[发明专利]用于快速鉴定与特定化学靶点结合的核酸的装置

说明书

本申请要求2008年8月15日提交的美国临时专利申请第61/089,291号的优先权，其全部内容在此参考并入。

本发明在政府资助下完成，合同号为美国国家科学基金会ECS-9731293和ECS-9876771。政府拥有本发明的某些权利。

技术领域

本发明是有关快速鉴定与生物靶点和化学靶点特异结合的核酸的装置和方法。

背景技术

SELEX(指数富集配体系统进化)过程是一种进化的体外组合化学过程，用于从含多种寡聚核苷酸的核酸池中识别出与某个配体或靶点相结合的核酸适体。SELEX是用于在特定的可控的结合条件下从随机池中分离核酸适体的优秀系统。SELEX技术为产生与指定配体或靶点紧密特异结合的单链DNA或RNA寡聚核苷酸提供了另一途径(Tuerk et al.，Science 249：505-510(1990)；Ellington A.，Curr Biol 4：427-429(1994)；Ellington et al.，Nature346：818-822(1990))。目前SELEX实验已被开发用于研究核酸的功能与结构，而识别出的核酸适体已成为分子诊断、分子识别、分子生物学以及分子进化研究的重要工具(Uphoff et al.，Curr Opin Struct Biol 6：281-288(1996))。

在SELEX过程中，核酸适体的筛选是通过反复进行相继的靶点结合、去除未结合的寡聚核苷酸、洗脱、扩增和纯化筛选出的寡聚核苷酸这些步骤而实现富集。SELEX涉及两个过程的多轮重复：(i)使用亲和技术将高亲和性的核酸适体从低亲和性核酸适体中分离或筛选出来，以及(ii)使用聚合酶链式反应(PCR)扩增所筛选出的核酸适体。核酸适体一般是在SELEX过程的分离步骤中，使用亲和筛选技术，从大量的随机DNA或RNA序列池或库(≥10¹⁵种序列)中筛选得到。被称为“核酸适体”的单链DNA或RNA是人工合成的特定寡聚核苷酸，它们能以高亲和力和特异性与非核酸靶点分子结合(Jenison et al.，Science 263：1425(1994)；Patel et al.，J Mol Biol 272：645-664(1997)；Clark et al.，Electrophoresis 23：1335-1340(2002))。鉴于核酸适体独特的性质，它们对于推动从亲和分离到疾病的诊断与治疗，如癌症和病毒感染的诊断和治疗，的自然科学和生命科学的多个领域的革新有良好的前景(Tang et al.，Anal Chem 79：4900-4907(2007)；Gopinath，S.，Archives of Virology 152：2137-57(2007))。

相对于抗体，核酸适体具有很多优势。它们更小，更稳定，能够化学合成，以及能够未检测使用荧光标记同时不影响他们的亲和力。与抗体的研发不同，它们针对毒性靶点(当用于抗体生成)或针对低免疫原性或无免疫原性的靶点的开发是可行的(Mann et al.，Biochem Biophy Res Comm 338：1928-1934(2005))。此外，由于它们便捷的制备过程和广泛的用途，它们能够作为验证胞内和胞外靶点的有力工具(Gopinath，S.，Anal Bioanal Chem.387：171-182(2007))。一组核酸适体还可以用于选择性的干扰某个“轴心”蛋白的部分的连接(Shi et al.，Proc Nat’l Acad Sci USA 104：3742-3746(2007))。

微流体装置是指使用微米尺度的通道操作非常小量体积(～10^-9-10^-18升)液体的系统。对小量体积的操作通过减少扩散时间提供了高速的化学反应，并在输运、交换和安置化学试剂到指定位置这些方面对获取的样本本液体提供了精确的控制。通过微加工技术，微流体装置还能够在单个芯片中整合流体元件如微泵、微阀、微加热器等等，从而使所有化学过程在芯片能自动完成。由于这些因素，微流体装置被广泛的应用于化学、生物学、药学和工程学领域，以实现高速和高通量的样本分析(Whitesides，G.，Nature 442：368-373(2006))。