の場合、特に著しく低濃度（＜５０ｆＭ）の標的の場合にはあてはまらない。
【実施例８】
【００８７】
（オリゴ・リボ核酸（ＲＮＡ）標的における一塩基多型（ＳＮＰ）の識別と限定）
この実施例では、一塩基多型（ＳＮＰ）を識別するための検出システムにおける、ラマン標識を有するオリゴヌクレオチドの利用について記述するが、遺伝子発現の研究の場合、単一スポットのシグナルに限定可能なＲＮＡ検出方法が望まれる。よく知られていることだが、オリゴヌクレオチドで十分に官能化されたナノ粒子プローブは非常に鋭い熱誘発性変性遷移を示し、その結果ＤＮＡ検出における従来のフルオロフォア分子プローブよりも実質的に高い選択性がもたらされる５、８、９。しかしながらＲＮＡ検出との関連においてはこれらのプローブの挙動については何もわかっていない。ラマン分光に基づくこのシステムの選択性およびＳＮＰ標的の同定能力をさらに評価するために、同じ捕捉ＤＮＡ
鎖に結合し得るが、プローブ結合領域に１塩基変異を有する２種類のＲＮＡ標的（標的１：Ｔ１、正常；標的２：Ｔ２、１塩基の差異あり、図６）を選択した。従って、これらの２種類のＲＮＡ標的鎖を識別するために、配列とラマン標識が異なる２種類のＤＮＡ官能化プローブ（プローブ１：Ｐ１、プローブ２：Ｐ２）が必要である（図６）。２種類の標的（Ｔ１、Ｔ２）をいかに識別し得るかということだけでなく、２種類の標的の混合物をいかに半定量的な方法で分析し得るのかを実証するために７種の個別テストを行った。
【００８８】
標準的な実験では、適切な捕捉鎖（図６）をＳＭＰＢ官能化スライドグラスに４連にスポットした。これらのスライドグラスを、混合物でないＲＮＡ標的１もしくは標的２、または標的１と２の混合物（オリゴヌクレオチド総濃度１ｎＭ）を含む０．３Ｍ  ＮａＣｌ‐ＰＢＳバッファ溶液（１０ｍＭリン酸、ｐＨ７）で恒湿器中にて室温でコーティングした。２時間後、チップを０．３Ｍ  ＮａＣｌ‐ＰＢＳバッファ溶液で４回洗浄し、非特異的に結合した標的を除去した。次に、ナノ粒子プローブ（２ｎＭ、プローブ１：プローブ２＝１：１）を含む０．３Ｍ  ＮａＣｌ−ＰＢＳバッファ溶液でチップを１．５時間処理して、標的配列の突出している領域とハイブリダイズさせた（図７）。チップを０．３Ｍ硝酸ナトリウム‐ＰＢＳバッファ溶液で洗浄して塩素イオンと非特異的に結合したナノ粒子プローブを除去した。チップを銀増強により現像すると、標的の比が異なるグレー・スポットについてのラマン測定では、類似のスペクトルを生じ（図８）、それらはプローブ１およびプローブ２を等量ずつ含む試料のスペクトルとほとんど同一である。この結果は、チップ上にプローブ１とプローブ２が等量ずつ存在することを示す。これは、完全に塩基配列が適合（マッチ）したオリゴヌクレオチド２本鎖と１塩基が不適合（ミスマッチ）のオリゴヌクレオチド２本鎖では、安定性が同程度であるからであり、従ってナノ粒子プローブ（１および２）は、どの標的比においてもほとんど等しい量でチップ上のスポットに結合した。この条件化では２種類の標的を識別することは不可能である。
【００８９】
これらの各テストでは、恒湿器中で、Ｔ１とＴ２を異なる比率（総濃度＝１ｎＭ）で含む０．３Ｍ  ＮａＣｌ‐ＰＢＳバッファ溶液でスライドグラスを処理した。２時間後、非特異的に結合した標的を除去するために、チップを０．３Ｍ  ＮａＣｌ‐ＰＢＳバッファ溶液で洗浄した。次に、ナノ粒子プローブ（Ｐ１およびＰ２の比率は１：１、総濃度２ｎＭ）でチップを１．５時間処理して、標的配列の突出している領域とハイブリダイズさせた（図６）。チップを０．３Ｍ  硝酸ナトリウム‐ＰＢＳバッファで洗浄して塩素イオンおよび非特異的に結合したナノ粒子プローブを除去した。４通りのハイブリダイゼーションの組合せ、すなわちＴ１：Ｐ１、Ｔ２：Ｐ２、Ｔ１：Ｐ２、Ｔ２：Ｐ１が可能であることに注意されたい（図６）。チップを予め厳密（ストリンジェント）に洗浄せずに銀増強で現像すると、異なる溶液標的比に対応するグレー・スポット上のラマン測定結果は７種類の実験のすべてにおいてほぼ同一のスペクトルを生じるが、これらのスペクトルは、プローブ１およびプローブ２を１：１の比率で含む試料のスペクトルともほぼ同一である（補足情報参照）。これらのデータは、スポット上の標的分子の組成にかかわらず、プローブ１と２がチップ上のスポットに等しい量で結合していることを示す。
【００９０】
従って、スポット上の標的の組成を同定するために、塩もしくは温度による厳密な洗浄が行わなければならない。よって、不完全な２本鎖（Ｔ１：Ｐ２および／もしくはＴ２：Ｐ１、図６Ｃおよび６Ｄ）を選択的に変性させるが完全に相補的なオリゴヌクレオチドから形成された２本鎖（Ｔ１：Ｐ１および／もしくはＴ２：Ｐ２、図６Ａおよび６Ｂ）は変性させない、塩（８ｍＭ  ＮａＣｌ‐ＰＢＳバッファ）による厳密な洗浄を行った９。このような厳密な洗浄とそれに続く銀染色を行った後に、グレー・スポット上のラマン測定を利用して、得られたスペクトルからスポット上の標的の組成を容易に同定することが可能である。混合物でないＲＮＡ標的１もしくはＲＮＡ標的２のみが存在するテストでは、プローブ１もしくはプローブ２に応じたシグナルのみがそれぞれ観察された（図９のＢ「ａ」および「ｇ」を比較されたい）。混合物を用いた実験では、両プローブに対するシグ
ナル（Ｉ１：１６５０ｃｍ−１（プローブ１）、Ｉ２：１５８８ｃｍ−１（プローブ２））が検出されたが、シグナル強度の比率は個々の実験における２種類の標的の比率に比例する（図９Ｂの挿入図）。
【実施例９】
【００９１】
（タンパク質のスクリーニング：小分子相互作用）
このラマン検出方式は、タンパク質‐小分子間およびタンパク質‐タンパク質間の相互作用に関するタンパク質マイクロアレイへの応用においても使用可能である。タンパク質‐小分子間の相互作用を検出するために、無関係の３種類の小分子であって、その特異的な受容体タンパク質が入手可能な小分子、すなわち：ビオチンおよび抗ビオチンマウスモノクローナル抗体；ＤＩＧ（ステロイド・ジゴキシゲニン）および抗ＤＩＧマウスモノクローナル抗体；ＤＮＰ（ジニトロフェニル）および抗ＤＮＰマウスモノクローナル抗体を選択した。この３種類の小分子を、ラマン色素で官能化した金粒子で標識した（金ナノ粒子（直径１３ｎｍ）は、小分子キャップ構造の、ラマン色素およびアルキルチオールで官能化したポリアデニン（Ａ２０）で修飾した（図１１Ａ））。標準的な検出実験では、３組すべてのタンパク質を、市販のアレイ作製装置を使用してタンパク質溶液（２００μｇ／ｍｌ、５％グリセロール）をスポットすることにより、アルデヒドで官能化したスライドグラス上に３連で固定化した（図１１Ａ）３３、３４。恒湿器中で４時間インキュベートした後に、該タンパク質チップを、０．５％ウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）を含むＰＢＳバッファ（０．１７３Ｍ  ＮａＣｌ、０．０２７Ｍ  ＫＣｌ、４．３ｍＭ  Ｎａ２ＨＰＯ４、１．４ｍＭ  ＫＨ２ＰＯ４、ｐＨ＝７．４）で洗浄し、タンパク質チップ上の無反応アルデヒドを不動態化するために同溶液中に４時間浸漬した。ＰＢＳ溶液（０．１７３Ｍ  ＮａＣｌ、０．０２７Ｍ  ＫＣｌ、４．３ｍＭ  Ｎａ２ＨＰＯ４、１．４ｍＭ  ＫＨ２ＰＯ４、ｐＨ＝７．４）で洗浄後、ラマン標識した小分子プローブで該タンパク質チップを処理した（４℃、２時間）。バッファ溶液（０．２Ｍ  ＮａＮＯ３、５ｍＭリン酸、ｐＨ７．４）で洗浄後、金粒子で官能化されたタンパク質チップを銀増強溶液で８分間処理し、ナノピュア水で洗浄した。ラマン測定の前に、銀染色されたチップを２×ＰＢＳ溶液に１０分間浸漬した。
【００９２】
最初のテストでは、ラマン標識した小分子プローブ３種類をすべて含む溶液でタンパク質チップを処理した。銀増強処理後、３連ドットのアレイが肉眼でもはっきりと観察される（図１１Ｂ‐１）。ドットのラマン・スペクトルを測定したところ、正しいプローブ・スペクトルが得られ、交差反応を示す徴候はみられなかった（すなわち１％未満であり、ビオチンにはＣｙ３、ＤＩＧにはＣｙ３．５、ＤＮＰにはＣｙ５）。次に、同種のチップについて、ＤＩＧプローブとＤＮＰプローブの存在下で実験し、予想通りの結果を得た（図１１Ｂ‐２およびＣ）。２種類のプローブの他の組み合わせ全てについて実験し、この場合も予想通りの結果を得たが、このことは、当該システムの選択性が高いことを示している（図１１Ｂ‐３、Ｃ‐３、１１Ｂ‐４およびＣ‐４）。２種類のプローブの実験では、このアレイ用のプローブが１種類存在せず、このことは他の相互作用対をスクリーニングする際のコントロールの役割を果たしている。
【実施例１０】
【００９３】
（タンパク質‐タンパク質間相互作用のスクリーニング）
タンパク質‐タンパク質の相互作用のスクリーニング研究用に３対のタンパク質、すなわちマウス免疫グロブリンＧ（ＩｇＧ）とその抗体、ユビキチンとその抗体、ヒト・プロテインＣとその抗体を選択した。マウスＩｇＧ、ユビキチン、およびヒト・プロテインＣを、それぞれアルデヒド・スライド上に４連でスポッティングした。金ナノ粒子をはじめに抗体で、次にラマン色素標識オリゴヌクレオチドで官能化させた。図１２に標識手順を示す。抗体（１０μｇ、ｐＨ＝９．２）を金粒子溶液（１３ｎｍ、１０ｎＭ、１ｍＬ、ｐＨ９．２）に添加し、２０分間後にラマン色素キャップ構造のアルキルチオール官能化ポ
リアデニン（Ａ１０、０．２＝ＯＤ２６０）を該溶液に添加した。１２時間後に、金粒子の表面をさらに不動態化するために同溶液に１０％ＢＳＡ溶液（０．３ｍｌ）を添加し、１０分間静置した。ラマン色素キャップ構造の金粒子‐抗体コンジュゲートを、遠心分離（１４０００ｒｐｍ）により粒子を沈殿させて精製した。過剰のオリゴヌクレオチド、ＢＳＡおよび抗体を含む上清を静かに移して粒子から取り除くことが可能である。その後粒子プローブをＰＢＳバッファに再分散させる。次いでプローブ（金ナノ粒子濃度は２ｎＭ、抗体濃度は約２μｇ／ｍＬ）をタンパク質チップの現像に使用した。タンパク質‐タンパク質間相互作用のスクリーニング・プロトコールは、（前述の）タンパク質‐小分子間相互作用の場合と同様である。
【００９４】
図１３のＡ４のチップは、３種類のラマン標識抗体プローブ全てを用いて同時に処理されたものである。銀増強処理の後、３種類の２×２ドットのアレイ全てが銀現像により明らかに目にみえる。ラマン分析の結果は交差反応がないことを示し、色素はすべて正しいスポットに存在している（図１３）。
【００９５】
フルオロフォアを用いる方法と同様、この新しい走査型検出方式もゲノミクスおよびプロテオミクス上の一般的な検出方法を提供するものであるが、さらに感度が高く、より多くの標識が可能である。利用可能なラマン色素の数は、利用可能かつ識別可能な蛍光色素の数よりはるかに多い２０、２１。ラマン色素は蛍光色素でも非蛍光色素でもよい。色素をわずかに修飾することによって異なるラマン・スペクトルを有する新しい色素を生み出すことが可能であり、識別不可能な蛍光スペクトルを示す色素であってもラマン・スペクトルによって識別可能である１６。従来の多色蛍光色素で標識する方式では、データの読み出しにマルチ・レーザーと複数回のスキャンとを必要とする１。これに対し、このラマン走査検出方式で必要なのは単色レーザーと１回のスキャンだけであり、このことは、ハイ・スループットの読み出し処理が可能なことを示唆している。量子ドット標識の蛍光検出で必要なのは単色レーザーだけであるが、異なるサイズおよび形状の量子ドット・ナノ粒子からは、通常、多色が生じる６、７。形やサイズの違う、生物標識に会合したナノ粒子は、異なる熱力学的・反応速度論的特性をもつことになると考えられるが、このことは、マイクロアレイを用いる同時進行の生物学的検出にとっては問題である。それとは対照的に、ラマン走査検出方式で必要とされるのは、単一サイズの金ナノ粒子（ここでは１３ｎｍ）の担体と、様々なラマン色素由来の標識情報のみである。それゆえに、本明細書中で記述される標識のほとんどは同様の熱力学的・反応速度論的な標的結合特性を有し、この特性が、より速くより正確なハイ・スループットのマイクロアレイを用いた生体分子マッピングおよび生体分子スクリーニングにとって必要不可欠である１。
【実施例１１】
【００９６】
（複数のラマン色素で標識したナノ粒子プローブ）
上述のラマン標識は全て１色素系、すなわち単一の担体とラマン色素である。２つ以上のラマン色素をナノ・サイズのナノ粒子担体に搭載することが可能である。標識成分間の比率調整によって、大規模にコード化されたラマン標識を作製することが可能である（図１４および１５）。２色素系では、同一の塩基配列を有するがラマン標識の異なる（Ｃｙ３およびＴＭＲ）２種類のアルキルチオール・キャップ構造オリゴヌクレオチド鎖を用いて直径１３ｎｍの金ナノ粒子を同時に修飾し、複合ラマン標識を作成した。この２色素標識ナノ粒子プローブは１色素標識ナノ粒子プローブと類似の熱力学的・反応速度論的性質を有する（すなわち同一の鎖についての同一のハイブリダイゼーション速度論と融解温度）。標準的なＤＮＡ検出実験（標的濃度は１００ｐＭ、図１）では、銀染色スポット由来のラマン・スペクトルは、Ｃｙ３およびＴＭＲの両方から発生するラマン線の特徴をはっきりと示している（図１６、左）。Ｃｙ３とＴＭＲの比率を変えることによって、異なる複合ラマン・スペクトルが得られた（図１６、右）。これらのラマン・スペクトルは、測定される領域内の主たる帯域の相対強度の差によって識別可能である。参照手段を複数と
することにより異なるラマン標識の同定の精度が高まり、この２色素ラマン標識方法が実用可能となる。２色素系以外に、Ｃｙ３、ＴＭＲ、およびＣｙ３．５の間の量的比率を変えた３色素標識の２例を図１７に示す。
【００９７】
１色素、２色素および３色素のみならず、より多くの色素を組み合わせた標識系も利用可能である。大きな疑問は、このラマン標識系で標識をいくつまで利用し得るのかということである。２色素系では５段階の強度レベル（０、１、２、３、４）を想定し、１３種類の標識を生成することが可能である。１０色素系および１４色素系を用いて、それぞれ５００万の標識および３０億の標識を生成することが可能である（図１５）。
【実施例１２】
【００９８】
（マイクロビーズを用いる生物学的検出）
数多くの並行標識技術が、マイクロビーズを用いる生物学的検出法において特に重要である。マイクロビーズ技術は、遺伝子発現のモニタリング、ＳＮＰ遺伝子型決定、プロテオミクス・スクリーニング、創薬のための重要な生物学的分析方式として浮上しつつある１、１３。マイクロアレイ技法と比較して、マイクロビーズ検出は、ハイブリダイゼーションを用いる手法における適応性が高く、分析物質の拡散が速く、また、作製が簡単で安価である。しかしながら、マイクロアレイのような位置的コード化を伴わないマイクロビーズ検出は、粒子プローブについてある種のバーコード化を施す方法に頼らざるを得ない。現在の蛍光色素を用いるコード化手法における主要な問題は、発光スペクトルが広いことと有機色素間でエネルギーが伝達されることが原因で識別可能な標識の数が限定されるということである１１。これに対し、ラマン標識はこれらの問題を克服可能である。
【００９９】
標準的なＤＮＡ標的検出系では、３成分サンドイッチ・アッセイ方式を利用可能である。我々の実験では、ガラス・マイクロビーズ（直径２１０〜２５０ｍｍ）をオリゴヌクレオチド捕捉鎖によって官能化した（図１８）。単一種類の、もしくは混合したラマン色素で標識されたアルキルチオール・キャップ構造のオリゴヌクレオチド・プローブで修飾した金ナノ粒子（直径１３ｎｍ）を合成した。次に、ラマン色素および金粒子の会合プローブ（金粒子に対して２ｎＭ）を、４×ＰＢＳバッファ溶液（０．６Ｍ  ＮａＣｌ、１０ｍＭリン酸バッファ（ｐＨ７））中で、捕捉鎖オリゴヌクレオチドで官能化されたガラス・マイクロビーズ表面上の標的鎖とともに２時間、同時にハイブリダイズさせ、塩素イオンおよび非特異的に結合したナノ粒子標識を除去するために、第２のバッファ溶液（０．６Ｍ硝酸ナトリウム、１０ｍＭリン酸）で洗浄した後、即座に銀増強溶液（ビービーインターナショナル（BBInternational ）製）で８分間処理した。ラマン測定前に、マイクロビーズを２×ＰＢＳバッファに１０分間浸してラマン散乱シグナルをさらに増強させた。
【０１００】
マイクロビーズ検出方式における新しい走査型ラマン技術の多重化能力を実証するために、８標的分析物質検出実験を選択した。標的、捕捉、およびプローブのオリゴヌクレオチド鎖の配列を図１９ａおよびｂに示す。対応するラマン・スペクトル（色付きの円形および四角形のボックスで示されている）を図２０に示す。標準的な実験では、８種類の捕捉鎖をそれぞれマイクロビーズに結合させた。すべてのマイクロビーズを一緒に混合して、適応性の広い「ランダム・マイクロアレイ」を構築した。次いで８種類の標的（１００ｎＭ）およびラマン標識ナノ粒子プローブ（２ｎＭ）を、前述したハイブリダイゼーション条件下でランダム・マイクロアレイ溶液に添加した。洗浄および銀染色後、マイクロビーズはダーク・グレーの球体として現れ、予想通りのラマン痕跡（シグネチャ）を示している（図２１）。読み出し処理を簡便にするためにマイクロビーズを機械的に整列させ（図２２、上図）、走査型ラマン分光法によって連続方式で読み出しを行った（図２２、下図）。さらに、マイクロビーズのラマン・フィンガープリントを、光ファイバーによって読み出すことも可能である（図２３）。
【０１０１】
この新しいラマン標識技術の他に、最近の２種類の方法により、大規模な同時並列標識能を実用化する可能性が示されている。すなわち、量子ドット標識マイクロビーズおよび１ミクロン未満の金属バーコードである１１、３５。しかしながら、これらの方法はどちらもミクロン・サイズの構造体を用いた多重標識を実現するものである。それとは対照的に、本発明のラマン標識はナノ・サイズの標識方法であり、このようなミクロン・サイズの標識方法よりもはるかに適応性が広い。特に、プローブのフットプリントはより小さく、該プローブを用いるこのシステムの特異性および感度は、大きな構造体を用いるシステムよりも格段に改良しやすい。ナノ粒子を用いるこの新しい方法は、様々な理由で重要である。まず第１に、従来の蛍光を用いるチップ検出と比較すると、１回のレーザー励起によって発生する１つのラマン・スペクトルから、ラマン強度の比率を割り出すことが可能である。第二に、利用可能なラマン色素の数が、利用可能かつ識別可能な蛍光色素の数よりはるかに多い２０、２１、２６。実際にラマン色素は蛍光性のものでも非蛍光性のものでもよいが、色素分子をわずかに化学標識することによって新しい色素を作り出すことが可能であり、たとえこの２種類の色素が実際に識別不能な蛍光スペクトルを有するとしても、新しい色素は異なるラマン・スペクトルを有する２６。それゆえに、このフィンガープリント法は、従来の蛍光を用いる検出方法よりも、潜在的に適応性がより広く、利用可能かつ重複のないプローブの種類がより多く、多重化能力がより高い。最後にこの方法は、類似する分子蛍光を利用する方法よりも感度が数オーダー高いことや選択性がけた違いに高いことなど、前述の金ナノ粒子を用いる検出法のあらゆる利点を備えている８、９。
【実施例１３】
【０１０２】
（ブロット検出用のラマン標識）
これまでに述べたラマン検出の実験はすべて、ガラスチップもしくはガラス・ビーズの表面上で行われた。しかしながら、支持体の選択も非常に適応性が広い。ポリマー（例えばニトロセルロース、ＰＶＤＦ）の支持体もラマン検出実験によく適しており、一般にサザン・ブロッティング、ノーザンブロッティングおよびウェスタン・ブロッティング実験で使用されるポリマー支持体については、同支持体由来の大きなバックグラウンドはみられない（図２５）。従って、本実施例で述べるラマン標識技法はサザン、ノーザン、およびウェスタン・ブロッティング実験においても適用可能である。
【０１０３】
ウェスタン・ブロッティングに先立ち、染色済み分子量ラベル（アプロチニン、リゾチーム、ソイビーン・トリプシン・インヒビターおよび炭酸脱水酵素）を、プレ・キャストのトリス塩酸ポリアクリルアミドゲルの１レーンにのせ、同じゲルの別のレーンにユビキチンをのせた（試料はローディング・バッファ溶液に溶解（１３０μｇ／２５０μＬ）：６０ｍＭ  トリス‐塩酸、２％ＳＤＳ（ドデシル硫酸ナトリウム）、５ｍＭ  β‐メルカプトメタノール、０．００５％ブロモフェノル・ブルー、２０％グリセロール）。電場をかけ（２００Ｖ、定電圧）（ＰｏｗｅｒＰａｃ  Ｂａｓｉｃ（商標）パワーサプライ、米国カリフォルニア州（CA94547 ）ハーキュリーズ（Hercules）所在のバイオラッドラボラトリーズ（Bio-Rad Laboratories）社製）、これらのタンパク質試料をポリアクリルアミドゲル（ＳＤＳバッファ溶液：２５ｍＭ  トリス、１９２ｍＭ  グリシン、０．１％（Ｗ／ｖ）ＳＤＳ、ｐＨ＝８．３）で分離した。その後、電場２時間をかけてタンパク質試料をニトロセルロース膜に転写した（４００ｍＡ、定電流；転写バッファ：２５ｍＭ  トリス、１９２ｍＭ  グリシン、および２０％（ｖ／ｖ）メタノール、ｐＨ＝８．３）。染色済みタンパク質ラベルは、膜上に青色でくっきりと見えたが、ユビキチンは見えなかった。次に、ニトロセルロース膜をバッファ溶液（２０ｍＭ  トリス・バッファ、ｐＨ７．６、１５０ｍＭ  ＮａＣｌ）で３回洗浄し、次いでタンパク質のない領域を不動態化するために、ミルク溶液（２０ｍＭ  トリス・バッファ、ｐＨ７．６、１５０ｍＭ  ＮａＣｌ、５％ドライ・ミルク）中に１２時間置いた（図２６）。不動態化の後、膜をＣｙ３．５で標識した金ナノ粒子抗ユビキチンプローブで処理した（図２７Ａ、金ナノ粒子２ｎＭ、抗体濃度は約２μｇ／ｍｌ、実施例１０を参照）。金ナノ粒子で官能化された膜を銀増強溶
液（レディング（Redding)所在のテッドペラ・インコーポレイテッド（Ted Pella, Inc. ）製）で８分間処理すると、金ナノ粒子プローブを含む領域は銀染色によってダーク・グレー色を示した（図２７Ｂ）。ラマン測定の前に、銀染色された膜を２×ＰＢＳ溶液に１０分間浸漬した。膜上のダーク・グレー領域から発生する標準的なラマン・スペクトルは、ラマン線がほとんどＣｙ３．５からのものであり、ニトロセルロース膜、タンパク質分子および実験に用いた他の化学物質から発生しているものではないことを示す（図２７Ｃ）。これらの結果は、本明細書に記述されたラマン標識が、ブロッティング実験に応用可能なことを実証している。
【０１０４】
【表１】
2005524849.tif 000002
2005524849.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】オリゴヌクレオチドおよびラマン標識で官能化したナノ粒子を使用する、チップを用いたＤＮＡ検出法を示す図。
【図２】Ｃｙ３標識で官能化したナノ粒子とハイブリダイズさせた後の、銀染色の前（Ａ）および後（Ｂ）にマイクロアレイを平台スキャナでスキャンした画像を示す図。（Ｃ）銀染色スポットの１つから得た、典型的なラマン・スペクトル。（Ｄ）チップ上の位置の関数として表された、１１９２ｃｍ−１におけるラマン強度のプロファイル；ラマン装置からのレーザー・ビームは、「Ｂ」図中の線によって示されるように左から右にチップ上を移動する。
【図３Ａ】ラマン走査法を使用する際の、最適化されていないＤＮＡ検出限界を示す図。（Ａ）マイクロアレイを用いるサンドイッチ検出形式。
【図３Ｂ】ラマン走査法を使用する際の、最適化されていないＤＮＡ検出限界を示す図。（Ｂ）Ｃｙ３．５標識で官能化したナノ粒子とハイブリダイズさせた後の、標的濃度２０ｆＭについてのマイクロアレイの平台スキャナによる画像。ラマン装置からのレーザー・ビームは、図中の線によって定義されるように左から右にチップ上を移動する。
【図３Ｃ】ラマン走査法を使用する際の、最適化されていないＤＮＡ検出限界を示す図。（Ｃ）銀染色スポットの１つから得た、典型的なラマン・スペクトル。
【図３Ｄ】ラマン走査法を使用する際の、最適化されていないＤＮＡ検出限界を示す図。（Ｄ）チップ上の位置の関数としての、１１９９ｃｍ−１におけるラマン強度プロファイル。
【図４】左側は６つの色素のラマン・スペクトルを示す図。それぞれの色素は、我々の標識スキームにおける様々な色（四角形のボックスを参照）と相関する。右側は６種のＤＮＡ標的の分析システムを示す図。標的鎖の配列情報は、米国ナショナル・センター・オブ・バイオロジカル・インフォメーション（National Center for Biological Information）のウェブサイト（http://www2.ncbi.nlm.nih.gov/Genbank/index.html ）から得た。
【図５】（Ａ）銀染色したマイクロアレイの平台スキャナ画像、および（Ｂ）対応するラマン・スペクトルを示す図。色付きボックスは、図４の色でコード化したラマン・スペクトルと相関する。
【図６】２つのＲＮＡ標的（標的１：完全なもの、標的２：１塩基異なるもの）の違いを示す図。
【図７】ＲＮＡ標的１もしくは２のみ、または標的１と２の混合物の、マイクロアレイへのハイブリダイゼーションを（Ａ）厳密な洗浄前、（Ｂ）厳密な洗浄後について示す図。
【図８】（Ａ）ナノ粒子とハイブリダイズさせたマイクロアレイの典型的な平台スキャナ画像を（１）厳密な洗浄前、（２）厳密な洗浄後、ただし銀増強処理の前、および（３）銀増強処理の後について示す図。（４）厳密な洗浄前、ただし銀増強処理の後の、ナノ粒子とハイブリダイズさせたマイクロアレイの平台スキャナ画像。（Ｂ）（４）の銀増強処理スポットの典型的なラマン・スペクトル（紫色の線）を、混合プローブ（１：１、プローブ１：プローブ２、銀増強処理後）のスペクトル（黒色の線）と比較して示す図。（Ｃ）混合プローブ（プローブ１：プローブ２、１：１、銀増強処理後）のラマン・スペクトルを、プローブ１のスペクトル（ＴＭＲのみ、青色の線）またはプローブ２（Ｃｙ３のみ、赤色の線）と比較して示す図。
【図９】（Ａ）ナノ粒子官能化マイクロアレイの典型的な平台スキャナ画像を（１）厳密な洗浄前、（２）厳密な洗浄後、ただし銀染色の前、および（３）銀染色の後について示す図。（Ｂ）異なる比（ａ）１：０；（ｂ）５：１；（ｃ）３：１；（ｄ）１：１；（ｅ）１：２；（ｆ）１：３；（ｇ）１：５；（ｈ）０：１の標的１と標的２における、染色スポットのラマン・スペクトル（１５５０〜１７５０ｃｍ−１）。４００〜１８００ｃｍ−１の全体のラマン・スペクトルは、サポート情報に示す。挿入図はラマン強度の比（Ｉ２／Ｉ１）の標的の比（Ｔ２／Ｔ１）に対するプロファイルであり、Ｉ１は１６５０ｃｍ−１におけるラマン強度（プローブ１すなわちＴＭＲ標識した金オリゴヌクレオチド結合体に由来）であり、Ｉ２は１５８８ｃｍ−１におけるラマン強度（プローブ２すなわちＣｙ３標識した金オリゴヌクレオチド結合体に由来）である。
【図１０】異なる比（ａ）１：０；（ｂ）５：１；（ｃ）３：１；（ｄ）１：１；（ｅ）１：３；（ｆ）１：５；および（ｇ）０：１の標的１と標的２における、銀増強処理スポットからのラマン・スペクトル（４００〜１８００ｃｍ−１）を示す図。
【図１１】（Ａ）タンパク質‐小分子相互作用のスクリーニングに関するスキームを示す図。（Ｂ）銀染色したマイクロアレイの平台スキャナ画像を示す図、および（Ｃ）図４の色でコード化したスキームに従う、対応するラマン・スペクトルを示す図。ビオチンはＣｙ３で標識し、ＤＩＧはＣｙ３．５で標識し、ＤＮＰはＣｙ５で標識した。プローブ調製の詳細についてはサポート情報を参照のこと。
【図１２】ラマン分光を用いるタンパク質検出方式を示す図。
【図１３】タンパク質‐タンパク質スクリーニング実験に関する、銀染色したマイクロアレイの平台スキャナ画像を示す図（Ａ１〜４）。（Ｂ）銀染色スポット中のプローブをラマン法で識別するための色コードを示す図（交差反応性は観察されない）。抗マウスＩｇＧをＣｙ３修飾‐アルキルチオール‐キャップ構造ポリアデニン（Ａ１０）で標識し、抗ユビキチン抗体はＣｙ３．５修飾‐アルキルチオール‐キャップ構造ポリアデニン（Ａ１０）で標識し、抗ヒト・プロテインＣ抗体はＣｙ５修飾‐アルキルチオール‐キャップ構造ポリアデニン（Ａ１０）によって標識した。Ａ１０オリゴヌクレオチド・スペーサーを使用して、粒子プローブの安定性を高めた３３。
【図１４】多重化能力を有するラマン標識ナノ粒子プローブの作製例を示す図。Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３は異なるラマン色素である。
【図１５】多数のラマン標識を有する大量のナノ粒子プローブの作製を示す図。
【図１６】左側：２つのラマン標識（Ｃｙ３：ＴＭＲ＝１：１、黒色の線）を有するプローブについてマイクロアレイの形態で銀染色した後のラマン・スペクトルを、ＴＭＲ（青色の線）またはＣｙ３（赤色の線）のみを有するプローブのスペクトルと比較して示す図。右側：２種の色素で官能化したナノ粒子プローブのラマン・スペクトルをＣｙ３とＴＭＲの比の関数として示す図。
【図１７】左側および右側：３色素複合標識（黒色の線）の２つのラマン・スペクトルを、ＴＭＲ（青色の線）、Ｃｙ３（赤色の線）およびＣｙ３．５（緑色の線）のスペクトルと比較して示す図。
【図１８】分光ラマン法を使用する、マイクロビーズを用いた検出方式を示す図。
【図１９Ａ】８種のＤＮＡ標的分析システムを示す図（Ａ）。それぞれのプローブ鎖は、１種類の色素または２種類の色素標識によって標識した（ラマン・スペクトルに対応する四角形のボックスおよび円を参照。色付きボックスおよび円は、図２０の色でコード化されたラマン・スペクトルと相関する）。
【図１９Ｂ】８種のＤＮＡ標的分析システムを示す図（Ｂ）。それぞれのプローブ鎖は、１種類の色素または２種類の色素標識によって標識した（ラマン・スペクトルに対応する四角形のボックスおよび円を参照。色付きボックスおよび円は、図２０の色でコード化されたラマン・スペクトルと相関する）
【図２０】１種類の色素６種および混合色素２種のラマン・スペクトルを示す図。それぞれのスペクトルは、我々の標識スキーム中の様々な色と相関する（四角形のボックスおよび円を参照）。
【図２１】銀染色した微小球体の顕微鏡画像を示す図。色付きの円は、図２０中の色でコード化されたラマン・スペクトルと相関する。
【図２２】銀染色した微小球体を一直線に並べた光学顕微鏡画像を示す図。色付きボックスは、図２０中の色でコード化されたラマン・スペクトルと相関する。
【図２３】マイクロビーズを使用する、光ファイバーを用いた検出方式を示す図。
【図２４】ラマン標識オリゴヌクレオチドの合成を示す図。
【図２５】ポリマー支持体上でのラマン検出実験を示す図。Ａ：ニトロセルロース上の、銀染色したＣｙ３修飾ＢＮＴ・Ａ２０金ナノ粒子プローブ；Ｂ：ＰＶＤＦ上の、銀染色したＣｙ３．５修飾ＤＩＧ・Ａ２０金ナノ粒子プローブ。
【図２６】ウェスタン・ブロッティング実験におけるラマン標識技法の使用を示す模式図。
【図２７】（ａ）ユビキチンプローブとして使用するための、抗ユビキチン抗体で修飾したＣｙ３．５標識金ナノ粒子を示す図。（ｂ）金粒子‐プローブで現像したニトロセルロース膜（銀染色の後）を示す図。（ｃ）銀染色した金ナノ粒子を有するダーク・グレー領域の典型的なラマン・スペクトルを示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【配列表】
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【国際調査報告】
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