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WO2017020980A1 - Use of nanoparticles and cationically modified nucleic acid for the detection of a nucleic acid that is to be detected in a solution - Google Patents

Use of nanoparticles and cationically modified nucleic acid for the detection of a nucleic acid that is to be detected in a solution Download PDF

Info

Publication number
WO2017020980A1
WO2017020980A1 PCT/EP2016/001112 EP2016001112W WO2017020980A1 WO 2017020980 A1 WO2017020980 A1 WO 2017020980A1 EP 2016001112 W EP2016001112 W EP 2016001112W WO 2017020980 A1 WO2017020980 A1 WO 2017020980A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
nucleic acid
nanoparticles
solution
detected
cationically modified
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2016/001112
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Joachim Stehr
Federico Bürsgens
Lars Ullerich
Lidiya Osinkina
Sarah Daßen
Ilse Stemplinger
Katja Zigann
Cecilia Rebuffo-Scheer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GNA Biosolutions GmbH
Original Assignee
GNA Biosolutions GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GNA Biosolutions GmbH filed Critical GNA Biosolutions GmbH
Publication of WO2017020980A1 publication Critical patent/WO2017020980A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6813Hybridisation assays
    • C12Q1/6816Hybridisation assays characterised by the detection means
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6844Nucleic acid amplification reactions
    • C12Q1/686Polymerase chain reaction [PCR]

Definitions

  • nanoparticles and cationically modified nucleic acid for detecting a nucleic acid to be detected in a solution
  • the invention is in the technical field of detecting nucleic acids of an at least partially known nucleotide sequence. Furthermore, the invention is in the technical field of detecting or determining a deviation of a nucleotide sequence of a nucleic acid from a predetermined nucleotide sequence and / or in the field of determining a concentration of a particular nucleic acid in a solution.
  • the invention is in one aspect of the art, the existence and / or concentration of nucleic acids such as e.g. Deoxyribonucleic acid (DNA) or ribonucleic acid (RNA).
  • the detected nucleic acid may then, for example, provide information as to whether e.g. a disease germ was present in a sample to be tested and / or whether, e.g. a living being / organism carries a certain genetic predisposition or not.
  • the nucleic acid sequence to be detected may previously be wholly or at least partially known.
  • an objective may be to detect only the presence of a nucleic acid sequence to be detected in a sample and / or to determine any variations or deviations of the sequence from a predetermined sequence.
  • the invention may be in a technical field, in which a detection of a nucleic acids should take place directly, that is to carry out with sufficient amount of the nucleic acid to be detected, for example, without a previous example, enzymatic amplification.
  • a detection of a nucleic acids should take place directly, that is to carry out with sufficient amount of the nucleic acid to be detected, for example, without a previous example, enzymatic amplification.
  • PCR polymerase chain reaction
  • RT reverse transcription
  • the invention may moreover be in a technical field in which the objective is an indirect detection of the nucleic acids, e.g. after and / or during e.g. enzymatic amplification reaction, e.g. PCR and / or isothermal amplification.
  • enzymatic amplification reaction e.g. PCR and / or isothermal amplification.
  • This may be desirable if the nucleic acid to be detected is present, for example, only in small amounts in a sample to be examined and thus, for example, must first be duplicated, in order then to be available for a detection reaction in sufficient quantity.
  • the reaction to be detected takes place only above a certain minimum amount of nucleic acid to be detected or amplified and / or provides a detectable signal and thus, e.g.
  • the time of occurrence of the detection reaction or the initial signal detection can be used as a measure of the amount of nucleic acid originally present (example real-time PCR or qPCR).
  • Indirect detection of nucleic acids may also mean that before the actual detection, another step such as e.g. a prior transcription such as RT takes place, so a rewriting of RNA into DNA.
  • intercalating dyes such as Sybr-Green, which have low baseline fluorescence when not in contact with double-stranded DNA but whose fluorescence increases greatly when incorporated into double-stranded DNA.
  • Intercalating dyes such as Sybr-Green can also be used conventionally in a real-time PCR or qPCR to determine the amount of nucleic acid originally used by determining the time or the number of cycles passed through at that time, in which increases the fluorescence signal of the intercalating dye above a certain noise limit.
  • a process is described in US Pat. No. 6,569,627 B2.
  • the detectable limit or the threshold of detectability can be achieved partially only at relatively high concentrations, for example of 10 nM of the amplificate in typical reaction volumes, whereby the duration of the amplification reaction to the earliest detection time very can be long.
  • FRET Förster resonance energy transfer
  • nucleic acids have exploited the spatial localization of nucleic acids and make them visible there with dyes, for example in gel electrophoresis or array hybridization methods. Furthermore, methods are known in the art that detect nucleic acids without the use of dyes or other markers. For example, absorbance measurements in the ultraviolet (eg at a wavelength of 260 nm) allow determination of the concentration of nucleic acids, such as DNA and RNA.
  • nanoparticles for the detection of nucleic acids.
  • US Pat. No. 6,812,334 B1 discloses such a method for detecting nucleic acids.
  • nanoparticles attached with oligonucleotides and one or more types of linking oligonucleotides are provided.
  • Each compound oligonucleotide has two sections. The sequence of one segment is complementary to the sequence of one of the segments of nucleic acid and the sequence of the other segment is complementary to the sequence of oligonucleotides on the nanoparticles.
  • nanoparticle-oligonucleotide conjugates, the compound oligonucleotides, and the nucleic acid are brought together under hybridization conditions, resulting in a measurable change.
  • the cited patent further discloses a kit for carrying out this method.
  • EP 1 870 478 A1 discloses a biosensor consisting of metal particles attached to a surface of a substrate. On these metal particles, a probe molecule is attached, which may be in particular a nucleic acid which forms a hairpin structure. The probe molecule has a fluorescent molecule. Before the reaction of the probe molecules with the target molecules, the distance between the metal particle and the fluorescent molecule is equal to or less than 5 nm, so that excitation energy is transferred from the fluorescent molecule to the metal particle. This quenches the fluorescence (quenched).
  • the distance between fluorescent molecule and metal particles is greater after the reaction, so that the fluorescent molecule can fluoresce, with which then the reaction or the nucleic acid can be detected.
  • the publication by R. Gill et al. "Fast, single-step, and surfactant-free oligonucleotide modification of gold nanoparticles using DNA with a positively charged tail", Chem. Commun., 2013, 49, 1400-1402 how nanoparticles can be functionalized and stabilized by ZNA with DNA. The thus functionalized nanoparticles can then be selectively linked to other nanoparticles by hybridization and thus produce a measurable optical change.
  • the use of ZNA according to this conventional method promotes the "adhesion" of the DNA to a nanoparticle, whereby the connection of several nanoparticles is conventionally carried out by a hybridization of DNA which is applied to the various nanoparticles.
  • nucleic acids and nanoparticles are thus linked by ZNA, i. DNA hybridized by ZNA to nanoparticles.
  • the methods known from the prior art for detecting a nucleic acid adhere in particular to the disadvantages that they have a relatively low sensitivity and that the implementation of these methods often takes a great deal of time until the presence or absence or the concentration of a certain nucleic acid can be reliably assessed.
  • the detection of nucleotides is usually done by means of dyes.
  • Dye-based methods may have problems, for example with regard to fading and / or the stability of the dyes, quenching effects due to interaction with interfering substances in the sample, disturbing background fluorescence of other substances.
  • conventional methods often have the need for often very complex detection methods. Avoiding dyes in methods for detecting nucleic acids is therefore desirable. It is the objective technical object of the present invention to provide a method and a kit which do not have the disadvantages of the conventional methods.
  • the invention relates to a use of at least two nanoparticles in combination with a cationically modified nucleic acid for detecting a nucleic acid to be detected in a solution.
  • the use of the nanoparticles according to the invention has the advantage that the detection method of nucleic acids can be carried out particularly efficiently. In particular, the time duration which can be necessary to achieve a meaningful result can be significantly reduced by a use according to the invention.
  • a use according to the invention has the advantage that preferably an implementation in conventional methods and / or the use of conventional detection devices and / or conventional measuring apparatuses is possible and thereby possibly no significant or no high cost for suitable devices to a use according to the invention are required.
  • a use according to the invention has the technical advantage that, in particular during or within the scope of a detection method in a solution, the possibility of locally heating at least part of the solution can be combined with a particularly efficient detection method.
  • Nanoparticles are preferably those particles which have special optical properties due to their size.
  • their optical properties are mainly given by the size of the nanoparticles, but less by their material properties.
  • the particular optical properties may be, for example, characteristic extinction spectra and / or scattering spectra, which are significantly influenced by the particle size and are not necessarily pronounced in the bulk material or macroscopic material.
  • the nanoparticles are particularly preferably those nanoparticles whose optical properties are at least partially caused by the plasmonic properties of the nanoparticles.
  • the nanoparticles preferably have a diameter of between 2 and 500 nm, more preferably between 3 and 300 nm, more preferably between 5 and 200 nm, even more preferably between 7 and 150 nm, most preferably between 10 and 100 nm spherical or spherical shape, but are not limited in their shape.
  • other forms of nanoparticles such as elongated or rod-shaped nanoparticles ("nanorods”) or other geometric shapes.
  • At least a part of the nanoparticles comprises at least one metal and / or one semiconductor.
  • the metal is preferably a noble metal, such as gold, silver, platinum or copper.
  • the semiconductor may comprise, for example, silicon and / or germanium, as well as composite semiconductor materials, such as cadmium telluride or lead sulfide.
  • at least a part of the nanoparticles can also be composed of different materials.
  • at least some of the nanoparticles can be used as shell-core nanoparticles ("core shell nanoparticle").
  • core shell nanoparticle shell nanoparticle
  • all nanoparticles used are of similar construction, in particular made of the same material.
  • a nanoparticle may have on its surface pores which can be occupied by atoms or molecules having a size and charge suitable for the pores, for example if such atoms and / or molecules are present together with the nanoparticles in a solution.
  • a nanoparticle should also comprise the atoms and / or molecules deposited on its surface.
  • the nanoparticles are due to their special optical properties to absorb light at certain wavelengths particularly effective and / or scatter.
  • the nanoparticles absorb or scatter light in a particularly efficient manner, whose wavelengths coincide with a plasmon resonance of the nanoparticles, wherein the wavelength of the plasmon resonance or the excitation energy of the plasmon resonance decisively by the size and / or shape and / or the material of the nanoparticles is determined.
  • Excitation of the nanoparticles with light whose photon energy approximately coincides with the plasmon resonance energy, is particularly suitable for transferring light energy to the nanoparticles or for allowing light energy to be absorbed by the nanoparticles.
  • nucleic acid and oligonucleotide include in the context of the present invention not only deoxyribonucleic acids or deoxyoligoribonucleotides, but also nucleic acids and oligonucleotides with one or more nucleotide analogues with modifications to their backbone (eg methylphosphonates, phosphorothioates or peptide nucleic acids (PNAs), in particular a sugar of the backbone). Further, they may also contain base analogues such as 7-deazapurines or universal bases such as nitroindole or modified natural bases such as N4-ethyl-cytosine.
  • the nucleic acids or oligonucleotides are conjugates or chimeras with non-nucleoside analogs, such as PNA.
  • the nucleic acids or oligonucleotides may have at one or more positions non-nucleosidic units such as spacers, eg hexaethylene glycol or Cn spacers, where n is preferably a natural number between 3 and 6.
  • Cn spacers are preferably spacers which comprise n carbon atoms.
  • Cn spacers may serve as spacers, especially between a binding member such as a thiol bond and the nucleic acid as such.
  • Cn spacers may be required for a synthesis of thiol oligomers or may be formed on thiol modifications.
  • the nucleic acids or oligonucleotides have modifications, these are preferably selected such that hybridization with natural DNA or RNA is also possible with the modification is.
  • the nucleic acids and / or nucleotides may have modifications which influence the melting behavior, in particular the melting temperature. This may, for example, be advantageous in order to distinguish hybrids with different degrees of complementarity of their bases (mismatch discrimination).
  • LNA Long RNA sequence
  • 8-aza-7-deazapurines 5-propynyl-uracil and cytosine and / or abasic disruptions or modifications in the nucleic acid or in the oligonucleotide.
  • Further modifications within the meaning of the invention are, for. B. Modifications with biotin, thiol or thiols and fluorescence donor and fluorescence acceptor molecules.
  • the cationically modified nucleic acid is preferably a nucleic acid which has a cationic block or a cationic section. This may be, for example, a nucleic acid which has a cationic extension on at least one end.
  • the cationic extension preferably has an average charge density which is less anionic than the average charge density of a nucleic acid, in particular when both the nucleic acid and the cationic extension are present in a typical environment for the nucleic acid.
  • the cationic extension is preferably more positively charged than a nucleic acid.
  • the Nucleic acid with cationic modification or the cationically modified nucleic acid preferably further comprises a portion or a hybridization region, which comprises mainly a nucleic acid, and conjugated thereto a cationic extension.
  • the cationic extension of the cationically modified nucleic acid comprises cationic spermine.
  • the cationic extension comprises between 1 and 20 spermine, preferably between 2 and 15 spermine, more preferably between 2 and 10 spermine, most preferably between 2 and 5 spermine.
  • the mean electrical charge density of a cationically modified nucleic acid is less anionic than the mean electrical charge density of a non-cationically modified nucleic acid. In this way, for example, the electrostatic repulsion between a cationically modified nucleic acid and a non-cationically modified nucleic acid is less than the electrostatic repulsion between two non-cationically modified nucleic acids.
  • a cationically modified nucleic acid and a non-cationically modified nucleic acid attract electrostatically.
  • a cationically modified nucleic acid comprises a nucleic acid of the type ZIP NUCLEIC ACID (ZNA) from the manufacturer METABION (METABION INTERNATIONAL AG, Planegg, Germany), which is described, for example, in the publications WO 2007 069 092 B1 or WO 2009 083 763 A1.
  • a cationically modified nucleic acid may comprise, for example, at least one cationically charged dye and / or other cationic units.
  • the addition of at least one cationic unit to a nucleic acid is preferably carried out at the 5 'end and / or at the 3' end of the nucleic acid.
  • the detection of the nucleic acid to be detected can take place, for example, in that a detectable or measurable effect is detected, which occurs when the at least two nanoparticles are in the spatial proximity to at least one cationically modified nucleic acid, in particular if the at least two nanoparticles are at least partially bound to a cationically modified nucleic acid.
  • a nanoparticle is in particular in the. spatial proximity to a cationically modified nucleic acid when their electrostatic interaction with each other, i. their electrostatic repulsion and / or attraction forces, is influenced or if the electrostatic interaction between a nanoparticle and a cationically modified nucleic acid significantly affects the interaction of the nanoparticle to other, preferably adjacent, nanoparticles.
  • the effective distance up to which electrostatic forces between the nanoparticle and the cationic modified nucleic acid have a significant influence on the interaction between the nanoparticle and the cationically modified nucleic acid may be influenced by their environment.
  • the salt concentration and / or the pH of the solution in which the nanoparticles and the cationically modified nucleic acids are located can have an influence on their electrostatic interaction.
  • the influence of the electrostatic interaction between a cationic modified nucleic acid and a nanoparticle for the preferred achievement of an intended effect according to the invention is preferably particularly pronounced if the distance between the cationic modified nucleic acid and the surface of the nanoparticle is less than 150 nm, more preferably less than 100 nm, more preferably less than 50 nm, more preferably less than 30 nm, most preferably less than 10 nm.
  • the at least two nanoparticles have functionalized molecules on their surface to which a cationically modified nucleic acid can at least partially bind.
  • the solution in which the nanoparticles and / or the cationically modified nucleic acids are present preferably has suitable buffer conditions.
  • the buffer conditions may be suitable, for example, if they have a Allow an amplification reaction to amplify a nucleic acid.
  • the invention relates to a use of a cationically modified nucleic acid in combination with at least two nanoparticles for detecting a nucleic acid to be detected in a solution.
  • the use of a combination of the nanoparticles and the cationically modified nucleic acid can serve to detect a nucleic acid, in particular a further nucleic acid.
  • both the cationically modified nucleic acid and the nanoparticles can be placed in a solution in which the presence and / or concentration of a further nucleic acid is to be detected, wherein the nucleotide sequence of the nucleic acid to be detected is preferably at least partially known.
  • conclusions can be drawn from the occurrence or non-occurrence of an interaction between the cationically modified nucleic acid and the nanoparticles or from the resulting measurable effect on the presence and / or absence and / or concentration of the nucleic acid to be detected in the solution to be pulled.
  • the invention relates to a method for detecting a nucleic acid to be detected in a solution, the method comprising the following steps:
  • Determining a change in at least one physical property of the solution wherein the physical property of the solution is at least partially changed by at least partially binding the at least two nanoparticles to the cationically modified nucleic acid and wherein the nucleic acid to be detected in the solution comprises at least partially binding the at least two nanoparticles at least partially promotes or at least partially inhibits the cationically modified nucleic acid.
  • the at least partial binding of the at least two nanoparticles to the cationically modified nucleic acid is more strongly inhibited or more promoted by a greater concentration of the nucleic acid to be detected in the solution than by a lower concentration of the nucleic acid to be detected in the solution.
  • the concentration of the nucleic acid to be detected in the solution preferably increases or inhibits the at least partial binding of the at least two nanoparticles to the cationically modified nucleic acid.
  • An interaction of the at least two nanoparticles with one another preferably changes at least partially when the at least two nanoparticles are at least partially bound to the cationically modified nucleic acid.
  • the change in the physical property depends on the change in the interaction of the at least two nanoparticles with one another,
  • the change in the physical property of the solution is particularly preferably effected by a change in the interaction of the at least two nanoparticles, the change in the interaction of the at least two nanoparticles being influenced, in particular conditionally, by an at least partial binding of the at least two nanoparticles to the cationically modified nucleic acid.
  • binding of the at least two nanoparticles to the cationically modified nucleic acid depends at least in part on a concentration of the nucleic acid to be detected in the solution.
  • the presence of the nucleic acid to be detected in the solution or the presence of a minimum concentration of the nucleic acid to be detected in the solution may lead to the two nanoparticles at least partially binding to at least partially to a cationically modified nucleic acid, while an absence of the detected Nucleic acid in the solution or the presence of a lower concentration than a minimum concentration of the nucleic acid to be detected in the solution does not cause the at least two nanoparticles at least partially bind to a cationically modified nucleic acid or at least partially bind to it.
  • the presence of the nucleic acid to be detected in the solution or the presence of a minimum concentration of the nucleic acid to be detected in the solution can result in the at least two nanoparticles not being able to bind at least partially to a cationically modified nucleic acid or at least partially unable to bind to it Absence of the nucleic acid to be detected in the solution or the presence of a lower concentration than the nucleic acid to be detected in the solution leads to the at least two nanoparticles at least partially binding to a cationically modified nucleic acid, or at least partially can not bind to it.
  • the physical property of the solution is a property that can be measured.
  • the physical property of the solution is a macroscopic property of the solution.
  • the physical property of the solution is particularly preferably a homogeneous property of the solution, ie the physical property of the solution can be measured in arbitrary partial volumes and / or at arbitrary points of the solution and the measurement then representative of the corresponding physical property of the solution entire solution is.
  • the partial volumes are preferably at least so large that at least two nanoparticles and at least one cationically modified nucleic acid are contained in each partial volume. In practice, therefore, the partial volumes are preferably greater than 1 attoiter, more preferably greater than 1 femtoliter, more preferably greater than 1 picoliter, and most preferably greater than 1 nanoliter.
  • the physical property of the solution may be an optical property of the solution and / or a property of the composition of the solution, such as a property of the mixture and / or an occurrence of a failure product and / or sedimentation.
  • at least one nucleic acid is bound to at least one of the nanoparticles.
  • the at least one nucleic acid bound to the at least one nanoparticle is a nucleic acid which is to be characterized.
  • the nucleic acid may be a nucleic acid whose nucleotide sequence is to be determined at least partially and / or by which the complementarity with another nucleic acid is to be determined.
  • the complementarity of the nucleotide sequence of the nucleic acid bound to the nanoparticle with at least part of the nucleotide sequence of the cationically modified nucleic acid is determined.
  • nucleic acids having different nucleotide sequences may be attached to one nanoparticle each and / or different nucleic acids having different nucleotide sequences may be attached to different nanoparticles.
  • a plurality of nanoparticles may be present, to each of which a nucleic acid of the same nucleotide sequence is bound and / or there may be a plurality of nanoparticles, to each of which nucleic acids having different nucleotide sequences are bound.
  • the nanoparticles themselves may differ from one another, in particular in their size and / or in their shape and / or in their material.
  • the nucleic acid bound to a nanoparticle can be attached to the nanoparticle in different ways.
  • the nucleic acid is bound to the nanoparticle with a thiol bond and / or with a streptavidin-biotin bond and / or with a cationically modified nucleic acid.
  • passive nucleotide sequences may be, for example, spacers and / or abasic modifications, such as Spacer9, dSpacer, polyethylene glycols and / or the like.
  • passive nucleotide sequences can be formed from a same and / or a similar material, such as a recognition sequence or a hybridization region of the nucleic acid.
  • spacers may be formed as DNA spacers and / or multi-adenine sequences.
  • a spacer 9 is a modification which is based on a triethylene glycol chain with a length of 9 atoms, as is well known in the prior art.
  • the nucleic acid bound to the at least one nanoparticle comprises at least one oligonucleotide.
  • only one or a plurality of oligonucleotides are bound to the nanoparticle. If a plurality of oligonucleotides is bound to a nanoparticle, these may be identical and / or different oligonucleotides. For example, a plurality of different types of oligonucleotides can each be attached to a nanoparticle.
  • the oligonucleotides may differ, for example, in their length and / or their binding and / or their nucleotide sequence. Preferably, between 1 and 5,000 oligonucleotides are attached to a nanoparticle. Between 2 and 4,000 oligonucleotides are particularly preferably attached to a nanoparticle.
  • oligonucleotides are attached to a nanoparticle. More preferably, between 10 and 3,000 oligonucleotides are attached to a nanoparticle. Even more preferably, between 20 and 2,000 oligonucleotides are attached to a nanoparticle. Particularly preferred are between 50 and 1000 oligonucleotides attached to a nanoparticle.
  • a larger loading density can have the beneficial effect of making the nanoparticles more stable in the solution.
  • the nanoparticles are stable in a solution, in particular if they do not aggregate with one another, in particular at room temperature and without external influence. clump and / or fall out of solution. Such a foreign influence can be, for example, the compound with a cationically modified nucleic acid.
  • a high loading density prevents or reduces the risk of aggregating nanoparticles.
  • all stable nanoparticles present in a solution have at least one molecule bound to their surface.
  • the nanoparticles used have a loading density between 0.001 and 1, more preferably between 0.001 and 0.5, even more preferably between 0.001 and 0.2, more preferably between 0.001 and 0.1, most preferably between 0.01 and 0, 1 oligonucleotide per nm 2 nanoparticle surface.
  • An oligonucleotide preferably comprises not more than 1,000 nucleotides, more preferably not more than 500 nucleotides, more preferably not more than 200 nucleotides, even more preferably not more than 100 nucleotides, most preferably not more than 80 nucleotides, most preferably not more as 50 nucleotides.
  • the cationically modified nucleic acid is at least partially complementary to a nucleic acid to be detected in the solution and / or the at least one oligonucleotide is bound to the at least one nanoparticle, preferably at least partially complementary to the nucleic acid to be detected in the solution.
  • a first nucleic acid is partially complementary to a second nucleic acid, this means that at least a portion of the first nucleic acid is complementary to at least a portion of the second nucleic acid.
  • a single strand of cationically modified single strand nucleic acid can be detected in the solution Hybridize nucleic acid.
  • a single strand of the oligonucleotide attached to the nanoparticle may hybridize to a single strand of the nucleic acid to be detected in the solution.
  • the nucleic acid to be detected in the solution is linked to the nanoparticle.
  • the at least one oligonucleotide is at least partially complementary to a first nucleotide sequence section of a nucleic acid to be detected in the solution
  • the cationically modified nucleic acid is at least partially complementary to a second nucleotide sequence section of the nucleic acid to be detected in the solution.
  • the first nucleotide sequence section and the second nucleotide sequence section can be formed on the same strand of the nucleic acid to be detected in the solution.
  • the oligonucleotide and the cationically modified nucleic acid combine with the first nucleotide sequence portion and the second nucleotide sequence portion, respectively, both the oligonucleotide and the cationically modified nucleic acid are hybridized on the same strand of the nucleic acid to be detected.
  • the first nucleotide sequence section is formed on a first strand of the nucleic acid to be detected, and the second nucleotide sequence section is formed on a second strand of the nucleic acid to be detected which is different from the first strand.
  • at least a portion of the at least one oligonucleotide and / or at least a portion of the cationically modified nucleic acid is a primer, such as a forward primer and / or a reverse primer.
  • the oligonucleotide attached to the nanoparticle may be a forward primer or reverse primer for the first strand of the nucleic acid to be detected.
  • the cationically modified nucleic acid may be a forward primer or reverse primer for the second strand of the nucleic acid to be detected.
  • the oligonucleotide attached to the nanoparticle is elongated and / or the cationically modified nucleic acid is elongated during an amplification process.
  • the resulting amplicons may then preferably hybridize with each other, wherein preferably the hybridization of an elongated oligonucleotide bound to a nanoparticle with an elongated nucleic acid having cationic modification may occur.
  • the primers may hybridize to the first strand and / or the second strand of the nucleic acid to be detected.
  • the oligonucleotide bound to the nanoparticle and / or the cationically modified nucleic acid may in this case comprise further parts or blocks or sections which essentially do not contribute to the function as a primer.
  • this can be one or more sections with which the oligonucleotide is bound to the nanoparticle.
  • the oligonucleotide may have one or more spacers which do not substantially contribute to the functionality as a primer.
  • the cationically modified nucleic acid can also have spacers which do not contribute to the function as a primer.
  • the extension with the cationic modification does not contribute to the functionality as a primer as such.
  • a cationic extension can increase a melting point if the cationically modified nucleic acid hybridizes to a nucleic acid and / or influence, in particular increase, an affinity for a nucleic acid.
  • At least a portion of the at least one oligonucleotide and / or at least a portion of the cationically modified nucleic acid at the 3 'end carries one or more terminating modifications such as Dideoxycytidine (ddC) or phosphate or biotin. These modifications may prevent the 3 'extension of the at least one part of the at least one oligonucleotide and / or of the at least one part of the cationically modified nucleic acid by the polymerase, so that the at least one part of the at least one oligonucleotide and / or the at least one part the cationically modified nucleic acid can not serve as a primer.
  • ddC Dideoxycytidine
  • biotin phosphate or biotin
  • a hybridization probe here refers in particular to a nucleic acid and / or a part of a nucleic acid and / or a nucleotide sequence section of a nucleic acid whose hybridization with at least part of the nucleic acid to be detected can be used to check or detect the presence of the respective nucleic acid to be detected, the hybridization probe preferably hybridizing but can not be elongated.
  • the nucleic acid linked to the nanoparticle is a primer, such as a forward primer and / or a reverse primer, wherein the cationically modified nucleic acid is not a primer or comprises a primer.
  • the cationically modified nucleic acid comprises a specific nucleotide sequence which serves as a specific hybridization probe.
  • at least a portion of the cationically modified nucleic acid is substantially at least partially identical or complementary to the nucleotide sequence of the nucleic acid to be detected.
  • the cationically modified nucleic acid is a primer or comprises a primer, wherein the nucleic acid linked to the nanoparticle is not a primer or does not comprise a primer.
  • the nucleic acid linked to the nanoparticle comprises a specific nucleotide sequence which serves as a specific hybridization probe.
  • at least a portion of the nucleic acid associated with the nanoparticle is substantially at least partially identical or complementary to the nucleotide sequence of the nucleic acid to be detected.
  • a nucleic acid to be detected in the solution can serve as a target in order to elongate the primer (s), for example in the course of an amplification reaction. elongate the nucleic acid or the cationically modified nucleic acid associated with the nanoparticle.
  • the primer can be, for example, a forward primer.
  • the solution may include another nucleic acid which also serves as a primer, for example as a reverse primer, and which is also elongated during the amplification reaction.
  • the further nucleic acid may have a cationic modification or no cationic modification.
  • the amplification reaction alone, for example in the absence of a hybridization probe and / or in the absence of a nucleic acid to be detected, does not result in a sufficient measurable change in the physical property of the solution.
  • the corresponding complementary counterpart to the nanoparticle-bound nucleic acid or to the hybridization probe is formed during the amplification reaction in the elongated part of the forward primer with cationic modification, for example, the nanoparticle-bound hybridization probe can be bound to the part elongated during the amplification reaction Hybridize forward primers with cationic modification and result in a compound of nanoparticle-linked hybridization probe with the forward primer with cationic modification.
  • the recognition sequence or hybridization probe sequence or hybridization probe nucleotide sequence and the primer sequences or nucleotide sequences which serve as primers do not overlap.
  • no contiguous portion of the recognition or hybridization probe sequence is greater than 7 nucleotide bases, more preferably greater than 5 nucleotide bases, even more preferably greater than 3, and most preferably greater than 2 Nucleotide bases complementary or identical to the primer sequences or the nucleotide sequences which serve as primers.
  • the nucleotide sequence of the hybridization probe ie the hybridization probe sequence
  • the hybridization probe sequence is terminated at least at the 3 'end (eg by biotin, phosphate, ddC or other modifications which prevent elongation by the polymerase) or carries a protruding 3' Dangling end that is not complementary to the target binding sequence with at least one base.
  • the hybridization probe sequence is involved in the exponential amplification, comparable, for example, to a TaqMan probe (see Example 6).
  • this preferred embodiment may have the advantage that the formation of primer dimers can be reduced and / or prevented.
  • the formation of primer dimers leads to a combination of nanoparticles with cationically modified nucleic acid.
  • This may advantageously contribute to signal generation by mistake, although a nucleic acid to be detected is not present in the solution.
  • the hybridization probe ie the nucleic acid which is at least partially complementary to the nucleic acid to be detected or at least partially identical to the nucleic acid to be detected, ie the nucleic acid bound to the nanoparticle or the nucleic acid with cationic modification , is essentially not amplified according to this preferred embodiment.
  • the nucleic acid linked to the nanoparticle comprises a specific nucleotide sequence which serves as a specific hybridization probe.
  • the cationically modified nucleic acid comprises a specific nucleotide sequence which serves as a specific hybridization probe.
  • at least a portion of the cationically modified nucleic acid is substantially at least partially identical or complementary to the nucleotide sequence of the nucleic acid to be detected.
  • the method is used to determine the concentration of the nucleic acid to be detected in the solution, wherein the method preferably comprises a multiplication of the nucleic acid to be detected.
  • the detection of a nucleic acid to be detected in the solution can take place in that not or only the original or original or initially present nucleic acid itself is detected, but alternatively or additionally the amplicons or duplicates of the amplification reaction or amplification reaction generated original nucleic acid.
  • This may, for example, make it possible to detect in the solution a nucleic acid whose initial concentration is too low to cause a measurable effect or a measurable change in the physical property of the solution without prior duplication.
  • an amplification reaction may be advantageous if the change in the physical property of the solution resulting from the initially present nucleic acid to be detected is insufficient to reliably detect or measure this change.
  • the detection of the nucleic acid to be detected in the solution takes place during and / or after an amplification of the nucleic acid to be detected in the solution by means of a polymerase chain reaction (PCR).
  • PCR polymerase chain reaction
  • the occurrence of a measurable change in the physical property of the solution in a real-time PCR can be used to determine from the serial number of the cycle at which this measurable change in the physical property of the solution occurs, the initial concentration of the nucleic acid to be detected.
  • the use according to the invention of nanoparticles and cationically modified nucleic acid can lead to earlier detectability, ie with a smaller number of cycles, of the optionally amplified nucleic acid to be detected and / or to a markedly pronounced, in particular steeper, signal increase. This can For example, allow a faster, improved and / or more reliable detection of the nucleic acid.
  • a further advantage of the use according to the invention of nanoparticles and cationically modified nucleic acid may be that polymerase concentrations which are preferably not more than 20%, particularly preferably not more than 5%, of the polymerase typically recommended by the manufacturer of the polymerase can be sufficient correspond.
  • the amplification of the nucleic acid to be detected in the solution takes place by means of a PCR, wherein in PCR one cycle preferably comprises the steps of denaturation, annealing and elongation.
  • the cycle or the steps involved in the cycle are passed through several times.
  • each cycle comprises the steps of denaturing, annealing and elongation once each. These steps may preferably take place at different temperatures of the solution.
  • a cycle may consist solely of the steps denaturing, annealing and elongation.
  • a cycle may include further steps such as determining the physical property of the solution and / or detecting fluorescence and / or determining an amount of generated and / or existing amplicons.
  • the course of each cycle is identical to the other cycles.
  • the cycles may also differ from each other, e.g.
  • the annealing temperature may be lower or higher in at least one cycle than in the previous cycle.
  • denaturation During denaturation, double-stranded nucleic acid present in the solution is dehybridized, or melted, or separated from one another. After denaturation, or melting, or dehybridization, the nucleic acid present in the solution is at least partially single-stranded.
  • denaturation may be by global and / or local heating the solution done. Such local heating is described for example in the document DE 10 2013 215 166 B3.
  • a global heating of the solution can be carried out, for example, by heating the entire solution or at least part of the reaction vessel in which the solution is located.
  • primers present in the solution attach to a single-stranded nucleic acid, as long as the nucleotide sequence of the particular primer is sufficiently complementary to at least a portion of the nucleic acid.
  • At least part of the strands of a nucleic acid in the solution, to which at least one primer in each case bears, is filled at least partially with free nucleotides by means of a polymerase.
  • no more than 200 cycles Preferably, during real-time PCR, no more than 200 cycles, more preferably no more than 150 cycles, even more preferably no more than 100 cycles, more preferably no more than 60 cycles, even more preferably no more than 40 cycles, most preferably not go through more than 30 cycles, most preferably no more than 25 cycles.
  • an environment of the excited nanoparticles is locally heated by exciting at least a portion of the nanoparticles.
  • Nanoparticles, which are excited to locally heat the solution need not necessarily be the same or the same particles as the nanoparticles used for the detection of the physical property or a change in the physical property of the solution.
  • the nanoparticles may differ with regard to the oligonucleotides bound thereto and / or the material and / or the shape and / or the size.
  • the excitation of a nanoparticle preferably takes place by an optical excitation.
  • the optical excitation of a nanoparticle for example, by the absorption of photons by the nanoparticle happen.
  • the absorption of a photon by a nanoparticle is particularly efficient, especially when the photon energy corresponds approximately to the excitation energy of a plasmone in the nanoparticle or the plasmon resonance of the nanoparticle.
  • the photon energy substantially corresponds to the plasmon excitation energy if an at least partial overlap exists between the plasmon absorption band and the wavelength spectrum of the photon or of the incident light. The greater the spectral overlap of the incident light with the plasmon absorption spectrum of the nanoparticle, the greater the efficiency of the optical excitation of the nanoparticles by the incident light.
  • the excitation of the nanoparticle enhances the immediate environment of the nanoparticle heated as the wider environment of the nanoparticle.
  • the nanoparticle is first heated by excitation, in particular by optical excitation, and then transfers the heat to its environment.
  • the environment of the nanoparticle is a spherical volume that is approximately one hundred times (100 times) the diameter of the nanoparticle that is at the center of this volume. More preferably, the volume is about ten times the diameter, more preferably about four times the diameter, most preferably less than twice the diameter of the nanoparticle.
  • the environment of the plurality of nanoparticles is preferably locally heated by the excitation of a plurality of nanoparticles. Particularly rapid temperature changes are possible in particular when the heated volume makes up only a small fraction of the total volume of the solution in which the nanoparticles are located. On the one hand, a high temperature difference can already be generated in this case with a small input of energy by the radiation or by the light. On the other hand, a very quick cooling of the heated volume possible if a sufficiently large, cold temperature reservoir in the irradiated volume or around the irradiated volume is present around to cool after irradiation, the nanoparticles and their environment again.
  • local heating makes it possible to expose the polymerases, which may also be present in the solution, to lower heat, so that PCR processes with a number of cycles of more than 80 can also be realized.
  • such an optical excitation can take place by means of laser radiation, the photon energy preferably corresponding essentially to the excitation energy of a plasmon resonance of the at least one part of the nanoparticles.
  • the excitation is preferably carried out by absorption of light or laser radiation through at least part of the nanoparticles.
  • a local heating is present in particular if the duration of the optical excitation in the respectively irradiated volume (for example in the laser focus) t is selected to be shorter or equal to a critical excitation duration t1.
  • t1 is determined by a time that the heat takes to diffuse at an average nanoparticle distance from one nanoparticle to the next nanoparticle, multiplied by a scaling factor s1.
  • the scaling factor s1 is preferably s1 100, particularly preferably s1> 10, particularly preferably s1> 1 and more preferably s1> 0, 1.
  • the at least one physical property of the solution changes when at least a portion of the nanoparticles is associated with the at least one cationically modified nucleic acid, wherein the at least one property of the solution preferably comprises an optical property, and wherein the optical property is in particular an extinction and / or a scattering and / or an absorption.
  • a nanoparticle is associated in particular with the cationically modified nucleic acid if the cationically modified nucleic acid is at least partially hybridized with an oligonucleotide attached to the nanoparticle.
  • the cationically modified nucleic acid may be linked to a nanoparticle by the cationically modified nucleic acid being bound directly to the nanoparticle (eg via a thiol bond).
  • a cationically modified nucleic acid can be associated with a nanoparticle in that an oligonucleotide attached to the nanoparticle is connected via a connecting nucleic acid with the cationically modified nucleic acid. This may be the case in particular when the oligonucleotide attached to the nanoparticle hybridizes to a first portion of the compound nucleic acid and the cationically modified nucleic acid hybridizes to a second portion of the compound nucleic acid.
  • a plurality of oligonucleotides may be bound to a nanoparticle.
  • at least one cationically modified nucleic acid can bind directly and / or indirectly to at least some of the oligonucleotides bound to the nanoparticles.
  • a direct binding may be present, for example, when the cationically modified nucleic acid hybridizes directly with the oligonucleotide attached to the nanoparticle.
  • An indirect binding or compound may be present, in particular, when the cationically modified nucleic acid connects to the oligonucleotide attached to the nanoparticle via a connecting nucleic acid.
  • oligonucleotides may be attached to a nanoparticle, for example, to each of which one or more cationically modified nucleic acids can be attached.
  • the first oligonucleotides attached to the nanoparticle may have first cationically modified nucleic acids may be connected and connected to second nanoparticles attached to the second oligonucleotides second cationically modified nucleic acids, wherein the first oligonucleotides and the second oligonucleotides or the first modified nucleic acid and the second modified nucleic acid are different from each other.
  • the first cationically modified nucleic acid directly connects to one of the first oligonucleotides and / or the second cationically modified nucleic acid binds indirectly to one of the second oligonucleotides.
  • the physical property of the solution may change, for example, in that the mean electrical charge density in the immediate vicinity of the nanoparticles and the associated nucleic acids changes if at least one cationically modified nucleic acid is associated with at least a portion of the nanoparticles.
  • the immediate environment preferably comprises the spherical volume, which extends from the center of the nanoparticle to a distance from the nanoparticle surface of preferably 100 nm, more preferably 50 nm, more preferably 30 nm and most preferably 15 nm.
  • the term below refers to the average electric charge density of the nanoparticles, the charge density in the immediate vicinity of the nanoparticles is preferably always meant.
  • nanoparticles which are each connected to at least one cationically modified nucleic acid, have a different electrostatic interaction with one another than nanoparticles have with one another, which are each not connected to a cationically modified nucleic acid.
  • a nanoparticle which is associated with at least one cationically modified nucleic acid, another interaction with a nanoparticle, which is not associated with a cationically modified nucleic acid, as the interaction between two nanoparticles, each not with a cationically modified nucleic acid are connected.
  • the electrostatic repulsion of two nanoparticles, of which at least one nanoparticle is associated with at least one cationically modified nucleic acid is less than the electrostatic repulsion of two nanoparticles, each not associated with a cationically modified nucleic acid.
  • the nanoparticles and / or the nucleic acids bound thereto are chosen such that they are stable in their normal environment or in the solution provided for this purpose, ie that they do not essentially aggregate with one another or do not clump together substantially. If a part of the nanoparticles is associated with at least one cationically modified nucleic acid, this particularly preferably results in at least the part of the nanoparticles which is associated with the at least one cationically modified nucleic acid aggregating with at least one other nanoparticle. Such aggregation preferably leads to a change in the physical property of the solution.
  • this change in the physical property of the solution can be, for example, a change in the amplitude and / or the spectral properties of the at least one optical property.
  • the strength of an extinction and / or a scattering and / or an absorption may change.
  • a spectral property of the extinction and / or the scattering and / or the absorption may preferably change.
  • the spectral absorption band originating from the plasmon resonance of the nanoparticles can be subjected to a spectral broadening and / or a spectral redshift.
  • the concentration of the nanoparticles and / or the cationically modified nucleic acid is selected such that when a compound of at least a portion of the nanoparticles is combined with at least a portion of the cationically modified nucleic acid such a large change in the physical property can be caused that a Measurement or detection of the change in the physical property of the solution is possible.
  • the concentration of the nanoparticles and / or the cationically modified nucleic acid is selected such that when at least a portion of the nanoparticles is combined with at least a portion of the cationically modified nucleic acid, such a large change in the physical property can be caused that the change is visible to the naked eye.
  • the measurement and / or determination of the change in the physical property of the solution takes place, for example, by measuring a change in the extinction at a longer wavelength than the extinction maximum of the plasmon resonance of the nanoparticles in the solution.
  • a wavelength is selected for this purpose, which has an increasing, in particular as high as possible, or reliably measurable extinction due to a redshift of the plasmon resonance due to a reduced average distance of at least two nanoparticles.
  • the physical property of the solution is measured at different temperatures of the solution.
  • measuring the physical property of the solution at different temperatures can serve to determine the complementarity of two nucleic acids present in the solution. The greater the complementarity of two nucleic acids present in the solution, the higher is typically their melting temperature, when these are hybridized to a double strand. In this way, for example, by targeted, successive temperature increases can be determined at which temperature the melting point of two complementary or at least partially complementary nucleic acids in the solution and / or at which temperature the melting point is exceeded. Also, for example, measuring the physical property of the solution at different temperatures may serve to at least partially determine a sequence composition and / or length of two nucleic acids present in the solution.
  • the melting curve is in the inventive use of nanoparticles and cationic modified nucleic acids sharper or more clearly recognizable or low in noise than a melting curve, which was recorded without the use of nanoparticles and cationically modified nucleic acids.
  • the half-width of the first derivative of the melting curve is preferably lower.
  • the half width of the first derivative of the melt curve is less than 7 ° C, more preferably less than 5 ° C, even more preferably less than 3 ° C, and most preferably less than 2 ° C.
  • a steep melting curve, or in other words a small half-width of the first derivative of the melting curve may be advantageous for better distinguishing melting points or melting temperatures of different nucleic acids, if they are close to each other or if the melting points or melting temperatures differ little.
  • a further aspect of the invention relates to a kit for detecting a nucleic acid to be detected in a solution, comprising:
  • the at least two nanoparticles are designed to at least partially change the physical property of the solution by at least partially binding the at least two nanoparticles to the cationically modified nucleic acid and wherein the nucleic acid to be detected in the solution comprises at least partially binding the at least two nanoparticles Nanoparticles to the cationically modified nucleic acid at least partially promotes or at least partially inhibits.
  • the nanoparticles, on the one hand, and the modified nucleic acid, on the other hand, can be present separately from one another in the kit, or be packaged separately.
  • the nanoparticles are present in a first solution and the cationically modified nucleic acid in a second solution different from the first solution.
  • the first and the second solution are merged by the user only when a method according to the invention is to be performed.
  • the Nanoparticles and the cationically modified nucleic acid also exist together in a single solution.
  • FIG. 1A to 1G-2 are schematic representations of a first preferred embodiment and an effect of the method according to the first preferred embodiment
  • FIG. 2 shows a photographic representation of reaction vessels when carrying out a method according to the first preferred embodiment
  • 3A to 3D a graphical representation of extinction spectra of solutions in carrying out a method according to a preferred embodiment
  • 4 shows a schematic representation of a second preferred embodiment
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a third preferred embodiment
  • FIG. 7 a photographic representation of reaction vessels when carrying out a method according to the third preferred embodiment
  • Fig. 8 a graphical. Representation of real-time PCR curves, which were recorded by means of a conventional, known from the prior art method;
  • Figures 9A and 9B are a graphical representation of real-time PCR curves taken by a method according to a preferred embodiment of the invention;
  • FIGS. 14A and 14B are schematic diagrams of a measuring device suitable for performing a laser PCR
  • Fig. 15A is a graphical representation of real-time laser PCR curves measured by a method of the invention in a preferred embodiment
  • Fig. 15B first derivatives of the curves of Fig. 15A;
  • Fig. 16A is a graphic representation of real-time laser PCR curves measured by a method without a cationically modified nucleic acid
  • Fig. 16B is a graph of other real-time laser PCR curves measured by a method without a cationically modified nucleic acid
  • 17 shows a graphic representation of real-time PCR curves which were measured by means of a method according to the invention in a further preferred embodiment.
  • nanoparticles are used, wherein at least a part of the nanoparticles carries at least one nucleic acid, ie at least one nanoparticle of the at least one part of the nanoparticles is at least one Bound nucleic acid.
  • at least one nucleic acid is bound to each nanoparticle.
  • the nanoparticles are preferably brought into a solution.
  • cationically modified oligonucleotides whose nucleotide sequence is at least partially known are also used. The cationically modified oligonucleotides are brought into the solution in which the nanoparticles are located.
  • At least one of the oligonucleotides with cationic modification hybridizes to at least one of the nucleic acids attached to the nanoparticles.
  • nucleotide sequence of the oligonucleotides has a sequence complementary to the nucleic acid over a whole hybridization region, which has less than 10% of the bases a non-complementary base pairing, preferably less than 5% of the bases more preferably, less than 3% of the bases have non-complementary base pairing, more preferably less than 1% of the bases have non-complementary base pairing, most preferably no non-complementary base pairing.
  • a change of at least one physical property of the solution occurs according to the first preferred embodiment.
  • the change in the physical property of the solution is measurable. If the measurable change in the physical property of the solution is measured, information about the complementarity between the nucleotide sequences of the cationically modified oligonucleotides and the nucleotide sequences of the nucleic acids attached to the nanoparticles can preferably be determined therefrom. For example, a method according to the first embodiment may be used to determine the degree of complementarity between the nucleic acids attached to the nanoparticles and the cationic modification oligonucleotides.
  • a method according to the first embodiment can be used to determine the ability to hybridize between the nucleic acids attached to the nanoparticles with the cationic modification oligonucleotides. It is possible that the sequence of the nucleic acids attached to the nanoparticles is at least partially unknown.
  • 1A to 1E show a schematic representation of the nanoparticles 2 with nucleic acids 4 bound thereto, the cationically modified oligonucleotides 6 and a schematic illustration of a basic principle of a method according to the invention according to the first preferred embodiment.
  • FIG. 1A shows a nanoparticle 2 to which a plurality of nucleic acids 4 are attached or bonded or functionalized or conjugated.
  • the nucleic acids 4 can be identical or different and can be attached to the nanoparticle 2 in the same or different orientation.
  • FIG. 1A illustrates the nanoparticle 2 only in a two-dimensional projection or in a two-dimensional cross-section.
  • the nucleic acids 4 are preferably distributed over the entire surface of the three-dimensional, preferably spherical, nanoparticle 2.
  • the nucleic acids 4 attached to the nanoparticle 2 are single-stranded nucleic acids 4 and chosen such that they do not hybridize with other nucleic acids 4 bound to the nanoparticles 2 or to other nanoparticles 2.
  • FIG. 1B shows a schematic detailed representation of a cationically modified oligonucleotide 6.
  • the cationically modified oligonucleotide 6 in the embodiment shown comprises a hybridization region 6a and a cationic section 6b.
  • the hybridization region 6a preferably comprises a nucleotide sequence.
  • the hybridization region 6a may comprise an oligonucleotide and / or in particular consist of an oligonucleotide.
  • the cationic section 6b is preferably formed at one end, in particular at the 3 'end and / or at the 5' end, of the hybridization region 6a.
  • the cationic section 6b comprises at least one cationic unit 6c.
  • the cationic portion 6b comprises three cationic units 6c.
  • the cationic units 6c preferably comprise spermine or spermine units.
  • FIG. 1C shows the nanoparticle 2 from FIG. 1A, wherein a plurality of cationically modified oligonucleotides 6 are hybridized to the nucleic acids 4 attached to the nanoparticle 2.
  • a plurality of cationically modified oligonucleotides 6 are hybridized to the nucleic acids 4 attached to the nanoparticle 2.
  • all conjugated nucleic acids are occupied with cationically modified oligonucleotides 6.
  • this is not absolutely necessary, since only part of the nucleic acids 4 can be occupied by cationically modified oligonucleotides 6.
  • the cationically modified oligonucleotides 6 preferably hybridize to the nucleic acids attached to the nanoparticle 2 in that the respective hybridization regions 6a of the cationically modified oligonucleotides 6 at least partially hybridize to the nucleic acids 4. Such a hybridization preferably takes place when the cationically modified oligonucleotides 6 and the nucleic acids 4 have a sufficient complementarity. Whether or when a complementarity is sufficient depends on various parameters, such as the temperature of the entire solution and / or the local environment.
  • nucleotide sequences of Hybridization regions 6a of cationically modified oligonucleotides 6 are fully complementary to at least part of the nucleotide sequences of nucleic acids 4, ie that no non-complementary base pairings are present, while at lower temperatures hybridization can occur in the presence of single non-complementary base pairings.
  • FIG. 1 D shows a schematic representation of an interaction of two nanoparticles 2 in a solution, wherein a plurality of cationically modified oligonucleotides 6 which are at least partially complementary to the nucleic acids are hybridized on each of the two nanoparticles 2 or on the attached nucleic acids 4 4 are.
  • a cationically modified oligonucleotide is' 6 hybridized to a nanoparticle 2, this is intended to mean in the following that the cationically modified oligonucleotide is hybridized to a nucleic acid attached to the nanoparticles 2 4.
  • a mean electrical charge density of the complex of the nanoparticle 2 and the nucleic acids 4 or cationically modified oligonucleotides 6 attached to it changes, for example, those attached to a nanoparticle Nucleic acids 4, preferably electrically negatively charged, ie anionic.
  • a plurality of nanoparticles 2 or a plurality of complexes of the nanoparticles 2 present in the solution repel one another due to a repulsive electrostatic interaction.
  • the nanoparticles are preferably substantially stable in solution, i. they do not agglomerate and / or aggregate or aggregate only to such an extent that the physical property of the solution thereby preferably does not change or does not measurably change or the aggregation and de-aggregation are in equilibrium.
  • the mean electrical charge density of the nanoparticles 2 or the complexes of the nanoparticles 2 with hybridized cationically modified oligonucleotides 6 may be less anionic or less electrically negative than the mean electrical charge density of the nanoparticles 2 or the complexes of the nanoparticles 2 without hybridized cationically modified Oligonucleotides 6.
  • hybridization with cationically modified oligonucleotides 6 can lead to a more positive or cationic average electric charge density of the nanoparticles 2 or the complexes of the nanoparticles 2.
  • This can preferably lead to the fact that the repulsive, electrostatic interaction of the hybridized with cationically modified oligonucleotides 6 nanoparticles 2 in the solution is lower. This can have the consequence that the mean distance between two nanoparticles 2 of the plurality of nanoparticles 2 in the solution decreases and / or the nanoparticles 2 at least partially aggregate and / or the nanoparticles 2 at least partially aggregate or clump together.
  • the mean distance between two preferably adjacent nanoparticles 2 of the plurality of nanoparticles 2 in the solution decreases to less than three times the average particle diameter of the nanoparticles 2, more preferably less than twice the average particle diameter, more preferably less than the length of the nanoparticles 2 average particle diameter, more preferably less than half the length of the average particle diameter, more preferably less than 20% of the average particle diameter.
  • the distance between the respective points on the surfaces of the respective nanoparticles 2, which are closest to the other nanoparticles 2 is assumed as the distance between two nanoparticles.
  • a mean distance between two nanoparticles 2 of the plurality of nanoparticles 2 in the solution can be so small that the at least one optical property of the solution changes, in particular changes measurably.
  • a property or change of the physical property may be a change of an optical or spectral property.
  • such a change may be a change in an optical Absorption and / or extinction and / or scattering.
  • such a change may be a redshift and / or spectral broadening of such an optical property.
  • such a change may also be a measurable reduction and / or a measurable increase in the measurable fluorescence of a dye, which may also be in the solution.
  • a reduction or an increase in the fluorescence of a dye can be particularly pronounced, for example, if the fluorescence spectrum of the dye and the absorption spectrum of the plasmon resonance of nanoparticles 2 in the solution at least partially overlap.
  • a change in an absorption band of the solution may result from a change in plasmon resonance of the nanoparticles 2 in the solution.
  • a smaller mean distance between two preferably adjacent nanoparticles 2 of the plurality of nanoparticles 2 in the solution can shift and / or widen an absorption band toward lower energies.
  • a spectral redshift and / or spectral broadening of the plasmon resonance of the nanoparticles 2 can thereby occur.
  • this can be done by an interaction of plasmons or surface plasmons of the interacting nanoparticles 2.
  • this can be done by a dipole / dipole interaction between the interacting nanoparticles 2.
  • Such interactions of nanoparticles 2 are described, for example, in M. Quinten and U. Kreibig, Optical Properties of Aggregates of Small Metal Particles, Surface Science, Volume 172, Issue 3, 2 July 1986, pages 557-577.
  • Flg. 1E shows a schematic representation of a combination in which the nucleic acids 4 attached to the nanoparticles 2 are not and / or not sufficiently complementary with the cationically modified oligonucleotides 6. Due to the lack of complementarity of the nucleic acids 4 attached to the nanoparticles 2 with the cationically modified oligonucleotides 6, the cationically modified oligonucleotides 6 can not hybridize with the nucleic acids 4 attached to the nanoparticles 2. In this case, it is preferable not to decrease the average electric charge density of Nanoparticles 2 and / or not to a reduction in the average distance between two nanoparticles 2 of the plurality of nanoparticles 2 in the solution. Accordingly, preferably no or no measurable change in the physical property of the solution takes place.
  • a measurement of the physical property of the solution or the measurement of a change in the physical property of the solution can serve to provide information about a hybridization of the cationically modified oligonucleotides 6 with the nucleic acids 4 attached to the nanoparticles 2 and / or via a complementarity of the cationically modified oligonucleotides 6 with the nucleic acids 4 attached to the nanoparticles 2.
  • FIGS. 1F-1 and 1F-2 show a schematic representation of a method according to the invention in a preferred embodiment, in which an optical transmission of a solution containing nanoparticles 2 is measured.
  • the incident light preferably has an intensity 11 and the optical spectrum of the incident light preferably at least partially overlaps with an absorption and / or extinction spectrum of at least part of the nanoparticles 2, such as the plasmon resonance of the nanoparticles 2 incident light around spectrally narrow-band light which is emitted, for example, by a light-emitting diode (LED) or a LASER.
  • LED light-emitting diode
  • LASER LASER
  • the central wavelength of the incident light is approximately equal to the wavelength of the plasmon resonance of the nanoparticles 2, if they do not essentially interact with one another and / or in particular do not aggregate with one another.
  • substantially non-interacting means in particular that the average distance between each two nanoparticles 2 is not so small that there is a measurable shift in a plasmon resonance of adjacent nanoparticles 2.
  • Fig. 1F-1 illustratively shows the case in which no such interaction between nanoparticles 2 takes place, since the distances between the nanoparticles are large enough not to efficiently such an interaction enable.
  • the representation is not necessarily true to scale. If the incident light having the intensity 11 comprises a wavelength which can be efficiently absorbed by the nanoparticles due to the plasmon resonance, a measurable attenuation of the light intensity occurs within the reaction vessel R in the solution, so that the emergent, transmitted light has an intensity T1 , which is lower, in particular by a measurable factor, than the intensity 11 of the incident light.
  • the nanoparticles do not interact or at least do not completely or not interact with one another to a certain extent and / or aggregate and / or agglomerate and / or precipitated.
  • the ratio of the intensity of the incident light 11 and the intensity of the transmitted light T1 is preferably a measure for a shift in the plasmon resonance of the nanoparticles 2 and / or for the mean distance between the nanoparticles 2 and / or for their aggregation.
  • Fig. 1 F-2 shows a schematic representation of the case in which in the solution of Fig. 1 F-1 additionally at least one nucleic acid with cationic modification 6 is present, which can connect to the nanoparticles 2. If the nucleic acid with cationic modification 6 hybridizes at least partially with the nanoparticles 2 or with a nucleic acid or an oligonucleotide 4 functionalized on the nanoparticles 2, then the mean distance between the nanoparticles can at least partially decrease. This can lead at least partially to an aggregation and / or precipitation and / or sedimentation of the nanoparticles 2.
  • the intensity of the transmitted light T2 can be greater than the intensity of the transmitted light T1 in the case shown in FIG. 1F-1, even if the intensity 11 of the incident light is the same in both cases.
  • the ratio of the intensity of the incident light 11 and the intensity of the transmitted light T2 is a measure for a shift in the plasmon resonance of the nanoparticles 2 and / or for the mean distance between the nanoparticles 2 and / or for their aggregation.
  • a measure of a shift of the plasmon resonance of the nanoparticles 2 and / or for the average distance between the nanoparticles 2 and / or for their aggregation particularly efficient and particularly accurate from a comparison and / or a difference and / or a quotient of determine outgoing light intensities of the cases shown in Figs. 1 F-1 and 1 F-2.
  • 1G-1 and 1G-2 show a schematic representation of a method according to the invention in a further preferred embodiment, in which dyes 8 are additionally present in the solution and an intensity of an optical emission F1 or F2 of at least part of the dyes 8 is measured .
  • the cases shown in Figs. 1G-1 and 1G-2 correspond to the cases shown in Figs. 1F-1 and 1F-2, respectively.
  • the absorption or excitation spectra and / or the emission spectra of the dyes 8 preferably overlap at least partially with the spectrum of the incident light and / or with the absorption spectrum of the nanoparticles 2, in particular with the spectrum of the plasmon resonance.
  • the nanoparticles 2 when the nanoparticles 2 are not aggregated, the nanoparticles efficiently absorb the incident light.
  • the nanoparticles 2 preferably shield the dyes 8 from the incident light in a particularly efficient manner.
  • the nanoparticles 2 preferably shield the emission of light caused by the dyes 8, which is caused, for example, by fluorescence of the dyes 8, in a particularly efficient manner.
  • the emission emerging with intensity F1 from the solution can be at least partially attenuated or completely omitted.
  • the ratio of the intensity of the incident light 11 and the intensity of the light F1 emitted by the dyes 8 is a measure of a shift in the plasmon resonance of the nanoparticles 2 and / or for the mean distance between the nanoparticles 2 and / or for their aggregation.
  • FIG. 1G-2 shows a schematic representation of the case in which in the solution from FIG. 1 G-1 additionally at least one nucleic acid with cationic modification 6 is present, which can combine with the nanoparticles 2.
  • the average distance between the nanoparticles 2 can be at least partially reduced. This can lead at least partially to an aggregation and / or precipitation / and / or sedimentation of the nanoparticles 2. Particularly preferably, there is a shift and / or broadening of the plasmon resonance of the nanoparticles 2, which is why the absorption and / or extinction of the solution or the nanoparticles at the wavelength of the incident light and / or the absorption of the dyes 8 and / or the Emission of the dyes 8 at least partially changes.
  • the intensity of the light F2 emitted by the dyes, which exits the reaction vessel R may be greater than the intensity of the emitted light F1 in the case shown in FIG. 1G-1, even if the intensity 11 of the incident light in both cases the same size.
  • the ratio of the intensity of the incident light 11 and the intensity of the emitted light F 2 is preferably a measure of a shift in the plasmon resonance of the nanoparticles 2 and / or for the mean distance between the nanoparticles 2 and / or for their aggregation.
  • Particularly preferred is a measure of a shift of the plasmon resonance of the nanoparticles 2 and / or for the average distance between the nanoparticles 2 and / or for their aggregation particularly efficient and particularly accurate from a comparison and / or a difference and / or a quotient of determine emitted light intensities F1 and F2 of the cases shown in FIG. 1 G-1 and 1 G-2.
  • FIG. 2 shows an exemplary photographic representation of reaction vessels R1 to R8 in which a process according to the second preferred embodiment is carried out, the procedure being described in more detail below in Example 1 is described. Measurements of optical properties of the solution are shown in the extinction spectra shown in FIGS. 3A to 3C.
  • the nucleic acids 4 attached to at least one part of the nanoparticles each comprise an oligonucleotide.
  • the nucleic acids 4, which are attached to the nanoparticle 2 consist essentially of an oligonucleotide 4 and an adjoining bond, with which the oligonucleotide can bind to a surface of a nanoparticle 2.
  • oligonucleotides 4 with known nucleotide sequence or with known nucleotide sequences are bound to the nanoparticles 2. In this case, all of the oligonucleotides 4 bound to the nanoparticles 2 may have the same or different nucleotide sequences.
  • the nanoparticles 2 are loaded with oligonucleotides 4, wherein the oligonucleotides 4 are at least partially complementary to the nucleic acid 10 to be detected.
  • oligonucleotides 6 with cationic modification are preferably used in the second preferred embodiment, the nucleotide sequence or nucleotide sequences to the nucleotide sequence or the nucleotide sequences of attached to the nanoparticles 2 oligonucleotides 4 is at least partially complementary or are.
  • at least one type of complementary oligonucleotide 6 with cationic modification is provided for each type of oligonucleotide 4 attached to the nanoparticles 2.
  • the oligonucleotides 6 with cationic modification and the oligonucleotides 4 on the nanoparticles 2 hybridize with each other.
  • hybridization of nanoparticles 2 or oligonucleotides 4 on nanoparticles 2 to cationic modification oligonucleotides 6 may cause a measurable change in the physical properties of the solution.
  • the hybridization of the oligonucleotides 4 on the nanoparticles 2 with the oligonucleotides 6 with cationic modification is at least partially prevented or prevented.
  • the measurable change in the physical property of the solution is at least partially prevented or at least partially prevented. This is due to the fact that the nucleic acid 10 to be detected according to the second preferred embodiment of the invention can hybridize with the oligonucleotides 6 with cationic modification and / or with the oligonucleotides 4 on the nanoparticles 2.
  • the oligonucleotides 6 with cationic modification and / or the oligonucleotides 4 on the nanoparticles can thus be at least partially occupied by the nucleic acid 10 to be detected.
  • the nucleic acid 10 to be detected occupies such a large part of the oligonucleotides 4 on the nanoparticles 2 and / or the oligonucleotides 6 with cationic modification that the proportion of free or not occupied by the nucleic acid 10 to be detected Oiigonukleotide 4 on the nanoparticles or Oiigonucleotides 6 with cationic modification can not cause a measurable change in the physical property of the solution.
  • the nucleic acid to be detected occurs in competition with the oligonucleotides 6 with cationic modification.
  • an oligonucleotide 4 attached to the nanoparticle 2 can hybridize either with the nucleic acid 10 to be detected or with an oligonucleotide 6 with cationic modification, but not simultaneously with both.
  • the oligonucleotide 6 with cationic modification is complementary to the oligonucleotide 4 on the nanoparticle 2, the oligonucleotide 6 with cationic modification may no longer bind to the oligonucleotide 4 on the nanoparticle 2, since this may already be occupied by a nucleic acid 10 to be detected is.
  • Oligonucleotides 6 with cationic modification in the solution do not lead to a sufficient number of bonds between oligonucleotides 6 with cationic modification and oligonucleotides 4 on the nanoparticles 2 or with the nanoparticles 2, so that no measurable change in the physical property of the solution takes place.
  • the nucleic acid 10 to be detected or a solution with the nucleic acid 10 to be detected can be added to the solution with the nanoparticles either before or simultaneously with the oligonucleotides 6 with cationic modification.
  • the nucleic acid 10 to be detected is added in time before the oligonucleotides 6 with cationic modification. It is also possible to add the nucleic acid 10 to be detected chronologically after the oligonucleotides 6 with cationic modification.
  • a heating step prior to a measurement of the change in the physical property of the solution can be inserted, in order to solve any already existing bonds or hybridizations and to provide a new competitive situation during the cooling of the solution after the heating step.
  • such a heating step may be useful and / or necessary.
  • such a heating step may be particularly useful if the nucleic acid 10 to be detected is initially present in very low concentration and is amplified during an amplification reaction, so that it can be reliably detected only during and / or after the amplification reaction. For example, in such a case, intermediate heating steps would make sense.
  • nucleic acid 10 to be detected is absent or not present in sufficient concentration in the solution and / or the nucleic acid to be detected is not sufficiently compatible with the oligonucleotides 4 on the nanoparticles 2 and / or the oligonucleotides 6 with cationic modification, a sufficient number of oligonucleotides may be preferred 6 with cationic modification to the nanoparticles 2 and the oligonucleotides 4 on the Nanoparticles 2 bind to cause a measurable change in the physical property of the solution.
  • a method according to the second preferred embodiment of the invention is preferably suitable for detecting a nucleic acid 10 to be detected in the solution or reaction solution.
  • the nanoparticles 2 with the oligonucleotides 4 attached thereto and the oligonucleotides 6 with cationic modification are brought into the solution in which the nucleic acid 10 to be detected is to be detected.
  • the nanoparticles 2 and the oligonucleotides 6 with cationic modification need not necessarily be added simultaneously to the solution.
  • the nucleic acid 10 to be detected is initially free in the solution.
  • At least part of the nucleotide sequence of the nucleic acid 10 to be detected is at least partially complementary to the nucleotide sequence of the oligonucleotides 4 on the nanoparticles 2 and / or to the nucleotide sequence of the oligonucleotides 6 with cationic modification.
  • FIG. 5 shows an exemplary photographic representation of reaction vessels R1 to R4 in which a process according to the second preferred embodiment is carried out, the procedure being described below in Example 2.
  • FIG. 6 shows a two-dimensional cross-section or a two-dimensional projection of a nanoparticle 2, which is functionalized with oligonucleotides 4 having a known nucleotide sequence.
  • each oligonucleotide 4 bound to the nanoparticle has a known nucleotide sequence.
  • Each oligonucleotide 6 with cationic modification also has a known nucleotide sequence.
  • the nucleotide sequence of the oligonucleotides 4 attached to the nanoparticle 2 is different from the known one Nucleotide sequence of oligonucleotides 6 with cationic modification.
  • the known nucleotide sequences of the oligonucleotides 4, which are attached to the nanoparticles 2, and the nucleotide sequence of the oligonucleotides 6 with cationic modification are chosen such that the nucleotide sequence of the attached to the nanoparticle 2 oligonucleotide 4 at least partially complementary to a nucleotide sequence of a first portion of a in the Is nucleic acid to be detected 10 solution.
  • the nucleotide sequence of the oligonucleotides 6 with cationic modification is preferably chosen such that it is complementary to a nucleotide sequence of a preferably adjacent second subregion of the nucleic acid 10 to be detected in the solution.
  • the first subregion and the second subregion of the nucleic acid 10 to be detected do not overlap.
  • the third preferred embodiment can serve, for example, to determine the complementarity of the nucleotide sequence of the nucleic acid 10 to be detected with the known nucleotide sequences of the oligonucleotides 4 attached to the nanoparticles 2 and the oligonucleotides 6 with cationic modification.
  • both an oligonucleotide 4 attached to a nanoparticle can be used , as well as an oligonucleotide 6 with cationic modification to one and the same strand of the nucleic acid to be detected 10 hybridize.
  • the nucleic acid 10 to be detected may serve as a compound nucleic acid to connect at least one oligonucleotide 4 attached to a nanoparticle and one oligonucleotide 6 having cationic modification.
  • an oligonucleotide 4 attached to the nanoparticle is connected via the nucleic acid 10 to be detected with an oligonucleotide 6 with cationic modification.
  • the nucleic acid 10 to be detected serves as a connecting nucleic acid to at least one oligonucleotide 4, which the nanoparticle is attached to connect with an oligonucleotide 6 with cationic modification.
  • the nucleic acid 10 to be detected In the absence or at too low a concentration of the nucleic acid 10 to be detected, not enough bonds between nanoparticles in 2 and oligonucleotides 6 with cationic modification can be generated despite a sufficient concentration of oligonucleotides 6 with cationic modification to cause a measurable change in the physical property of the solution can.
  • the effect corresponds substantially to the effects that have already been described with reference to the first preferred embodiment and the second preferred embodiment.
  • Fig. 7 shows an exemplary photographic representation of reaction vessels R3 to R4, in which a method according to the second preferred embodiment is carried out, the implementation is described below in Example 3.
  • Example 1 a method according to the first preferred embodiment of the invention was applied. Nucleic acids are attached to the nanoparticles, with the nanoparticles in solution. Furthermore, there are oligonucleotides with cationic modification in the solution, which have a known nucleotide sequence. For example, the method according to this example serves to measure the degree of complementarity or the ability to hybridize between the nucleic acid on the nanoparticles and the oligonucleotides with cationic modification. The sequence of the nucleic acid may be at least partially unknown. With high complementarity, the oligonucleotides with cationic modification hybridize to the nucleic acid on the nanoparticle and a measurable change is produced. Fig.
  • FIG. 2 shows a photograph of 8 reaction vessels R1 to R8 in a multiwell plate, with a total volume or capacity of 20 ⁇ per reaction vessel.
  • Each vessel contains 40 pM (picomoles per liter) of 60 nm diameter gold nanoparticles (supplied by BBI).
  • Each nanoparticle carries approximately 1,000 nucleic acids with Sequence 1 (see Appendix) functionalized via a thiol linkage to the nanoparticle surface (according to J. Hurst et al., Anal. Chem., 78 (24), 8313-8318, 2006 the content of which is incorporated herein by reference). After the functionalization, 6 washing steps are carried out.
  • the nanoparticles are dissolved in a phosphate buffer (3.75 mM phosphate, pH 7) with 0.1% Tween 20, 5 mM MgC, 7.5 mM NaCl. Under these conditions, the nanoparticles are stable without addition of oligonucleotides with cationic modification and show a red color (see R1 and R2).
  • a ZNA supplied by Metabion GmbH, Planegg, Germany
  • sequence 2 see Appendix
  • sequences 1 and 2 have a high degree of complementarity with one another, the ZNA can hybridize well to the nanoparticle-bound nucleic acids. From a final concentration of the ZNA of 10 nM (R5 and R7), a clear decolorization of the nanoparticle solution is observable. In the lower row was added as oligonucleotide with cationic modification a ZNA (supplied by Metabion GmbH, Planegg, Germany) with the sequence 3 (see Appendix) in different final concentrations (100 nM in R8, 10 nM in R6, 1 nM in R4).
  • FIGS. 3A to 3D show extinction spectra of nanoparticle solutions.
  • Figure 3A shows a solution with 60 nm diameter gold nanoparticles and 40 pM nanoparticle concentration (supplied by BBI). The extinction spectrum shown here are in arbitrary units, i. only qualitatively plotted against the wavelength.
  • Each nanoparticle carries approximately 1,000 nucleic acids with sequence 4 (see Appendix), which have been functionalized via a thiol bond to the nanoparticle surface.
  • the nanoparticles are dissolved in phosphate buffer (3.9 mM phosphate, pH 7) with 0.1% Tween 20, 5 mM MgC, 7.85 mM NaCl.
  • the extinction spectrum (recorded with a Varian Cary 50 spectrometer in a quartz cuvette with 3 mm optical path) of a particle solution without addition of oligonucleotides with cationic modification shows a plasmon resonance with maximum resonance at a wavelength of about 530 nm.
  • the addition of an oligonucleotide with cationic modification (ZNA with sequence 5, see Appendix, final concentration 150 nM) 5 minutes after addition shows no significant change in the extinction spectrum (dotted line), since the sequences 4 and 5 to each other have a very low complementarity and the ZNA therefore not or only can hybridize poorly to the nanoparticle-bound nucleic acids.
  • FIG. 3B instead of the ZNA with sequence 5, a ZNA with sequence 6 (see Appendix) was added as an oligonucleotide with cationic modification (final concentration also 150 nM, same buffer system as in FIG. 3A). This shows already after 1 minute, a relatively large change in the extinction spectrum (dashed line) in comparison to the curve before adding the oligonucleotides with cationic modification (solid curve). After 5 minutes, the change is even more pronounced (dotted curve). Because the Sequences 4 and 6 have a high complementarity to each other, the ZNA can hybridize well or effectively to the nanoparticle-bound nucleic acids.
  • the observable or measurable change in the extinction spectrum is typical for a shift of the plasmon resonance of the nanoparticles, which could be an indication of a smaller average distance of the nanoparticles from each other, which is caused by the binding of the oligonucleotides with cationic modification on the nanoparticles.
  • Fig. 3C the temperature of the sample of Fig. 3B was first raised to 60 ° C (absorbance spectrum shown as a dashed line).
  • the change in the optical properties initially remains (strongly broadened and red-shifted plasmon resonance in comparison to the extinction spectrum of a sample without oligonucleotides with cationic modification).
  • the extinction spectrum changes substantially back to the original state with plasmon resonance maximum at a wavelength of about 530 nm (extinction spectrum shown as a solid line). This can be explained by the fact that the denaturation temperature of the DNA double strand from sequence 4 and 6 is reached and this double strand is separated.
  • the oligonucleotides with cationic modification can be removed again from the nanoparticles. Accordingly, the local charge conditions on the nanoparticles and thus the cause for the bond between the nanoparticles can change again. As a result, the particles are released again, whereby the distance between the nanoparticles, for example, increases again by diffusion and Coulomb repulsion of the nanoparticles. This shows that the measurable change can also be reversible when the bond between cationic-modified oligonucleotides and nanoparticles is redissolved.
  • oligonucleotides with cationic modification with Sequence 6 (which, in combination with nanoparticles functionalized with Sequence 4, produced a strong measurable change) were now functionalized to other nanoparticles functionalized with Sequence 11 (see Appendix) (final concentration of Oligonucleotide with cationic modification also 150 nM, nanoparticle concentration also 40 pM, same buffer system as in Fig. 3A and Fig. 3B), so no significant change is observed, since sequence 6 and 11 again have a very low complementarity to each other again.
  • Example 2 a method according to the second preferred embodiment was applied.
  • the nanoparticles in the solution carry at least one oligonucleotide with a known nucleotide sequence.
  • oligonucleotides with cationic modification having a known nucleotide sequence are added to the solution, the nucleotide sequence being at least partially complementary to the oligonucleotides attached to the nanoparticles.
  • the solution may contain a nucleic acid to be detected which is initially free in solution and which is at least partially complementary to the oligonucleotides on the nanoparticles and / or to the oligonucleotides with cationic modification.
  • oligonucleotides with cationic modification and the oligonucleotides on the nanoparticles can hybridize and produce a measurable change.
  • the presence of the nucleic acid or a sufficiently high concentration of the nucleic acid prevents this hybridization and thus the measurable change, since the nucleic acid can hybridize with the oligonucleotides with cationic modification and / or the oligonucleotides on the nanoparticles.
  • the oligonucleotides with cationic modification and / or the oligonucleotides on the nanoparticles are thus at least partially occupied and can no longer (sufficiently) hybridize with each other and thus also cause no measurable change.
  • Fig. 5 shows a photograph of 4 reaction vessels R1, R2, R3 and R4 in a multiwell plate with a total volume or capacity of 20 ⁇ per reaction vessel.
  • Each reaction tube contains 40 pM gold nanoparticles with 60 nm diameter (supplied by BBI), each nanoparticle carries about 1,000 oligonucleotides with sequence 4, which have been functionalized via a thiol bond to the nanoparticle surface.
  • the nanoparticles are dissolved in phosphate buffer (3.9 mM phosphate, pH 7) with 0.1% Tween 20, 5 mM MgC, 7.7 mM NaCl. Under these conditions, the nanoparticles are stable without addition of oligonucleotides with cationic modification and show a red color.
  • nucleic acid DNA sequence 7 (2 ⁇ a DNA concentration of 1 ⁇ )
  • R2 and R4 was instead 2 ⁇ water added as a negative control. Since sequences 4 and 7 have a high degree of complementarity with one another, the added DNA can hybridize to the oligonucleotides on the nanoparticle surface and thus block them for further hybridizations.
  • each reaction vessel ZNA were added with the sequence 6 as an oligonucleotide with cationic modification (each 0.3 ⁇ of a 10 ⁇ ZNA solution, final concentration thus 150 nM ZNA), which is highly complementary to the sequence 4 of the nanoparticles has-bound oligonucleotides.
  • each reaction vessel ZNA were added with the sequence 6 as an oligonucleotide with cationic modification (each 0.3 ⁇ of a 10 ⁇ ZNA solution, final concentration thus 150 nM ZNA), which is highly complementary to the sequence 4 of the nanoparticles has-bound oligonucleotides.
  • the ZNA can no longer hybridize to the nanoparticle-bound oligonucleotides since they are occupied by the nucleic acid. There is thus no discoloration or measurable change.
  • Example 3 In Example 3, a method according to the third preferred embodiment was used.
  • the nanoparticles in the solution carry at least one oligonucleotide with a known nucleotide sequence.
  • the solution becomes oligonucleotides with cationic modification with a known nucleotide sequence added.
  • a nucleic acid to be detected may initially be free in solution.
  • the nucleotide sequence of the nucleic acid to be detected here comprises a first partial region which is at least partially complementary to the oligonucleotides on the nanoparticles and a preferably adjacent second partial region which is at least partially complementary to the oligonucleotides with cationic modification.
  • Fig. 7 shows a photographic representation of reaction vessels R1 to R3 in a multiwell plate, total volume per reaction vessel 20 ⁇ .
  • Each well R1 to R3 contains 40 pM gold nanoparticles 2 with a diameter of 60 nm (supplied by BBI), each nanoparticle carries about 1000 oligonucleotides with sequence 12, which have been functionalized via a thiol bond to the nanoparticle surface.
  • the nanoparticles 2 are dissolved in phosphate buffer (3.9 mM phosphate, pH 7) with 0.1% Tween 20, 12 mM MgCte, 7.7 mM NaCl. Under these conditions, nanoparticles 2 are stable and show a red color.
  • reaction vessels R2 and R3 were added to the reaction vessels R2 and R3 as nucleic acid DNA with the sequence 13 (0.3 ⁇ a DNA concentration of 1 ⁇ ), in the reaction vessel R1 instead of 0.3 ⁇ water as a negative control added.
  • the reaction vessels R1 and R3 were added ZNA with the sequence 6 as oligonucleotide with cationic modification (each 0.3 ⁇ a 10 ⁇ ZNA solution, final concentration thus 150 nM ZNA), which is highly complementary to a portion of the Sequence 13 of the nucleic acid to be detected, but has a low complementarity with sequence 12 of the nanoparticle-bound oligonucleotides.
  • Example 4.1 State of the Art: Real-Time PCR with Intercalating Dye
  • PCR polymerase chain reaction
  • the nucleic acid is amplified with sequence 7 by the primer oligonucleotides with sequence 8 and 9 and the PCR amplicon by an intercalating dye (Sybr-Green I Nucleic Acid Gel Stain, 0.000x concentrate, Roche), which shows increasing fluorescence as the amount of double-stranded DNA in the sample increases.
  • an intercalating dye Sybr-Green I Nucleic Acid Gel Stain, 0.000x concentrate, Roche
  • the forward primer with sequence 8 carries no cationic modification
  • the reverse primer with sequence 9 carries a cationic modification with three cationic units (ZNA3) at the 5 'end.
  • the cationic modification in this case is at the 5 'end of the primer and not at the 3' end so as not to prevent elongation by the polymerase attaching to the 3 'end of the primer.
  • Each reaction consists of 9 ⁇ Mastermix and 1 ⁇ nucleic acid solution or water. 9 ⁇ Mastermix for a reaction are listed as follows in Table 1:
  • the PCR protocol consists of 40 cycles of 5 seconds 90 ° C, 15 seconds 60 ° C and 15 seconds 72 ° C. Fluorescence detection occurs after every 72 ° C step. 8 shows real-time PCR curves of the 530 nm fluorescence channel of three different starting concentrations of the nucleic acid with sequence 7 (present as oligonucleotide) and a negative control without nucleic acid as target sequence. The curves show the typical course for such real-time PCR: First, the detected fluorescence remains essentially unchanged in the first PCR cycles.
  • nucleic acid Although (depending on whether or not nucleic acid is included as starting material in the sample), new DNA double strands are generated as amplicon in each cycle, but the amount is not sufficient here to raise the fluorescence caused thereby beyond the measurable basic limit and to detect.
  • the fluorescence rises sharply from about the 20th cycle to then (from about cycle 27) into saturation proceed.
  • the software of the instrument determines the so-called Ct value (Cycle Threshold for Threshold Cycle) or Cp value (English Crossing Point), which describes the cycle at which the fluorescence for the first time rises significantly above the background fluorescence , This can then be used in a sample of unknown starting concentration of the nucleic acid, typically by comparison with a known standard concentration series for quantifying the starting concentration of the nucleic acid in the sample.
  • Ct value Chip Threshold for Threshold Cycle
  • Cp value English Crossing Point
  • the instrument software can calculate the efficiency of the amplification reaction from the concentrations and the distances of the Cp values from one another.
  • the values given in the table above indicate one amplification per cycle in the concentration range of 1 -100 fM of 1.858 (+ -0.00584). With this amplification per cycle and the Cp values, it is possible to estimate from the original nucleic acid concentrations (Co) which amplicon concentration prevails when the Cp value in the sample is reached this simplifies that the duplication per cycle is the same on average over all cycles. According to the equation (1)
  • a significantly measurable change in the fluorescence over the background fluorescence is thus achieved in this system with intercalating dye as signal generator at about 40 nM amplicon concentration.
  • Example 4.2 Real-time PCR with nanoparticles and ZNA - without dye
  • the primer system used is basically the same as in Example 4.1, but now the previously unbound forward primer is replaced with sequence 8 by modified primer oligonucleotides with sequence 4, which has been functionalized on a gold nanoparticle.
  • the modified primer oligonucleotide with sequence 4 comprises as a partial sequence sequence 8 (this sequence is still used as the actual primer sequence), in addition to a partial sequence of 35 adenine bases, which serves as a spacer between the particle surface and primer partial sequence and additionally two abasic modifications Spacer9 between spacer sequence and primer sequence the the overwriting of the spacer sequence by the polymerase prevented (see, for example, patent application DE 10 2013 215 168.3).
  • the modified primer oligonucleotide with sequence 4 at the 5 'end contains a thiol modification, with the aid of which the oligonucleotide is bound to the surface of gold nanoparticles.
  • the same nanoparticle-oligonucleotide conjugates are used as in Fig. 5 and Example 2, respectively, ie 60 nm diameter gold nanoparticles (supplied by BBI), each nanoparticle carrying about 1000 oligonucleotides with sequence 4.
  • the reverse primer is the cationic modification oligonucleotide with three cationic units at the 5 'end with sequence 9 (ZNA3).
  • the nucleic acid is amplified with sequence 7.
  • PCR amplicon is now not detected by a dye, but by a measurable change, which is caused by the fact that the PCR amplicon with the oligonucleotide cationic modification (here the reverse primer) with the nanoparticles is connected.
  • Each reaction consists of 9 ⁇ M Mastermix and 1 pl nucleic acid solution or water. 9 ⁇ M master mix for one reaction are summarized in Table 3 as follows:
  • the nanoparticle-oligonucleotide conjugates are functionalized (according to J. Hurst et al., Anal. Chem., 78 (24), 8313-8318, 2006, the contents of which are incorporated herein by reference). After functionalization and 6 washes, the nanoparticle-oligonucleotide conjugates are present in a concentration of 200 pM in phosphate buffer (5 mM phosphate, pH 7) with 0.1% Tween 20, 10 mM NaCl.
  • the PCR protocol consists of 40 cycles of 5 seconds 90 ° C, 15 seconds 60 ° C and 15 seconds 72 ° C.
  • the signal detection takes place after every 72 ° C step. No dye is used in this experiment, but the same unmodified detection unit and software of the Light Cycler Instrument are used as in Examples 4.1 and 4.2 using dyes.
  • FIG. 9A shows real-time PCR curves of the 530 nm fluorescence channel of the LIGHT CYCLER instrument, although in this case no fluorescence is measured, of three different starting concentrations of nucleic acid with sequence 7 (present as oligonucleotide) and one negative control without nucleic acid as target sequence ,
  • the curves. show again a typical for Real-Time PCR typical course, although due to the very small absolute signal change (about 300 times smaller than in Example 4.1 when using a fluorescent dye), the deviations in the baseline level of the measurement visually very differentiated the different curves.
  • the deviations in the basic level are included exact observation also in Fig.
  • FIG. 9B shows a slightly different representation of the graph of Fig. 9A, wherein in the Light Cycler software by means of the function "Analysis - Amplification Analysis - Absolute Quantification" an altered representation has been selected, in which the base level appears more contracted to the visual 9B, as well as in the basic illustration in Fig.
  • the detected signal initially remains substantially unchanged in the first PCR cycles pM concentration of the nucleic acid with sequence 7 as starting material (solid lines), the signal rises sharply from about the 20th cycle onwards, and then saturates.
  • the sample with a 10-fold lower initial concentration does not increase until about the 24th cycle on (dashed line), for a 100-fold lower initial concentration, it increases approximately from the 29th cycle on (dotted line) Liche acid with sequence 7 as starting material is not recognizable until the 40th cycle (dashed dotted line).
  • These rise points are very similar to the rise points in Fig. 8 of the dye-based example 4.1.
  • the curves are similar to each other equidistant, which proves the good quantifiability of the measurement method.
  • the measurable change which is detectable above a certain minimum concentration of amplicon, does not arise here as in the prior art by fluorescence of a fluorescent dye, but by the changed optical properties of the solution, which by connecting the gold nanoparticles in the solution with a sufficient number Oligonucleotides with cationic modification (here reverse primer as ZNA) is caused.
  • the nanoparticles have their extinction maximum at a wavelength of about 530 nm in the dissolved state without binding to oligonucleotides with cationic modification (ie, for example, in the first cycles of real-time PCR before the signal change) (see, for example, also extinction spectra in FIGS.
  • the signal in the Light Cycler increases (and does not decrease) after a certain cycle is an indication that the decreasing nanoparticle absorbance in the sample or solution at 530 nm causes more background signal (such as reflection from the capillary walls or the liquid surface) Scattering from capillaries or reaction liquid or intrinsic fluorescence of the solution) can penetrate the sample, reaches the detector and thus becomes detectable.
  • the reduced background signal in the presence of unbound nanoparticles in the solution may also be the reason why such samples without dyes of instrument and software at the beginning of real-time PCR in the so-called "seek process" are not recognized.
  • Example 4.3 Real-Time PCR with Nanoparticles and ZNA - with Background Dye
  • a polymerase chain reaction comparable to Example 4.2 was carried out for indirect detection of a nucleic acid, but now also with dye in the reaction solution.
  • the used primer system of nanoparticle-oligonucleotide conjugates for forward primer and ZNA as reverse primer remains unchanged from that of Example 4.2.
  • Fluorescein is used as additional dye (as fluorescein sodium salt F6377 obtained from Sigma Aldrich and initially dissolved in water).
  • Fluorescein has spectrally very similar properties to Sybr Green I used in Example 4.1, but fluorescein shows no intercalating properties, ie it does not typically alter its fluorescence properties with increasing amplicon concentration in the sample or solution.
  • Each reaction consists of 9 ⁇ Mastermix and 1 ⁇ nucleic acid solution or water. 9 ⁇ M master mix for one reaction are summarized in Table 4 as follows: Table 4
  • the nanoparticle oligonucleotide conjugates are functionalized (according to J. Hurst et al., Anal. Chem., 78 (24), 8313-8318, 2006, the contents of which are incorporated herein by reference).
  • the nanoparticle-oligonucleotide conjugates are present in a concentration of 200 pM in phosphate buffer (5 mM phosphate, pH 7) with 0.1% Tween 20, 10 mM NaCl.
  • the PCR protocol again consists of 40 cycles of 5 seconds 90 ° C, 15 seconds 60 ° C and 15 seconds 72 ° C. The signal detection takes place after every 72 ° C step. Due to the additional dye used, in contrast to Example 4.2, there are no longer any unrecognized samples from the detection unit and software of the Light Cycler Instrument.
  • FIG. 10 shows real-time PCR curves of the 530 nm fluorescence channel (matching the emission wavelength of fluorescein) of three different starting concentrations of the nucleic acid with sequence 7 (present as oligonucleotide) and a negative control without nucleic acid as target sequence.
  • the curves essentially show a course typical of real-time PCR, the base level of the signal (before reaching the first significant signal increase) is now about 4 times higher than in the comparable experiment without dyes (FIG. 9A) and thus almost reaches the level which is also achieved with the intercalating dye Sybr Green (FIG. 8th). For this reason, there are no longer unrecognized samples from the detection unit and software of the Light Cycler instrument.
  • the absolute signal change during the nucleic acid-induced significant signal increase is 5 to 6 times higher in this example than in FIG. 9A or in Example 4.2 without dye.
  • the sample or the solution with the highest concentration of nucleic acid with sequence 7 as starting material (1 ⁇ of a 1 ⁇ M solution used) first shows a significant signal increase (solid line).
  • the signal increases sharply starting at the 20th cycle and then goes into saturation.
  • the sample or the solution with 10-fold lower initial concentration increases again only from about the 24th cycle on (dashed line), for a 100-fold lower initial concentration, it increases from about the 27th cycle on (dotted line).
  • Fluorescein is excited by the Light Cycler at a wavelength of 470 nm and emits fluorescence at a maximum of 530 nm, where fluorescence is also measured in the selected mode in the Light Cycler.
  • the nanoparticles have in the dissolved state without binding to oligonucleotides with cationic modification (ie, for example, in the first cycles of real-time PCR before the signal change) their extinction maximum at a wavelength of about 530 nm and still significant extinction at 470 nm (see, for example Extinction spectra in FIGS. 3A to 3D).
  • the nanoparticles thus reabsorb a considerable portion of the fluorescein emission at 530 nm and additionally prevent the excitation of the nanoparticles at 470 nm.
  • the decreasing nanoparticle absorbance in the sample at the wavelength of 470 nm as well as at the wavelength of 530 nm by the Combining the nanoparticles with a sufficient number of oligonucleotides with cationic modification now leads to an increased fluorescence signal of the fluorescein and thus to a measurable change by more effective excitation and undisturbed emission of the fluorescein dyes with simultaneous lower reabsorption by the nanoparticles.
  • the concentration of fluorescein may be e.g. also be 10 times higher. This increases both the base level of the fluorescence signal and the absolute signal swing (data not shown here). At a significantly reduced concentration (final concentration fluorescein 0 nM), both the base level of the fluorescence signal and the absolute signal swing are significantly reduced, and it may happen at too low concentrations that some samples or solutions of instrument and software at the beginning of real Time PCR in the so-called "seek process" are again not recognized (data not shown here) As proof that the interaction of nanoparticles and ZNA is indeed responsible for the signal change, the following slightly different control experiments were carried out:
  • the DNA was extracted from MRSA or MSSA strains and boiled for 10 minutes prior to insertion into the PCR.
  • the curves in FIG. 11 show real-time PCR curves (according to the software analysis function "Analysis-Amplification Analysis-Absolute Quantification") with a 9 ⁇ M master mix, as was also used in Fig. 10.
  • Nucleic acid were now genomic DNA from MRSA or MSSA were used so that the following total amounts were contained as starting material for the amplification in the respective reaction volume of 10 ⁇ : solid lines: 100,000 genome copies MRSA
  • a detection limit of 410 pM means at a used nanoparticle concentration of 40 pM about 10 bound oligonucleotides with cationic modification per nanoparticle.
  • the Cp values determined by the original software are listed in Table 5 for the different initial concentrations of nucleic acid used: Table 5
  • the fluorescence signal is relatively directly proportional to the actual nucleic acid amount in the solution (at least once the fluorescence generated by double-stranded DNA is above the basal level of the measured signal also comes out) and therefore shows in the transition region between the base level and steep rise and a phase with a slow signal rise.
  • the instrument evaluation software may run from such curves, or averaging over multiple measurement points may affect the software's Cp value.
  • Fig. 12 it is noticeable that the samples without nucleic acid with sequence 7 as starting material (dotted dashed line) despite a lacking target sequence for the amplification still show a clear increase in the signal from about cycle 24.
  • False-positive samples are samples which, for example, show a positive signal course because of the formation of primer dimers, even though the nucleic acid to be detected is not present in the sample at all. False-positive samples can often be distinguished by a melting curve of true-positive samples, since a melting curve can provide information about the length and composition of the amplicon, since the melting temperature depends on the length and the base composition of the double-stranded DNA.
  • the derivatives of the melting curves in Fig. 13 show two groups of curves: the two curves with the maximum of the derivative at about 79 ° C are the false-positive samples (ie the samples which show a positive signal course, even though the nucleic acid to be detected is not present in the sample), the remaining samples (containing the nucleic acid to be detected with sequence 7 as starting material) have the maximum of the derivative approximately at 81 ° C. False-positive samples and truly positive samples can thus be distinguished by their melting curve is about 2.5 ° C.
  • the half-width is the corresponding maximum of the melting curve derivatives here in the inventive use according to this preferred embodiment of nanoparticles and cationically modified nucleic acids much lower than in melting curves from Example 4.1 according to the prior art with intercalating dye, where the half-width is about 9 ° C. (Data not shown).
  • the melting curves of nanoparticles and cationically modified nucleic acids are substantially steeper than the melting curves of Example 4.1 according to the prior art.
  • Fig. 14A shows a construction suitable for carrying out a method according to the invention in a further preferred embodiment.
  • the structure comprises a light source, which in this example is designed as a laser 11, and a two-dimensional mirror scanner 12, which can direct light from the laser 11 to a sample.
  • the device can be designed to direct the laser beam over the mirror scanner at different times to direct the laser beam to different samples of a plurality of samples provided.
  • samples are provided in five reaction vessels R1 to R5, which are arranged in a sample holder 13.
  • the sample holder can have openings or windows 15, for example, through which the laser beam can pass in order to strike the respective sample or the respective reaction vessel 15.
  • the two-dimensional mirror scanner 12 can deflect a laser beam emitted by the laser 1 1 in two spatial dimensions.
  • the denaturation of double-stranded DNA in the sample occurs in the structure according to the preferred embodiment shown during a laser PCR in that a laser beam is focused on a part of at least the sample.
  • the laser beam is preferably deflected in such a way that it strikes different parts of one or more samples in preferably several reaction vessels.
  • inventive methods can be performed on a plurality of samples. For example, different samples are present in separate reaction vessels R, which are each arranged at one of a sample holder 13, so that the Samples can be irradiated through the associated opening 15 with the laser 1.
  • the arrangement of the samples in or on the sample holder 13 is preferably carried out such that the samples can be detected by the laser 11, preferably without the laser beam touching the sample holder 13.
  • the number of reaction vessels R which can be mounted in the sample holder is not limited to that shown in the preferred embodiment.
  • Fig. 14B shows another example, which is similar to the example described in Fig. 14A, wherein the laser beam is deflected by the mirror scanner 12 such that the laser beam is the reaction vessel R, in which the Probe 16 is located, cell-like starting.
  • the path traveled by the laser beam is shown in dashed lines in the sample 16 in FIG. 14B.
  • lasers 11 having a smaller power can be used. Since excitations of the nanoparticles with a duration of less than 100 microseconds may be sufficient to denature DNA with the aid of optothermically heated nanoparticles, at typical focus diameters of a laser of about 10 to 100 pm, a laser beam at a speed of about 10 to 100 m / s sample the sample, thereby leading to a denaturation of the DNA preferably at each point, which passes over the laser beam. This allows, for example, a very fast scanning even of large sample volumes.
  • the modified primer oligonucleotide with sequence 4 contains as a partial sequence the sequence 8 (this sequence is still used as the actual primer sequence), in addition a partial sequence of 35 adenine bases, which serves as a spacer between the particle surface and primer partial sequence and additionally two abasic modifications Spacer9 between spacer sequence and primer sequence, which prevents the overwriting of the spacer sequence by the polymerase (see, for example, patent application DE 102013215168.3).
  • the modified primer oligonucleotide with sequence 4 at the 5 'end contains a thiol modification with the aid of which the oligonucleotide can or will be bound to the surface of a gold nanoparticle.
  • the same nanoparticle-oligonucleotide conjugates are used as in the example shown in FIG. 5, ie, 60nm diameter gold nanoparticles (supplied by BBI), where each nanoparticle carries about 1000 oligonucleotides with sequence 4.
  • the reverse primer is again an oligonucleotide with cationic modification, now with four cationic units at the 5 'end with sequence 14 (ZNA4).
  • Genomic DNA is used as the nucleic acid to be detected, as essentially already in the explanation of FIG. 11 described.
  • Sequence 7 (which can be amplified by the present primer system) is part of the resistance gene MecA, which occurs, for example, in the bacterium Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA).
  • MRSA Methicillin-resistant Staphylococcus aureus
  • Each reaction consists of 18 ⁇ master mix and 2 ⁇ nucleic acid solution or water. 8 ⁇ master mix for a reaction are assembled as follows: Table 6
  • nanoparticle-oligonucleotide conjugates are functionalized (by J. Hurst et al., Anal. Chem., 78 (24), 8313-8318, 2006 whose relevant contents are incorporated by reference in the present disclosure). After functionalization and 6 washes, the nanoparticle-oligonucleotide conjugates are present in a concentration of 200 pM in phosphate buffer (5 mM phosphate, pH 7) with 0.1% Tween 20, 10 mM NaCl.
  • the amplification reaction is carried out in a total volume of 20 ⁇ in 200 ⁇ sample tubes or reaction vessels. It does not take place in a classical thermocycler (such as a light cycler) in which all the sample liquid is heated, but in a device for carrying out a Laser PCR, in which the nanoparticles are heated optothermally locally.
  • a classical thermocycler such as a light cycler
  • the sample tubes in a sample holder 13 which in particular comprises a tempered aluminum block, are kept at a temperature of 61 ° C., which corresponds to both the annealing and the elongation temperature.
  • the denaturation of the double-stranded DNA is induced by a laser 1.
  • the laser 11, which serves to excite the nanoparticles, is a frequency-doubled diode-pumped Nd: YAG laser (OEM-Micro-1600, Pegasus Lasersysteme GmbH), with an output power of 1.6 W and a wavelength of 532 nm after beam expansion Focussing a factor 2.5 with a Galilean telescope with an F-theta lens (Jenoptik, focal length 100 mm) behind a mirror scanner 12 (Cambridge Technologies, Pro Series 1) into the sample tubes R1 to R5 in the sample holder 13 (focus diameter approx 25-30 pm).
  • the mirror scanner 12 allows the focus to be moved line by line through the sample tubes, as shown in Fig. 14B, and thus to involve the entire PCR reaction volume in the opto-thermal amplification.
  • an initial one-time thermalization time of 30 s takes place, followed by the first denaturation cycle.
  • 500 lines at a distance of approximately 14 pm at a line speed in the sample tube of approximately 4 m / s with the focus are traversed for this purpose. This corresponds to one cycle in the first sample tube.
  • all other sample tubes are run in sequence, so that each sample tube has undergone a cycle.
  • the next cycle is started. This is repeated 80 times for each sample tube.
  • each sample tube In the sample holder 13 are located on two opposite sides (the laser-facing and the laser-facing side) to each sample tube each have a window 15 and a recess 15 to couple the laser 11 in the sample tube and order on the laser -abgewandten page using a photodiode to perform a transmission measurement. That is, it can be determined during each cycle to each sample tube how much intensity of the laser 11 is transmitted through the sample 16 or in other words how much laser light the sample 16 absorbs.
  • the laser 11 thus serves to locally heat the nanoparticles and thus to denature the double-stranded DNA (amplicon) on the nanoparticles and also to determine the measurable change (the physical or optical property of the solution) by combining oligonucleotides with cationic modification (here Reverse primer) with the nanoparticles, which here carry oligonucleotides as forward primer.
  • Fig. 15A shows real-time laser PCR curves measured by a change in the absorbance (in arbitrary units) of the sample 16 and the solution at the central wavelength of the laser (532 nm), respectively.
  • the measured data shown were averaged over 5 measuring points each.
  • 2 ⁇ genomic DNA from MRSA or as negative control water were used as nucleic acid, so that the following total amounts were contained as starting material for the amplification in the respective reaction volume of 20 ⁇ : solid lines: 2,000,000 genome copies MRSA
  • the absorption of all samples initially increases.
  • the cause of this initial increase can be observed over wide ranges of the visible spectrum and can be deduced from measurements at at least two different wavelengths by choosing one wavelength to be slightly blue-shifted and the other slightly red-shifted to the absorption maximum of the nanoparticles. Since the initial increase in absorption is approximately the same at both wavelengths, but a shift in the nanoparticle absorption leads to contrasting changes in the absorption at the two wavelengths chosen, the initial increase in absorption can, in two-color measurement, be due to the desired effect of the absorption maximum shift Nanoparticles can be distinguished.
  • the absorption decreases downwards (ie the absorption decreases).
  • the decreasing absorption is a consequence of the aggregating nanoparticles, which are at least partially bound by the resulting amplicon with the ZNA primers.
  • a quantitative statement about the amount of DNA used can be made, for example, by determining the time of maximum absorption for each curve. This can be achieved, for example, by forming the first derivative of the curves from FIG. 15A according to time and determining their point of intersection with the time axis (preferably with decreasing derivative).
  • the derivative curves of the curves of Fig. 15A are shown in Fig. 15B.
  • the time of maximum absorption which can be regarded as equivalent to the Cp value in the classical qPCR, is thus obtained for 2,000,000 genome copies MRSA a period of 2.6 minutes, for 200,000 genome copies MRSA a period of 3.2 minutes and for 20,000 genome copies MRSA a period of 3.5 minutes. It should be noted that even the negative control at a later time (here 4.8 minutes) shows a break point, which is probably due to the non-specific formation of primer dimers.
  • the curves in Fig. 16A show real-time laser PCR curves, specifically, the change in the absorbance of the sample at the wavelength of the laser (532 nm) in arbitrary units, with the measurements being averaged over every 5 measurement points.
  • Example 5.1 The measurement performed is essentially identical to the measurement described in Example 5.1. While in Example 5.1 an oligonucleotide with cationic modification or a ZNA with sequence 14 was used as a reverse primer, in Example 5.2 for comparison purposes, a DNA oligonucleotide without cationic modification with sequence 10 as a reverse primer used. Sequence O is substantially similar to Sequence 14, but Sequence 10 has no cationic modification and is instead somewhat longer to achieve a similar high melting point despite the lack of cationic modification.
  • the DNA oligonucleotide without cationic modification with sequence 10 could be successfully used in the system with Sybr-Green in Example 4.1 as a replacement for the oligonucleotide with cationic modification with sequence 9, which differs only by one cationic unit of sequence 14 (data not here shown).
  • the concentration of this oligonucleotide with the sequence 10 is also 300 nM.
  • the control experiment in FIG. 16A in contrast to the measurement with reverse primer with cationic modification from Example 5.1, does not show such a significant absorption kinking in any of the starting amounts of target DNA used, as can be observed in Example 5.1.
  • the representation of the curves to the target DNA amounts used corresponds to the representation chosen in FIG. 15A.
  • the amplificate or the originally used target DNA can not be reliably detected, in contrast to the methods according to preferred embodiments of the present invention.
  • the curves in Fig. 16B show real-time laser PCR curves, specifically, the change in absorbance of the sample at the wavelength of the laser (532 nm) in arbitrary units. In each case over 5 measuring points were averaged.
  • the measurement is essentially identical to the measurement in Example 5.1, but here, too, the reverse primer was replaced by a DNA oligonucleotide without cationic modification with sequence 10, instead of an oligonucleotide with cationic modification or ZNA) as in Example 5.1 Sequence 14 to use.
  • the concentration of this oligonucleotide with the sequence 10 is now only 20 nM.
  • second nanoparticles were added to the reaction.
  • the final concentration of the second nanoparticles in the total volume of the reaction is while 20 pM.
  • the second nanoparticles were prepared and stored essentially identically as the first nanoparticles from Table 6, but they do not carry on the surface the oligonucleotide with sequence 4, which serves as a forward primer in a partial sequence, but the oligonucleotide with sequence 12, the in a partial sequence preferably serves as a reverse primer.
  • At least the sequence-12 oligonucleotide can hybridize to the partial sequence that results when the forward primer on the first nanoparticles is elongated upon presentation of the target sequence 7 (as is also found in MRSA) by a polymerase during an amplification reaction.
  • this partial sequence can be occupied by this or by an amplicon strand when using higher concentrations of reverse primer with sequence 10 and thus may not be available for hybridization with the second nanoparticles
  • the reverse primer with sequence 10 in very low concentrations here 20 nM
  • the first nanoparticles Upon reaching a certain minimum amount of forward primers elongated by the polymerase on the first nanoparticles, the first nanoparticles can thus be linked by hybridization to the second nanoparticles by the amplicon. This, too, may cause the absorbance to bend, as shown in Fig. 16B.
  • the representation of the curves to the target DNA amounts used corresponds to the representation in FIG. 15A.
  • Example 5.1 The kinking of the absorption and thus the detection of the amplificate and / or the target DNA originally used with the method according to Example 5.2, however, depending on the target DNA amount used, only after about 7-10 minutes and thus significantly later than when using a method according to the invention according to Example 5.1 (see FIG. 15A), in which the detection was carried out by means of oligonucleotides with cationic modification. In Example 5.1, absorption of the absorption was observed after about 2.6 to 3.5 minutes.
  • a Detection of a nucleic acid with a method according to the invention ie in particular using nanoparticles and nucleic acids with cationic modification, can be done much faster, more accurate and more reliable than with other methods.
  • Example 6 Real-time PCR with ZNA primers and DNA primers and nanoparticle-bound oligonucleotides as a specific sample
  • the primer system used in this example consists of ZNA as a forward primer (Sequence 15, see Appendix) and DNA as a reverse primer (Sequence 16, see Appendix). Both primers are initially not associated with nanoparticles. Nanoparticles functionalized with oligonucleotides with sequence 17 (see Appendix) and used as hybridization probes serve for the detection of the nucleic acid.
  • the oligonucleotide with sequence 17 contains a specific partial sequence B which can hybridize to a part elongated by the polymerase on the ZNA forward primer if the originally used target DNA has been constructed accordingly.
  • sequence 17 contains a partial sequence of 35 adenine bases, which serves as a spacer between the particle surface and specific partial sequence B, further contains the modified oligonucleotide with sequence 17 at the 5 'end of a thiol modification, with the aid of the oligonucleotide on the Surface of gold nanoparticles is bound and further contains sequence 17 at the 3 'end of a ddC modification (dideoxycytidine), which serves as a terminating modification, thus preventing the elongation by the polymerase.
  • sequence 17 contains a partial sequence of 35 adenine bases, which serves as a spacer between the particle surface and specific partial sequence B, further contains the modified oligonucleotide with sequence 17 at the 5 'end of a thiol modification, with the aid of the oligonucleotide on the Surface of gold nanoparticles is bound and further contains sequence 17 at the 3 'end of a ddC modification (dideoxycytidine), which
  • each reaction comprises 9 ⁇ M master mix and 1 ⁇ M nucleic acid solution (Sequence 7 oligonucleotide) or water. 9 ⁇ master mix for a reaction are assembled as follows: Table 7
  • the nanoparticle-oligonucleotide conjugates are functionalized (according to J. Hurst et al., Anal. Chem., 78 (24), 8313-8318, 2006, the contents of which are incorporated herein by reference). After functionalization and 6 washes, the nanoparticle-oligonucleotide conjugates are present in a concentration of 200 pM in phosphate buffer (5 mM phosphate, pH 7) with 0.1% Tween 20, 10 mM NaCl.
  • the PCR protocol consists of 50 cycles of 5 seconds 90 ° C, 15 seconds 58 ° C and 15 seconds 72 ° C.
  • the signal detection takes place after every 58 ° C step.
  • Fig. 17 shows real-time PCR curves of the 530 nm fluorescence channel (matching the emission wavelength of fluorescein) of four different ones Starting concentrations of the nucleic acid with sequence 7 (present as oligonucleotide) and a negative control without nucleic acid as the target sequence.
  • the curves are essentially very similar to the curves in FIG. 12. As the starting concentration of nucleic acid with sequence 7 increases, the number of cycles decreases, after which an increase in the signal can be observed or measured.
  • the curves in FIG. 17 have the following starting concentration of the nucleic acid (oligonucleotide with sequence 7): solid line: 1 fM
  • primer dimers in this case does not lead to a combination of nanoparticles and cationically modified nucleic acids and thus not to a measurable change.
  • the specific detection is possible in that the nucleic acid to be detected with sequence 7 read from 3 'to 5' comprises the partial sequences C, B and A.
  • Partial sequence A contains the sequence 16 of the reverse primer
  • partial sequence B is identical to the partial sequence B of the modified oligonucleotide which is functionalized on the nanoparticles
  • partial sequence C contains a sequence which is complementary to the forward primer with sequence 15. Since the forward primer is present in excess compared to the reverse primer, after a corresponding number of cycles an excess arises at the substrand of the amplicon which results from the elongation of the forward primer with cationic modification.
  • the elongated part then contains the partial sequence B ', which is complementary to the partial sequence B of the modified oligonucleotide on the nanoparticle.
  • the excess of the forward primer with ZNA may be necessary to obtain a sufficient number of unoccupied partial strands of the amplicon to which partial sequence B of the modified oligonucleotide can hybridize to the nanoparticle.
  • FIG. 17 ie with a method according to the invention according to the preferred embodiment described in Example 6, moreover, a 1000-fold lower initial concentration (1 aM) than are detected in comparison to FIG. 12. As can be seen in Fig. 17, even with such a low initial concentration, reliable discrimination is possible because the negative control shows no kinking.
  • Sequence list (Sequence sequence each from 5 'to 3'): Sequence 1: 5 Thiol - AAAAATCATAGCGTCATTATTCCAGGAA (SEQ ID No. 1) Sequence 2: Z2- TTCCTG G AATAATG ACG CTATG A (SEQ ID No. 2)
  • Sequence 8 AGATGGTATGTGGAAGTTAGATTGG (SEQ ID No. 9)
  • Sequence 12 5'thiol - AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA TTCCTG G AATAATG ACG CTATG A (SEQ ID No. 14)
  • Sequence 15 Z4-AGATGGTATGTGGAAGTTAGATTGG (SEQ ID NO.
  • Sequence 16 ATGTATGCTTTGGTCTTTCTGC (SEQ ID No. 18)
  • Sequence 17 5'-thiol-AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA TTCCTGGAATAATGACGCTATGA_ddC (SEQ ID No. 19)
  • Z2 represents two cationic units in the ZNA modification
  • Z3 represents three cationic units in the ZNA modification
  • Z4 represents four cationic units in the ZNA modification
  • ddC is a ddC modification (dideoxycytidine)

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a use of at least two nanoparticles (2) and/or a cationically modified nucleic acid (6) for detecting a nucleic acid (10) that is to be detected in a solution. The invention also relates to a corresponding method and a kit for carrying out such a method.

Description

Verwendung von Nanopartikeln und von kationisch modifizierter Nukleinsäure zum Nachweis einer nachzuweisenden Nukleinsäure in einer Lösung  Use of nanoparticles and cationically modified nucleic acid for detecting a nucleic acid to be detected in a solution

Beschreibung description

Die Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet des Nachweises von Nukleinsäuren einer zumindest teilweise bekannten Nukleotidsequenz. Ferner liegt die Erfindung auf dem technischen Gebiet des Nachweises bzw. der Bestimmung von einer Abweichung einer Nukleotidsequenz einer Nukleinsäure von einer vorbestimmten Nukleotidsequenz und/oder auf dem Gebiet der Bestimmung einer Konzentration einer' bestimmten Nukleinsäure in einer Lösung. The invention is in the technical field of detecting nucleic acids of an at least partially known nucleotide sequence. Furthermore, the invention is in the technical field of detecting or determining a deviation of a nucleotide sequence of a nucleic acid from a predetermined nucleotide sequence and / or in the field of determining a concentration of a particular nucleic acid in a solution.

Insbesondere liegt die Erfindung in einem Aspekt auf dem technischen Gebiet, die Existenz und/oder die Konzentration von Nukleinsäuren wie z.B. Desoxyribonukleinsäure (DNA) oder Ribonukleinsäure (RNA) nachzuweisen. Die nachgewiesene Nukleinsäure kann dann beispielsweise darüber Informationen geben, ob z.B. ein Krankheitskeim in einer zu untersuchenden Probe vorhanden war und/oder ob z.B. ein Lebewesen/Organismus eine gewisse genetische Veranlagung trägt oder nicht. Bei einem derartigen Nukleinsäure-Nachweis, kann beispielsweise die nachzuweisende Nukleinsäure-Sequenz vorher ganz oder zumindest teilweise bekannt sein. Alternativ kann beispielsweise eine Zielsetzung sein, lediglich die Anwesenheit einer nachzuweisenden Nukleinsäure-Sequenz in einer Probe nachzuweisen und/oder evtl. Variationen bzw. Abweichungen der Sequenz von einer vorbestimmten Sequenz zu bestimmen. In particular, the invention is in one aspect of the art, the existence and / or concentration of nucleic acids such as e.g. Deoxyribonucleic acid (DNA) or ribonucleic acid (RNA). The detected nucleic acid may then, for example, provide information as to whether e.g. a disease germ was present in a sample to be tested and / or whether, e.g. a living being / organism carries a certain genetic predisposition or not. In the case of such nucleic acid detection, for example, the nucleic acid sequence to be detected may previously be wholly or at least partially known. Alternatively, for example, an objective may be to detect only the presence of a nucleic acid sequence to be detected in a sample and / or to determine any variations or deviations of the sequence from a predetermined sequence.

Ferner kann die Erfindung auf einem technischen Gebiet liegen, bei welchem ein Nachweis einer Nukleinsäuren direkt erfolgen soll, also bei ausreichender Menge der nachzuweisenden Nukleinsäure beispielsweise ohne eine vorherige z.B. enzymatische Vervielfältigung durchzuführen. Ohne vorherige enzymatische Vervielfältigung kann dabei beispielsweise ohne eine Polymerase-Kettenreaktion (PCR) und/oder isothermale Amplifikation und/oder vorherige Transkription wie z.B. Reverser Transkription (RT), bei der z.B. durch eine enzymatische Reaktion ein Typ von Nukleinsäure wie hier z.B. RNA in einen anderen Typ von Nukleinsäure wie hier z.B. DNA umgeschrieben wird, bedeuten. Furthermore, the invention may be in a technical field, in which a detection of a nucleic acids should take place directly, that is to carry out with sufficient amount of the nucleic acid to be detected, for example, without a previous example, enzymatic amplification. Without prior enzymatic amplification, for example, without a polymerase chain reaction (PCR) and / or isothermal amplification and / or prior transcription such as reverse transcription (RT), in which, for example by an enzymatic reaction, a type From nucleic acid such as RNA is rewritten in another type of nucleic acid such as DNA here, mean.

Die Erfindung kann zudem auch auf einem technischen Gebiet liegen, bei welchem die Zielsetzung ein indirekter Nachweis der Nukleinsäuren ist, also z.B. nach und/oder während einer z.B. enzymatischen Vervielfältigungsreaktion wie z.B. PCR und/oder isothermaler Amplifikation. Dies kann dann wünschenswert sein, wenn die nachzuweisende Nukleinsäure beispielsweise nur in geringen Mengen in einer zu untersuchenden Probe vorhanden ist und somit beispielsweise erst vervielfältigt werden muss, um dann für eine Nachweisreaktion in ausreichender Menge zur Verfügung zu stehen. Hierbei kann es z.B. vorteilhaft sein, wenn die nachzuweisende Reaktion erst ab einer gewissen Mindestmenge von nachzuweisender oder vervielfältigter Nukleinsäure stattfindet und/oder ein detektierbares Signal liefert und somit z.B. während einer Vervielfältigungsreaktion der Zeitpunkt des Stattfindens der Nachweisreaktion oder der erstmaligen Signaldetektion als Maß für die Menge des ursprünglich vorhandenen Nukleinsäure genutzt werden kann (Beispiel Real-Time PCR oder qPCR). Ein indirekter Nachweis von Nukleinsäuren kann auch bedeuten, dass vor dem eigentlichen Nachweis ein weiterer Schritt wie z.B. eine vorherige Transkription wie z.B. RT erfolgt, also ein Umschreiben von RNA in DNA. The invention may moreover be in a technical field in which the objective is an indirect detection of the nucleic acids, e.g. after and / or during e.g. enzymatic amplification reaction, e.g. PCR and / or isothermal amplification. This may be desirable if the nucleic acid to be detected is present, for example, only in small amounts in a sample to be examined and thus, for example, must first be duplicated, in order then to be available for a detection reaction in sufficient quantity. Hereby, it may e.g. be advantageous if the reaction to be detected takes place only above a certain minimum amount of nucleic acid to be detected or amplified and / or provides a detectable signal and thus, e.g. during a replication reaction, the time of occurrence of the detection reaction or the initial signal detection can be used as a measure of the amount of nucleic acid originally present (example real-time PCR or qPCR). Indirect detection of nucleic acids may also mean that before the actual detection, another step such as e.g. a prior transcription such as RT takes place, so a rewriting of RNA into DNA.

Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Detektion bzw. zum Nachweis von Nukleinsäuren bekannt. Gemäß dieser herkömmlichen Verfahren erfolgt der Nachweis von Nukleotiden dabei meist mittels Farbstoffen. Beispiele für solche herkömmliche Verfahren werden im Folgenden genannt. Various methods for the detection or detection of nucleic acids are known in the prior art. According to these conventional methods, the detection of nucleotides is usually carried out by means of dyes. Examples of such conventional methods are mentioned below.

Beispielsweise werden in herkömmlichen Verfahren interkalierende Farbstoffe wie z.B. Sybr-Green verwendet, die eine geringe Grundfluoreszenz aufweisen wenn sie nicht in Kontakt mit doppelsträngiger DNA sind, deren Fluoreszenz jedoch sehr stark zunimmt wenn sie in doppelsträngige DNA eingelagert werden. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in dem Dokument US 5 436 134 A offenbart. Interkalierende Farbstoffe wie z.B. Sybr-Green können herkömmlicherweise in einer Real-Time PCR oder qPCR auch dazu genutzt werden, die Menge der ursprünglich eingesetzten Nukleinsäure zu bestimmen, indem der Zeitpunkt bzw. die zu diesem Zeitpunkt erreichte Anzahl der von durchlaufenen Zyklen bestimmt wird, in welchem das Fluoreszenzsignal des interkalierenden Farbstoffes über ein bestimmtes Rauschlimit steigt. Ein derartiges Verfahren ist in der Patentschrift US 6 569 627 B2 beschrieben. Derartige Verfahren sind jedoch oft mit dem Nachteil behaftet, dass das detektierbare Limit bzw. die Schwelle der Detektierbarkeit teilweise erst bei relativ hohen Konzentrationen, z.B. von 10 nM des Amplifikats in typischen Reaktionsvolumina erreicht werden kann, wodurch die Zeitdauer der Amplifikationsreaktion bis zum frühesten Detektionszeitpunkt sehr lange werden kann. For example, conventional methods employ intercalating dyes such as Sybr-Green, which have low baseline fluorescence when not in contact with double-stranded DNA but whose fluorescence increases greatly when incorporated into double-stranded DNA. Such a method is disclosed, for example, in US Pat. No. 5,436,134. Intercalating dyes such as Sybr-Green can also be used conventionally in a real-time PCR or qPCR to determine the amount of nucleic acid originally used by determining the time or the number of cycles passed through at that time, in which increases the fluorescence signal of the intercalating dye above a certain noise limit. Such a process is described in US Pat. No. 6,569,627 B2. However, such methods are often associated with the disadvantage that the detectable limit or the threshold of detectability can be achieved partially only at relatively high concentrations, for example of 10 nM of the amplificate in typical reaction volumes, whereby the duration of the amplification reaction to the earliest detection time very can be long.

In anderen herkömmlichen Farbstoff-basierten Nachweisverfahren für Nukleinsäuren wird beispielsweise ausgenutzt, dass Farbstoffe unterschiedliche Emissionsverhalten zeigen, je nachdem wie nah sie sich bei einem anderen Farbstoff oder Quencher befinden. Ein Quencher kann beispielsweise das Emissionsverhalten eines nahegelegenen Farbstoffs durch Förster- Resonanzenergietransfer (FRET) stark beeinflussen. Basierend auf diesem Prinzip gibt es ebenfalls herkömmliche Real-Time PCR- oder qPCR-Verfahren wie z.B. TaqMan (Hydrolyse-Sonden) oder Hybridisierungssonden (auch "Light-Cycler- Sonden" genannt), die je nach Konzentration des Amplifikates FRET-Partner in unterschiedlichem Abstand zueinander halten (TaqMan) oder bringen (Hybridisierungssonden) und somit unterschiedlich starke Fluoreszenz-Signale erzeugen. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der Patentschrift US 5 804 375 A beschrieben. For example, other conventional dye-based detection methods for nucleic acids utilize the fact that dyes exhibit different emission behaviors, depending on how close they are to another dye or quencher. For example, a quencher can strongly influence the emission behavior of a nearby dye by Förster resonance energy transfer (FRET). Based on this principle, there are also conventional real-time PCR or qPCR methods such as e.g. TaqMan (hydrolysis probes) or hybridization probes (also called "light cycler probes"), which keep depending on the concentration of the amplificate FRET partners at different distances from each other (TaqMan) or bring (hybridization probes) and thus produce different levels of fluorescence signals , Such a method is described, for example, in US Pat. No. 5,804,375.

Andere herkömmliche Farbstoff-basierte Nachweisverfahren für Nukleinsäuren nutzten die räumliche Lokalisierung von Nukleinsäuren und machen sie dort mit Farbstoffen sichtbar, so z.B. in der Gelelektrophorese oder Array- Hybridisierungsverfahren. Ferner sind im Stand der Technik Methoden bekannt, die Nukleinsäuren ohne den Einsatz von Farbstoffen oder anderen Markern detektieren. Beispielsweise erlauben Extinktionsmessungen im Ultravioletten (z.B. bei einer Wellenlänge von 260 nm) die Bestimmung der Konzentration von Nukleinsäuren, wie etwa von DNA und RNA. Other conventional dye-based detection methods for nucleic acids have exploited the spatial localization of nucleic acids and make them visible there with dyes, for example in gel electrophoresis or array hybridization methods. Furthermore, methods are known in the art that detect nucleic acids without the use of dyes or other markers. For example, absorbance measurements in the ultraviolet (eg at a wavelength of 260 nm) allow determination of the concentration of nucleic acids, such as DNA and RNA.

Darüber hinaus sind im Stand der Technik weitere Methoden bekannt, welche Nanopartikel zur Detektion von Nukleinsäuren verwenden. Beispielsweise offenbart die Patentschrift US 6 812 334 B1 ein solches Verfahren zum Nachweis von Nukleinsäuren. Gemäß dieses Verfahrens werden Nanopartikel, an denen Oligonukleotide angebracht sind, und eine oder mehrere Arten von Verbindungs- Oligonukleotiden bereitgestellt. Jedes Verbindungs-Oligonukleotid hat dabei zwei Abschnitte. Die Sequenz eines Abschnitts ist komplementär zu der Sequenz eines der Abschnitte der Nukleinsäure und die Sequenz des anderen Abschnitts ist komplementär zu der Sequenz der Oligonukleotide auf den Nanopartikeln. Die Nanopartikel-Oligonukleotid-Konjugate, die Verbindungs-Oligonukleotide und die Nukleinsäure werden unter Hybridisierungsbedingungen zusammengebracht, wodurch eine messbare Veränderung entsteht. Die genannte Patentschrift offenbart ferner ein Kit zur Durchführung dieses Verfahrens. In addition, other methods are known in the prior art, which use nanoparticles for the detection of nucleic acids. For example, US Pat. No. 6,812,334 B1 discloses such a method for detecting nucleic acids. According to this method, nanoparticles attached with oligonucleotides and one or more types of linking oligonucleotides are provided. Each compound oligonucleotide has two sections. The sequence of one segment is complementary to the sequence of one of the segments of nucleic acid and the sequence of the other segment is complementary to the sequence of oligonucleotides on the nanoparticles. The nanoparticle-oligonucleotide conjugates, the compound oligonucleotides, and the nucleic acid are brought together under hybridization conditions, resulting in a measurable change. The cited patent further discloses a kit for carrying out this method.

Aus der Patentanmeldung US 2010/0075335 A1 ist ein kolorimetrisches Verfahren zum Nachweis von spezifischen Nukleinsäuresequenzen, einschließlich von Mutationen und Einzelnukleotid-Polymorphismen (SNPs) in Nukleotidsequenzen durch Aggregation von Nanopartikeln bekannt. In diesem Verfahren werden identische Nanosonden mit Oligonukleotiden verwendet, die direkt an Gold- Nanopartikel angebracht sind, welche sich in einer Lösung rot darstellen. Die Aggregation dieser Nanosonden durch eine Erhöhung der lonenstärke führt zu einem Farbumschlag von Rot zu Blau. Die Anwesenheit der nachzuweisenden Ziel- DNA mit einer Sequenz, die vollständig komplementär zu der Sequenz der Nanosonde ist, verhindert diese Aggregation, woraufhin die Lösung rot bleibt. Diese Methode kann beispielsweise verwendet werden, um vollständig komplementäre Sequenzen von Sequenzen mit einem SNP zu unterscheiden. Ferner offenbart diese Patentanmeldung auch ein Kit zur Anwendung des genannten Verfahrens. Die europäische Patentanmeldung EP 1 870 478 A1 offenbart einen Biosensor, der aus Metallpartikeln besteht, die auf einer Oberfläche eines Trägermaterials befestigt sind. Auf diesen Metallpartikeln ist ein Sondenmolekül befestigt, das insbesondere eine Nukleinsäure sein kann, die eine Hairpin-Struktur bildet. Das Sondenmolekül weist ein Fluoreszenzmolekül auf. Vor der Reaktion der Sondenmoleküle mit den Zielmolekülen ist die Entfernung zwischen dem Metallpartikel und dem Fluoreszenzmolekül gleich oder weniger als 5 nm, so dass Anregungsenergie vom Fluoreszenzmolekül zum Metallpartikel übertragen wird. Dadurch wird die Fluoreszenz gelöscht (engl.: quenched). Der Abstand zwischen Fluoreszenzmolekül und Metallpartikel ist nach der Reaktion größer, so dass das Fluoreszenzmolekül fluoreszieren kann, womit sodann die Reaktion bzw. die Nukleinsäure nachgewiesen werden kann. Darüber hinaus zeigt die Publikation von R. Gill et al., "Fast, single-step, and surfactant-free oligonucleotide modification of gold nanoparticles using DNA with a positively charged tail", Chem. Commun., 2013, 49, 1400- 1402 wie Nanopartikel durch ZNA mit DNA funktionalisiert und stabilisiert werden können. Die so funktionalisierten Nanopartikel können dann gezielt mit anderen Nanopartikeln durch Hybridisierung verbunden werden und erzeugen somit eine messbare optische Veränderung. In anderen Worten fördert die Verwendung von ZNA gemäß dieses herkömmlichen Verfahrens das„Anhaften" der DNA an einem Nanopartikel. Die Verbindung mehrerer Nanopartikel erfolgt dabei herkömmlicherweise durch eine Hybridisierung von DNA, welche auf den verschiedenen Nanopartikeln angebracht ist. From Patent Application US 2010/0075335 A1, a colorimetric method for the detection of specific nucleic acid sequences, including mutations and single nucleotide polymorphisms (SNPs) in nucleotide sequences by aggregation of nanoparticles is known. In this procedure, identical nanopipes are used with oligonucleotides attached directly to gold nanoparticles, which are red in solution. The aggregation of these nanoprobes by an increase in the ionic strength leads to a color change from red to blue. The presence of the target DNA to be detected with a sequence that is completely complementary to the sequence of the nanoprobe prevents this aggregation, whereupon the solution remains red. For example, this method can be used to distinguish fully complementary sequences from sequences with an SNP. Furthermore, this patent application also discloses a kit for using said method. European Patent Application EP 1 870 478 A1 discloses a biosensor consisting of metal particles attached to a surface of a substrate. On these metal particles, a probe molecule is attached, which may be in particular a nucleic acid which forms a hairpin structure. The probe molecule has a fluorescent molecule. Before the reaction of the probe molecules with the target molecules, the distance between the metal particle and the fluorescent molecule is equal to or less than 5 nm, so that excitation energy is transferred from the fluorescent molecule to the metal particle. This quenches the fluorescence (quenched). The distance between fluorescent molecule and metal particles is greater after the reaction, so that the fluorescent molecule can fluoresce, with which then the reaction or the nucleic acid can be detected. In addition, the publication by R. Gill et al., "Fast, single-step, and surfactant-free oligonucleotide modification of gold nanoparticles using DNA with a positively charged tail", Chem. Commun., 2013, 49, 1400-1402 how nanoparticles can be functionalized and stabilized by ZNA with DNA. The thus functionalized nanoparticles can then be selectively linked to other nanoparticles by hybridization and thus produce a measurable optical change. In other words, the use of ZNA according to this conventional method promotes the "adhesion" of the DNA to a nanoparticle, whereby the connection of several nanoparticles is conventionally carried out by a hybridization of DNA which is applied to the various nanoparticles.

Hier werden somit Nukleinsäuren und Nanopartikel durch ZNA verbunden, d.h. DNA mittels ZNA an Nanopartikel hybridisiert.  Here, nucleic acids and nanoparticles are thus linked by ZNA, i. DNA hybridized by ZNA to nanoparticles.

Den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Nachweis einer Nukleinsäure haften dabei insbesondere die Nachteile an, dass diese eine relativ geringe Sensitivität aufweisen und dass die Durchführung dieser Verfahren oftmals sehr viel Zeit in Anspruch nimmt, bis die Anwesenheit oder Abwesenheit bzw. die Konzentration einer bestimmten Nukleinsäure zuverlässig beurteilt werden kann. In herkömmlichen Verfahren erfolgt der Nachweis von Nukleotiden dabei meist mittels Farbstoffen. Farbstoff-basierte Methoden können allerdings Probleme aufweisen, z.B. hinsichtlich eines Ausbleichens und/oder der Stabilität der Farbstoffe, Quenching-Effekte durch Wechselwirkung mit störenden Stoffen in der Probe, störende Hintergrund-Fluoreszenz von anderen Stoffen. Ferner weisen herkömmliche Verfahren oftmals die Notwendigkeit von oftmals sehr aufwändigen Detektionsmethoden. Eine Vermeidung von Farbstoffen bei Verfahren zum Nachweis von Nukleinsäuren ist daher wünschenswert. Es ist die objektive technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein Kit bereitzustellen, welche nicht die Nachteile der herkömmlichen Verfahren aufweisen. The methods known from the prior art for detecting a nucleic acid adhere in particular to the disadvantages that they have a relatively low sensitivity and that the implementation of these methods often takes a great deal of time until the presence or absence or the concentration of a certain nucleic acid can be reliably assessed. In conventional methods, the detection of nucleotides is usually done by means of dyes. Dye-based methods, however, may have problems, for example with regard to fading and / or the stability of the dyes, quenching effects due to interaction with interfering substances in the sample, disturbing background fluorescence of other substances. Furthermore, conventional methods often have the need for often very complex detection methods. Avoiding dyes in methods for detecting nucleic acids is therefore desirable. It is the objective technical object of the present invention to provide a method and a kit which do not have the disadvantages of the conventional methods.

Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Verwendung von Nanopartikeln gemäß Anspruch 1 , eine erfindungsgemäße Verwendung von kationisch modifizierter Nukleinsäure gemäß Anspruch 2, einem erfindungsgemäßen Verfahren mit den Schritten aus Anspruch 3, sowie durch ein Kit mit den Merkmalen aus Anspruch 15 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche. This object is achieved by an inventive use of nanoparticles according to claim 1, an inventive use of cationically modified nucleic acid according to claim 2, a method according to the invention with the steps of claim 3, and by a kit having the features of claim 15. Preferred embodiments are subject matters of the dependent claims.

In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Verwendung von zumindest zwei Nanopartikeln in Kombination mit einer kationisch modifizierten Nukleinsäure zum Nachweis einer nachzuweisenden Nukleinsäure in einer Lösung. Die erfindungsgemäße Verwendung der Nanopartikel hat dabei den Vorteil, dass das Nachweisverfahren von Nukleinsäuren besonders effizient erfolgen kann. Insbesondere kann durch eine erfindungsgemäße Verwendung die Zeitdauer, welche zur Erzielung eines aussagekräftigen Ergebnisses nötig sein kann, deutlich reduziert werden. Ferner bietet eine erfindungsgemäße Verwendung den Vorteil, dass vorzugsweise eine Implementierung in herkömmliche Verfahren und/oder die Verwendung von herkömmlichen Detektionsvorrichtungen und/oder herkömmlichen Messapparaturen möglich ist und dadurch gegebenenfalls keine wesentlichen bzw. keine hohen Anschaffungskosten für geeignete Vorrichtungen zu einer erfindungsgemäßen Verwendung erforderlich sind. Ferner bietet eine erfindungsgemäße Verwendung den technischen Vorteil, dass insbesondere während bzw. im Rahmen eines Nachweisverfahrens in einer Lösung die Möglichkeit eines lokalen Heizens zumindest eines Teils der Lösung mit einem besonders effizienten Nachweisverfahren kombiniert werden kann. In a first aspect, the invention relates to a use of at least two nanoparticles in combination with a cationically modified nucleic acid for detecting a nucleic acid to be detected in a solution. The use of the nanoparticles according to the invention has the advantage that the detection method of nucleic acids can be carried out particularly efficiently. In particular, the time duration which can be necessary to achieve a meaningful result can be significantly reduced by a use according to the invention. Furthermore, a use according to the invention has the advantage that preferably an implementation in conventional methods and / or the use of conventional detection devices and / or conventional measuring apparatuses is possible and thereby possibly no significant or no high cost for suitable devices to a use according to the invention are required. Furthermore, a use according to the invention has the technical advantage that, in particular during or within the scope of a detection method in a solution, the possibility of locally heating at least part of the solution can be combined with a particularly efficient detection method.

Nanopartikel sind dabei bevorzugt solche Partikel, welche aufgrund ihrer Größe besondere optische Eigenschaften aufweisen. Vorzugsweise sind deren optische Eigenschaften hauptsächlich durch die Größe der Nanopartikel gegeben, weniger jedoch durch deren Materialeigenschaften. Die besonderen optischen Eigenschaften können dabei beispielsweise charakteristische Extinktionsspektren und/oder Streuspektren sein, welche maßgeblich durch die Partikelgröße beeinflusst werden und nicht notwendigerweise im Volumenmaterial bzw. makroskopischen Material ausgeprägt sind. Besonders bevorzugt sind die Nanopartikel solche Nanopartikel, deren optische Eigenschaften zumindest teilweise durch die plasmonischen Eigenschaften der Nanopartikel hervorgerufen werden. Vorzugsweise haben die Nanopartikel dabei einen Durchmesser zwischen 2 und 500 nm, besonders bevorzugt zwischen 3 und 300 nm, weiter bevorzugt zwischen 5 und 200 nm, noch weiter bevorzugt zwischen 7 und 150 nm, am meisten bevorzugt zwischen 10 und 100 nm. Die Nanopartikel können von kugelförmiger bzw. sphärischer Form sein, sind jedoch in ihrer Form nicht darauf limitiert. Beispielsweise sind auch andere Formen der Nanopartikel denkbar, wie etwa elongierte bzw. stäbchenförmige Nanopartikel („Nanorods") oder auch andere geometrische Formen. Nanoparticles are preferably those particles which have special optical properties due to their size. Preferably, their optical properties are mainly given by the size of the nanoparticles, but less by their material properties. The particular optical properties may be, for example, characteristic extinction spectra and / or scattering spectra, which are significantly influenced by the particle size and are not necessarily pronounced in the bulk material or macroscopic material. The nanoparticles are particularly preferably those nanoparticles whose optical properties are at least partially caused by the plasmonic properties of the nanoparticles. In this case, the nanoparticles preferably have a diameter of between 2 and 500 nm, more preferably between 3 and 300 nm, more preferably between 5 and 200 nm, even more preferably between 7 and 150 nm, most preferably between 10 and 100 nm spherical or spherical shape, but are not limited in their shape. For example, other forms of nanoparticles are conceivable, such as elongated or rod-shaped nanoparticles ("nanorods") or other geometric shapes.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst zumindest ein Teil der Nanopartikel zumindest ein Metall und/oder einen Halbleiter. Das Metall ist dabei vorzugsweise ein Edelmetall, wie etwa Gold, Silber, Platin oder Kupfer. Der Halbleiter kann beispielsweise Silizium und/oder Germanium umfassen, sowie auch zusammengesetzte Halbleitermaterialien, wie etwa Cadmiumtellurid oder Bleisulfid. Des Weiteren kann zumindest ein Teil der Nanopartikel auch aus verschiedenen Materialien zusammengesetzt sein. Beispielsweise kann dabei zumindest ein Teil der Nanopartikel als Schale-Kern-Nanopartikel („core Shell nanoparticle") ausgebildet sein, wobei beispielsweise der Kern ein Metall und die Hülle ein Halbleitermaterial umfasst, oder der Kern ein Halbleitermaterial und die Hülle ein Metall umfasst. In einer bevorzugten Ausführungsform sind alle verwendeten Nanopartikel gleichartig ausgebildet, insbesondere vom gleichen Material gefertigt. In einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Nanopartikel an seiner Oberfläche Poren aufweisen, welche von Atomen oder Molekülen mit einer für die Poren geeigneten Größe und Ladung besetzt werden können, wenn sich beispielsweise derartige Atome und/oder Moleküle zusammen mit den Nanopartikeln in einer Lösung befinden. Ein Nanopartikel soll dabei auch die an seiner Oberfläche angelagerten Atome und/oder Moleküle umfassen. In a preferred embodiment of the invention, at least a part of the nanoparticles comprises at least one metal and / or one semiconductor. The metal is preferably a noble metal, such as gold, silver, platinum or copper. The semiconductor may comprise, for example, silicon and / or germanium, as well as composite semiconductor materials, such as cadmium telluride or lead sulfide. Furthermore, at least a part of the nanoparticles can also be composed of different materials. For example, at least some of the nanoparticles can be used as shell-core nanoparticles ("core shell nanoparticle"). be formed, for example, the core comprises a metal and the shell comprises a semiconductor material, or the core comprises a semiconductor material and the shell comprises a metal. In a preferred embodiment, all nanoparticles used are of similar construction, in particular made of the same material. In a preferred embodiment, a nanoparticle may have on its surface pores which can be occupied by atoms or molecules having a size and charge suitable for the pores, for example if such atoms and / or molecules are present together with the nanoparticles in a solution. A nanoparticle should also comprise the atoms and / or molecules deposited on its surface.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform eignen sich die Nanopartikel aufgrund ihrer besonderen optischen Eigenschaften dazu, Licht bei bestimmten Wellenlängen besonders effektiv zu absorbieren und/oder zu streuen. Insbesondere absorbieren bzw. streuen die Nanopartikel dabei in besonders effizienter Weise Licht, dessen Wellenlängen mit einer Plasmonenresonanz der Nanopartikel übereinstimmt, wobei die Wellenlänge der Plasmonenresonanz bzw. die Anregungsenergie der Plasmonenresonanz maßgeblich durch die Größe und/oder die Form und/oder das Material der Nanopartikel bestimmt wird. Eine Anregung der Nanopartikel mit Licht, dessen Photonenenergie in etwa mit der Plasmonenresonanzenergie übereinstimmt, eignet sich in besonders effizienter Weise dazu, Lichtenergie auf die Nanopartikel zu übertragen, bzw. Lichtenergie von den Nanopartikeln absorbieren zu lassen. Die Begriffe Nukleinsäure und Oligonukleotid umfassen dabei im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung nicht nur Desoxyribonukleinsäuren bzw. Desoxyoligoribonukleotide, sondern auch Nukleinsäuren und Oligonukleotide mit ein oder mehreren Nukleotidanaloga mit Modifikationen an ihrem Backbone (z.B. Methylphosphonate, Phosphothioate oder peptide nucleic acids (PNAs), insbesondere an einem Zucker des Backbone). Ferner können diese auch Basenanaloga enthalten, die etwa 7-Deazapurine oder Universalbasen wie Nitroindol oder modifizierte natürliche Basen wie N4-Ethyl-Cytosin. ln einer weiteren Ausführungsform sind die Nukleinsäuren oder Oligonukleotide Konjugate oder Chimären mit nicht-nukleosidischen Analoga, wie etwa PNA. Die Nukleinsäuren oder Oligonukleotide können an einer oder mehreren Positionen nicht-nukleosidische Einheiten wie Spacer, z.B. Hexaethylenglycol oder Cn-Spacer, wobei n vorzugsweise eine natürliche Zahl zwischen 3 und 6 ist, aufweisen. Cn- Spacer sind dabei vorzugsweise Spacer, welche n Kohlenstoffatome umfassen. Beispielsweise können Cn-Spacer als Abstandshalter, insbesondere zwischen einem Bindungselement wie etwa einer Thiol-Bindung und der Nukleinsäure im eigentlichen Sinne dienen. Beispielsweise können Cn-Spacer für eine Synthese von Thiol-Oligomeren erforderlich sein bzw. an Thiol-Modifikationen ausgebildet sein Sofern die Nukleinsäuren oder Oligonukleotide Modifikationen aufweisen, sind diese vorzugsweise so gewählt, dass auch mit der Modifikation eine Hybridisierung mit natürlicher DNA bzw. RNA möglich ist. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen können die Nukleinsäuren und/oder Nukleotide Modifikationen aufweisen, welche das Schmelzverhalten, insbesondere die Schmelztemperatur, beeinflussen. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, um Hybride mit unterschiedlichen Graden der Komplementarität ihrer Basen unterscheiden zu können (mismatch-Diskriminierung). Weitere bevorzugte Modifikationen umfassen LNA, 8-Aza-7-Deazapurine, 5-Propinyl-Uracil und -Cytosin und/oder abasische Unterbrechungen oder Modifikationen in der Nukleinsäure oder in dem Oligonukleotid. Weitere Modifikationen im Sinne der Erfindung sind z. B. Modifikationen mit Biotin, Thiol bzw. Thiolen und Fluoreszenzdonor- und Fluoreszenzakzeptormolekülen. Die kationisch modifizierte Nukleinsäure ist dabei vorzugsweise eine Nukleinsäure, welche einen kationischen Block bzw. einen kationischen Abschnitt aufweist. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Nukleinsäure handeln, welche an zumindest einem Ende einen kationischen Fortsatz aufweist. Der kationische Fortsatz weist dabei vorzugsweise eine mittlere Ladungsdichte auf, welche weniger anionisch ist, als die mittlere Ladungsdichte einer Nukleinsäure, insbesondere dann, wenn sowohl die Nukleinsäure als auch der kationische Fortsatz in einer für die Nukleinsäure typischen Umgebung vorliegen. In anderen Worten ist der kationische Fortsatz vorzugsweise positiver elektrisch geladen als eine Nukleinsäure. Die Nukleinsäure mit kationischer Modifikation bzw. die kationisch modifizierte Nukleinsäure umfasst ferner vorzugsweise einen Abschnitt bzw. einen Hybridisierungsbereich, welcher hauptsächlich eine Nukleinsäure umfasst, und daran konjugiert einen kationischen Fortsatz. In a particularly preferred embodiment, the nanoparticles are due to their special optical properties to absorb light at certain wavelengths particularly effective and / or scatter. In particular, the nanoparticles absorb or scatter light in a particularly efficient manner, whose wavelengths coincide with a plasmon resonance of the nanoparticles, wherein the wavelength of the plasmon resonance or the excitation energy of the plasmon resonance decisively by the size and / or shape and / or the material of the nanoparticles is determined. Excitation of the nanoparticles with light, whose photon energy approximately coincides with the plasmon resonance energy, is particularly suitable for transferring light energy to the nanoparticles or for allowing light energy to be absorbed by the nanoparticles. The terms nucleic acid and oligonucleotide include in the context of the present invention not only deoxyribonucleic acids or deoxyoligoribonucleotides, but also nucleic acids and oligonucleotides with one or more nucleotide analogues with modifications to their backbone (eg methylphosphonates, phosphorothioates or peptide nucleic acids (PNAs), in particular a sugar of the backbone). Further, they may also contain base analogues such as 7-deazapurines or universal bases such as nitroindole or modified natural bases such as N4-ethyl-cytosine. In another embodiment, the nucleic acids or oligonucleotides are conjugates or chimeras with non-nucleoside analogs, such as PNA. The nucleic acids or oligonucleotides may have at one or more positions non-nucleosidic units such as spacers, eg hexaethylene glycol or Cn spacers, where n is preferably a natural number between 3 and 6. Cn spacers are preferably spacers which comprise n carbon atoms. For example, Cn spacers may serve as spacers, especially between a binding member such as a thiol bond and the nucleic acid as such. For example, Cn spacers may be required for a synthesis of thiol oligomers or may be formed on thiol modifications. If the nucleic acids or oligonucleotides have modifications, these are preferably selected such that hybridization with natural DNA or RNA is also possible with the modification is. In further preferred embodiments, the nucleic acids and / or nucleotides may have modifications which influence the melting behavior, in particular the melting temperature. This may, for example, be advantageous in order to distinguish hybrids with different degrees of complementarity of their bases (mismatch discrimination). Further preferred modifications include LNA, 8-aza-7-deazapurines, 5-propynyl-uracil and cytosine and / or abasic disruptions or modifications in the nucleic acid or in the oligonucleotide. Further modifications within the meaning of the invention are, for. B. Modifications with biotin, thiol or thiols and fluorescence donor and fluorescence acceptor molecules. The cationically modified nucleic acid is preferably a nucleic acid which has a cationic block or a cationic section. This may be, for example, a nucleic acid which has a cationic extension on at least one end. The cationic extension preferably has an average charge density which is less anionic than the average charge density of a nucleic acid, in particular when both the nucleic acid and the cationic extension are present in a typical environment for the nucleic acid. In other words, the cationic extension is preferably more positively charged than a nucleic acid. The Nucleic acid with cationic modification or the cationically modified nucleic acid preferably further comprises a portion or a hybridization region, which comprises mainly a nucleic acid, and conjugated thereto a cationic extension.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der kationische Fortsatz der kationisch modifizierten Nukleinsäure kationische Spermine. Der kationische Fortsatz umfasst dabei zwischen 1 und 20 Spermine, vorzugsweise zwischen 2 und 15 Spermine, besonders bevorzugt zwischen 2 und 10 Spermine, am meisten bevorzugt zwischen 2 und 5 Spermine. Die mittlere elektrische Ladungsdichte einer kationisch modifizierten Nukleinsäure ist dabei weniger anionisch als die mittlere elektrische Ladungsdichte einer nicht-kationisch modifizierten Nukleinsäure. Auf diese Weise ist beispielsweise die elektrostatische Abstoßung zwischen einer kationisch modifizierten Nukleinsäure und einer nicht-kationisch modifizierten Nukleinsäure geringer als die elektrostatische Abstoßung zwischen zwei nicht- kationisch modifizierten Nukleinsäuren. Besonders bevorzugt ziehen sich eine kationisch modifizierten Nukleinsäure und eine nicht-kationisch modifizierte Nukleinsäure elektrostatisch an. Beispielsweise umfasst eine kationisch modifizierte Nukleinsäure eine Nukleinsäure vom Typ einer ZIP NUCLEIC ACID (ZNA) des Herstellers METABION (METABION INTERNATIONAL AG, Planegg, Germany), welche beispielsweise in den Druckschriften WO 2007 069 092 B1 oder WO 2009 083 763 A1 beschrieben ist. Alternativ oder zusätzlich kann eine kationisch modifizierte Nukleinsäure beispielsweise zumindest einen kationisch geladenen Farbstoff und/oder andere kationische Einheiten umfassen. Das Hinzufügen zumindest einer kationischen Einheit zu einer Nukleinsäure erfolgt dabei vorzugsweise am 5'-Ende und/oder am 3'- Ende der Nukleinsäure. Der Nachweis der nachzuweisenden Nukleinsäure kann dabei beispielsweise dadurch geschehen, dass ein detektierbarer bzw. messbarer Effekt detektiert wird, welcher eintritt, wenn die zumindest zwei Nanopartikel sich in der räumlichen Nähe zu zumindest einer kationisch modifizierten Nukleinsäure befinden, insbesondere wenn die zumindest zwei Nanopartikel zumindest teilweise an eine kationisch modifizierte Nukleinsäure gebunden sind. In a preferred embodiment, the cationic extension of the cationically modified nucleic acid comprises cationic spermine. The cationic extension comprises between 1 and 20 spermine, preferably between 2 and 15 spermine, more preferably between 2 and 10 spermine, most preferably between 2 and 5 spermine. The mean electrical charge density of a cationically modified nucleic acid is less anionic than the mean electrical charge density of a non-cationically modified nucleic acid. In this way, for example, the electrostatic repulsion between a cationically modified nucleic acid and a non-cationically modified nucleic acid is less than the electrostatic repulsion between two non-cationically modified nucleic acids. Particularly preferably, a cationically modified nucleic acid and a non-cationically modified nucleic acid attract electrostatically. For example, a cationically modified nucleic acid comprises a nucleic acid of the type ZIP NUCLEIC ACID (ZNA) from the manufacturer METABION (METABION INTERNATIONAL AG, Planegg, Germany), which is described, for example, in the publications WO 2007 069 092 B1 or WO 2009 083 763 A1. Alternatively or additionally, a cationically modified nucleic acid may comprise, for example, at least one cationically charged dye and / or other cationic units. The addition of at least one cationic unit to a nucleic acid is preferably carried out at the 5 'end and / or at the 3' end of the nucleic acid. The detection of the nucleic acid to be detected can take place, for example, in that a detectable or measurable effect is detected, which occurs when the at least two nanoparticles are in the spatial proximity to at least one cationically modified nucleic acid, in particular if the at least two nanoparticles are at least partially bound to a cationically modified nucleic acid.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Nanopartikel insbesondere dann in der . räumlichen Nähe zu einer kationisch modifizierten Nukleinsäure, wenn deren elektrostatische Wechselwirkung untereinander, d.h. deren elektrostatische Abstoßungs- und/oder Anziehungskräfte, beeinflusst wird bzw. wenn die elektrostatische Wechselwirkung zwischen einem Nanopoartikel und einer kationisch modifizierten Nukleinsäure die Wechselwirkung des Nanopartikels zu anderen, vorzugsweise benachbarten, Nanopartikeln signifikant beeinflusst. Die effektive Entfernung, bis zu welcher elektrostatische Kräfte zwischen dem Nanopartikel und der kationischen modifizierten Nukleinsäure einen signifikanten Einfluss auf die Wechselwirkung zwischen dem Nanopartikel und der kationisch modifizierten Nukleinsäure haben, kann dabei durch deren Umgebung beeinflusst sein. Beispielsweise kann die Salzkonzentration und/oder der pH-Wert der Lösung, in welcher sich die Nanopartikel und die kationisch modifizierten Nukleinsäuren befinden, einen Einfluss auf deren elektrostatische Wechselwirkung haben. Vorzugsweise ist der Einfluss der elektrostatischen Wechselwirkung zwischen einer kationischen modifizierten Nukleinsäure und einem Nanopartikel für die bevorzugte Erzielung eines erfindungsgemäß beabsichtigten Effekts vorzugsweise dann besonders ausgeprägt, wenn die Entfernung zwischen der kationischen modifizierten Nukleinsäure und der Oberfläche des Nanopartikels kleiner als 150 nm, weiter bevorzugt kleiner als 100 nm, noch weiter bevorzugt kleiner als 50 nm, mehr bevorzugt kleiner als 30 nm, am meisten bevorzugt kleiner als 10 nm ist. In a preferred embodiment of the invention, a nanoparticle is in particular in the. spatial proximity to a cationically modified nucleic acid when their electrostatic interaction with each other, i. their electrostatic repulsion and / or attraction forces, is influenced or if the electrostatic interaction between a nanoparticle and a cationically modified nucleic acid significantly affects the interaction of the nanoparticle to other, preferably adjacent, nanoparticles. The effective distance up to which electrostatic forces between the nanoparticle and the cationic modified nucleic acid have a significant influence on the interaction between the nanoparticle and the cationically modified nucleic acid may be influenced by their environment. For example, the salt concentration and / or the pH of the solution in which the nanoparticles and the cationically modified nucleic acids are located can have an influence on their electrostatic interaction. Preferably, the influence of the electrostatic interaction between a cationic modified nucleic acid and a nanoparticle for the preferred achievement of an intended effect according to the invention is preferably particularly pronounced if the distance between the cationic modified nucleic acid and the surface of the nanoparticle is less than 150 nm, more preferably less than 100 nm, more preferably less than 50 nm, more preferably less than 30 nm, most preferably less than 10 nm.

Bevorzugt weisen die zumindest zwei Nanopartikel an deren Oberfläche funktionalisierte Moleküle auf, an welche eine kationisch modifizierte Nukleinsäure zumindest teilweise binden kann. Preferably, the at least two nanoparticles have functionalized molecules on their surface to which a cationically modified nucleic acid can at least partially bind.

Bevorzugt weist die Lösung, in welcher sich die Nanopartikel und/oder die kationisch modifizierten Nukleinsäuren befinden, geeignete Pufferbedingungen auf. Die Pufferbedingungen können beispielsweise dann geeignet sein, wenn sie einen Ablauf einer Amplifikationsreaktion zur Amplifikation einer Nukleinsäure ermöglichen. The solution in which the nanoparticles and / or the cationically modified nucleic acids are present preferably has suitable buffer conditions. The buffer conditions may be suitable, for example, if they have a Allow an amplification reaction to amplify a nucleic acid.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Verwendung einer kationisch modifizierten Nukleinsäure in Kombination mit zumindest zwei Nanopartikeln zum Nachweis einer einer nachzuweisenden Nukleinsäure in einer Lösung. In a further aspect, the invention relates to a use of a cationically modified nucleic acid in combination with at least two nanoparticles for detecting a nucleic acid to be detected in a solution.

Die Verwendung einer Kombination der Nanopartikel und der kationisch modifizierten Nukleinsäure kann in einer bevorzugten Ausführungsform dem Nachweis einer Nukleinsäure, insbesondere einer weiteren Nukleinsäure, dienen. Dabei kann beispielsweise sowohl die kationisch modifizierte Nukleinsäure als auch die Nanopartikel in eine Lösung gegeben werden, in welcher die Anwesenheit und/oder Konzentration einer weiteren Nukleinsäure nachgewiesen werden soll, wobei die Nukleotidsequenz der nachzuweisenden Nukleinsäure vorzugsweise zumindest teilweise bekannt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform können dabei aus dem Auftreten oder Nichtauftreten einer Wechselwirkung zwischen der kationisch modifizierten Nukleinsäure und den Nanopartikeln bzw. aus dem sich daraus ergebenden messbaren Effekt Rückschlüsse auf die Anwesenheit und/oder die Abwesenheit und/oder die Konzentration der nachzuweisenden Nukleinsäure in der Lösung gezogen werden. In a preferred embodiment, the use of a combination of the nanoparticles and the cationically modified nucleic acid can serve to detect a nucleic acid, in particular a further nucleic acid. In this case, for example, both the cationically modified nucleic acid and the nanoparticles can be placed in a solution in which the presence and / or concentration of a further nucleic acid is to be detected, wherein the nucleotide sequence of the nucleic acid to be detected is preferably at least partially known. In a preferred embodiment, conclusions can be drawn from the occurrence or non-occurrence of an interaction between the cationically modified nucleic acid and the nanoparticles or from the resulting measurable effect on the presence and / or absence and / or concentration of the nucleic acid to be detected in the solution to be pulled.

Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Nachweis einer nachzuweisenden Nukleinsäure in einer Lösung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Furthermore, the invention relates to a method for detecting a nucleic acid to be detected in a solution, the method comprising the following steps:

Bereitstellen von zumindest zwei Nanopartikeln in der Lösung;  Providing at least two nanoparticles in the solution;

- Bereitstellen einer kationisch modifizierten Nukleinsäure in der Lösung; Providing a cationically modified nucleic acid in the solution;

Ermitteln einer Änderung zumindest einer physikalischen Eigenschaft der Lösung wobei, die physikalische Eigenschaft der Lösung durch das zumindest teilweise Binden der zumindest zwei Nanopartikel an die kationisch modifizierte Nukleinsäure zumindest teilweise geändert wird und wobei die nachzuweisende Nukleinsäure in der Lösung das zumindest teilweise Binden der zumindest zwei Nanopartikel an die kationisch modifizierte Nukleinsäure zumindest teilweise fördert oder zumindest teilweise hemmt. Vorzugsweise wird durch eine größere Konzentration der nachzuweisenden Nukleinsäure in der Lösung das zumindest teilweise Binden der zumindest zwei Nanopartikel an die kationisch modifizierte Nukleinsäure stärker gehemmt oder stärker gefördert als durch eine geringere Konzentration der nachzuweisenden Nukleinsäure in der Lösung. In anderen Worten steigt vorzugsweise mit der Konzentration der nachzuweisenden Nukleinsäure in der Lösung die Förderung oder die Hemmung des zumindest teilweisen Bindens der zumindest zwei Nanopartikel an die kationisch modifizierte Nukleinsäure. Bevorzugt ändert sich eine Wechselwirkung der zumindest zwei Nanopartikel untereinander zumindest teilweise, wenn die zumindest zwei Nanopartikel zumindest teilweise an die kationisch modifizierte Nukleinsäure gebunden sind. Besonders bevorzugt hängt die Änderung der physikalischen Eigenschaft von der Änderung der Wechselwirkung der zumindest zwei Nanopartikel untereinander ab, Determining a change in at least one physical property of the solution wherein the physical property of the solution is at least partially changed by at least partially binding the at least two nanoparticles to the cationically modified nucleic acid and wherein the nucleic acid to be detected in the solution comprises at least partially binding the at least two nanoparticles at least partially promotes or at least partially inhibits the cationically modified nucleic acid. Preferably, the at least partial binding of the at least two nanoparticles to the cationically modified nucleic acid is more strongly inhibited or more promoted by a greater concentration of the nucleic acid to be detected in the solution than by a lower concentration of the nucleic acid to be detected in the solution. In other words, the concentration of the nucleic acid to be detected in the solution preferably increases or inhibits the at least partial binding of the at least two nanoparticles to the cationically modified nucleic acid. An interaction of the at least two nanoparticles with one another preferably changes at least partially when the at least two nanoparticles are at least partially bound to the cationically modified nucleic acid. Particularly preferably, the change in the physical property depends on the change in the interaction of the at least two nanoparticles with one another,

Besonders bevorzugt erfolgt die Änderung der physikalischen Eigenschaft der Lösung durch eine Änderung der Wechselwirkung der zumindest zwei Nanopartikel, wobei die Änderung der Wechselwirkung der zumindest zwei Nanopartikel durch ein zumindest teilweises Binden der zumindest zwei Nanopartikel an die kationisch modifizierte Nukleinsäure beeinflusst, insbesondere bedingt, ist. The change in the physical property of the solution is particularly preferably effected by a change in the interaction of the at least two nanoparticles, the change in the interaction of the at least two nanoparticles being influenced, in particular conditionally, by an at least partial binding of the at least two nanoparticles to the cationically modified nucleic acid.

Vorzugsweise hängt ein Binden der zumindest zwei Nanopartikel an die kationisch modifizierte Nukleinsäure zumindest teilweise von einer Konzentration der nachzuweisenden Nukleinsäure in der Lösung ab. Preferably, binding of the at least two nanoparticles to the cationically modified nucleic acid depends at least in part on a concentration of the nucleic acid to be detected in the solution.

Insbesondere kann die Anwesenheit der nachzuweisenden Nukleinsäure in der Lösung bzw. das Vorhandensein einer Mindestkonzentration der nachzuweisenden Nukleinsäure in der Lösung dazu führen, dass die zwei Nanopartikel zumindest teilweise an eine kationisch modifizierte Nukleinsäure binden bzw. zumindest teilweise daran binden können, während eine Abwesenheit der nachzuweisenden Nukleinsäure in der Lösung bzw. das Vorhandensein einer geringeren Konzentration als eine Mindestkonzentration der nachzuweisenden Nukleinsäure in der Lösung nicht dazu führt, dass die zumindest zwei Nanopartikel zumindest teilweise an eine kationisch modifizierte Nukleinsäure binden bzw. zumindest teilweise daran binden können. In particular, the presence of the nucleic acid to be detected in the solution or the presence of a minimum concentration of the nucleic acid to be detected in the solution may lead to the two nanoparticles at least partially binding to at least partially to a cationically modified nucleic acid, while an absence of the detected Nucleic acid in the solution or the presence of a lower concentration than a minimum concentration of the nucleic acid to be detected in the solution does not cause the at least two nanoparticles at least partially bind to a cationically modified nucleic acid or at least partially bind to it.

Alternativ kann die Anwesenheit der nachzuweisenden Nukleinsäure in der Lösung bzw. das Vorhandensein einer Mindestkonzentration der nachzuweisenden Nukleinsäure in der Lösung dazu führen, dass die zumindest zwei Nanopartikel nicht zumindest teilweise an eine kationisch modifizierte Nukleinsäure binden bzw. zumindest teilweise nicht daran binden können, während eine Abwesenheit der nachzuweisenden Nukleinsäure in der Lösung bzw. das Vorhandensein einer geringeren Konzentration als eine Mindestkonzentration der nachzuweisenden Nukleinsäure in der Lösung dazu führt, dass die zumindest zwei Nanopartikel zumindest teilweise an eine kationisch modifizierte Nukleinsäure binden, bzw. zumindest teilweise nicht daran binden können. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die physikalische Eigenschaft der Lösung eine Eigenschaft, welche gemessen werden kann. Vorzugsweise handelt es sich bei der physikalischen Eigenschaft der Lösung um eine makroskopische Eigenschaft der Lösung. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der physikalischen Eigenschaft der Lösung um eine homogene Eigenschaft der Lösung, d.h. dass die physikalische Eigenschaft der Lösung in beliebigen Teilvolumina und/oder an beliebigen Punkten der Lösung gemessen werden kann und die Messung sodann repräsentativ für die entsprechende physikalische Eigenschaft der gesamten Lösung ist. Dabei sind die Teilvolumina vorzugsweise mindestens so groß bemessen, dass mindestens zwei Nanopartikel und mindestens eine kationisch modifizierte Nukleinsäure in jedem Teilvolumen enthalten sind. In der Praxis sind die Teilvolumina daher vorzugsweise größer als 1 Attoiiter, weiter bevorzugt größer als 1 Femtoliter, besonders bevorzugt größer als 1 Pikoliter und am meisten bevorzugt größer als 1 Nanoliter. Beispielsweise kann die physikalische Eigenschaft der Lösung eine optischen Eigenschaft der Lösung sein und/oder eine Eigenschaft der Zusammensetzung der Lösung, wie etwa eine Eigenschaft des Gemischs und/oder ein Auftreten eines Ausfallprodukts und/oder einer Sedimentation. ln einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest eine Nukleinsäure an zumindest einen der Nanopartikel gebunden. Alternatively, the presence of the nucleic acid to be detected in the solution or the presence of a minimum concentration of the nucleic acid to be detected in the solution can result in the at least two nanoparticles not being able to bind at least partially to a cationically modified nucleic acid or at least partially unable to bind to it Absence of the nucleic acid to be detected in the solution or the presence of a lower concentration than the nucleic acid to be detected in the solution leads to the at least two nanoparticles at least partially binding to a cationically modified nucleic acid, or at least partially can not bind to it. In a preferred embodiment, the physical property of the solution is a property that can be measured. Preferably, the physical property of the solution is a macroscopic property of the solution. The physical property of the solution is particularly preferably a homogeneous property of the solution, ie the physical property of the solution can be measured in arbitrary partial volumes and / or at arbitrary points of the solution and the measurement then representative of the corresponding physical property of the solution entire solution is. The partial volumes are preferably at least so large that at least two nanoparticles and at least one cationically modified nucleic acid are contained in each partial volume. In practice, therefore, the partial volumes are preferably greater than 1 attoiter, more preferably greater than 1 femtoliter, more preferably greater than 1 picoliter, and most preferably greater than 1 nanoliter. For example, the physical property of the solution may be an optical property of the solution and / or a property of the composition of the solution, such as a property of the mixture and / or an occurrence of a failure product and / or sedimentation. In a preferred embodiment, at least one nucleic acid is bound to at least one of the nanoparticles.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist die zumindest eine an den zumindest einen Nanopartikel gebundene Nukleinsäure eine Nukleinsäure, welche charakterisiert werden soll. Insbesondere kann die Nukleinsäure eine Nukleinsäure sein, deren Nukleotidsequenz zumindest teilweise bestimmt werden soll und/oder von welcher die Komplementarität mit einer anderen Nukleinsäure bestimmt werden soll. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Komplementarität der Nukleotidsequenz der an dem Nanopartikel gebundenen Nukleinsäure mit zumindest einem Teil der Nukleotidsequenz der kationisch modifizierten Nukleinsäure bestimmt. In a preferred embodiment of the method, the at least one nucleic acid bound to the at least one nanoparticle is a nucleic acid which is to be characterized. In particular, the nucleic acid may be a nucleic acid whose nucleotide sequence is to be determined at least partially and / or by which the complementarity with another nucleic acid is to be determined. In a particularly preferred embodiment, the complementarity of the nucleotide sequence of the nucleic acid bound to the nanoparticle with at least part of the nucleotide sequence of the cationically modified nucleic acid is determined.

In weiteren bevorzugten Ausführungsformen können verschiedene Nukleinsäuren mit verschiedenen Nukleotidsequenzen an jeweils einem Nanopartikel angebracht sein und/oder verschiedene Nukleinsäuren mit verschiedenen Nukleotidsequenzen an unterschiedlichen Nanopartikeln angebracht sein. In anderen Worten kann eine Mehrzahl von Nanopartikeln vorliegen, an welche jeweils eine Nukleinsäure der gleichen Nukleotidsequenz gebunden ist und/oder es kann eine Mehrzahl von Nanopartikeln vorliegen, an welche jeweils Nukleinsäuren mit unterschiedlichen Nukleotidsequenzen gebunden sind. Ferner können sich auch die Nanopartikel selbst voneinander unterscheiden, insbesondere in ihrer Größe und/oder in ihrer Form und/oder in ihrem Material. Die an einen Nanopartikel gebundene Nukleinsäure kann dabei auf unterschiedliche Weise an dem Nanopartikel befestigt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Nukleinsäure mit einer Thiol-Bindung und/oder mit einer Streptavidin-Biotin-Bindung und/oder mit einer kationisch modifizierten Nukleinsäure an den Nanopartikel gebunden. Dabei können sich zwischen einer aktiven Erkennungssequenz bzw. Erkennungsnukleotidsequenz der Nukleinsäure und der Oberfläche des Nanopartikels noch weitere passive Nukleotidsequenzen befinden. Derartige passive Nukleotidsequenzen können beispielsweise Abstandshalter und/oder abasische Modifikationen sein, wie etwa Spacer9, dSpacer, Polyethylenglycole und/oder Ähnliches. Insbesondere können passive Nukleotidsequenzen aus einem gleichen und/oder einem ähnlichen Material ausgebildet sein, wie eine Erkennungssequenz bzw. ein Hybridisierungsbereich der Nukleinsäure. Beispielsweise können derartige Abstandshalter als DNA- Abstandshalter und/oder Multi-Adenin-Sequenzen ausgebildet sein. Ein Spacer9 ist dabei eine Modifikation, welche auf einer Triethylenglycol-Kette mit einer Länge von 9 Atomen basiert, wie dies im Stand der Technik hinreichend bekannt ist. In further preferred embodiments, different nucleic acids having different nucleotide sequences may be attached to one nanoparticle each and / or different nucleic acids having different nucleotide sequences may be attached to different nanoparticles. In other words, a plurality of nanoparticles may be present, to each of which a nucleic acid of the same nucleotide sequence is bound and / or there may be a plurality of nanoparticles, to each of which nucleic acids having different nucleotide sequences are bound. Furthermore, the nanoparticles themselves may differ from one another, in particular in their size and / or in their shape and / or in their material. The nucleic acid bound to a nanoparticle can be attached to the nanoparticle in different ways. In a preferred embodiment, the nucleic acid is bound to the nanoparticle with a thiol bond and / or with a streptavidin-biotin bond and / or with a cationically modified nucleic acid. There may be further passive nucleotide sequences between an active recognition sequence or recognition nucleotide sequence of the nucleic acid and the surface of the nanoparticle. Such passive nucleotide sequences may be, for example, spacers and / or abasic modifications, such as Spacer9, dSpacer, polyethylene glycols and / or the like. In particular, passive nucleotide sequences can be formed from a same and / or a similar material, such as a recognition sequence or a hybridization region of the nucleic acid. For example, such spacers may be formed as DNA spacers and / or multi-adenine sequences. A spacer 9 is a modification which is based on a triethylene glycol chain with a length of 9 atoms, as is well known in the prior art.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die an den zumindest einen Nanopartikel gebundene Nukleinsäure zumindest ein Oligonukleotid. In a further preferred embodiment, the nucleic acid bound to the at least one nanoparticle comprises at least one oligonucleotide.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind lediglich eines oder eine Mehrzahl von Oligonukleotiden an den Nanopartikel gebunden. Sofern eine Mehrzahl von Oligonukleotiden an einen Nanopartikel gebunden ist, können dies gleichartige und/oder verschiedenartige Oligonukleotide sein. Beispielweise können jeweils eine Mehrzahl von verschiedenartigen Oligonukleotiden an einem Nanopartikel angebracht sein. Die Oligonukleotide können sich dabei beispielsweise in ihrer Länge und/oder ihrer Bindung und/oder ihrer Nukleotidsequenz unterscheiden. Vorzugsweise sind zwischen 1 und 5.000 Oligonukleotide an einem Nanopartikel befestigt. Besonders bevorzugt sind zwischen 2 und 4.000 Oligonukleotide an einem Nanopartikel befestigt. Weiter bevorzugt sind zwischen 10 und 3.000 Oligonukleotide an einem Nanopartikel befestigt. Noch weiter bevorzugt sind zwischen 20 und 2.000 Oligonukleotide an einem Nanopartikel befestigt. Besonders bevorzugt sind zwischen 50 und 1.000 Oligonukleotide an einem Nanopartikel befestigt. In a particularly preferred embodiment, only one or a plurality of oligonucleotides are bound to the nanoparticle. If a plurality of oligonucleotides is bound to a nanoparticle, these may be identical and / or different oligonucleotides. For example, a plurality of different types of oligonucleotides can each be attached to a nanoparticle. The oligonucleotides may differ, for example, in their length and / or their binding and / or their nucleotide sequence. Preferably, between 1 and 5,000 oligonucleotides are attached to a nanoparticle. Between 2 and 4,000 oligonucleotides are particularly preferably attached to a nanoparticle. More preferably, between 10 and 3,000 oligonucleotides are attached to a nanoparticle. Even more preferably, between 20 and 2,000 oligonucleotides are attached to a nanoparticle. Particularly preferred are between 50 and 1000 oligonucleotides attached to a nanoparticle.

Je größer die Anzahl von Oligonukleotiden ist, welche an einem Nanopartikel befestigt sind und/oder je größer die Länge bzw. die Anzahl der Nukleotide pro Oligonukleotid ist, welche an einem Nanopartikel befestigt sind, desto größer ist die Beladungsdichte des Nanopartikels. Eine größere Beladungsdichte kann den vorteilhaften Effekt bewirken, dass die Nanopartikel in der Lösung stabiler sind. Die Nanopartikel sind in einer Lösung insbesondere dann stabil, wenn sie insbesondere bei Raumtemperatur und ohne Fremdeinwirkung nicht miteinander aggregieren bzw. verklumpen und/oder aus der Lösung ausfallen. Eine derartige Fremdeinwirkung kann beispielsweise die Verbindung mit einer kationisch modifizierten Nukleinsäure sein. In anderen Worten verhindert oder verringert eine große Beladungsdichte das Risiko, dass Nanopartikel miteinander aggregieren. In einer bevorzugten Ausführungsform haben alle in einer Lösung befindlichen stabilen Nanopartikel zumindest ein Molekül an deren Oberfläche gebunden. Vorzugsweise weisen die verwendeten Nanopartikel eine Beladungsdichte zwischen 0,001 und 1 , weiter bevorzugt zwischen 0,001 und 0,5, noch weiter bevorzugt zwischen 0,001 und 0,2, mehr bevorzugt zwischen 0,001 und 0,1 , am meisten bevorzugt zwischen 0,01 und 0,1 Oligonukleotide pro nm2 Nanopartikeloberfläche auf. The larger the number of oligonucleotides attached to a nanoparticle and / or the greater the length or number of nucleotides per oligonucleotide attached to a nanoparticle, the greater the loading density of the nanoparticle. A larger loading density can have the beneficial effect of making the nanoparticles more stable in the solution. The nanoparticles are stable in a solution, in particular if they do not aggregate with one another, in particular at room temperature and without external influence. clump and / or fall out of solution. Such a foreign influence can be, for example, the compound with a cationically modified nucleic acid. In other words, a high loading density prevents or reduces the risk of aggregating nanoparticles. In a preferred embodiment, all stable nanoparticles present in a solution have at least one molecule bound to their surface. Preferably, the nanoparticles used have a loading density between 0.001 and 1, more preferably between 0.001 and 0.5, even more preferably between 0.001 and 0.2, more preferably between 0.001 and 0.1, most preferably between 0.01 and 0, 1 oligonucleotide per nm 2 nanoparticle surface.

Ein Oligonukleotid umfasst dabei vorzugsweise nicht mehr als 1.000 Nukleotide, weiter bevorzugt nicht mehr als 500 Nukleotide, besonders bevorzugt nicht mehr als 200 Nukleotide, noch weiter bevorzugt nicht mehr als 100 Nukleotide, ganz besonders bevorzugt nicht mehr als 80 Nukleotide, am meisten bevorzugt nicht mehr als 50 Nukleotide. An oligonucleotide preferably comprises not more than 1,000 nucleotides, more preferably not more than 500 nucleotides, more preferably not more than 200 nucleotides, even more preferably not more than 100 nucleotides, most preferably not more than 80 nucleotides, most preferably not more as 50 nucleotides.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die kationisch modifizierte Nukleinsäure zumindest teilweise komplementär zu einer in der Lösung nachzuweisenden Nukleinsäure und/oder ist das zumindest eine Oligonukleotid, welches an den zumindest einen Nanopartikel gebunden ist, vorzugsweise zumindest teilweise komplementär zu der in der Lösung nachzuweisenden Nukleinsäure. Wenn eine erste Nukleinsäure teilweise komplementär zu einer zweiten Nukleinsäure ist, bedeutet dies, dass zumindest ein Teil der ersten Nukleinsäure zu zumindest einem Teil der zweiten Nukleinsäure komplementär ist. Insbesondere bedeutet dies, dass bei einer Komplementarität zweier Nukleinsäuren deren Nukleotidsequenzen derart ausgestaltet sind, so dass diese Nukleinsäuren miteinander hybridisieren können. Wenn die kationisch modifizierte Nukleinsäure zumindest teilweise komplementär zu der in der Lösung nachzuweisenden Nukleinsäure ist, kann demnach ein Einzelstrang der kationisch modifizierten Nukleinsäure mit einem Einzelstrang der in der Lösung nachzuweisenden Nukleinsäure hybridisieren. Wenn das auf dem Nanopartikel angebrachte Oligonukleotid zumindest teilweise komplementär zu der in der Lösung nachzuweisenden Nukleinsäure ist, kann ein Einzelstrang des auf dem Nanopartikel angebrachten Oligonukleotids mit einem Einzelstrang der in der Lösung nachzuweisenden Nukleinsäure hybridisieren. Wenn das auf dem Nanopartikel angebrachte Oligonukleotid mit der in der Lösung nachzuweisenden Nukleinsäure hybridisiert, ist die in der Lösung nachzuweisende Nukleinsäure mit dem Nanopartikel verbunden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das zumindest eine Oligonukleotid zumindest teilweise komplementär zu einem ersten Nukleotidsequenzabschnitt einer in der Lösung nachzuweisenden Nukleinsäure und ist die kationisch modifizierte Nukleinsäure zumindest teilweise komplementär zu einem zweiten Nukleotidsequenzabschnitt der in der Lösung nachzuweisende Nukleinsäure. In a further preferred embodiment, the cationically modified nucleic acid is at least partially complementary to a nucleic acid to be detected in the solution and / or the at least one oligonucleotide is bound to the at least one nanoparticle, preferably at least partially complementary to the nucleic acid to be detected in the solution. When a first nucleic acid is partially complementary to a second nucleic acid, this means that at least a portion of the first nucleic acid is complementary to at least a portion of the second nucleic acid. In particular, this means that with a complementarity of two nucleic acids whose nucleotide sequences are designed such that these nucleic acids can hybridize with each other. Accordingly, if the cationically modified nucleic acid is at least partially complementary to the nucleic acid to be detected in the solution, a single strand of cationically modified single strand nucleic acid can be detected in the solution Hybridize nucleic acid. When the oligonucleotide attached to the nanoparticle is at least partially complementary to the nucleic acid to be detected in the solution, a single strand of the oligonucleotide attached to the nanoparticle may hybridize to a single strand of the nucleic acid to be detected in the solution. When the oligonucleotide attached to the nanoparticle hybridizes to the nucleic acid to be detected in the solution, the nucleic acid to be detected in the solution is linked to the nanoparticle. In a preferred embodiment, the at least one oligonucleotide is at least partially complementary to a first nucleotide sequence section of a nucleic acid to be detected in the solution, and the cationically modified nucleic acid is at least partially complementary to a second nucleotide sequence section of the nucleic acid to be detected in the solution.

Beispielsweise können der erste Nukleotidsequenzabschnitt und der zweite Nukleotidsequenzabschnitt an dem gleichen Strang der in der Lösung nachzuweisenden Nukleinsäure ausgebildet sein. Wenn sich in diesem Fall das Oligonukleotid und die kationisch modifizierte Nukleinsäure mit dem ersten Nukleotidsequenzabschnitt bzw. mit dem zweiten Nukleotidsequenzabschnitt verbinden, sind sowohl das Oligonukleotid als auch die kationisch modifizierte Nukleinsäure am gleichen Strang der nachzuweisenden Nukleinsäure hybridisiert. For example, the first nucleotide sequence section and the second nucleotide sequence section can be formed on the same strand of the nucleic acid to be detected in the solution. In this case, when the oligonucleotide and the cationically modified nucleic acid combine with the first nucleotide sequence portion and the second nucleotide sequence portion, respectively, both the oligonucleotide and the cationically modified nucleic acid are hybridized on the same strand of the nucleic acid to be detected.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der erste Nukleotidsequenzabschnitt an einem ersten Strang der nachzuweisenden Nukleinsäure ausgebildet und ist der zweite Nukleotidsequenzabschnitt an einem von dem ersten Strang verschiedenen zweiten Strang der nachzuweisenden Nukleinsäure ausgebildet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest ein Teil des zumindest einen Oligonukleotids und/oder zumindest ein Teil der kationisch modifizierten Nukleinsäure ein Primer, wie etwa ein Forward-Primer und/oder ein Reverse-Primer. Beispielsweise kann das an dem Nanopartikel befestigte Oligonukleotid ein Forward-Primer oder Reverse-Primer für den ersten Strang der nachzuweisenden Nukleinsäure sein. Zudem kann die kationisch modifizierte Nukleinsäure ein Forward-Primer oder Reverse-Primer für den zweiten Strang der nachzuweisenden Nukleinsäure sein. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform wird während einer Amplifikationsreaktion vorzugsweise das Oligonukleotid, welches an dem Nanopartikel befestigt ist, elongiert und/oder die kationisch modifizierte Nukleinsäure während eines Ampiifikationsvorgangs elongiert. Die dabei auftretenden Amplifikate können sodann vorzugsweise miteinander hybridisieren, wobei vorzugsweise die Hybridisierung eines an einen Nanopartikel gebundenen elongierten Oligonukleotids mit einer elongierten Nukleinsäure mit kationischer Modifikation auftreten kann. In a further preferred embodiment, the first nucleotide sequence section is formed on a first strand of the nucleic acid to be detected, and the second nucleotide sequence section is formed on a second strand of the nucleic acid to be detected which is different from the first strand. In a preferred embodiment, at least a portion of the at least one oligonucleotide and / or at least a portion of the cationically modified nucleic acid is a primer, such as a forward primer and / or a reverse primer. For example, the oligonucleotide attached to the nanoparticle may be a forward primer or reverse primer for the first strand of the nucleic acid to be detected. In addition, the cationically modified nucleic acid may be a forward primer or reverse primer for the second strand of the nucleic acid to be detected. According to this preferred embodiment, during an amplification reaction, preferably the oligonucleotide attached to the nanoparticle is elongated and / or the cationically modified nucleic acid is elongated during an amplification process. The resulting amplicons may then preferably hybridize with each other, wherein preferably the hybridization of an elongated oligonucleotide bound to a nanoparticle with an elongated nucleic acid having cationic modification may occur.

Vorzugsweise können während eines Annealing-Vorgangs einer PCR die Primer mit dem ersten Strang und/oder dem zweiten Strang der nachzuweisenden Nukleinsäure hybridisieren. Das an den Nanopartikel gebundene Oligonukleotid und/oder die kationisch modifizierte Nukleinsäure können dabei weitere Teile bzw. Blöcke bzw. Abschnitte umfassen, welche im Wesentlichen nicht zu der Funktion als Primer beitragen. Beispielsweise können dies bei dem Oligonukleotid ein oder mehrere Abschnitte sein, mit welchem das Oligonukleotid an den Nanopartikel gebunden ist. Ferner kann das Oligonukleotid einen oder mehrere Spacer aufweisen, welche im Wesentlichen nicht zu der Funktionalität als Primer beitragen. Ferner kann auch die kationisch modifizierte Nukleinsäure Spacer aufweisen, welche nicht zu der Funktion als Primer beitragen. In einer bevorzugten Ausführungsform trägt insbesondere der Fortsatz mit der kationischen Modifikation nicht zu der Funktionalität als Primer als solcher bei. Beispielsweise kann ein kationischer Fortsatz einen Schmelzpunkt erhöhen, wenn die kationisch modifizierte Nukleinsäure mit einer Nukleinsäure hybridisiert und/oder eine Affinität zu einer Nukleinsäure beeinflussen, insbesondere erhöhen. Preferably, during an annealing process of a PCR, the primers may hybridize to the first strand and / or the second strand of the nucleic acid to be detected. The oligonucleotide bound to the nanoparticle and / or the cationically modified nucleic acid may in this case comprise further parts or blocks or sections which essentially do not contribute to the function as a primer. For example, in the case of the oligonucleotide, this can be one or more sections with which the oligonucleotide is bound to the nanoparticle. Furthermore, the oligonucleotide may have one or more spacers which do not substantially contribute to the functionality as a primer. Furthermore, the cationically modified nucleic acid can also have spacers which do not contribute to the function as a primer. In a preferred embodiment, in particular the extension with the cationic modification does not contribute to the functionality as a primer as such. For example, a cationic extension can increase a melting point if the cationically modified nucleic acid hybridizes to a nucleic acid and / or influence, in particular increase, an affinity for a nucleic acid.

In einer bevorzugten Ausführungsform trägt zumindest ein Teil des zumindest einen Oligonukleotids und/oder zumindest ein Teil der kationisch modifizierten Nukleinsäure am 3' Ende eine oder mehrere terminierende Modifikationen wie z.B. Dideoxycytidin (ddC) oder Phosphat oder Biotin. Diese Modifizierungen können dabei die 3'-Extension des zumindest einen Teils des zumindest einen Oligonukleotids und/oder des zumindest einen Teils der kationisch modifizierten Nukleinsäure durch die Polymerase verhindern, so dass der zumindest eine Teil des zumindest einen Oligonukleotids und/oder der zumindest eine Teil der kationisch modifizierten Nukleinsäure nicht als Primer dienen kann. Dies kann vorteilhaft sein, um den Amplifikationsvorgang möglichst wenig durch die Anwesenheit des Oligonukleotids und/oder der kationisch modifizierten Nukleinsäure zu beeinflussen und/oder zu stören und/oder das Oligonukleotid und/oder die kationisch modifizierte Nukleinsäure als Hybridisierungs-Sonde einzusetzen. Eine Hybridisierungssonde bezeichnet dabei insbesondere eine Nukleinsäure und/oder einen Teil einer Nukleinsäure und/oder einen Nukleotidsequenzabschnitt einer Nukleinsäure, durch dessen Hybridisierung mit zumindest einem Teil der nachzuweisenden Nukleinsäure die Anwesenheit der jeweiligen nachzuweisende Nukleinsäure überprüft bzw. nachgewiesen werden kann, wobei die Hybdridisierungssonde vorzugsweise hybridisieren kann aber nicht elongiert werden kann. In a preferred embodiment, at least a portion of the at least one oligonucleotide and / or at least a portion of the cationically modified nucleic acid at the 3 'end carries one or more terminating modifications such as Dideoxycytidine (ddC) or phosphate or biotin. These modifications may prevent the 3 'extension of the at least one part of the at least one oligonucleotide and / or of the at least one part of the cationically modified nucleic acid by the polymerase, so that the at least one part of the at least one oligonucleotide and / or the at least one part the cationically modified nucleic acid can not serve as a primer. This can be advantageous in order to influence and / or disturb the amplification process as little as possible by the presence of the oligonucleotide and / or the cationically modified nucleic acid and / or to use the oligonucleotide and / or the cationically modified nucleic acid as hybridization probe. A hybridization probe here refers in particular to a nucleic acid and / or a part of a nucleic acid and / or a nucleotide sequence section of a nucleic acid whose hybridization with at least part of the nucleic acid to be detected can be used to check or detect the presence of the respective nucleic acid to be detected, the hybridization probe preferably hybridizing but can not be elongated.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zumindest ein Teil der mit dem Nanopartikel verbundenen Nukleinsäure ein Primer, wie etwa ein Forward-Primer und/oder ein Reverse-Primer, wobei die kationisch modifizierte Nukleinsäure kein Primer ist bzw. keinen Primer umfasst. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform umfasst die kationisch modifizierte Nukleinsäure eine spezifische Nukleotidsequenz, welche als spezifische Hybridisierungs-Sonde dient. In anderen Worten ist zumindest ein Teil der kationisch modifizierte Nukleinsäure im Wesentlichen zumindest teilweise identisch mit oder komplementär zu der Nukleotidsequenz der nachzuweisenden Nukleinsäure. In a further preferred embodiment, at least a portion of the nucleic acid linked to the nanoparticle is a primer, such as a forward primer and / or a reverse primer, wherein the cationically modified nucleic acid is not a primer or comprises a primer. According to this preferred embodiment, the cationically modified nucleic acid comprises a specific nucleotide sequence which serves as a specific hybridization probe. In other words, at least a portion of the cationically modified nucleic acid is substantially at least partially identical or complementary to the nucleotide sequence of the nucleic acid to be detected.

Alternativ ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zumindest ein Teil der kationisch modifizierten Nukleinsäure ein Primer bzw. umfasst einen Primer, wobei die mit dem Nanopartikel verbundene Nukleinsäure kein Primer ist bzw. keinen Primer umfasst. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform umfasst die mit dem Nanopartikel verbundene Nukleinsäure eine spezifische Nukleotidsequenz, welche als spezifische Hybridisierungs-Sonde dient. In anderen Worten ist zumindest ein Teil der mit dem Nanopartikel verbundenen Nukleinsäure im Wesentlichen zumindest teilweise identisch mit oder komplementär zu der Nukleotidsequenz der nachzuweisenden Nukleinsäure. Alternatively, according to a preferred embodiment, at least a part of the cationically modified nucleic acid is a primer or comprises a primer, wherein the nucleic acid linked to the nanoparticle is not a primer or does not comprise a primer. According to this preferred embodiment, the nucleic acid linked to the nanoparticle comprises a specific nucleotide sequence which serves as a specific hybridization probe. In other words, at least a portion of the nucleic acid associated with the nanoparticle is substantially at least partially identical or complementary to the nucleotide sequence of the nucleic acid to be detected.

Gemäß einer besonders bevorzugter Ausführungsform kann eine in der Lösung nachzuweisende Nukleinsäure als Target dienen, um etwa im Laufe einer Amplifikationsreaktion den bzw. die Primer zu elongieren, d.h. die mit dem Nanopartikel verbundene Nukleinsäure oder die kationisch modifizierte Nukleinsäure zu elongieren. Der Primer kann dabei bspw. ein Forwardprimer sein. Zusätzlich kann die Lösung eine weitere Nukleinsäure beinhalten, welche ebenfalls als Primer, bspw. als Reverse-Primer, dient und welche ebenfalls während der Amplifikationsreaktion elongiert wird. Die weitere Nukleinsäure kann dabei eine kationische Modifikation oder auch keine kationische Modifikation aufweisen. According to a particularly preferred embodiment, a nucleic acid to be detected in the solution can serve as a target in order to elongate the primer (s), for example in the course of an amplification reaction. elongate the nucleic acid or the cationically modified nucleic acid associated with the nanoparticle. The primer can be, for example, a forward primer. In addition, the solution may include another nucleic acid which also serves as a primer, for example as a reverse primer, and which is also elongated during the amplification reaction. The further nucleic acid may have a cationic modification or no cationic modification.

Vorzugsweise führt gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform die Amplifikationsreaktion alleine, beispielsweise bei Abwesenheit einer Hybridisierungs-Sonde und/oder bei Abwesenheit einer nachzuweisenden Nukleinsäure, nicht zu einer ausreichenden, messbaren Änderung der physikalischen Eigenschaft der Lösung. Wenn beispielsweise das entsprechende komplementäre Gegenstück zur Nanopartikel-gebundenen Nukleinsäure bzw. zur Hybridisierungs-Sonde während der Amplifikationsreaktion im elongierten Teil am Forward-Primer mit kationischer Modifikation entstanden ist, kann beispielsweise die Nanopartikel-gebundene Hybridisierungs-Sonde an den während der Amplifikationsreaktion elongierten Teil am Forward-Primer mit kationischer Modifikation hybridisieren und zu einer Verbindung vön Nanopartikel-gebundener Hybridisierungs-Sonde mit dem Forward-Primer mit kationischer Modifikation führen. Ab einer ausreichenden Menge von Amplikon bzw. von elongierter Nukleinsäure mit kationischer Modifikation kommt es zu einer messbaren Veränderung der physiklischen Eigfenschaft der Lösung. Dieses Verfahren kann beispielsweise entweder als Endpunkt-Detektion nach Abschluss des Amplifikationsverfahrens verwendet werden oder als Real-Time Verfahren während der Amplifikationsreaktion, das dann vorzugsweise eine Quantifizierung der ursprünglich vorhandenen Nukleinsäure-Konzentration in der Probe erlaubt. Evtl. kann es dabei vorteilhaft sein, die Menge des Reverse-Primers (welcher mit oder ohne kationischer Modifikation ausgebildet sein kann) geringer zu wählen, als die Menge des Forward-Primers mit kationischer Modifikation. Dies kann beispielsweise vorteilhaft sein, um während der Amplifikationsreaktion einen Überschuss des Nukleinsäurestrangs zu erzeugen, der durch Elongation des Forward-Primers mit kationischer Modifikation entsteht (einzelsträngiger Teil des Amplikons), an welchen die Nanopartikel-gebundene Hybridisierungs-Sonde hybridisieren kann, ohne dass es beispielsweise zu einer Konkurrenz mit dem Gegenstrang (einzelsträngiger Teil des Amplikons durch Elongation des Reverse- Primers entstanden) kommt. Preferably, according to this preferred embodiment, the amplification reaction alone, for example in the absence of a hybridization probe and / or in the absence of a nucleic acid to be detected, does not result in a sufficient measurable change in the physical property of the solution. If, for example, the corresponding complementary counterpart to the nanoparticle-bound nucleic acid or to the hybridization probe is formed during the amplification reaction in the elongated part of the forward primer with cationic modification, for example, the nanoparticle-bound hybridization probe can be bound to the part elongated during the amplification reaction Hybridize forward primers with cationic modification and result in a compound of nanoparticle-linked hybridization probe with the forward primer with cationic modification. From a sufficient amount of amplicon or elongated nucleic acid with cationic modification, there is a measurable change in the physikallischen Eigfenschaft of the solution. This method can be used, for example, either as an end point detection after completion of the amplification method or as a real-time method during the amplification reaction, which then preferably allows a quantification of the originally present nucleic acid concentration in the sample. Possibly. It may be advantageous to choose the amount of the reverse primer (which may be formed with or without cationic modification) lower than the amount of the cationic modification forward primer. This may be advantageous, for example, during the amplification reaction to generate an excess of the nucleic acid strand, which is produced by elongation of the cationic modification forward primer (single-stranded part of the amplicon) to which the nanoparticle-bound hybridization probe can hybridize without for example, to a competition with the opposite strand (single-stranded part of the amplicon by elongation of the reverse primer emerged) comes.

Bevorzugt überschneiden sich die Erkennungssequenz bzw. Hybridisierungs- Sonden-Sequenz bzw. Hybridisierungs-Sonden-Nukleotidsequenz und die Primer- Sequenzen bzw. Nukleotidsequenzen nicht, welche als Primer dienen. Bevorzugt ist kein zusammenhängender Teilbereich der Erkennungssequenz bzw. Hybridisierungs-Sonden-Sequenz bzw. Hybridisierungs-Sonden-Nukleotidsequenz von mehr als 7 Nukleotidbasen, weiter bevorzugt von mehr als 5 Nukleotidbasen, nocht weiter bevorzugt von mehr als 3 und am meisten bevorzugt von mehr als 2 Nukleotidbasen komplementär oder identisch zu den Primer-Sequenzen bzw. den Nukleotidsequenzen, welche als Primer dienen. Vorzugsweise ist die Nukleotidsequenz der Hybridisierungs-Sonde, d.h. die Hybridisierungs-Sonden- Sequenz, mindestens am 3'-Ende terminiert (z.B. durch Biotin, Phosphat, ddC oder andere Modifikationen, die ein elongieren durch die Polymerase verhindert) oder trägt ein abstehendes 3'-Ende (dangling end), das mit mindestens einer Base nicht komplementär mit der Zielbinde-Sequenz ist. Somit kann beispielsweise verhindert werden, dass die Hybridisierungs-Sonden-Sequenz an der exponentiellen Amplifikation beteiligt ist, vergleichbar z.B. zu einer TaqMan-Sonde (siehe Beispiel 6). Diese bevorzugte Ausführungsform kann beispielsweise den Vorteil haben, dass die Bildung von Primer-Dimeren verringert und/oder verhindert werden kann. Insbesondere kann verhindert oder zumindest teilweise vermieden werden, dass die Bildung von Primer-Dimeren zu einer Verbindung von Nanopartikeln mit kationisch modifizierter Nukleinsäure führt. Dies kann vorteilhafterweise dazu beitragen, dass es fälschlicherweise zu einer Signalbildung kommt, obwohl eine nachzuweisende Nukleinsäure nicht in der Lösung vorhanden ist. Insbesondere kann zur Vermeidung eines fälschlicherweise auftretenden Signals beitragen, dass die Hybridisierungs-Sonde, d.h. die Nukleinsäure welche zur nachzuweisenden Nukleinsäure zumindest teilweise komplementär ist oder mit der nachzuweisenden Nukleinsäure zumindest teilweise identisch ist, d.h. die an den Nanopartikel gebundene Nukleinsäure oder die Nukleinsäure mit kationischer Modifikation, gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform im Wesentlichen nicht amplifiziert wird. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zumindest ein Teil der kationisch modifizierten Nukleinsäure kein Primer bzw. umfasst keinen Primer, und auch die mit dem Nanopartikel verbundene Nukleinsäure ist kein Primer bzw. umfasst keinen Primer. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform umfasst die mit dem Nanopartikel verbundene Nukleinsäure eine spezifische Nukleotidsequenz, welche als spezifische Hybridisierungs-Sonde dient. In anderen Worten ist zumindest ein Teil der mit dem Nanopartikel verbundenen Nukleinsäure im Wesentlichen zumindest teilweise identisch mit oder komplementär zu der Nukleotidsequenz der nachzuweisenden Nukleinsäure. Zusätzlich umfasst gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform die kationisch modifizierte Nukleinsäure eine spezifische Nukleotidsequenz, welche als spezifische Hybridisierungs-Sonde dient. In anderen Worten ist zumindest ein Teil der kationisch modifizierte Nukleinsäure im Wesentlichen zumindest teilweise identisch mit oder komplementär zu der Nukleotidsequenz der nachzuweisenden Nukleinsäure. Preferably, the recognition sequence or hybridization probe sequence or hybridization probe nucleotide sequence and the primer sequences or nucleotide sequences which serve as primers do not overlap. Preferably, no contiguous portion of the recognition or hybridization probe sequence is greater than 7 nucleotide bases, more preferably greater than 5 nucleotide bases, even more preferably greater than 3, and most preferably greater than 2 Nucleotide bases complementary or identical to the primer sequences or the nucleotide sequences which serve as primers. Preferably, the nucleotide sequence of the hybridization probe, ie the hybridization probe sequence, is terminated at least at the 3 'end (eg by biotin, phosphate, ddC or other modifications which prevent elongation by the polymerase) or carries a protruding 3' Dangling end that is not complementary to the target binding sequence with at least one base. Thus, for example, it can be prevented that the hybridization probe sequence is involved in the exponential amplification, comparable, for example, to a TaqMan probe (see Example 6). For example, this preferred embodiment may have the advantage that the formation of primer dimers can be reduced and / or prevented. In particular, it can be prevented or at least partially avoided that the formation of primer dimers leads to a combination of nanoparticles with cationically modified nucleic acid. This may advantageously contribute to signal generation by mistake, although a nucleic acid to be detected is not present in the solution. In particular, in order to avoid a signal that occurs by mistake, the hybridization probe, ie the nucleic acid which is at least partially complementary to the nucleic acid to be detected or at least partially identical to the nucleic acid to be detected, ie the nucleic acid bound to the nanoparticle or the nucleic acid with cationic modification , is essentially not amplified according to this preferred embodiment. In a further preferred embodiment, at least a part of the cationically modified nucleic acid is not a primer or does not comprise a primer, and also the nucleic acid linked to the nanoparticle is not a primer or does not comprise a primer. According to this preferred embodiment, the nucleic acid linked to the nanoparticle comprises a specific nucleotide sequence which serves as a specific hybridization probe. In other words, at least a portion of the nucleic acid associated with the nanoparticle is substantially at least partially identical or complementary to the nucleotide sequence of the nucleic acid to be detected. In addition, according to this preferred embodiment, the cationically modified nucleic acid comprises a specific nucleotide sequence which serves as a specific hybridization probe. In other words, at least a portion of the cationically modified nucleic acid is substantially at least partially identical or complementary to the nucleotide sequence of the nucleic acid to be detected.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren zu einer Bestimmung der Konzentration der in der Lösung nachzuweisenden Nukleinsäure verwendet, wobei das Verfahren vorzugsweise eine Vervielfältigung der nachzuweisenden Nukleinsäure umfasst. In a preferred embodiment, the method is used to determine the concentration of the nucleic acid to be detected in the solution, wherein the method preferably comprises a multiplication of the nucleic acid to be detected.

Insbesondere kann der Nachweis einer in der Lösung nachzuweisenden Nukleinsäure dadurch erfolgen, dass nicht bzw. nicht nur die ursprüngliche bzw. originale bzw. anfänglich vorhandene Nukleinsäure selbst nachgewiesen wird, sondern alternativ oder zusätzlich die bei einer Vervielfältigungsreaktion bzw. Amplifikationsreaktion erzeugten Amplifikate bzw. Duplikate der ursprünglichen Nukleinsäure. Dies kann beispielsweise ermöglichen, dass in der Lösung eine Nukleinsäure nachgewiesen werden kann, deren anfängliche Konzentration zu gering ist, um ohne vorherige Vervielfältigung einen messbaren Effekt bzw. eine messbare Änderung der physikalischen Eigenschaft der Lösung hervorrufen zu können. Insbesondere kann eine Amplifikationsreaktion dann vorteilhaft sein, wenn die durch die anfänglich vorhandene nachzuweisende Nukleinsäure entstehende Änderung der physikalischen Eigenschaft der Lösung nicht ausreicht, um diese Änderung zuverlässig zu detektieren bzw. zu messen. In particular, the detection of a nucleic acid to be detected in the solution can take place in that not or only the original or original or initially present nucleic acid itself is detected, but alternatively or additionally the amplicons or duplicates of the amplification reaction or amplification reaction generated original nucleic acid. This may, for example, make it possible to detect in the solution a nucleic acid whose initial concentration is too low to cause a measurable effect or a measurable change in the physical property of the solution without prior duplication. In particular, an amplification reaction may be advantageous if the change in the physical property of the solution resulting from the initially present nucleic acid to be detected is insufficient to reliably detect or measure this change.

In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt der Nachweis der in der Lösung nachzuweisenden Nukleinsäure während und/oder nach einer Amplifikation der in der Lösung nachzuweisenden Nukleinsäure mittels einer Polymerase- Kettenreaktion (PCR). In a preferred embodiment, the detection of the nucleic acid to be detected in the solution takes place during and / or after an amplification of the nucleic acid to be detected in the solution by means of a polymerase chain reaction (PCR).

Insbesondere kann das Auftreten einer messbaren Änderung der physikalischen Eigenschaft der Lösung in einer Realtime-PCR dazu verwendet werden, aus der laufenden Nummer des Zyklus, bei welchem diese messbare Änderung der physikalischen Eigenschaft der Lösung auftritt, die anfängliche Konzentration der nachzuweisenden Nukleinsäure zu bestimmen. In particular, the occurrence of a measurable change in the physical property of the solution in a real-time PCR can be used to determine from the serial number of the cycle at which this measurable change in the physical property of the solution occurs, the initial concentration of the nucleic acid to be detected.

Gegenüber herkömmlichen Realtime-PCR Verfahren kann die erfindungsgemäße Verwendung von Nanopartikeln und kationisch modifizierter Nukleinsäure zu einer früheren Detektierbarkeit, d.h. bei einer geringeren Anzahl von Zyklen, der gegebenenfalls amplifizierten, nachzuweisenden Nukleinsäure führen und/oder zu einem deutlicher ausgeprägten, insbesondere steileren Signalanstieg. Dies kann beispielsweise einen schnelleren, verbesserten und/oder zuverlässigeren Nachweis der Nukleinsäure ermöglichen. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verwendung von Nanopartikeln und kationisch modifizierter Nukleinsäure kann darin bestehen, dass Polymerasenkonzentrationen ausreichend sein können, welche vorzugsweise nicht mehr als 20%, besonders bevorzugt nicht mehr als 5% der vom Hersteller der Polymerase typischerweise empfohlenen Menge bzw. Konzentration von Polymerasen entsprechen. Compared with conventional real-time PCR methods, the use according to the invention of nanoparticles and cationically modified nucleic acid can lead to earlier detectability, ie with a smaller number of cycles, of the optionally amplified nucleic acid to be detected and / or to a markedly pronounced, in particular steeper, signal increase. This can For example, allow a faster, improved and / or more reliable detection of the nucleic acid. A further advantage of the use according to the invention of nanoparticles and cationically modified nucleic acid may be that polymerase concentrations which are preferably not more than 20%, particularly preferably not more than 5%, of the polymerase typically recommended by the manufacturer of the polymerase can be sufficient correspond.

In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Vervielfältigung der in der Lösung nachzuweisenden Nukleinsäure mittels einer PCR, wobei bei der PCR ein Zyklus vorzugsweise die Schritte Denaturierung, Annealing und Elongation umfasst. Vorzugsweise werden während einer PCR der Zyklus bzw. die von dem Zyklus umfassten Schritte mehrfach durchlaufen. Besonders bevorzugt umfasst jeder Zyklus die Schritte Denaturierung, Annealing und Elongation jeweils einmal. Diese Schritte können dabei vorzugsweise bei unterschiedlichen Temperaturen der Lösung stattfinden. Ferner kann ein Zyklus ausschließlich aus den Schritten Denaturierung, Annealing und Elongation bestehen. Alternativ ist es möglich, dass ein Zyklus die Schritte Denaturierung bei einer ersten Temperatur und Annealing und Elongation gemeinsam bei einer zweiten Temperatur umfasst. Ein Zyklus kann weitere Schritte, wie etwa eine Bestimmung der physikalischen Eigenschaft der Lösung und/oder eine Detektion einer Fluoreszenz und/oder eine Bestimmung einer Menge von erzeugten und/oder vorhandenen Amplifikaten umfassen. Vorzugsweise ist der Ablauf eines jeden Zyklus identisch zu den anderen Zyklen. Alternativ können sich die Zyklen auch voneinander unterscheiden, Z.B. kann die Annealingtemperatur in mindestens einem Zyklus niedriger oder höher sein, als in den vorhergehenden Zyklus. In a preferred embodiment, the amplification of the nucleic acid to be detected in the solution takes place by means of a PCR, wherein in PCR one cycle preferably comprises the steps of denaturation, annealing and elongation. Preferably, during a PCR, the cycle or the steps involved in the cycle are passed through several times. Most preferably, each cycle comprises the steps of denaturing, annealing and elongation once each. These steps may preferably take place at different temperatures of the solution. Furthermore, a cycle may consist solely of the steps denaturing, annealing and elongation. Alternatively, it is possible for one cycle to include denaturation at a first temperature and annealing and elongation together at a second temperature. A cycle may include further steps such as determining the physical property of the solution and / or detecting fluorescence and / or determining an amount of generated and / or existing amplicons. Preferably, the course of each cycle is identical to the other cycles. Alternatively, the cycles may also differ from each other, e.g. For example, the annealing temperature may be lower or higher in at least one cycle than in the previous cycle.

Bei der Denaturierung wird in der Lösung vorhandene doppelsträngige Nukleinsäure dehybridisiert, bzw. geschmolzen, bzw. voneinander getrennt. Nach der Denaturierung, bzw. dem Schmelzen, bzw. der Dehybridisierung liegt die in der Lösung vorhandene Nukleinsäure zumindest teilweise einsträngig vor. Insbesondere kann die Denaturierung durch ein globales und/oder lokales Erhitzen der Lösung erfolgen. Eine derartige lokale Erhitzung ist beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2013 215 166 B3 beschrieben. During denaturation, double-stranded nucleic acid present in the solution is dehybridized, or melted, or separated from one another. After denaturation, or melting, or dehybridization, the nucleic acid present in the solution is at least partially single-stranded. In particular, denaturation may be by global and / or local heating the solution done. Such local heating is described for example in the document DE 10 2013 215 166 B3.

Ein globales Erhitzen der Lösung kann beispielsweise durch ein Erhitzen der gesamten Lösung bzw. zumindest eines Teils des Reaktionsgefäßes erfolgen, in welchem sich die Lösung befindet. A global heating of the solution can be carried out, for example, by heating the entire solution or at least part of the reaction vessel in which the solution is located.

Während des Schritts des Annealings lagern sich in der Lösung vorhandene Primer an eine einzelsträngige Nukleinsäure an, sofern die Nukleotidsequenz des jeweiligen Primers ausreichend komplementär zu zumindest einem Teil der Nukleinsäure ist. During the annealing step, primers present in the solution attach to a single-stranded nucleic acid, as long as the nucleotide sequence of the particular primer is sufficiently complementary to at least a portion of the nucleic acid.

Während der Elongation wird zumindest ein Teil der Stränge einer Nukleinsäure in der Lösung, an welchen jeweils zumindest ein Primer anliegt, zumindest teilweise mittels einer Polymerase mit freien Nukleotiden aufgefüllt. During the elongation, at least part of the strands of a nucleic acid in the solution, to which at least one primer in each case bears, is filled at least partially with free nucleotides by means of a polymerase.

Vorzugsweise werden während einer Realtime-PCR nicht mehr als 200 Zyklen, weiter bevorzugt nicht mehr als 150 Zyklen, noch weiter bevorzugt nicht mehr als 100 Zyklen, mehr bevorzugt nicht mehr als 60 Zyklen, noch mehr bevorzugt nicht mehr als 40 Zyklen, besonders bevorzugt nicht mehr als 30 Zyklen, am meisten bevorzugt nicht mehr als 25 Zyklen durchlaufen. Preferably, during real-time PCR, no more than 200 cycles, more preferably no more than 150 cycles, even more preferably no more than 100 cycles, more preferably no more than 60 cycles, even more preferably no more than 40 cycles, most preferably not go through more than 30 cycles, most preferably no more than 25 cycles.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird durch eine Anregung zumindest eines Teils der Nanopartikel eine Umgebung der angeregten Nanopartikel lokal erhitzt. Nanopartikel, welche zur lokalen Erhitzung der Lösung angeregt werden, müssen dabei nicht notwendigerweise die gleichen bzw. die selben Partikel sein, wie die zur Detektion der physikalischen Eigenschaft bzw. einer Änderung der physikalischen Eigenschaft der Lösung verwendeten Nanopartikel. Beispielsweise können sich die Nanopartikel hinsichtlich der daran gebundenen Oligonukleotide und/oder des Materials und/oder der Form und/oder der Größe unterscheiden. In a preferred embodiment, an environment of the excited nanoparticles is locally heated by exciting at least a portion of the nanoparticles. Nanoparticles, which are excited to locally heat the solution, need not necessarily be the same or the same particles as the nanoparticles used for the detection of the physical property or a change in the physical property of the solution. For example, the nanoparticles may differ with regard to the oligonucleotides bound thereto and / or the material and / or the shape and / or the size.

Vorzugsweise erfolgt die Anregung eines Nanopartikels dabei durch eine optische Anregung. Die optische Anregung eines Nanopartikels kann beispielsweise durch die Absorption von Photonen durch den Nanopartikel geschehen. Die Absorption eines Photons durch einen Nanopartikel geschieht insbesondere dann besonders effizient, wenn die Photonenenergie in etwa der Anregungsenergie eines Plasmons in dem Nanopartikel bzw. der Plasmonenresonanz des Nanopartikels entspricht. Die Photonenenergie entspricht insbesondere dann im Wesentlichen der Plasmonenanregungsenergie, wenn zwischen der Plasmonenabsorptionsbande und dem Wellenlängenspektrum des Photons bzw. des einfallenden Lichts ein zumindest teilweiser Überlapp besteht. Je größer der spektrale Überlapp des einfallenden Lichts mit dem Plasmonenabsorptionsspektrum des Nanopartikels ist, desto größer kann auch die Effizienz der optischen Anregung der Nanopartikel durch das einfallende Licht sein. The excitation of a nanoparticle preferably takes place by an optical excitation. The optical excitation of a nanoparticle, for example, by the absorption of photons by the nanoparticle happen. The absorption of a photon by a nanoparticle is particularly efficient, especially when the photon energy corresponds approximately to the excitation energy of a plasmone in the nanoparticle or the plasmon resonance of the nanoparticle. In particular, the photon energy substantially corresponds to the plasmon excitation energy if an at least partial overlap exists between the plasmon absorption band and the wavelength spectrum of the photon or of the incident light. The greater the spectral overlap of the incident light with the plasmon absorption spectrum of the nanoparticle, the greater the efficiency of the optical excitation of the nanoparticles by the incident light.

Wenn durch Anregung eines Nanopartikels Wärme an die Umgebung des Nanopartikels übertragen wird, bedeutet dies, dass Energie auf den Nanopartikel übertragen wird und der Nanopartikel durch die Übertragung der Energie seine JJmgebung erhitzt, Dabei wird vorzugsweise durch die Anregung des Nanopartikels die unmittelbare Umgebung des Nanopartikels stärker erhitzt als die weitere Umgebung des Nanopartikels. Typischerweise wird der Nanopartikel zunächst durch Anregung, insbesondere durch optische Anregung, erhitzt und überträgt dann die Wärme an seine Umgebung. Bevorzugt ist die Umgebung des Nanopartikels ein sphärisches Volumen, das in etwa den einhundertfachen (100-fachen) Durchmesser des Nanopartikels aufweist, der sich in der Mitte bzw. im Mittelpunkt dieses Volumens befindet. Besonders bevorzugt hat das Volumen in etwa den zehnfachen Durchmesser, weiter bevorzugt in etwa den vierfachen Durchmesser, am meisten bevorzugt weniger als den doppelten Durchmesser des Nanopartikels. When heat is transferred to the environment of the nanoparticle by excitation of a nanoparticle, this means that energy is transferred to the nanoparticle and the nanoparticles heat their environment through the transfer of energy. Preferably, the excitation of the nanoparticle enhances the immediate environment of the nanoparticle heated as the wider environment of the nanoparticle. Typically, the nanoparticle is first heated by excitation, in particular by optical excitation, and then transfers the heat to its environment. Preferably, the environment of the nanoparticle is a spherical volume that is approximately one hundred times (100 times) the diameter of the nanoparticle that is at the center of this volume. More preferably, the volume is about ten times the diameter, more preferably about four times the diameter, most preferably less than twice the diameter of the nanoparticle.

Bevorzugt wird durch die Anregung einer Mehrzahl von Nanopartikeln die Umgebung der Mehrzahl von Nanopartikeln lokal erhitzt. Besonders schnelle Temperaturänderungen sind insbesondere dann möglich, wenn das erhitzte Volumen nur einen kleinen Bruchteil des Gesamtvolumens der Lösung ausmacht, in welcher sich die Nanopartikel befinden. Einerseits kann in diesem Fall schon mit einem kleinen Energieeintrag durch die Strahlung bzw. durch das Licht eine hohe Temperaturdifferenz erzeugt werden. Andererseits ist eine sehr schnelle Abkühlung des erwärmten Volumens möglich, wenn ein ausreichend großes, kaltes Temperaturreservoir im bestrahlten Volumen bzw. um das bestrahlte Volumen herum vorhanden ist, um nach der Bestrahlung die Nanopartikel und ihre Umgebung wieder abzukühlen. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Nanopartikel hinreichend stark (um den gewünschten Temperaturhub zu erreichen) und hinreichend kurz (damit die Wärme lokalisiert bleibt) bestrahlt werden. Vorteilhafterweise ist es durch eine lokale Erhitzung möglich, die Polymerasen, welche sich ebenfalls in der Lösung befinden können, einer geringeren Hitze auszusetzen, so dass auch PCR-Verfahren mit einer Zyklenzahl von mehr als 80 realisiert werden können. The environment of the plurality of nanoparticles is preferably locally heated by the excitation of a plurality of nanoparticles. Particularly rapid temperature changes are possible in particular when the heated volume makes up only a small fraction of the total volume of the solution in which the nanoparticles are located. On the one hand, a high temperature difference can already be generated in this case with a small input of energy by the radiation or by the light. On the other hand, a very quick cooling of the heated volume possible if a sufficiently large, cold temperature reservoir in the irradiated volume or around the irradiated volume is present around to cool after irradiation, the nanoparticles and their environment again. This can be achieved, for example, by irradiating the nanoparticles with sufficient intensity (in order to achieve the desired temperature elevation) and sufficiently short (so that the heat remains localized). Advantageously, local heating makes it possible to expose the polymerases, which may also be present in the solution, to lower heat, so that PCR processes with a number of cycles of more than 80 can also be realized.

Beispielsweise kann eine derartige optische Anregung mittels Laserstrahlung erfolgen, wobei die Photonenenergie vorzugsweise im Wesentlichen der Anregungsenergie einer Plasmonenresonanz des zumindest einen Teils der Nanopartikel entspricht. Die Anregung erfolgt vorzugsweise durch Absorption von Licht bzw. Laserstrahlung durch zumindest einen Teil der Nanopartikel. Eine lokale Erhitzung liegt insbesondere dann vor, wenn die Dauer der optischen Anregung im jeweils bestrahlten Volumen (z. B. im Laserfokus) t kürzer oder gleich einer kritischen Anregungsdauer t1 gewählt wird. Hierbei ist t1 durch eine Zeit bestimmt, die die Wärme benötigt, um bei mittlerem Nanopartikelabstand von einem Nanopartikel zum nächsten Nanopartikel zu diffundieren, multipliziert mit einem Skalierungsfaktor s1 . Bei einem mittleren Nanopartikelabstand |x| und einer Temperaturleitfähigkeit D des Mediums zwischen den Nanopartikeln ist die kritische Anregungsdauer t1 geben durch t1 = (s1 - |x|)2/D, wobei die Temperaturleitfähigkeit D typischerweise in wässriger Lösung einen Wert von D = 10"7 m2/s hat. Der Skalierungsfaktor s1 ist dabei vorzugsweise s1 100, besonders vorzugsweise s1 >10, besonders vorzugsweise s1 >1 und weiter vorzugsweise s1 >0, 1 . Für die Definition des lokalen Heizens berechnet sich der mittlere Nanopartikelabstand in Metern als \x\ = (CNP 1000 · ΝΑ ~1/3, wobei CNP die molare Konzentration der Nanopartikel ist und NA die Avogadro-Konstante bezeichnet. By way of example, such an optical excitation can take place by means of laser radiation, the photon energy preferably corresponding essentially to the excitation energy of a plasmon resonance of the at least one part of the nanoparticles. The excitation is preferably carried out by absorption of light or laser radiation through at least part of the nanoparticles. A local heating is present in particular if the duration of the optical excitation in the respectively irradiated volume (for example in the laser focus) t is selected to be shorter or equal to a critical excitation duration t1. Here, t1 is determined by a time that the heat takes to diffuse at an average nanoparticle distance from one nanoparticle to the next nanoparticle, multiplied by a scaling factor s1. At a mean nanoparticle distance | x | and a thermal diffusivity D of the medium between the nanoparticles is the critical excitation time t1 given by t1 = (s1 - | x |) 2 / D, wherein the thermal diffusivity D typically in aqueous solution has a value of D = 10 "7 m 2 / s The scaling factor s1 is preferably s1 100, particularly preferably s1> 10, particularly preferably s1> 1 and more preferably s1> 0, 1. For the definition of the local heating, the average nanoparticle distance in meters is calculated as \ x \ = (C NP 1000 · ΝΑ ~ 1/3, where CNP is the molar concentration of the nanoparticles and NA is the Avogadro constant.

In einer bevorzugten Ausführungsform ändert sich die zumindest eine physikalische Eigenschaft der Lösung, wenn zumindest ein Teil der Nanopartikel mit der zumindest einen kationisch modifizierten Nukleinsäure verbunden ist, wobei die zumindest eine Eigenschaft der Lösung vorzugsweise eine optische Eigenschaft umfasst, und wobei die optische Eigenschaft insbesondere eine Extinktion und/oder eine Streuung und/oder eine Absorption ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Nanopartikel insbesondere dann mit der kationisch modifizierten Nukleinsäure verbunden, wenn die kationisch modifizierte Nukleinsäure zumindest teilweise mit einem an dem Nanopartikel angebrachten Oligonukleotid hybridisiert ist. Alternativ kann die kationisch modifizierte Nukleinsäure mit einem Nanopartikel verbunden sein, indem die kationisch modifizierte Nukleinsäure direkt an den Nanopartikel gebunden ist (z.B. über eine Thiol-Bindung). Darüber hinaus kann in einer bevorzugten Ausführungsform eine kationisch modifizierte Nukleinsäure mit einem Nanopartikel dadurch verbunden sein, dass ein an dem Nanopartikel angebrachtes Oligonukleotid über eine Verbindungsnukleinsäure mit der kationisch modifizierten Nukleinsäure verbunden ist. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn das am Nanopartikel angebrachte Oligonukleotid mit einem ersten Abschnitt der Verbindungsnukleinsäure hybridisiert und die kationisch modifizierte Nukleinsäure mit einem zweiten Abschnitt der Verbindungsnukleinsäure hybridisiert. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform können mehrere Oligonukleotide an einen Nanopartikel gebunden sein. Insbesondere kann sich dabei an zumindest einen Teil der an den Nanopartikel gebundenen Oligonukleotide jeweils zumindest eine kationisch modifizierte Nukleinsäure direkt und/oder indirekt binden. Eine Direktbindung kann beispielsweise dann vorliegen, wenn die kationisch modifizierte Nukleinsäure direkt mit dem am Nanopartikel befestigten Oligonukleotid hybridisiert. Eine indirekte Bindung bzw. Verbindung kann insbesondere dann vorliegen, wenn die kationisch modifizierte Nukleinsäure mit dem am Nanopartikel angebrachten Oligonukleotid über eine Verbindungsnukleinsäure verbindet. In einer weiteren Ausführungsform können beispielsweise an einem Nanopartikel verschiedenartige Oligonukleotide angebracht sein, an denen jeweils eine oder mehrere kationisch modifizierte Nukleinsäuren anbringbar sind. Beispielsweise können an den an dem Nanopartikel angebrachten ersten Oligonukleotiden erste kationisch modifizierte Nukleinsäuren verbunden sein und mit an dem Nanopartikel angebrachten zweiten Oligonukleotiden zweite kationisch modifizierte Nukleinsäuren verbunden sein, wobei die ersten Oligonukleotide und die zweiten Oligonukleotide bzw. die erste modifizierte Nukleinsäure und die zweite modifizierte Nukleinsäure unterschiedlich voneinander sind. Ferner ist es möglich, dass sich die erste kationisch modifizierte Nukleinsäure direkt mit einem der ersten Oligonukleotide verbindet und/oder die zweite kationisch modifizierte Nukleinsäure sich indirekt mit einem der zweiten Oligonukleotide verbindet. Die physikalische Eigenschaft der Lösung kann sich beispielsweise dadurch ändern, dass sich die mittlere elektrische Ladungsdichte in der unmittelbaren Umgebung der Nanopartikel und der damit verbundenen Nukleinsäuren ändert, wenn zumindest eine kationisch modifizierte Nukleinsäure mit zumindest einem Teil der Nanopartikel verbunden ist. Die unmittelbare Umgebung umfasst dabei vorzugsweise das sphärische Volumen, das vom Mittelpunkt des Nanopartikels bis zu einem Abstand von der Nanopartikeloberfläche von vorzugsweise 100 nm, weiter bevorzugt 50 nm, besonders bevorzugt 30 nm und am meisten bevorzugt 15 nm reicht. Wenn im Folgenden die Rede von der mittleren elektrischen Ladungsdichte der Nanopartikel ist, ist dabei vorzugsweise stets die Ladungsdichte in der unmittelbaren Umgebung der Nanopartikel gemeint. In a preferred embodiment, the at least one physical property of the solution changes when at least a portion of the nanoparticles is associated with the at least one cationically modified nucleic acid, wherein the at least one property of the solution preferably comprises an optical property, and wherein the optical property is in particular an extinction and / or a scattering and / or an absorption. In a preferred embodiment, a nanoparticle is associated in particular with the cationically modified nucleic acid if the cationically modified nucleic acid is at least partially hybridized with an oligonucleotide attached to the nanoparticle. Alternatively, the cationically modified nucleic acid may be linked to a nanoparticle by the cationically modified nucleic acid being bound directly to the nanoparticle (eg via a thiol bond). In addition, in a preferred embodiment, a cationically modified nucleic acid can be associated with a nanoparticle in that an oligonucleotide attached to the nanoparticle is connected via a connecting nucleic acid with the cationically modified nucleic acid. This may be the case in particular when the oligonucleotide attached to the nanoparticle hybridizes to a first portion of the compound nucleic acid and the cationically modified nucleic acid hybridizes to a second portion of the compound nucleic acid. In a particularly preferred embodiment, a plurality of oligonucleotides may be bound to a nanoparticle. In particular, at least one cationically modified nucleic acid can bind directly and / or indirectly to at least some of the oligonucleotides bound to the nanoparticles. A direct binding may be present, for example, when the cationically modified nucleic acid hybridizes directly with the oligonucleotide attached to the nanoparticle. An indirect binding or compound may be present, in particular, when the cationically modified nucleic acid connects to the oligonucleotide attached to the nanoparticle via a connecting nucleic acid. In a further embodiment, different types of oligonucleotides may be attached to a nanoparticle, for example, to each of which one or more cationically modified nucleic acids can be attached. For example, the first oligonucleotides attached to the nanoparticle may have first cationically modified nucleic acids may be connected and connected to second nanoparticles attached to the second oligonucleotides second cationically modified nucleic acids, wherein the first oligonucleotides and the second oligonucleotides or the first modified nucleic acid and the second modified nucleic acid are different from each other. Furthermore, it is possible that the first cationically modified nucleic acid directly connects to one of the first oligonucleotides and / or the second cationically modified nucleic acid binds indirectly to one of the second oligonucleotides. The physical property of the solution may change, for example, in that the mean electrical charge density in the immediate vicinity of the nanoparticles and the associated nucleic acids changes if at least one cationically modified nucleic acid is associated with at least a portion of the nanoparticles. The immediate environment preferably comprises the spherical volume, which extends from the center of the nanoparticle to a distance from the nanoparticle surface of preferably 100 nm, more preferably 50 nm, more preferably 30 nm and most preferably 15 nm. When the term below refers to the average electric charge density of the nanoparticles, the charge density in the immediate vicinity of the nanoparticles is preferably always meant.

In einer bevorzugten Ausführungsform weisen Nanopartikel, welche jeweils mit zumindest einer kationisch modifizierten Nukleinsäure verbunden sind, untereinander eine andere elektrostatische Wechselwirkung auf, als Nanopartikel untereinander aufweisen, welche jeweils nicht mit einer kationisch modifizierten Nukleinsäure verbunden sind. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist auch ein Nanopartikel, der mit zumindest einer kationisch modifizierten Nukleinsäure verbunden ist, eine andere Wechselwirkung zu einem Nanopartikel auf, der nicht mit einer kationisch modifizierten Nukleinsäure verbunden ist, als die Wechselwirkung zwischen zwei Nanopartikeln, welche jeweils nicht mit einer kationisch modifizierten Nukleinsäure verbunden sind. Insbesondere ist die elektrostatische Abstoßung zweier Nanopartikel, von denen zumindest ein Nanopartikel mit zumindest einer kationisch modifizierten Nukleinsäure verbunden ist, geringer, als die elektrostatische Abstoßung zweier Nanopartikel, die jeweils nicht mit einer kationisch modifizierten Nukleinsäure verbunden sind. In a preferred embodiment, nanoparticles, which are each connected to at least one cationically modified nucleic acid, have a different electrostatic interaction with one another than nanoparticles have with one another, which are each not connected to a cationically modified nucleic acid. In a particularly preferred embodiment, a nanoparticle which is associated with at least one cationically modified nucleic acid, another interaction with a nanoparticle, which is not associated with a cationically modified nucleic acid, as the interaction between two nanoparticles, each not with a cationically modified nucleic acid are connected. In particular, the electrostatic repulsion of two nanoparticles, of which at least one nanoparticle is associated with at least one cationically modified nucleic acid is less than the electrostatic repulsion of two nanoparticles, each not associated with a cationically modified nucleic acid.

Vorzugsweise werden die Nanopartikel und/oder die daran gebundenen Nukleinsäuren derart gewählt, dass diese in ihrer normalen Umgebung bzw. in der dafür vorgesehenen Lösung stabil sind, d.h. dass diese im Wesentlichen nicht miteinander aggregieren bzw. im Wesentlichen nicht verklumpen. Ist ein Teil der Nanopartikel mit zumindest einer kationisch modifizierten Nukleinsäure verbunden, so führt dies besonders bevorzugt dazu, dass zumindest der Teil der Nanopartikel, der mit der zumindest einen kationisch modifizierten Nukleinsäure verbunden ist, mit zumindest einem anderen Nanopartikel aggregiert. Ein derartiges Aggregieren führt dabei vorzugsweise zu einer Änderung der physikalischen Eigenschaft der Lösung. Ist die physikalische Eigenschaft der Lösung zumindest eine optische Eigenschaft, _kann diese Änderung der physikalischen Eigenschaft der Lösung beispielsweise eine Änderung der Amplitude und/oder der spektralen Eigenschaften der zumindest einen optischen Eigenschaft sein. Beispielsweise kann sich die Stärke einer Extinktion und/oder einer Streuung und/oder einer Absorption ändern. Ferner kann sich vorzugsweise eine spektrale Eigenschaft der Extinktion und/oder der Streuung und/oder der Absorption ändern. Beispielsweise kann die von der Plasmonenresonanz der Nanopartikel herrührende spektrale Absorptionsbande einer spektralen Verbreiterung und/oder einer spektralen Rotverschiebung unterzogen werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Konzentration der Nanopartikel und/oder der kationisch modifizierten Nukleinsäure derart gewählt, däss bei einer Verbindung zumindest eines Teils der Nanopartikel mit zumindest einem Teil der kationisch modifizierten Nukleinsäure eine derart große Änderung der physikalischen Eigenschaft hervorgerufen werden kann, dass eine Messung bzw. Detektion der Änderung der physikalischen Eigenschaft der Lösung möglich ist. Besonders bevorzugt wird die Konzentration der Nanopartikel und/oder der kationisch modifizierten Nukleinsäure derart gewählt, dass bei einer Verbindung zumindest eines Teils der Nanopartikel mit zumindest einem Teil der kationisch modifizierten Nukleinsäure eine derart große Änderung der physikalischen Eigenschaft hervorgerufen werden kann, dass die Änderung mit bloßem Auge erkennbar ist. Preferably, the nanoparticles and / or the nucleic acids bound thereto are chosen such that they are stable in their normal environment or in the solution provided for this purpose, ie that they do not essentially aggregate with one another or do not clump together substantially. If a part of the nanoparticles is associated with at least one cationically modified nucleic acid, this particularly preferably results in at least the part of the nanoparticles which is associated with the at least one cationically modified nucleic acid aggregating with at least one other nanoparticle. Such aggregation preferably leads to a change in the physical property of the solution. If the physical property of the solution is at least one optical property, this change in the physical property of the solution can be, for example, a change in the amplitude and / or the spectral properties of the at least one optical property. For example, the strength of an extinction and / or a scattering and / or an absorption may change. Furthermore, a spectral property of the extinction and / or the scattering and / or the absorption may preferably change. For example, the spectral absorption band originating from the plasmon resonance of the nanoparticles can be subjected to a spectral broadening and / or a spectral redshift. In a particularly preferred embodiment, the concentration of the nanoparticles and / or the cationically modified nucleic acid is selected such that when a compound of at least a portion of the nanoparticles is combined with at least a portion of the cationically modified nucleic acid such a large change in the physical property can be caused that a Measurement or detection of the change in the physical property of the solution is possible. With particular preference, the concentration of the nanoparticles and / or the cationically modified nucleic acid is selected such that when at least a portion of the nanoparticles is combined with at least a portion of the cationically modified nucleic acid, such a large change in the physical property can be caused that the change is visible to the naked eye.

Besonders bevorzugt erfolgt die Messung und/oder Bestimmung der Änderung der physikalischen Eigenschaft der Lösung beispielsweise durch die Messung einer Änderung der Extinktion bei einer längeren Wellenlänge als das Extinktionsmaximum der Plasmonenresonanz der Nanopartikel in der Lösung. Vorzugsweise wird dazu eine Wellenlänge gewählt, welche erst durch eine Rotverschiebung der Plasmonenresonanz aufgrund eines verringerten mittleren Abstands von zumindest zwei Nanopartikeln eine zunehmende, insbesondere möglichst stark zunehmende, bzw. zuverlässig messbare Extinktion aufweist. Particularly preferably, the measurement and / or determination of the change in the physical property of the solution takes place, for example, by measuring a change in the extinction at a longer wavelength than the extinction maximum of the plasmon resonance of the nanoparticles in the solution. Preferably, a wavelength is selected for this purpose, which has an increasing, in particular as high as possible, or reliably measurable extinction due to a redshift of the plasmon resonance due to a reduced average distance of at least two nanoparticles.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die physikalische Eigenschaft der Lösung bei unterschiedlichen Temperaturen der Lösung gemessen. Beispielsweise kann das Messen der physikalischen Eigenschaft der Lösung bei unterschiedlichen Temperaturen dazu dienen, die Komplementarität zweier in der Lösung vorhandener Nukleinsäuren zu bestimmen. Je größer die Komplementarität zweier in der Lösung vorhandenen Nukleinsäuren ist, desto höher ist typischerweise deren Schmelztemperatur, wenn diese zu einem Doppelstrang hybridisiert sind. Auf diese Weise kann beispielsweise durch gezielte, sukzessive Temperaturerhöhungen festgestellt werden, bei welcher Temperatur der Schmelzpunkt zweier komplementärer bzw. zumindest teilweiser komplementärer Nukleinsäuren in der Lösung liegt und/oder bei welcher Temperatur der Schmelzpunkt überschritten wird. Auch kann das Messen der physikalischen Eigenschaft der Lösung bei unterschiedlichen Temperaturen beispielsweise dazu dienen, eine Sequenz-Zusammensetzung und/oder Länge zweier in der Lösung vorhandener Nukleinsäuren zumindest teilweise zu bestimmen. Für DNA ist typischerweise anzunehmen, dass je größer die Länge und der GC-Gehalt, d.h. der Anteil von Guanin-Cytosin Basenpaaren, zweier in der Lösung vorhandener Nukleinsäuren ist, desto höher typischerweise deren Schmelztemperatur ist, wenn diese zu einem Doppelstrang hybridisiert sind. Vorzugsweise ist die Schmelzkurve bei der erfindungsgemäßen Verwendung von Nanopartikeln und kationisch modifizierten Nukleinsäuren schärfer bzw. eindeutiger erkennbar bzw. rauschärmer als eine Schmelzkurve, die ohne die Verwendung von Nanopartikeln und kationisch modifizierten Nukleinsäuren aufgenommen wurde. Mit anderen Worten ist bei der erfindungsgemäßen Verwendung von Nanopartikeln und kationisch modifizierten Nukleinsäuren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Halbwertsbreite der ersten Ableitung der Schmelzkurve vorzugsweise geringer. Vorzugsweise ist die Halbwertsbreite der ersten Ableitung der Schmelzkurve geringer als 7°C, weiter bevorzugt geringer als 5°C, noch weiter bevorzugt geringer als 3°C und am meisten bevorzugt geringer als 2°C. Eine steile Schmelzkurve oder in anderen Worten eine geringe Halbwertsbreite der ersten Ableitung der Schmelzkurve kann vorteilhaft sein, um Schmelzpunkte oder Schmelztemperaturen von unterschiedlichen Nukleinsäuren besser unterscheiden zu können, wenn diese nah beieinander liegen oder sich die Schmelzpunkte oder Schmelztemperaturen wenig unterscheiden. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kit zum Nachweis einer nachzuweisenden Nukleinsäure in einer Lösung, umfassend: In a further preferred embodiment, the physical property of the solution is measured at different temperatures of the solution. For example, measuring the physical property of the solution at different temperatures can serve to determine the complementarity of two nucleic acids present in the solution. The greater the complementarity of two nucleic acids present in the solution, the higher is typically their melting temperature, when these are hybridized to a double strand. In this way, for example, by targeted, successive temperature increases can be determined at which temperature the melting point of two complementary or at least partially complementary nucleic acids in the solution and / or at which temperature the melting point is exceeded. Also, for example, measuring the physical property of the solution at different temperatures may serve to at least partially determine a sequence composition and / or length of two nucleic acids present in the solution. For DNA, it is typically believed that the greater the length and GC content, ie, the proportion of guanine cytosine base pairs, of two nucleic acids present in the solution, the higher their melting temperature typically is when hybridized to a double strand. Preferably, the melting curve is in the inventive use of nanoparticles and cationic modified nucleic acids sharper or more clearly recognizable or low in noise than a melting curve, which was recorded without the use of nanoparticles and cationically modified nucleic acids. In other words, in the case of the inventive use of nanoparticles and cationically modified nucleic acids according to a preferred embodiment, the half-width of the first derivative of the melting curve is preferably lower. Preferably, the half width of the first derivative of the melt curve is less than 7 ° C, more preferably less than 5 ° C, even more preferably less than 3 ° C, and most preferably less than 2 ° C. A steep melting curve, or in other words a small half-width of the first derivative of the melting curve, may be advantageous for better distinguishing melting points or melting temperatures of different nucleic acids, if they are close to each other or if the melting points or melting temperatures differ little. A further aspect of the invention relates to a kit for detecting a nucleic acid to be detected in a solution, comprising:

zumindest eine kationisch modifizierte Nukleinsäure; und  at least one cationically modified nucleic acid; and

zumindest zwei Nanopartikel, wobei die zumindest zwei Nanopartikel ausgelegt sind, durch ein zumindest teilweises Binden der zumindest zwei Nanopartikel an die kationisch modifizierte Nukleinsäure die physikalische Eigenschaft der Lösung zumindest teilweise zu ändern und wobei die nachzuweisende Nukleinsäure in der Lösung das zumindest teilweise Binden der zumindest zwei Nanopartikel an die kationisch modifizierte Nukleinsäure zumindest teilweise fördert oder zumindest teilweise hemmt.  at least two nanoparticles, wherein the at least two nanoparticles are designed to at least partially change the physical property of the solution by at least partially binding the at least two nanoparticles to the cationically modified nucleic acid and wherein the nucleic acid to be detected in the solution comprises at least partially binding the at least two nanoparticles Nanoparticles to the cationically modified nucleic acid at least partially promotes or at least partially inhibits.

Die Nanopartikel einerseits und die kätiönisch modifizierte Nukleinsäure andererseits können dabei im Kit separat voneinander vorliegen, bzw. separat abgepackt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Nanopartikel in einer ersten Lösung und die kationisch modifizierte Nukleinsäure in einer von der ersten Lösung verschiedenen zweiten Lösung vorliegend. Beispielsweise werden die erste und die zweite Lösung erst dann vom Benutzer zusammengeführt, wenn ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt werden soll. Alternativ können die Nanopartikel und die kationisch modifizierte Nukleinsäure auch in einer einzigen Lösung zusammen vorliegen. The nanoparticles, on the one hand, and the modified nucleic acid, on the other hand, can be present separately from one another in the kit, or be packaged separately. In a preferred embodiment, the nanoparticles are present in a first solution and the cationically modified nucleic acid in a second solution different from the first solution. For example, the first and the second solution are merged by the user only when a method according to the invention is to be performed. Alternatively, the Nanoparticles and the cationically modified nucleic acid also exist together in a single solution.

Im Folgenden werden einzelne, bevorzugte Ausführungsformen zur Lösung der Aufgabe anhand der Figuren beispielhaft beschrieben. Dabei weisen die einzelnen beschriebenen Ausführungsformen zum Teil Merkmale auf, die nicht zwingend erforderlich sind, um den beanspruchten Gegenstand bzw. das beanspruchte Verfahren auszuführen, die aber in bestimmten Anwendungsfälien gewünschte Eigenschaften bereitstellen. So sollen auch Ausführungsformen als unter die beschriebene technische Lehre fallend offenbart angesehen werden, die nicht alle Merkmale der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen aufweisen. Ferner werden, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, bestimmte Merkmaie nur in Bezug auf einzelne der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen erwähnt. Es wird darauf hingewiesen, dass die einzelnen Ausführungsformen daher nicht nur für sich genommen sondern auch in einer Zusammenschau betrachtet werden sollen. Anhand dieser Zusammenschau wird der Fachmann erkennen, dass einzelne Ausführungsformen auch durch Einbeziehung von einzelnen oder mehreren Merkmalen anderer Ausführungsformen modifiziert werden können. Es wird darauf hingewiesen, dass eine systematische Kombination der einzelnen Ausführungsformen mit einzelnen oder mehreren Merkmalen, die in Bezug auf andere Ausführungsformen beschrieben werden, wünschenswert und sinnvoll sein kann, und daher in Erwägung gezogen und auch als von der Beschreibung umfasst angesehen werden soll. In the following, individual preferred embodiments for solving the problem will be described by way of example with reference to the figures. Some of the embodiments described have features that are not necessarily required to carry out the claimed subject matter or method, but which provide desired properties in certain applications. Thus, embodiments are also to be regarded as falling under the described technical teaching, which does not have all the features of the embodiments described below. Further, in order to avoid unnecessary repetition, certain features are mentioned only with respect to each of the embodiments described below. It should be noted that the individual embodiments should therefore be considered not only in isolation but also in a synopsis. Based on this synopsis, those skilled in the art will recognize that individual embodiments may also be modified by incorporating one or more features of other embodiments. It should be understood that a systematic combination of the individual embodiments with single or multiple features described with respect to other embodiments may be desirable and useful, and therefore should be considered and also understood to be encompassed by the description.

Es zeigt: It shows:

Fig. 1A bis 1G-2: schematische Darstellungen einer ersten bevorzugten Ausführungsform sowie eines Effektes des Verfahrens gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform; 1A to 1G-2 are schematic representations of a first preferred embodiment and an effect of the method according to the first preferred embodiment;

Fig. 2: eine fotografische Darstellung von Reaktionsgefäßen bei der Durchführung eines Verfahrens gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform; Fig. 3A bis 3D: eine graphische Darstellung von Extinktionsspektren von Lösungen bei der Durchführung eines Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform; Fig. 4: eine schematische Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform; 2 shows a photographic representation of reaction vessels when carrying out a method according to the first preferred embodiment; 3A to 3D: a graphical representation of extinction spectra of solutions in carrying out a method according to a preferred embodiment; 4 shows a schematic representation of a second preferred embodiment;

Fig. 5: eine fotografische Darstellung von Reaktionsgefäßen bei der Durchführung eines Verfahrens gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform; 5 shows a photographic representation of reaction vessels when carrying out a method according to the second preferred embodiment;

Fig. 6: eine schematische Darstellung einer dritten bevorzugten Ausführungsform; 6 shows a schematic representation of a third preferred embodiment;

Fig. 7: eine fotografische Darstellung von Reaktionsgefäßen bei der Durchführung eines Verfahrens gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform; FIG. 7: a photographic representation of reaction vessels when carrying out a method according to the third preferred embodiment; FIG.

Fig. 8: eine graphische. Darstellung von Real-Time PCR Kurven, welche mittels eines herkömmlichen, aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrens aufgenommen wurden; Fig. 9A und 9B: eine graphische Darstellung von Real-Time PCR Kurven, welche mittels eines Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufgenommen wurden; Fig. 8: a graphical. Representation of real-time PCR curves, which were recorded by means of a conventional, known from the prior art method; Figures 9A and 9B are a graphical representation of real-time PCR curves taken by a method according to a preferred embodiment of the invention;

Fig. 10: eine graphische Darstellung von Real-Time PCR Kurven, welche mittels eines Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufgenommen wurden; 10 is a graphical representation of real-time PCR curves taken by a method according to a preferred embodiment of the invention;

Fig. 11 : eine graphische Darstellung von Real-Time PCR Kurven, welche mittels eines Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zum Nachweis einer genomischen DNA aufgenommen wurden; Fig. 12: eine graphische Darstellung von Real-Time PCR Kurven, welche mittels eines Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bei einer anderen MgC Konzentration der Lösung aufgenommen wurden; Fig. 13: eine graphische Darstellung der ersten Ableitung von Schmelzkurven, welche mittels eines Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung von falsch-positiven und echt-positiven Proben während einer kontinuierlichen Temperaturerhöhung aufgenommen wurden; Fig. 14A und 14B: schematische Darstellungen einer Messvorrichtung, welche zur Durchführung einer Laser-PCR geeignet ist; 11 is a graphic representation of real-time PCR curves taken by a method according to a preferred embodiment of the invention for detecting genomic DNA; Fig. 12 is a graphic representation of real-time PCR curves taken by a method according to a preferred embodiment of the invention at a different MgC concentration of the solution; Fig. 13 is a graphical representation of the first derivative of melting curves taken by a method according to a preferred embodiment of the invention of false-positive and true-positive samples during a continuous temperature increase; FIGS. 14A and 14B are schematic diagrams of a measuring device suitable for performing a laser PCR; FIGS.

Fig. 15A: eine graphische Darstellung von Real-Time Laser-PCR Kurven welche mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform gemessen wurden; Fig. 15A is a graphical representation of real-time laser PCR curves measured by a method of the invention in a preferred embodiment;

Fig. 15B: Erste Ableitungen der Kurven aus Fig. 15A; Fig. 15B: first derivatives of the curves of Fig. 15A;

Fig. 16A: eine graphische Darstellung von Real-Time Laser-PCR Kurven welche mittels eines Verfahrens ohne eine kationisch modifizierte Nukleinsäure gemessen wurden; Fig. 16A is a graphic representation of real-time laser PCR curves measured by a method without a cationically modified nucleic acid;

Fig. 16B: eine graphische Darstellung von weiteren Real-Time Laser-PCR Kurven welche mittels eines Verfahrens ohne eine kationisch modifizierte Nukleinsäure gemessen wurden; Fig. 16B is a graph of other real-time laser PCR curves measured by a method without a cationically modified nucleic acid;

Fig. 17: eine graphische Darstellung von Real-Time PCR Kurven welche mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gemessen wurden. 17 shows a graphic representation of real-time PCR curves which were measured by means of a method according to the invention in a further preferred embodiment.

In einer ersten Ausführungsform werden Nanopartikel verwendet, wobei zumindest ein Teil der Nanopartikel zumindest eine Nukleinsäure trägt, d.h. an jeden Nanopartikel des zumindest einen Teils der Nanopartikel ist jeweils zumindest eine Nukleinsäure gebunden. Vorzugsweise ist an jeden Nanopartikel zumindest eine Nukleinsäure gebunden. Die Nanopartikel werden vorzugsweise in eine Lösung gebracht. Gemäß der ersten Ausführungsform werden ferner kationisch modifizierte Oligonukieotide verwendet, deren Nukleotidsequenz zumindest teilweise bekannt ist. Die kationisch modifizierten Oligonukieotide werden in die Lösung gebracht, in welcher sich die Nanopartikel befinden. Bei einer hohen Komplementarität zwischen den Nukleotidsequenzen der an den Nanopartikeln befestigten Nukleinsäuren und den Oligonukleotiden mit kationischer Modifikation hybridisiert vorzugsweise zumindest eines der Oligonukieotide mit kationischer Modifikation auf zumindest eine der auf den Nanopartikeln befestigten Nukleinsäuren. Es liegt beispielsweise dann eine hohe Komplementarität vor, wenn die Nukleotidsequenz der Oligonukieotide über einen ganzen Hybridisierungsbereich eine mit der Nukleinsäure komplementäre Sequenz aufweist, welche bei weniger als 10% der Basen eine nicht-komplementäre Basenpaarung aufweist, bevorzugt bei weniger als 5% der Basen eine nichtkomplementäre Basenpaarung aufweist, weiter bevorzugt bei weniger als 3% der Basen eine nicht-komplementäre Basenpaarung aufweist, noch weiter bevorzugt bei weniger als 1 % der Basen eine nicht-komplementäre Basenpaarung aufweist, am meisten bevorzugt keine nicht-komplementäre Basenpaarung aufweist. In a first embodiment, nanoparticles are used, wherein at least a part of the nanoparticles carries at least one nucleic acid, ie at least one nanoparticle of the at least one part of the nanoparticles is at least one Bound nucleic acid. Preferably, at least one nucleic acid is bound to each nanoparticle. The nanoparticles are preferably brought into a solution. According to the first embodiment, cationically modified oligonucleotides whose nucleotide sequence is at least partially known are also used. The cationically modified oligonucleotides are brought into the solution in which the nanoparticles are located. With a high degree of complementarity between the nucleotide sequences of the nucleic acids attached to the nanoparticles and the oligonucleotides with cationic modification, preferably at least one of the oligonucleotides with cationic modification hybridizes to at least one of the nucleic acids attached to the nanoparticles. For example, there is a high degree of complementarity if the nucleotide sequence of the oligonucleotides has a sequence complementary to the nucleic acid over a whole hybridization region, which has less than 10% of the bases a non-complementary base pairing, preferably less than 5% of the bases more preferably, less than 3% of the bases have non-complementary base pairing, more preferably less than 1% of the bases have non-complementary base pairing, most preferably no non-complementary base pairing.

Erfolgt eine Hybridisierung, tritt gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform eine Veränderung zumindest einer physikalischen Eigenschaft der Lösung auf. Vorzugsweise ist die Veränderung der physikalischen Eigenschaft der Lösung messbar. Wird die messbare Veränderung der physikalischen Eigenschaft der Lösung gemessen, können daraus bevorzugt Informationen über die Komplementarität zwischen den Nukleotidsequenzen der kationisch modifizierten Oligonukieotide und den Nukleotidsequenzen der an den Nanopartikeln befestigten Nukleinsäuren bestimmt werden. Ein Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform kann beispielsweise dazu verwendet werden, den Grad einer Komplementarität zwischen der an den Nanopartikeln befestigten Nukleinsäuren und den Oligonukleotiden mit kationischer Modifikation zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Verfahren gemäß der ersten Ausführungsform dazu verwendet werden, die Fähigkeit zur Hybridisierung zwischen den auf den Nanopartikeln befestigten Nukleinsäuren mit den Oligonukleotiden mit kationischer Modifikation zu bestimmen. Möglicherweise ist dabei die Sequenz der auf den Nanopartikeln befestigten Nukleinsäuren zumindest teilweise unbekannt. If a hybridization occurs, a change of at least one physical property of the solution occurs according to the first preferred embodiment. Preferably, the change in the physical property of the solution is measurable. If the measurable change in the physical property of the solution is measured, information about the complementarity between the nucleotide sequences of the cationically modified oligonucleotides and the nucleotide sequences of the nucleic acids attached to the nanoparticles can preferably be determined therefrom. For example, a method according to the first embodiment may be used to determine the degree of complementarity between the nucleic acids attached to the nanoparticles and the cationic modification oligonucleotides. Alternatively or additionally, a method according to the first embodiment can be used to determine the ability to hybridize between the nucleic acids attached to the nanoparticles with the cationic modification oligonucleotides. It is possible that the sequence of the nucleic acids attached to the nanoparticles is at least partially unknown.

Fig. 1A bis 1E zeigen eine Schematische Darstellung der Nanopartikel 2 mit daran gebundenen Nukleinsäuren 4, der kationisch modifizierten Oligonukleotide 6 sowie eine schematische Darstellung eines Grundprinzips eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform. 1A to 1E show a schematic representation of the nanoparticles 2 with nucleic acids 4 bound thereto, the cationically modified oligonucleotides 6 and a schematic illustration of a basic principle of a method according to the invention according to the first preferred embodiment.

Die schematische Darstellung in Fig. 1A zeigt einen Nanopartikel 2 an welchen eine Mehrzahl von Nukleinsäuren 4 befestigt bzw. gebunden bzw. funktionalisiert bzw. konjugiert ist. Die Nukleinsäuren 4 können dabei gleichartig oder unterschiedlich sein und in gleicher oder unterschiedlicher Orientierung an dem Nanopartikel 2 befestigt sein. Fig. 1A veranschaulicht den Nanopartikel 2 dabei lediglich in einer zweidimensionalen Projektion bzw. in einem zweidimensionalen Querschnitt. Die Nukleinsäuren 4 sind dabei vorzugsweise über die gesamte Oberfläche des dreidimensionalen, vorzugsweise sphärischen, Nanopartikels 2 verteilt. Besonders bevorzugt sind die an den Nanopartikel 2 angebrachten Nukleinsäuren 4 einzelsträngige Nukleinsäuren 4 und derart gewählt, dass diese nicht mit anderen an den Nanopartikel 2 oder an anderen Nanopartikeln 2 gebundenen Nukleinsäuren 4 hybridisieren. Besonders bevorzugt handelt es sich bei allen an den Nanopartikeln 2 gebundenen Nukleinsäuren 4 um gleichartige Nukleinsäuren 4. Fig. 1 B zeigt eine schematische Detail-Darstellung eines kationisch modifizierten Oligonukleotids 6. Die Größenverhältnisse in den Figuren bzw. zwischen verschiedenen Figuren müssen dabei nicht notwendiger Weise den tatsächlichen Größenverhältnissen entsprechen. Das kationisch modifizierte Oligonukleotid 6 umfasst in der gezeigten Ausführungsform einen Hybridisierungsbereich 6a und einen kationischen Abschnitt 6b. Der Hybridisierungsbereich 6a umfasst dabei vorzugsweise eine Nukleotidsequenz. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann der Hybridisierungsbereich 6a ein Oligonukleotid umfassen und/oder insbesondere aus einem Oligonukleotid bestehen. Der kationische Abschnitt 6b ist dabei vorzugsweise an einem Ende, insbesondere am 3'-Ende und/oder am 5'-Ende, des Hybridisierungsbereichs 6a ausgebildet. Der kationische Abschnitt 6b umfasst dabei zumindest eine kationische Einheit 6c. In der gezeigten Ausführungsform umfasst der kationische Abschnitt 6b drei kationische Einheiten 6c. Die kationischen Einheiten 6c umfassen vorzugsweise Spermine bzw. Spermin- Einheiten. The schematic representation in FIG. 1A shows a nanoparticle 2 to which a plurality of nucleic acids 4 are attached or bonded or functionalized or conjugated. The nucleic acids 4 can be identical or different and can be attached to the nanoparticle 2 in the same or different orientation. FIG. 1A illustrates the nanoparticle 2 only in a two-dimensional projection or in a two-dimensional cross-section. The nucleic acids 4 are preferably distributed over the entire surface of the three-dimensional, preferably spherical, nanoparticle 2. Particularly preferably, the nucleic acids 4 attached to the nanoparticle 2 are single-stranded nucleic acids 4 and chosen such that they do not hybridize with other nucleic acids 4 bound to the nanoparticles 2 or to other nanoparticles 2. Particularly preferably, all of the nucleic acids 4 bound to the nanoparticles 2 are identical nucleic acids 4. FIG. 1B shows a schematic detailed representation of a cationically modified oligonucleotide 6. The size ratios in the figures or between different figures need not necessarily be such correspond to the actual proportions. The cationically modified oligonucleotide 6 in the embodiment shown comprises a hybridization region 6a and a cationic section 6b. The hybridization region 6a preferably comprises a nucleotide sequence. In a particularly preferred embodiment, the hybridization region 6a may comprise an oligonucleotide and / or in particular consist of an oligonucleotide. The cationic section 6b is preferably formed at one end, in particular at the 3 'end and / or at the 5' end, of the hybridization region 6a. The cationic section 6b comprises at least one cationic unit 6c. In the illustrated embodiment, the cationic portion 6b comprises three cationic units 6c. The cationic units 6c preferably comprise spermine or spermine units.

Fig. 1C zeigt den Nanopartikel 2 aus Fig. 1A, wobei an den an dem Nanopartikel 2 befestigten Nukleinsäuren 4 eine Mehrzahl von kationisch modifizierten Oligonukleotiden 6 hybridisiert ist. An dem gezeigten Nanopartikel 2 sind dabei alle konjugierten Nukleinsäuren mit kationisch modifizierten Oligonukleotiden 6 besetzt. Jedoch ist dies nicht zwingend erforderlich, da auch lediglich ein Teil der Nukleinsäuren 4 mit kationisch modifizierten Oligonukleotiden 6 besetzt sein kann. Insbesondere kann es für die Erzielung einer messbaren Änderung der physikalischen Eigenschaft der Lösung ausreichend sein, wenn lediglich ein Teil der am Nanopartikel 2 befestigten Oligonukleotide 4 besetzt ist. Vorzugsweise hybridisieren die kationisch modifizierten Oligonukleotiden 6 an die an dem Nanopartikel 2 befestigten Nukleinsäuren, indem die jeweiligen Hybridisierungsbereiche 6a der kationisch modifizierten Oligonukleotide 6 zumindest teilweise an die Nukleinsäuren 4 hybridisieren. Eine derartige Hybridisierung findet vorzugsweise dann statt, wenn die kationisch modifizierten Oligonukleotide 6 und die Nukleinsäuren 4 eine ausreichende Komplementarität aufweisen. Ob bzw. wann eine Komplementarität ausreichend ist, hängt dabei von verschiedenen Parametern ab, wie etwa von der Temperatur der gesamten Lösung und/oder der lokalen Umgebung. Bei einer sehr hohen Temperatur, von mindestens 40°C, bevorzugt mindestens 50°C, weiter bevorzugt mindestens 60°C, noch mehr bevorzugt mindestens 70°C, am meisten bevorzugt mindestens 80°C, kann es erforderlich sein, dass die Nukleotidsequenzen der Hybridisierungsbereiche 6a der kationisch modifizierten Oligonukleotide 6 vollständig komplementär zu zumindest einem Teil der Nukleotidsequenzen der Nukleinsäuren 4 sind, d.h. dass keine nichtkomplementären Basenpaarungen vorhanden sind, während bei geringeren Temperaturen eine Hybridisierung bei Vorliegen einzelner nicht-komplementärer Basenpaarungen erfolgen kann. 1C shows the nanoparticle 2 from FIG. 1A, wherein a plurality of cationically modified oligonucleotides 6 are hybridized to the nucleic acids 4 attached to the nanoparticle 2. At the shown nanoparticle 2 all conjugated nucleic acids are occupied with cationically modified oligonucleotides 6. However, this is not absolutely necessary, since only part of the nucleic acids 4 can be occupied by cationically modified oligonucleotides 6. In particular, it may be sufficient to achieve a measurable change in the physical property of the solution when only a portion of the oligonucleotide 4 attached to the nanoparticle 2 is occupied. The cationically modified oligonucleotides 6 preferably hybridize to the nucleic acids attached to the nanoparticle 2 in that the respective hybridization regions 6a of the cationically modified oligonucleotides 6 at least partially hybridize to the nucleic acids 4. Such a hybridization preferably takes place when the cationically modified oligonucleotides 6 and the nucleic acids 4 have a sufficient complementarity. Whether or when a complementarity is sufficient depends on various parameters, such as the temperature of the entire solution and / or the local environment. At a very high temperature, of at least 40 ° C, preferably at least 50 ° C, more preferably at least 60 ° C, even more preferably at least 70 ° C, most preferably at least 80 ° C, it may be necessary for the nucleotide sequences of Hybridization regions 6a of cationically modified oligonucleotides 6 are fully complementary to at least part of the nucleotide sequences of nucleic acids 4, ie that no non-complementary base pairings are present, while at lower temperatures hybridization can occur in the presence of single non-complementary base pairings.

Fig. 1 D zeigt eine schematische Darstellung einer Wechselwirkung von zwei Nanopartikeln 2 in einer Lösung, wobei an jedem der zwei Nanopartikeln 2 bzw. an den daran befestigten Nukleinsäuren 4 eine Mehrzahl von kationisch modifizierten Oligonukleotide 6 hybridisiert sind, welche zumindest teilweise komplementär zu den Nukleinsäuren 4 sind. Wenn ein kationisch modifiziertes Oligonukleotid 6 an 'einen Nanopartikel 2 hybridisiert ist, soll dies im Folgenden bedeuten, dass das kationisch modifizierte Oligonukleotid 6 an eine an dem Nanopartikel 2 befestigte Nukleinsäure 4 hybridisiert ist. FIG. 1 D shows a schematic representation of an interaction of two nanoparticles 2 in a solution, wherein a plurality of cationically modified oligonucleotides 6 which are at least partially complementary to the nucleic acids are hybridized on each of the two nanoparticles 2 or on the attached nucleic acids 4 4 are. When a cationically modified oligonucleotide is' 6 hybridized to a nanoparticle 2, this is intended to mean in the following that the cationically modified oligonucleotide is hybridized to a nucleic acid attached to the nanoparticles 2 4. 6

Vorzugsweise ändert sich durch eine Hybridisierung von zumindest einem kationisch modifizierten Oligonukleotid 6 an einen Nanopartikel 2 eine mittlere elektrische Ladungsdichte des Komplexes aus dem Nanopartikel 2 und den daran befestigten bzw. hybridisierten Nukleinsäuren 4 bzw. kationisch modifizierten Oligonukleotiden 6. Beispielsweise sind die an einem Nanopartikel befestigten Nukleinsäuren 4 vorzugsweise elektrisch negativ geladen, d.h. anionisch. Entsprechend stoßen sich vorzugsweise mehrere in der Lösung befindliche Nanopartikel 2 bzw. mehrere Komplexe der Nanopartikel 2 aufgrund einer repulsiven elektrostatischen Wechselwirkung voneinander ab. In anderen Worten sind die Nanopartikel vorzugsweise im Wesentlichen in der Lösung stabil, d.h. sie verklumpen nicht und/oder aggregieren nicht oder aggregieren nur in einem derart geringen Umfang, dass sich die physikalische Eigenschaft der Lösung dadurch vorzugsweise nicht oder nicht messbar ändert bzw. die Aggregierung und De- Aggregierung im Gleichgewicht stehen. By a hybridization of at least one cationically modified oligonucleotide 6 to a nanoparticle 2, a mean electrical charge density of the complex of the nanoparticle 2 and the nucleic acids 4 or cationically modified oligonucleotides 6 attached to it changes, for example, those attached to a nanoparticle Nucleic acids 4, preferably electrically negatively charged, ie anionic. Accordingly, preferably, a plurality of nanoparticles 2 or a plurality of complexes of the nanoparticles 2 present in the solution repel one another due to a repulsive electrostatic interaction. In other words, the nanoparticles are preferably substantially stable in solution, i. they do not agglomerate and / or aggregate or aggregate only to such an extent that the physical property of the solution thereby preferably does not change or does not measurably change or the aggregation and de-aggregation are in equilibrium.

Findet bei zumindest einem Teil der Nanopartikel 2 eine Hybridisierung mit jeweils zumindest einem kationisch modifizierten Oligonukleotid 6 statt, kann dies vorzugsweise eine Veränderung der mittleren elektrischen Ladungsdichte der Nanopartikel 2 bzw. der Komplexe der Nanopartikel 2 verursachen. Insbesondere kann dabei die mittlere elektrische Ladungsdichte der Nanopartikel 2 bzw. der Komplexe der Nanopartikel 2 mit hybridisierten kationisch modifizierten Oligonukleotiden 6 weniger anionisch bzw. weniger elektrisch negativ sein als die mittlere elektrische Ladungsdichte der Nanopartikel 2 bzw. der Komplexe der Nanopartikel 2 ohne hybridisierte kationisch modifizierte Oligonukleotide 6. In anderen Worten kann eine Hybridisierung mit kationisch modifizierten Oligonukleotiden 6 zu einer positiveren oder kationischeren mittleren elektrischen Ladungsdichte der Nanopartikel 2 bzw. der Komplexe der Nanopartikel 2 führen. Dies kann vorzugsweise dazu führen, dass die repulsive, elektrostatische Wechselwirkung von den mit kationisch modifizierten Oligonukleotiden 6 hybridisierten Nanopartikeln 2 in der Lösung geringer wird. Dies kann zur Folge haben, dass sich der mittlere Abstand zweier Nanopartikel 2 der Mehrzahl von Nanopartikeln 2 in der Lösung verringert und/oder die Nanopartikel 2 zumindest teilweise aggregieren und/oder die Nanopartikel 2 zumindest teilweise aggregieren bzw. verklumpen. Vorzugsweise verringert sich der mittlere Abstand zweier vorzugsweise benachbarter Nanopartikel 2 der Mehrzahl von Nanopartikeln 2 in der Lösung auf weniger als das Dreifache des durchschnittlichen Partikeldurchmessers der Nanopartikel 2, weiter bevorzugt auf weniger als das Doppelte des durchschnittlichen Partikeldurchmessers, weiter bevorzugt auf weniger als die Länge des durchschnittlichen Partikeldurchmessers, noch weiter bevorzugt auf weniger als die halbe Länge des durchschnittlichen Partikeldurchmessers, besonders bevorzugt auf weniger als 20% des durchschnittlichen Partikeldurchmessers. Als Abstand zwischen zwei Nanopartikeln wird dabei der Abstand der jeweiligen Punkte auf den Oberflächen der jeweiligen Nanopartikel 2 angenommen, welche dem jeweils anderen Nanopartikel 2 am nächsten sind. If at least part of the nanoparticles 2 hybridizes with at least one cationically modified oligonucleotide 6, this may preferably be a change in the mean electrical charge density of the Nanoparticles 2 or the complexes of nanoparticles 2 cause. In particular, the mean electrical charge density of the nanoparticles 2 or the complexes of the nanoparticles 2 with hybridized cationically modified oligonucleotides 6 may be less anionic or less electrically negative than the mean electrical charge density of the nanoparticles 2 or the complexes of the nanoparticles 2 without hybridized cationically modified Oligonucleotides 6. In other words, hybridization with cationically modified oligonucleotides 6 can lead to a more positive or cationic average electric charge density of the nanoparticles 2 or the complexes of the nanoparticles 2. This can preferably lead to the fact that the repulsive, electrostatic interaction of the hybridized with cationically modified oligonucleotides 6 nanoparticles 2 in the solution is lower. This can have the consequence that the mean distance between two nanoparticles 2 of the plurality of nanoparticles 2 in the solution decreases and / or the nanoparticles 2 at least partially aggregate and / or the nanoparticles 2 at least partially aggregate or clump together. Preferably, the mean distance between two preferably adjacent nanoparticles 2 of the plurality of nanoparticles 2 in the solution decreases to less than three times the average particle diameter of the nanoparticles 2, more preferably less than twice the average particle diameter, more preferably less than the length of the nanoparticles 2 average particle diameter, more preferably less than half the length of the average particle diameter, more preferably less than 20% of the average particle diameter. In this case, the distance between the respective points on the surfaces of the respective nanoparticles 2, which are closest to the other nanoparticles 2, is assumed as the distance between two nanoparticles.

Insbesondere kann ein mittlerer Abstand zweier Nanopartikel 2 der Mehrzahl von Nanopartikeln 2 in der Lösung derart gering sein, dass sich die zumindest eine optische Eigenschaft der Lösung ändert, insbesondere messbar ändert. Beispielsweise kann eine derartige Eigenschaft bzw. Änderung der physikalischen Eigenschaft eine Änderung einer optischen bzw. spektralen Eigenschaft sein. Beispielsweise kann eine derartige Änderung eine Änderung einer optischen Absorption und/oder Extinktion und/oder Streuung sein. Beispielswiese kann eine derartige Änderung eine Rotverschiebung und/oder spektrale Verbreiterung einer solchen optischen Eigenschaft sein. Beispielsweise kann eine derartige Änderung auch eine messbare Reduktion und/oder eine messabre Erhöhung der messbaren Fluoreszenz eines Farbstoffs sein, der sich ebenfalls in der Lösung befinden kann. Eine Reduktion oder eine Erhöhung der Fluoreszenz eines Farbstoffs kann beispielsweise dann besonders ausgeprägt sein, wenn das Fluoreszenzspektrum des Farbstoffs und das Absorptionsspektrum der Plasmonenresonanz von Nanopartikeln 2 in der Lösung zumindest teilweise überlappen. In particular, a mean distance between two nanoparticles 2 of the plurality of nanoparticles 2 in the solution can be so small that the at least one optical property of the solution changes, in particular changes measurably. For example, such a property or change of the physical property may be a change of an optical or spectral property. For example, such a change may be a change in an optical Absorption and / or extinction and / or scattering. For example, such a change may be a redshift and / or spectral broadening of such an optical property. For example, such a change may also be a measurable reduction and / or a measurable increase in the measurable fluorescence of a dye, which may also be in the solution. A reduction or an increase in the fluorescence of a dye can be particularly pronounced, for example, if the fluorescence spectrum of the dye and the absorption spectrum of the plasmon resonance of nanoparticles 2 in the solution at least partially overlap.

Beispielsweise kann eine Änderung einer Absorptionsbande der Lösung von einer Änderung einer Plasmonenresonanz der Nanopartikel 2 in der Lösung herrühren. Beispielsweise kann sich durch einen geringeren mittleren Abstand zweier vorzugsweise benachbarter Nanopartikel 2 der Mehrzahl von Nanopartikeln 2 in der Lösung eine Absorptionsbande hin zu geringeren Energien verschieben und/oder verbreitern. In anderen Worten kann dadurch eine spektrale Rotverschiebung und/oder spektrale Verbreiterung der Plasmonenresonanz der Nanopartikel 2 auftreten. Beispielsweise kann dies durch eine Wechselwirkung von Plasmonen bzw. Oberflächenplasmonen der wechselwirkenden Nanopartikel 2 geschehen. Insbesondere kann dies durch eine Dipol/Dipol-Wechselwirkung zwischen den wechselwirkenden Nanopartikeln 2 geschehen. Derartige Wechselwirkungen von Nanopartikeln 2 sind beispielsweise in M. Quinten and U. Kreibig, Optical properties of aggregates of small metal particles, Surface Science, Volume 172, Issue 3, 2 July 1986, Pages 557-577 beschrieben. For example, a change in an absorption band of the solution may result from a change in plasmon resonance of the nanoparticles 2 in the solution. For example, a smaller mean distance between two preferably adjacent nanoparticles 2 of the plurality of nanoparticles 2 in the solution can shift and / or widen an absorption band toward lower energies. In other words, a spectral redshift and / or spectral broadening of the plasmon resonance of the nanoparticles 2 can thereby occur. For example, this can be done by an interaction of plasmons or surface plasmons of the interacting nanoparticles 2. In particular, this can be done by a dipole / dipole interaction between the interacting nanoparticles 2. Such interactions of nanoparticles 2 are described, for example, in M. Quinten and U. Kreibig, Optical Properties of Aggregates of Small Metal Particles, Surface Science, Volume 172, Issue 3, 2 July 1986, pages 557-577.

Flg. 1E zeigt eine schematische Darstellung einer Kombination, bei welcher die an den Nanopartikeln 2 befestigten Nukleinsäuren 4 nicht und/oder nicht ausreichend komplementär mit den kationisch modifizierten Oligonukleotiden 6 sind. Aufgrund der mangelnden Komplementarität der an den Nanopartikeln 2 befestigten Nukleinsäuren 4 mit den kationisch modifizierten Oligonukleotiden 6 können die kationisch modifizierten Oligonukleotide 6 nicht mit den an den Nanopartikeln 2 befestigten Nukleinsäuren 4 hybridisieren. In diesem Fall kommt es vorzugsweise nicht zu einer Verringerung der mittleren elektrischen Ladungsdichte der Nanopartikel 2 und/oder nicht zu einer Verringerung des mittleren Abstands zweier Nanopartikel 2 der Mehrzahl von Nanopartikeln 2 in der Lösung. Demnach findet vorzugsweise keine oder keine messbare Änderung der physikalischen Eigenschaft der Lösung statt. Flg. 1E shows a schematic representation of a combination in which the nucleic acids 4 attached to the nanoparticles 2 are not and / or not sufficiently complementary with the cationically modified oligonucleotides 6. Due to the lack of complementarity of the nucleic acids 4 attached to the nanoparticles 2 with the cationically modified oligonucleotides 6, the cationically modified oligonucleotides 6 can not hybridize with the nucleic acids 4 attached to the nanoparticles 2. In this case, it is preferable not to decrease the average electric charge density of Nanoparticles 2 and / or not to a reduction in the average distance between two nanoparticles 2 of the plurality of nanoparticles 2 in the solution. Accordingly, preferably no or no measurable change in the physical property of the solution takes place.

Auf diese Weise kann eine Messung der physikalischen Eigenschaft der Lösung bzw. die Messung einer Änderung der physikalischen Eigenschaft der Lösung dazu dienen, eine Information über eine Hybridisierung der kationisch modifizierten Oligonukleotiden 6 mit den an den Nanopartikeln 2 befestigten Nukleinsäuren 4 und/oder über eine Komplementarität der kationisch modifizierten Oligonukleotiden 6 mit den an den Nanopartikeln 2 befestigten Nukleinsäuren 4 zu ermitteln. In this way, a measurement of the physical property of the solution or the measurement of a change in the physical property of the solution can serve to provide information about a hybridization of the cationically modified oligonucleotides 6 with the nucleic acids 4 attached to the nanoparticles 2 and / or via a complementarity of the cationically modified oligonucleotides 6 with the nucleic acids 4 attached to the nanoparticles 2.

Fig. 1F-1 und 1 F-2 zeigen eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform, bei welcher eine optische Transmission einer Lösung, welche Nanopartikel 2 beinhaltet, gemessen wird. Bevorzugt weist dabei das einfallende Licht eine Intensität 11 auf und das optische Spektrum des einfallenden Lichts überlappt vorzugsweise zumindest teilweise mit einem Absorptions- und/oder Extinktionsspektrum zumindest eines Teils der Nanopartikel 2, wie etwa der Plasmonenresonanz der Nanopartikel 2. Bevorzugt handelt es sich bei dem einfallenden Licht um spektral schmalbandiges Licht, welches etwa von einer Leuchtdiode (LED) oder einem LASER emittiert wird. Besonders bevorzugt ist die Zentralwellenlänge des einfallenden Lichts in etwa gleich der Wellenlänge der Plasmonenresonanz der Nanopartikel 2, wenn diese im Wesentlichen nicht miteinander wechselwirken und/oder insbesondere nicht miteinander aggregieren. Im Wesentlichen nicht miteinander wechselwirken bedeutet dabei insbesondere, dass der mittlere Abstand zwischen jeweils zwei Nanopartikeln 2 nicht so gering ist, dass es zu einer messbaren Verschiebung einer Plasmonenresonanz von benachbarten Nanopartikeln 2 kommt. FIGS. 1F-1 and 1F-2 show a schematic representation of a method according to the invention in a preferred embodiment, in which an optical transmission of a solution containing nanoparticles 2 is measured. The incident light preferably has an intensity 11 and the optical spectrum of the incident light preferably at least partially overlaps with an absorption and / or extinction spectrum of at least part of the nanoparticles 2, such as the plasmon resonance of the nanoparticles 2 incident light around spectrally narrow-band light which is emitted, for example, by a light-emitting diode (LED) or a LASER. Particularly preferably, the central wavelength of the incident light is approximately equal to the wavelength of the plasmon resonance of the nanoparticles 2, if they do not essentially interact with one another and / or in particular do not aggregate with one another. Substantially non-interacting means in particular that the average distance between each two nanoparticles 2 is not so small that there is a measurable shift in a plasmon resonance of adjacent nanoparticles 2.

Fig. 1F-1 zeigt dabei illustrativ den Fall, in dem keine derartige Wechselwirkung zwischen Nanopartikeln 2 stattfindet, da die Abstände zwischen den Nanopartikeln groß genug sind, um eine derartige Wechselwirkung auf effiziente Weise nicht ermöglichen. Die Darstellung ist dabei nicht notwendiger maßstabsgetreu. Umfasst das einfallende Licht mit der Intensität 11 eine Wellenlänge, welche von den Nanopartikeln aufgrund der Plasmonenresonanz effizient absorbiert werden kann, kommt es innerhalb des Reaktionsgefäßes R in der Lösung zu einer messbaren Abschwächung der Lichtintensität, so dass das austretende, transmittierte Licht eine Intensität T1 aufweist, welche geringer, insbesondere um einen messbaren Faktor geringer ist, als die Intensität 11 des einfallenden Lichts. Auf diese Weise kann beispielsweise nachgewiesen werden, dass die Nanopartikel nicht bzw. zumindest nicht vollständig bzw. nicht zu einem gewissen Anteil miteinander wechselwirken und/oder aggregieren und/oder verklumpen und/oder ausgefallen sind. Vorzugsweise ist das Verhältnis aus der Intensität des einfallenden Lichts 11 und der Intensität des transmittierten Lichts T1 ein Maß für eine Verschiebung der Plasmonenresonanz der Nanopartikel 2 und/oder für den mittleren Abstand zwischen den Nanopartikeln 2 und/oder für deren Aggregation. Fig. 1F-1 illustratively shows the case in which no such interaction between nanoparticles 2 takes place, since the distances between the nanoparticles are large enough not to efficiently such an interaction enable. The representation is not necessarily true to scale. If the incident light having the intensity 11 comprises a wavelength which can be efficiently absorbed by the nanoparticles due to the plasmon resonance, a measurable attenuation of the light intensity occurs within the reaction vessel R in the solution, so that the emergent, transmitted light has an intensity T1 , which is lower, in particular by a measurable factor, than the intensity 11 of the incident light. In this way, it can be demonstrated, for example, that the nanoparticles do not interact or at least do not completely or not interact with one another to a certain extent and / or aggregate and / or agglomerate and / or precipitated. The ratio of the intensity of the incident light 11 and the intensity of the transmitted light T1 is preferably a measure for a shift in the plasmon resonance of the nanoparticles 2 and / or for the mean distance between the nanoparticles 2 and / or for their aggregation.

Fig. 1 F-2 zeigt eine schematische Darstellung des Falls, in welchem in der Lösung aus Fig. 1 F-1 zusätzlich zumindest eine Nukleinsäure mit kationischer Modifikation 6 vorhanden ist, welche sich mit den Nanopartikeln 2 verbinden kann. Hybridisiert die Nukleinsäure mit kationischer Modifikation 6 zumindest teilweise mit den Nanopartikeln 2 bzw. mit einer an den Nanopartikeln 2 funktionalisierte Nukleinsäure bzw. einem Oligonkleotid 4, so kann sich der mittlere Abstand zwischen den Nanopartikeln zumindest teilweise verringern. Dies kann zumindest teilweise zu einer Aggregierung und/oder einem Ausfallen und/oder einem Sedimentieren der Nanopartikel 2 führen. Besonders bevorzugt kommt es dabei zu einer Verschiebung und/oder Verbreiterung der Plasmonenresonanz der Nanopartikel 2, weshalb sich diö Absorption und/oder die Extinktion der Lösung bzw. der Nanopartikel bei der Wellenlänge zumindest teilweise ändert. Dies kann zur Folge haben, dass die Abschwächung des einfallenden Lichts geringer ist, als in dem in Fig. 1 F-1 gezeigten Fall. Besonders bevorzugt kann dabei die Intensität des transmittierten Lichts T2 größer sein, als die Intensität des transmittierten Lichts T1 im in Fig. 1 F-1 gezeigten Fall, selbst wenn die Intensität 11 des einfallenden Lichts in beiden Fällen gleich groß ist. Vorzugsweise ist das Verhältnis aus der Intensität des einfallenden Lichts 11 und der Intensität des transmittierten Lichts T2 ein Maß für eine Verschiebung der Plasmonenresonanz der Nanopartikel 2 und/oder für den mittleren Abstand zwischen den Nanopartikeln 2 und/oder für deren Aggregation. Besonders bevorzugt lässt sich ein Maß für eine Verschiebung der Plasmonenresonanz der Nanopartikel 2 und/oder für den mittleren Abstand zwischen den Nanopartikeln 2 und/oder für deren Aggregation besonders effizient und besonders genau aus einem Vergleich und/oder einer Differenz und/oder einem Quotienten der ausfallenden Lichtintensitäten der in Fig. 1 F-1 und 1 F-2 gezeigten Fälle bestimmen. Fig. 1G-1 und 1G-2 zeigen eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, bei welcher in der Lösung zusätzlich Farbstoffe 8 vorhanden sind und eine Intensität einer optischen Emission F1 bzw. F2 zumindest eines Teils der Farbstoffe 8 gemessen wird. Hinsichtlich der weiteren Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich der Nanopartikel und des einfallenden Lichts, entsprechen die in Fig. 1G-1 und 1 G- 2 gezeigten Fälle den in Fig. 1 F-1 bzw. 1 F-2 gezeigten Fällen. Vorzugsweise überlappen die Absorptions- bzw. Anregungsspektren und/oder die Emissionsspektren der Farbstoffe 8 zumindest teilweise mit dem Spektrum des einfallenden Lichts und/oder mit dem Absorptionsspektrum der Nanopartikel 2, insbesondere mit dem Spektrum der Plasmonenresonanz. Fig. 1 F-2 shows a schematic representation of the case in which in the solution of Fig. 1 F-1 additionally at least one nucleic acid with cationic modification 6 is present, which can connect to the nanoparticles 2. If the nucleic acid with cationic modification 6 hybridizes at least partially with the nanoparticles 2 or with a nucleic acid or an oligonucleotide 4 functionalized on the nanoparticles 2, then the mean distance between the nanoparticles can at least partially decrease. This can lead at least partially to an aggregation and / or precipitation and / or sedimentation of the nanoparticles 2. Particularly preferably, there is a shift and / or broadening of the plasmon resonance of the nanoparticles 2, which is why the absorption and / or the extinction of the solution or of the nanoparticles at least partially changes at the wavelength. This may result in that the attenuation of the incident light is less than in the case shown in Fig. 1F-1. Particularly preferably, the intensity of the transmitted light T2 can be greater than the intensity of the transmitted light T1 in the case shown in FIG. 1F-1, even if the intensity 11 of the incident light is the same in both cases. Preferably, the ratio of the intensity of the incident light 11 and the intensity of the transmitted light T2 is a measure for a shift in the plasmon resonance of the nanoparticles 2 and / or for the mean distance between the nanoparticles 2 and / or for their aggregation. Particularly preferred is a measure of a shift of the plasmon resonance of the nanoparticles 2 and / or for the average distance between the nanoparticles 2 and / or for their aggregation particularly efficient and particularly accurate from a comparison and / or a difference and / or a quotient of determine outgoing light intensities of the cases shown in Figs. 1 F-1 and 1 F-2. FIGS. 1G-1 and 1G-2 show a schematic representation of a method according to the invention in a further preferred embodiment, in which dyes 8 are additionally present in the solution and an intensity of an optical emission F1 or F2 of at least part of the dyes 8 is measured , As for the other properties, particularly with respect to the nanoparticles and the incident light, the cases shown in Figs. 1G-1 and 1G-2 correspond to the cases shown in Figs. 1F-1 and 1F-2, respectively. The absorption or excitation spectra and / or the emission spectra of the dyes 8 preferably overlap at least partially with the spectrum of the incident light and / or with the absorption spectrum of the nanoparticles 2, in particular with the spectrum of the plasmon resonance.

Sind, wie in Fig. 1G-1 gezeigt, die Nanopartikel 2 nicht aggregiert, absorbieren die Nanopartikel auf effiziente Weise das einfallende Licht. Vorzugsweise schirmen auf diese Weise die Nanopartikel 2 auf besonders effiziente Weise die Farbstoffe 8 von dem einfallenden Licht ab. Alternativ oder zusätzlich schirmen bevorzugt die Nanopartikel 2 die durch die Farbstoffe 8 auftretende Emission von Licht, welche beispielsweise durch Fluoreszenz der Farbstoffe 8 verursacht wird, auf besonders effiziente Weise ab. Dadurch kann die mit der Intensität F1 aus der Lösung austretende Emission, zumindest teilweise abgeschwächt sein oder ganz unterbleiben. Vorzugsweise ist das Verhältnis aus der Intensität des einfallenden Lichts 11 und der Intensität des von den Farbstoffen 8 emittierten Lichts F1 ein Maß für eine Verschiebung der Plasmonenresonanz der Nanopartikel 2 und/oder für den mittleren Abstand zwischen den Nanopartikeln 2 und/oder für deren Aggregation. Fig. 1G-2 zeigt eine schematische Darstellung des Falls, in welchem in der Lösung aus Fig. 1 G-1 zusätzlich zumindest eine Nukleinsäure mit kationischer Modifikation 6 vorhanden ist, welche sich mit den Nanopartikeln 2 verbinden kann. Hybridisiert die Nukleinsäure mit kationischer Modifikation 6 zumindest teilweise mit den Nanopartikeln 2 bzw. mit an den Nanopartikeln 2 funktionalisierte Nukleinsäure bzw. Oligonukleotide 4, so kann sich der mittlere Abstand zwischen den Nanopartikeln 2 zumindest teilweise verringern. Dies kann zumindest teilweise zu einer Aggregierung und/oder einem Ausfallen /und/oder einem Sedimentieren der Nanopartikel 2 führen. Besonders bevorzugt kommt es dabei zu einer Verschiebung und/oder Verbreiterung der Plasmonenresonanz der Nanopartikel 2, weshalb sich die Absorption und/oder Extinktion der Lösung bzw. der Nanopartikel bei der Wellenlänge des einfallenden Lichts und/oder der Absorption der Farbstoffe 8 und/oder der Emission der Farbstoffe 8 zumindest teilweise ändert. Dies führt vorzugsweise zu einer geringeren Abschirmung der Farbstoffe 8 von dem einfallenden Licht und/oder zu einer geringeren Abschwächung des von den Farbstoffen 8 emittierten Lichts. Besonders bevorzugt kann dabei die Intensität des von den Farbstoffen emittierten Lichts F2, welches aus dem Reaktionsgefäß R austritt, größer sein, als die Intensität des emittierten Lichts F1 im in Fig. 1 G-1 gezeigten Fall, selbst wenn die Intensität 11 des einfallenden Lichts in beiden Fällen gleich groß ist. Vorzugsweise ist das Verhältnis aus der Intensität des einfallenden Lichts 11 und der Intensität des emittierten Lichts F2 ein Maß für eine Verschiebung der Plasmonenresonanz der Nanopartikel 2 und/oder für den mittleren Abstand zwischen den Nanopartikeln 2 und/oder für deren Aggregation. Besonders bevorzugt lässt sich ein Maß für eine Verschiebung der Plasmonenresonanz der Nanopartikel 2 und/oder für den mittleren Abstand zwischen den Nanopartikeln 2 und/oder für deren Aggregation besonders effizient und besonders genau aus einem Vergleich und/oder einer Differenz und/oder einem Quotienten der emittierten Lichtintensitäten F1 und F2 der in Fig. 1 G-1 und 1 G-2 gezeigten Fälle bestimmen. As shown in FIG. 1G-1, when the nanoparticles 2 are not aggregated, the nanoparticles efficiently absorb the incident light. In this way, the nanoparticles 2 preferably shield the dyes 8 from the incident light in a particularly efficient manner. Alternatively or additionally, the nanoparticles 2 preferably shield the emission of light caused by the dyes 8, which is caused, for example, by fluorescence of the dyes 8, in a particularly efficient manner. As a result, the emission emerging with intensity F1 from the solution can be at least partially attenuated or completely omitted. Preferably, the ratio of the intensity of the incident light 11 and the intensity of the light F1 emitted by the dyes 8 is a measure of a shift in the plasmon resonance of the nanoparticles 2 and / or for the mean distance between the nanoparticles 2 and / or for their aggregation. FIG. 1G-2 shows a schematic representation of the case in which in the solution from FIG. 1 G-1 additionally at least one nucleic acid with cationic modification 6 is present, which can combine with the nanoparticles 2. If the nucleic acid with cationic modification 6 is at least partially hybridized with the nanoparticles 2 or with nucleic acid or oligonucleotides 4 functionalized on the nanoparticles 2, then the average distance between the nanoparticles 2 can be at least partially reduced. This can lead at least partially to an aggregation and / or precipitation / and / or sedimentation of the nanoparticles 2. Particularly preferably, there is a shift and / or broadening of the plasmon resonance of the nanoparticles 2, which is why the absorption and / or extinction of the solution or the nanoparticles at the wavelength of the incident light and / or the absorption of the dyes 8 and / or the Emission of the dyes 8 at least partially changes. This preferably leads to a lesser shielding of the dyes 8 from the incident light and / or to a lower attenuation of the light emitted by the dyes 8. Particularly preferably, the intensity of the light F2 emitted by the dyes, which exits the reaction vessel R, may be greater than the intensity of the emitted light F1 in the case shown in FIG. 1G-1, even if the intensity 11 of the incident light in both cases the same size. The ratio of the intensity of the incident light 11 and the intensity of the emitted light F 2 is preferably a measure of a shift in the plasmon resonance of the nanoparticles 2 and / or for the mean distance between the nanoparticles 2 and / or for their aggregation. Particularly preferred is a measure of a shift of the plasmon resonance of the nanoparticles 2 and / or for the average distance between the nanoparticles 2 and / or for their aggregation particularly efficient and particularly accurate from a comparison and / or a difference and / or a quotient of determine emitted light intensities F1 and F2 of the cases shown in FIG. 1 G-1 and 1 G-2.

Fig. 2 zeigt eine beispielhafte fotografische Darstellung von Reaktionsgefäßen R1 bis R8, in welchen ein Verfahren gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform durchgeführt wird, wobei die Durchführung weiter unten in Beispiel 1 genauer beschrieben ist. Messungen bzw. Messdaten von optischen Eigenschaften der Lösung sind dabei in den in Fig. 3A bis 3C gezeigten Extinktionsspektren gezeigt. FIG. 2 shows an exemplary photographic representation of reaction vessels R1 to R8 in which a process according to the second preferred embodiment is carried out, the procedure being described in more detail below in Example 1 is described. Measurements of optical properties of the solution are shown in the extinction spectra shown in FIGS. 3A to 3C.

Mit Bezug auf Fig. 4 wird im Folgenden eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung erläutert. Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die an zumindest einem Teil der Nanopartikel befestigten Nukleinsäuren 4 jeweils ein Oligonukleotid. Bevorzugt bestehen die Nukleinsäuren 4, welche an dem Nanopartikel 2 befestigt sind, im Wesentlichen aus einem Oligonukleotid 4 und einer daran anschließenden Bindung, mit welcher das Oligonukleotid an eine Oberfläche eines Nanopartikels 2 binden kann. Vorzugweise werden dabei Oligonukleotide 4 mit bekannter Nukleotidsequenz bzw. mit bekannten Nukleotidsequenzen an den bzw. die Nanopartikel 2 gebunden. Dabei können sämtliche an die Nanopartikel 2 gebundenen Oligonukleotide 4 die gleiche oder unterschiedliche Nukleotidsequenzen aufweisen. With reference to Fig. 4, a second preferred embodiment of the invention will be explained below. According to a second preferred embodiment of the invention, the nucleic acids 4 attached to at least one part of the nanoparticles each comprise an oligonucleotide. Preferably, the nucleic acids 4, which are attached to the nanoparticle 2, consist essentially of an oligonucleotide 4 and an adjoining bond, with which the oligonucleotide can bind to a surface of a nanoparticle 2. Preferably oligonucleotides 4 with known nucleotide sequence or with known nucleotide sequences are bound to the nanoparticles 2. In this case, all of the oligonucleotides 4 bound to the nanoparticles 2 may have the same or different nucleotide sequences.

Fig. 4 zeigt dabei eine schematische Darstellung der zweiten bevorzugten Ausführungsform. In der zweiten bevorzugten Ausführungsform sind die Nanopartikel 2 mit Oligonukleotiden 4 beladen, wobei die Oligonukleotide 4 zumindest teilweise komplementär zu der nachzuweisenden Nukleinsäure 10 sind. Ferner werden vorzugsweise in der zweiten bevorzugten Ausführungsform Oligonukleotide 6 mit kationischer Modifikation verwendet, deren Nukleotidsequenz bzw. Nukleotidsequenzen zu der Nukleotidsequenz bzw. den Nukleotidsequenzen der an den Nanopartikeln 2 befestigten Oligonukleotide 4 zumindest teilweise komplementär ist bzw. sind. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird für jede Art von an den Nanopartikeln 2 befestigten Oligonukleotiden 4 zumindest eine Art von komplementären Oligonukleotiden 6 mit kationischer Modifikation bereitgestellt. 4 shows a schematic representation of the second preferred embodiment. In the second preferred embodiment, the nanoparticles 2 are loaded with oligonucleotides 4, wherein the oligonucleotides 4 are at least partially complementary to the nucleic acid 10 to be detected. Furthermore, oligonucleotides 6 with cationic modification are preferably used in the second preferred embodiment, the nucleotide sequence or nucleotide sequences to the nucleotide sequence or the nucleotide sequences of attached to the nanoparticles 2 oligonucleotides 4 is at least partially complementary or are. In a particularly preferred embodiment, at least one type of complementary oligonucleotide 6 with cationic modification is provided for each type of oligonucleotide 4 attached to the nanoparticles 2.

Ist in der Lösung, in welcher sich die Nanopartikel 2 und die Oligonukleotide 6 mit kationischer Modifikation befinden, keine nachzuweisenden Nukleinsäuren 10 oder nur eine sehr geringe Konzentration der nachzuweisenden Nukleinsäure 10 vorhanden, können die Oligonukleotide 6 mit kationischer Modifikation und die Oligonukleotide 4 auf den Nanopartikeln 2 miteinander hybridisieren. Wie bereits mit Bezug auf die Figuren 1A bis 1 E diskutiert, kann die Hybridisierung der Nanopartikel 2 bzw. der Oiigonukleotide 4 auf den Nanopartikeln 2 mit den Oligonukleotiden 6 mit kationischer Modifikation eine messbare Veränderung der physikalischen Eigenschaften der Lösung hervorrufen. Ist die nachzuweisende Nukleinsäure 10 in einer zumindest ausreichend hohen Konzentration in der Lösung vorhanden, wird die Hybridisierung der Oiigonukleotide 4 auf den Nanopartikeln 2 mit den Oligonukleotiden 6 mit kationischer Modifikation zumindest teilweise unterbunden bzw. verhindert. Dadurch wird ferner die messbare Veränderung der physikalischen Eigenschaft der Lösung zumindest teilweise unterbunden bzw. zumindest teilweise verhindert. Dies hat seine Ursache darin, dass die nachzuweisende Nukleinsäure 10 gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit den Oligonukleotiden 6 mit kationischer Modifikation und/oder mit den Oligonukleotiden 4 auf den Nanopartikeln 2 hybridisieren kann. Die Oiigonukleotide 6 mit kationischer Modifikation und/oder die Olignukleotide 4 auf den Nanopartikeln können somit zumindest teilweise durch die nachzuweisende Nukleinsäure 10 besetzt sein. Vorzugsweise wird somit durch die nachzuweisende Nukleinsäure 10 ein derart großer Teil der Oiigonukleotide 4 auf den Nanopartikeln 2 und/oder der Oiigonukleotide 6 mit kationischer Modifikation besetzt, dass der Anteil an freien bzw. nicht durch die nachzuweisende Nukleinsäure 10 besetzten Oiigonukleotide 4 auf den Nanopartikeln bzw. Oiigonukleotide 6 mit kationischer Modifikation keine messbare Veränderung der physikalischen Eigenschaft der Lösung hervorrufen kann. If in the solution in which the nanoparticles 2 and the oligonucleotides 6 with cationic modification are present, no nucleic acids 10 to be detected or only a very low concentration of the nucleic acid 10 to be detected are present, the oligonucleotides 6 with cationic modification and the oligonucleotides 4 on the nanoparticles 2 hybridize with each other. As already With reference to Figures 1A-1E, hybridization of nanoparticles 2 or oligonucleotides 4 on nanoparticles 2 to cationic modification oligonucleotides 6 may cause a measurable change in the physical properties of the solution. If the nucleic acid 10 to be detected is present in an at least sufficiently high concentration in the solution, the hybridization of the oligonucleotides 4 on the nanoparticles 2 with the oligonucleotides 6 with cationic modification is at least partially prevented or prevented. As a result, furthermore, the measurable change in the physical property of the solution is at least partially prevented or at least partially prevented. This is due to the fact that the nucleic acid 10 to be detected according to the second preferred embodiment of the invention can hybridize with the oligonucleotides 6 with cationic modification and / or with the oligonucleotides 4 on the nanoparticles 2. The oligonucleotides 6 with cationic modification and / or the oligonucleotides 4 on the nanoparticles can thus be at least partially occupied by the nucleic acid 10 to be detected. Preferably, the nucleic acid 10 to be detected occupies such a large part of the oligonucleotides 4 on the nanoparticles 2 and / or the oligonucleotides 6 with cationic modification that the proportion of free or not occupied by the nucleic acid 10 to be detected Oiigonukleotide 4 on the nanoparticles or Oiigonucleotides 6 with cationic modification can not cause a measurable change in the physical property of the solution.

Vorzugsweise tritt dabei die nachzuweisende Nukleinsäure in Konkurrenz zu den Oligonukleotiden 6 mit kationischer Modifikation. In anderen Worten kann ein an dem Nanopartikel 2 angebrachtes Oligonukleotid 4 entweder mit der nachzuweisenden Nukleinsäure 10 oder mit einem Oligonukleotid 6 mit kationischer Modifikation hybridisieren, nicht aber mit beiden gleichzeitig. Obwohl auch das Oligonukleotid 6 mit kationischer Modifikation komplementär zu dem Oligonukleotid 4 an dem Nanopartikel 2 ist, kann das Oligonukleotid 6 mit kationischer Modifikation unter Umständen nicht mehr an das Oligonukleotid 4 an den Nanopartikel 2 binden, da dieses möglicherweise bereits durch eine nachzuweisende Nukleinsäure 10 besetzt ist. Vorzugsweise führt auch eine ausreichende Konzentration von Oligonukleotiden 6 mit kationischer Modifikation in der Lösung nicht zu einer ausreichenden Anzahl von Bindungen zwischen Oligonukleotiden 6 mit kationischer Modifikation und Oligonukleotiden 4 auf den Nanopartikeln 2 bzw. mit den Nanopartikeln 2, so dass keine messbare Veränderung der physikalischen Eigenschaft der Lösung erfolgt. Preferably, the nucleic acid to be detected occurs in competition with the oligonucleotides 6 with cationic modification. In other words, an oligonucleotide 4 attached to the nanoparticle 2 can hybridize either with the nucleic acid 10 to be detected or with an oligonucleotide 6 with cationic modification, but not simultaneously with both. Although the oligonucleotide 6 with cationic modification is complementary to the oligonucleotide 4 on the nanoparticle 2, the oligonucleotide 6 with cationic modification may no longer bind to the oligonucleotide 4 on the nanoparticle 2, since this may already be occupied by a nucleic acid 10 to be detected is. Preferably also results in a sufficient concentration of Oligonucleotides 6 with cationic modification in the solution do not lead to a sufficient number of bonds between oligonucleotides 6 with cationic modification and oligonucleotides 4 on the nanoparticles 2 or with the nanoparticles 2, so that no measurable change in the physical property of the solution takes place.

Die nachzuweisende Nukleinsäure 10 bzw. eine Lösung mit der nachzuweisenden Nukleinsäure 10 kann dabei entweder zeitlich vor oder gleichzeitig mit den Oligonukleotiden 6 mit kationischer Modifikation zur Lösung mit den Nanopartikeln hinzugegeben werden. Besonders bevorzugt wird die nachzuweisende Nukleinsäure 10 zeitlich vor den Oligonukleotiden 6 mit kationischer Modifikation hinzu gegeben. Auch ist es möglich, die nachzuweisende Nukleinsäure 10 zeitlich nach den Oligonukleotiden 6 mit kationischer Modifikation hinzuzugeben. Gegebenenfalls kann ein Heizschritt vor einer Messung der Veränderung der physikalischen Eigenschaft der Lösung eingefügt werden,, um eventuell bereits bestehende Bindungen bzw. Hybridisierungen zu lösen und für eine neue Konkurrenzsituation während des Abkühlens der Lösung nach dem Heizschritt zu sorgen. Insbesondere, wenn die nachzuweisenden Nukleinsäuren 10 erst nach dem Oligonukleotid 6 mit kationischer Modifikation zur Lösung hinzugegeben werden, kann ein derartiger Heizschritt sinnvoll und/oder erforderlich sein. Ferner kann ein derartiger Heizschritt insbesondere dann sinnvoll sein, wenn die nachzuweisende Nukleinsäure 10 zunächst in sehr geringer Konzentration vorliegt und während einer Amplifikationsreaktion vervielfältigt wird, so dass sie erst während und/oder nach der Amplifikationsreaktion zuverlässig nachgewiesen werden kann. Beispielsweise wären in solch einem Fall Zwischen-Heizschritte sinnvoll. The nucleic acid 10 to be detected or a solution with the nucleic acid 10 to be detected can be added to the solution with the nanoparticles either before or simultaneously with the oligonucleotides 6 with cationic modification. Particularly preferably, the nucleic acid 10 to be detected is added in time before the oligonucleotides 6 with cationic modification. It is also possible to add the nucleic acid 10 to be detected chronologically after the oligonucleotides 6 with cationic modification. Optionally, a heating step prior to a measurement of the change in the physical property of the solution can be inserted, in order to solve any already existing bonds or hybridizations and to provide a new competitive situation during the cooling of the solution after the heating step. In particular, if the nucleic acids 10 to be detected are added to the solution only after the oligonucleotide 6 with cationic modification, such a heating step may be useful and / or necessary. Furthermore, such a heating step may be particularly useful if the nucleic acid 10 to be detected is initially present in very low concentration and is amplified during an amplification reaction, so that it can be reliably detected only during and / or after the amplification reaction. For example, in such a case, intermediate heating steps would make sense.

Ist die nachzuweisende Nukleinsäure 10 nicht oder nicht in ausreichender Konzentration in der Lösung vorhanden und/oder ist die nachzuweisende Nukleinsäure nicht ausreichend kompatibel zu den Oligonukleotiden 4 auf den Nanopartikeln 2 und/oder den Oligonukleotiden 6 mit kationischer Modifikation, können vorzugsweise eine ausreichende Anzahl von Oligonukleotiden 6 mit kationischer Modifikation an die Nanopartikel 2 bzw. die Oligonukleotide 4 auf den Nanopartikeln 2 binden, um eine messbare Veränderung der physikalischen Eigenschaft der Lösung hervorzurufen. If the nucleic acid 10 to be detected is absent or not present in sufficient concentration in the solution and / or the nucleic acid to be detected is not sufficiently compatible with the oligonucleotides 4 on the nanoparticles 2 and / or the oligonucleotides 6 with cationic modification, a sufficient number of oligonucleotides may be preferred 6 with cationic modification to the nanoparticles 2 and the oligonucleotides 4 on the Nanoparticles 2 bind to cause a measurable change in the physical property of the solution.

Ein Verfahren gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorzugsweise dazu geeignet, eine nachzuweisende Nukleinsäure 10 in der Lösung bzw. Reaktionslösung nachzuweisen. Zu diesem Zweck werden vorzugweise die Nanopartikel 2 mit den daran befestigten Oligonukleotiden 4 sowie die Oligonukleotide 6 mit kationischer Modifikation in die Lösung gebracht, in welcher die nachzuweisende Nukleinsäure 10 nachgewiesen werden soll. Die Nanopartikel 2 und die Oligonukleotide 6 mit kationischer Modifikation müssen dabei nicht notwendigerweise gleichzeitig zu der Lösung zugegeben werden. Vorzugsweise befindet sich die nachzuweisende Nukleinsäure 10 zunächst frei in der Lösung. Gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist zumindest ein Teil der Nukleotidsequenz der nachzuweisenden Nukleinsäure 10 zumindest teilweise komplementär zu der Nukleotidsequenz der Oligonukleotide 4 auf den Nanopartikeln 2 und/oder zu der Nukleotidsequenz der Oligonukleotide 6 mit kationischer Modifikation. A method according to the second preferred embodiment of the invention is preferably suitable for detecting a nucleic acid 10 to be detected in the solution or reaction solution. For this purpose, preferably the nanoparticles 2 with the oligonucleotides 4 attached thereto and the oligonucleotides 6 with cationic modification are brought into the solution in which the nucleic acid 10 to be detected is to be detected. The nanoparticles 2 and the oligonucleotides 6 with cationic modification need not necessarily be added simultaneously to the solution. Preferably, the nucleic acid 10 to be detected is initially free in the solution. According to the second preferred embodiment, at least part of the nucleotide sequence of the nucleic acid 10 to be detected is at least partially complementary to the nucleotide sequence of the oligonucleotides 4 on the nanoparticles 2 and / or to the nucleotide sequence of the oligonucleotides 6 with cationic modification.

Fig. 5 zeigt eine beispielhafte fotografische Darstellung von Reaktionsgefäßen R1 bis R4, in welchen ein Verfahren gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform durchgeführt wird, wobei die Durchführung weiter unten in Beispiel 2 beschrieben ist. FIG. 5 shows an exemplary photographic representation of reaction vessels R1 to R4 in which a process according to the second preferred embodiment is carried out, the procedure being described below in Example 2.

Im Folgenden wird eine dritte bevorzugte Ausführungsform mit Bezug auf Fig. 6 beschrieben. Im Detail zeigt Fig. 6 einen zweidimensionalen Querschnitt bzw. eine zweidimensionale Projektion eines Nanopartikels 2, welcher mit Oligonukleotiden 4 mit einer bekannten Nukleotidsequenz funktionalisiert ist. Hereinafter, a third preferred embodiment will be described with reference to FIG. In detail, FIG. 6 shows a two-dimensional cross-section or a two-dimensional projection of a nanoparticle 2, which is functionalized with oligonucleotides 4 having a known nucleotide sequence.

Gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform weist jedes an den Nanopartikel gebundene Oligonukleotid 4 eine bekannte Nukleotidsequenz auf. Jedes Oligonukleotid 6 mit kationischer Modifikation weist dabei ebenfalls eine bekannte Nukleotidsequenz auf. Vorzugsweise ist die Nukleotidsequenz der Oligonukleotide 4, welche an dem Nanopartikel 2 befestigt sind, verschieden von der bekannten Nukleotidsequenz der Oligonukleotide 6 mit kationischer Modifikation. Die bekannten Nukleotidsequenzen der Oligonukleotide 4, welche am Nanopartikel 2 befestigt sind, sowie die Nukleotidsequenz der Oligonukleotide 6 mit kationischer Modifikation sind dabei derart gewählt, dass die Nukleotidsequenz des am Nanopartikel 2 befestigten Oligonukleotids 4 zumindest teilweise komplementär zu einer Nukleotidsequenz eines ersten Teilbereichs einer in der Lösung nachzuweisenden Nukleinsäure 10 ist. Die Nukleotidsequenz der Oligonukleotide 6 mit kationischer Modifikation ist dabei vorzugsweise derart gewählt, dass sie komplementär zu einer Nukleotidsequenz eines vorzugsweise benachbarten zweiten Teilbereichs der in der Lösung nachzuweisenden Nukleinsäure 10 ist. Vorzugsweise überlappen der erste Teilbereich und der zweite Teilbereich der nachzuweisenden Nukleinsäure 10 nicht. According to the third preferred embodiment, each oligonucleotide 4 bound to the nanoparticle has a known nucleotide sequence. Each oligonucleotide 6 with cationic modification also has a known nucleotide sequence. Preferably, the nucleotide sequence of the oligonucleotides 4 attached to the nanoparticle 2 is different from the known one Nucleotide sequence of oligonucleotides 6 with cationic modification. The known nucleotide sequences of the oligonucleotides 4, which are attached to the nanoparticles 2, and the nucleotide sequence of the oligonucleotides 6 with cationic modification are chosen such that the nucleotide sequence of the attached to the nanoparticle 2 oligonucleotide 4 at least partially complementary to a nucleotide sequence of a first portion of a in the Is nucleic acid to be detected 10 solution. The nucleotide sequence of the oligonucleotides 6 with cationic modification is preferably chosen such that it is complementary to a nucleotide sequence of a preferably adjacent second subregion of the nucleic acid 10 to be detected in the solution. Preferably, the first subregion and the second subregion of the nucleic acid 10 to be detected do not overlap.

Die dritte bevorzugte Ausführungsform kann beispielsweise dazu dienen, die Komplementarität der Nukleotidsequenz der nachzuweisenden Nukleinsäure 10 zu den bekannten Nukleotidsequenzen der auf den Nanopartikeln 2 angebrachten Oligonukleotide 4 und der Oligonukleotide 6 mit kationischer Modifikation zu ermitteln. Bei einer hohen Komplementarität des ersten Teilbereichs der nachzuweisenden Nukleinsäure 10 mit den am Nanopartikel 2 befestigten Oligonukleotiden 4 sowie einer hohen Komplementarität des zweiten Teilbereichs der nachzuweisenden Nukleinsäure 10 mit den Oligonukleotiden 6 mit kationischer Modifikation können vorzugsweise sowohl ein Oligonukleotid 4, welches an einem Nanopartikel befestigt ist, als auch ein Oligonukleotid 6 mit kationischer Modifikation an ein und denselben Strang der nachzuweisenden Nukleinsäure 10 hybridisieren. In anderen Worten kann bei hoher Komplementarität die nachzuweisende Nukleinsäure 10 als eine Verbindungsnukleinsäure dienen, um jeweils zumindest ein Oligonukleotid 4, welches an einem Nanopartikel befestigt ist, und ein Oligonukleotid 6 mit kationischer Modifikation miteinander zu verbinden. In anderen Worten wird ein an dem Nanopartikel befestigtes Oligonukleotid 4 über die nachzuweisende Nukleinsäure 10 mit einem Oligonukleotid 6 mit kationischer Modifikation verbunden. In anderen Worten dient die nachzuweisende Nukleinsäure 10 als Verbindungsnukleinsäure, um zumindest ein Oligonukleotid 4, welches an dem Nanopartikel befestigt ist, mit einem Oligonukleotid 6 mit kationischer Modifikation zu verbinden. The third preferred embodiment can serve, for example, to determine the complementarity of the nucleotide sequence of the nucleic acid 10 to be detected with the known nucleotide sequences of the oligonucleotides 4 attached to the nanoparticles 2 and the oligonucleotides 6 with cationic modification. With a high complementarity of the first subregion of the nucleic acid 10 to be detected with the oligonucleotides 4 attached to the nanoparticle 2 and a high complementarity of the second subregion of the nucleic acid 10 to be detected with the oligonucleotides 6 with cationic modification, preferably both an oligonucleotide 4 attached to a nanoparticle can be used , as well as an oligonucleotide 6 with cationic modification to one and the same strand of the nucleic acid to be detected 10 hybridize. In other words, with high complementarity, the nucleic acid 10 to be detected may serve as a compound nucleic acid to connect at least one oligonucleotide 4 attached to a nanoparticle and one oligonucleotide 6 having cationic modification. In other words, an oligonucleotide 4 attached to the nanoparticle is connected via the nucleic acid 10 to be detected with an oligonucleotide 6 with cationic modification. In other words, the nucleic acid 10 to be detected serves as a connecting nucleic acid to at least one oligonucleotide 4, which the nanoparticle is attached to connect with an oligonucleotide 6 with cationic modification.

Besonders bevorzugt kommt es zu einer messbaren Veränderung der zumindest einen physikalischen Eigenschaft der Lösung, wenn zumindest ein Nanopartikel 2 bzw. ein daran befestigtes Oligonukleotid 4 über die nachzuweisende Nukleinsäure 10 mit zumindest einem Oligonukleotid 6 mit kationischer Modifikation verbunden ist. Bei Abwesenheit oder bei einer zu geringen Konzentration der nachzuweisenden Nukleinsäure 10 können trotz einer ausreichenden Konzentration von Oligonukleotiden 6 mit kationischer Modifikation vorzugsweise nicht genügend Bindungen zwischen Nanopartikein 2 und Oligonukleotiden 6 mit kationischer Modifikation erzeugt werden, um eine messbare Veränderung der physikalischen Eigenschaft der Lösung bewirken zu können. Der Effekt entspricht dabei im Wesentlichen den Effekten, die bereits mit Bezug auf die erste bevorzugte Ausführungsform und die zweite bevorzugte Ausführungsform beschrieben wurden. Particularly preferably, there is a measurable change in the at least one physical property of the solution if at least one nanoparticle 2 or an oligonucleotide 4 attached thereto is connected via the nucleic acid 10 to be detected with at least one oligonucleotide 6 with cationic modification. In the absence or at too low a concentration of the nucleic acid 10 to be detected, not enough bonds between nanoparticles in 2 and oligonucleotides 6 with cationic modification can be generated despite a sufficient concentration of oligonucleotides 6 with cationic modification to cause a measurable change in the physical property of the solution can. The effect corresponds substantially to the effects that have already been described with reference to the first preferred embodiment and the second preferred embodiment.

Fig. 7 zeigt eine beispielhafte fotografische Darstellung von Reaktionsgefäßen R3 bis R4, in welchen ein Verfahren gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform durchgeführt wird, wobei die Durchführung weiter unten in Beispiel 3 beschrieben ist. Fig. 7 shows an exemplary photographic representation of reaction vessels R3 to R4, in which a method according to the second preferred embodiment is carried out, the implementation is described below in Example 3.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert, ohne jedoch auf die folgenden Beispiele beschränkt zu sein. The present invention will be further illustrated by the following examples, but not limited to the following examples.

Beispiel 1 example 1

In Beispiel 1 wurde ein Verfahren gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung angewandt. Dabei sind Nukleinsäuren auf den Nanopartikein befestigt, wobei sich die Nanopartikel in einer Lösung befinden. Ferner befinden sich Oligonukleotide mit kationischer Modifikation in der Lösung, welche eine bekannte Nukleotidsequenz aufweisen. Das Verfahren gemäß dieses Beispiels dient beispielsweise dafür, den Grad der Komplementarität oder die Fähigkeit zur Hybridisierung zwischen der Nukleinsäure auf den Nanopartikeln mit den Oligonukleotiden mit kationischer Modifikation zu messen bzw. zu bestimmen. Die Sequenz der Nukleinsäure kann dabei zumindest teilweise unbekannt sein. Bei hoher Komplementarität hybridisieren die Oligonukleotid mit kationischer Modifikation auf die Nukleinsäure auf dem Nanopartikel und es wird eine messbare Veränderung hervorgerufen. Fig. 2 zeigt eine Fotografie von 8 Reaktionsgefäßen R1 bis R8 in einer Multiwellplatte, mit einem Gesamtvolumen bzw. Fassungsvermögen von 20 μΙ je Reaktionsgefäß. In jedem Gefäß befinden sich 40 pM (Pikomol pro Liter) Goldnanopartikel mit 60 nm Durchmesser (geliefert von BBI). Jeder Nanopartikel trägt ca. 1.000 Nukleinsäuren mit Sequenz 1 (siehe Anhang), die über eine Thiol- Bindung an die Nanopartikeloberfläche funktionalisiert wurden (nach J. Hurst et al., Anal. Chem., 78(24), 8313-8318, 2006, dessen diesbezüglicher Inhalt durch Verweis Teil der vorliegenden Offenbarung ist). Nach der Funktionaiisierung erfolgen 6 Waschschritte. Die Nanopartikel sind gelöst in einem Phosphatpuffer (3,75 mM Phosphat, pH 7) mit 0,1 % Tween 20, 5 mM MgC , 7,5 mM NaCI. Unter diesen Bedingungen sind die Nanopartikel ohne Zugabe von Oligonukleotiden mit kationischer Modifikation stabil und zeigen eine rote Farbe (siehe R1 und R2). In der oberen Reihe (R1 , R3, R5 und R7) wurde als Oligonukleotid mit kationischer Modifikation eine ZNA (geliefert von Metabion GmbH, Planegg, Germany) mit der Sequenz 2 (siehe Anhang) in unterschiedlichen Endkonzentrationen zugegeben. Die Konzentrationen sind dabei 100 nM in R7, 10 nM in R5, 1 nM in R3). Da die Sequenzen 1 und 2 zueinander eine hohe Komplementarität aufweisen, kann die ZNA gut auf die Nanopartikel-gebundenen Nukleinsäuren hybridisieren. Ab einer Endkonzentration der ZNA von 10 nM (R5 und R7) ist eine deutliche Entfärbung der Nanopartikel-Lösung beobachtbar. In der unteren Reihe wurde als Oligonukleotid mit kationischer Modifikation eine ZNA (geliefert von Metabion GmbH, Planegg, Germany) mit der Sequenz 3 (siehe Anhang) in unterschiedlichen Endkonzentrationen zugegeben (100 nM in R8, 10 nM in R6, 1 nM in R4). Da die Sequenzen 1 und 3 zueinander eine sehr geringe Komplementarität aufweisen, kann die ZNA nicht oder nur schlecht auf die Nanopartikel-gebundenen Nukleinsäuren hybridisieren. Keine dieser Nanopartikel-Lösungen in der unteren Reihe (R2, R4, R6, R8) zeigt eine signifikante Entfärbung. Beide eingesetzten ZNA- Sequenzen tragen zwei kationische Einheiten in der ZNA-Modifikation. Die Aufnahme wurde 15 Minuten nach Zusammenmischen der Reagenzien, d.h. der Nanopartikel und der ZNA aufgenommen. In Example 1, a method according to the first preferred embodiment of the invention was applied. Nucleic acids are attached to the nanoparticles, with the nanoparticles in solution. Furthermore, there are oligonucleotides with cationic modification in the solution, which have a known nucleotide sequence. For example, the method according to this example serves to measure the degree of complementarity or the ability to hybridize between the nucleic acid on the nanoparticles and the oligonucleotides with cationic modification. The sequence of the nucleic acid may be at least partially unknown. With high complementarity, the oligonucleotides with cationic modification hybridize to the nucleic acid on the nanoparticle and a measurable change is produced. Fig. 2 shows a photograph of 8 reaction vessels R1 to R8 in a multiwell plate, with a total volume or capacity of 20 μΙ per reaction vessel. Each vessel contains 40 pM (picomoles per liter) of 60 nm diameter gold nanoparticles (supplied by BBI). Each nanoparticle carries approximately 1,000 nucleic acids with Sequence 1 (see Appendix) functionalized via a thiol linkage to the nanoparticle surface (according to J. Hurst et al., Anal. Chem., 78 (24), 8313-8318, 2006 the content of which is incorporated herein by reference). After the functionalization, 6 washing steps are carried out. The nanoparticles are dissolved in a phosphate buffer (3.75 mM phosphate, pH 7) with 0.1% Tween 20, 5 mM MgC, 7.5 mM NaCl. Under these conditions, the nanoparticles are stable without addition of oligonucleotides with cationic modification and show a red color (see R1 and R2). In the upper row (R1, R3, R5 and R7), a ZNA (supplied by Metabion GmbH, Planegg, Germany) with sequence 2 (see Appendix) was added in different final concentrations as oligonucleotide with cationic modification. The concentrations are 100 nM in R7, 10 nM in R5, 1 nM in R3). Since sequences 1 and 2 have a high degree of complementarity with one another, the ZNA can hybridize well to the nanoparticle-bound nucleic acids. From a final concentration of the ZNA of 10 nM (R5 and R7), a clear decolorization of the nanoparticle solution is observable. In the lower row was added as oligonucleotide with cationic modification a ZNA (supplied by Metabion GmbH, Planegg, Germany) with the sequence 3 (see Appendix) in different final concentrations (100 nM in R8, 10 nM in R6, 1 nM in R4). , Since sequences 1 and 3 have very little complementarity with respect to each other, ZNA can not or only poorly hybridize to the nanoparticle-bound nucleic acids. None of these nanoparticle solutions in the bottom row (R2, R4, R6, R8) show significant discoloration. Both ZNA sequences used carry two cationic units in the ZNA modification. The image was taken 15 minutes after mixing together the reagents, ie the nanoparticles and the ZNA.

Die Fig. 3A bis 3D zeigen Extinktionsspektren von Nanopartikellösungen. Fig. 3A zeigt eine Lösung mit Goldnanopartikeln mit 60 nm Durchmesser und 40 pM Nanopartikel-Konzentration (geliefert von BBI). Die gezeigten Extinkionsspektren sind dabei in willkürlicher Einheit (engl.: arbitrary units), d.h. lediglich qualitativ gegen die Wellenlänge aufgetragen. Jedes Nanopartikel trägt ca. 1.000 Nukleinsäuren mit Sequenz 4 (siehe Anhang), die über eine Thiol-Bindung an die Nanopartikeloberfläche funktionalisiert wurden. Die Nanopartikel sind gelöst in Phosphatpuffer (3,9 mM Phosphat, pH 7) mit 0,1 % Tween 20, 5 mM MgC , 7,85 mM NaCI. Das Extinktionsspektrum (aufgenommen mit einem Varian Cary 50 Spektrometer in einer Quarzküvette mit 3 mm optischem Pfad) einer Partikellösung ohne Zugabe von Oligonukleotiden mit kationischer Modifikation (durchgezogene Linie) zeigt eine Plasmonenresonanz mit Resonanzmaximum bei einer Wellenlänge von ca. 530 nm. Die Zugabe eines Oligonukleotids mit kationischer Modifikation (ZNA mit Sequenz 5, siehe Anhang, Endkonzentration 150 nM) zeigt 5 Minuten nach Zugabe keine signifikante Veränderung des Extinktionsspektrums (gepunktete Linie), da die Sequenzen 4 und 5 zueinander eine sehr geringe Komplementarität aufweisen und die ZNA daher nicht oder nur schlecht auf die Nanopartikel- gebundenen Nukleinsäuren hybridisieren kann. FIGS. 3A to 3D show extinction spectra of nanoparticle solutions. Figure 3A shows a solution with 60 nm diameter gold nanoparticles and 40 pM nanoparticle concentration (supplied by BBI). The extinction spectrum shown here are in arbitrary units, i. only qualitatively plotted against the wavelength. Each nanoparticle carries approximately 1,000 nucleic acids with sequence 4 (see Appendix), which have been functionalized via a thiol bond to the nanoparticle surface. The nanoparticles are dissolved in phosphate buffer (3.9 mM phosphate, pH 7) with 0.1% Tween 20, 5 mM MgC, 7.85 mM NaCl. The extinction spectrum (recorded with a Varian Cary 50 spectrometer in a quartz cuvette with 3 mm optical path) of a particle solution without addition of oligonucleotides with cationic modification (solid line) shows a plasmon resonance with maximum resonance at a wavelength of about 530 nm. The addition of an oligonucleotide with cationic modification (ZNA with sequence 5, see Appendix, final concentration 150 nM) 5 minutes after addition shows no significant change in the extinction spectrum (dotted line), since the sequences 4 and 5 to each other have a very low complementarity and the ZNA therefore not or only can hybridize poorly to the nanoparticle-bound nucleic acids.

In Fig. 3B wurde anstatt der ZNA mit Sequenz 5 eine ZNA mit Sequenz 6 (siehe Anhang) als Oligonukleotid mit kationischer Modifikation hinzugegeben (Endkonzentration ebenfalls 150 nM, gleiches Puffersystem wie in Fig. 3A). Dabei zeigt sich bereits nach 1 Minute eine relativ starke Veränderung des Extinktionsspektrums (gestrichelte Linie) im Vergleich zur Kurve vor Zugabe der Oligonukleotide mit kationischer Modifikation (durchgezogene Kurve). Nach 5 Minuten ist die Änderung noch stärker ausgebildet (gepunktete Kurve). Da die Sequenzen 4 und 6 zueinander eine hohe Komplementarität aufweisen kann die ZNA gut bzw. effektiv auf die Nanopartikel-gebundenen Nukleinsäuren hybridisieren. Die beobachtbare bzw. messbare Veränderung des Extinktionsspektrums ist typisch für eine Verschiebung der Plasmonenresonanz der Nanopartikel, die ein Hinweis sein könnte auf einen geringeren, mittleren Abstand der Nanopartikel zueinander, der durch die Bindung der Oligonukleotide mit kationischer Modifikation auf die Nanopartikel hervorgerufen wird. In FIG. 3B, instead of the ZNA with sequence 5, a ZNA with sequence 6 (see Appendix) was added as an oligonucleotide with cationic modification (final concentration also 150 nM, same buffer system as in FIG. 3A). This shows already after 1 minute, a relatively large change in the extinction spectrum (dashed line) in comparison to the curve before adding the oligonucleotides with cationic modification (solid curve). After 5 minutes, the change is even more pronounced (dotted curve). Because the Sequences 4 and 6 have a high complementarity to each other, the ZNA can hybridize well or effectively to the nanoparticle-bound nucleic acids. The observable or measurable change in the extinction spectrum is typical for a shift of the plasmon resonance of the nanoparticles, which could be an indication of a smaller average distance of the nanoparticles from each other, which is caused by the binding of the oligonucleotides with cationic modification on the nanoparticles.

In Fig. 3C wurde die Temperatur der Probe aus Fig. 3B zunächst auf 60°C erhöht (Extinktionsspektrum als gestrichelte Linie dargestellt). Dabei bleibt die Veränderung der optischen Eigenschaften zunächst bestehen (stark verbreiterte und rotverschobenen Plasmonenresonanz im Vergleich zum Extinktionsspektrum einer Probe ohne Oligonukleotiden mit kationischer Modifikation). Bei einer weiteren Erhöhung der Probentemperatur auf 70°C verändert sich das Extinktionsspektrum jedoch im Wesentlichen wieder zurück zum ursprünglichen Zustand mit Plasmonenresonanzmaximum bei einer Wellenlänge von ca. 530 nm (Extinktionsspektrum als durchgezogene Linie dargestellt). Dies ist dadurch zu erklären, dass die Denaturierungstemperatur des DNA-Doppelstranges aus Sequenz 4 und 6 erreicht ist und dieser Doppelstrang getrennt wird. Hierdurch können sich die Oligonukleotiden mit kationischer Modifikation wieder von den Nanopartikeln entfernen. Demnach können sich auch die lokalen Ladungsverhältnisse an den Nanopartikeln und damit die Ursache für die Bindung zwischen den Nanopartikeln wieder verändern. Hierdurch werden die Partikel wieder freigesetzt, wobei sich beispielsweise durch Diffussion und Coulomb- Abstoßung der Nanopartikel der Abstand zwischen den Nanopartikeln wieder vergrößert. Dies zeigt, dass die messbare Veränderung auch reversibel sein kann, wenn die Bindung zwischen Oligonukleotiden mit kationischer Modifikation und den Nanopartikeln wieder aufgelöst wird. In Fig. 3D wurden Oligonukleotide mit kationischer Modifikation mit Sequenz 6 (das in Kombination mit Nanopartikeln, die mit Sequenz 4 funktionalisiert waren eine starke messbare Veränderung erzeugten) nun zu anderen Nanopartikeln, die mit Sequenz 11 (siehe Anhang) funktionalisiert sind (Endkonzentration des Oligonukleotids mit kationischer Modifikation ebenfalls 150 nM, Nanopartikel- Konzentration ebenfalls 40 pM, gleiches Puffersystem wie in Fig. 3A und Fig. 3B), so ist keine signifikante Veränderung zu beobachten, da Sequenz 6 und 11 zueinander wieder eine sehr geringe Komplementarität aufweisen. In Fig. 3C, the temperature of the sample of Fig. 3B was first raised to 60 ° C (absorbance spectrum shown as a dashed line). At the same time, the change in the optical properties initially remains (strongly broadened and red-shifted plasmon resonance in comparison to the extinction spectrum of a sample without oligonucleotides with cationic modification). In a further increase of the sample temperature to 70 ° C, however, the extinction spectrum changes substantially back to the original state with plasmon resonance maximum at a wavelength of about 530 nm (extinction spectrum shown as a solid line). This can be explained by the fact that the denaturation temperature of the DNA double strand from sequence 4 and 6 is reached and this double strand is separated. As a result, the oligonucleotides with cationic modification can be removed again from the nanoparticles. Accordingly, the local charge conditions on the nanoparticles and thus the cause for the bond between the nanoparticles can change again. As a result, the particles are released again, whereby the distance between the nanoparticles, for example, increases again by diffusion and Coulomb repulsion of the nanoparticles. This shows that the measurable change can also be reversible when the bond between cationic-modified oligonucleotides and nanoparticles is redissolved. In Figure 3D, oligonucleotides with cationic modification with Sequence 6 (which, in combination with nanoparticles functionalized with Sequence 4, produced a strong measurable change) were now functionalized to other nanoparticles functionalized with Sequence 11 (see Appendix) (final concentration of Oligonucleotide with cationic modification also 150 nM, nanoparticle concentration also 40 pM, same buffer system as in Fig. 3A and Fig. 3B), so no significant change is observed, since sequence 6 and 11 again have a very low complementarity to each other again.

Beispiel 2 Example 2

In Beispiel 2 wurde ein Verfahren gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform angewandt. Dabei tragen die Nanopartikel in der Lösung jeweils zumindest ein Oligonukleotid mit bekannter Nukleotidsequenz. Ferner werden der Lösung Oligonukleotide mit kationischer Modifikation mit einer bekannten Nukleotidsequenz hinzugegeben, wobei die Nukleotidsequenz zumindest teilweise Komplementär zu den an den Nanopartikeln befestigten Oligonukleotiden ist. Ferner enthält die Lösung eventuell eine nachzuweisende Nukleinsäure, welche zunächst frei in Lösung ist und welche zumindest teilweise komplementär zu den Oligonukleotiden auf den Nanopartikeln und/oder zu den Oligonukleotiden mit kationischer Modifikation ist. Ohne Nukleinsäure oder bei nur geringer Konzentration der Nukleinsäure können Oligonukleotide mit kationischer Modifikation und die Oligonukleotide auf den Nanopartikeln hybridisieren und eine messbare Veränderung hervorrufen. Die Anwesenheit der Nukleinsäure oder eine ausreichend hohe Konzentration der Nukleinsäure verhindert diese Hybridisierung und somit die messbare Veränderung, da die Nukleinsäure mit den Oligonukleotiden mit kationischer Modifikation und/oder den Oligonukleotiden auf den Nanopartikeln hybridisieren kann. Die Oligonukleotide mit kationischer Modifikation und / oder die Oligonukleotide auf den Nanopartikeln sind somit zumindest teilweise besetzt und können nicht mehr (ausreichend) miteinander hybridisieren und somit auch keine messbare Veränderung hervorrufen. In Example 2, a method according to the second preferred embodiment was applied. In each case, the nanoparticles in the solution carry at least one oligonucleotide with a known nucleotide sequence. Furthermore, oligonucleotides with cationic modification having a known nucleotide sequence are added to the solution, the nucleotide sequence being at least partially complementary to the oligonucleotides attached to the nanoparticles. Furthermore, the solution may contain a nucleic acid to be detected which is initially free in solution and which is at least partially complementary to the oligonucleotides on the nanoparticles and / or to the oligonucleotides with cationic modification. Without nucleic acid or with only a low concentration of the nucleic acid, oligonucleotides with cationic modification and the oligonucleotides on the nanoparticles can hybridize and produce a measurable change. The presence of the nucleic acid or a sufficiently high concentration of the nucleic acid prevents this hybridization and thus the measurable change, since the nucleic acid can hybridize with the oligonucleotides with cationic modification and / or the oligonucleotides on the nanoparticles. The oligonucleotides with cationic modification and / or the oligonucleotides on the nanoparticles are thus at least partially occupied and can no longer (sufficiently) hybridize with each other and thus also cause no measurable change.

Fig. 5 zeigt eine Fotografie von 4 Reaktionsgefäßen R1 , R2, R3 und R4 in einer Multiwellplatte mit einem Gesamtvolumen bzw. Fassungsvermögen von 20μΙ je Reaktionsgefäß. In jedem Reaktionsgefäß befinden sich 40 pM Goldnanopartikel mit 60 nm Durchmesser (geliefert von BBI), jedes Nanopartikel trägt ca. 1.000 Oligonukleotide mit Sequenz 4, die über eine Thiol-Bindung an die Nanopartikeloberfläche funktionalisiert wurden. Die Nanopartikel sind gelöst in Phosphatpuffer (3,9 mM Phosphat, pH 7) mit 0,1 % Tween 20, 5 mM MgC , 7,7 mM NaCI. Unter diesen Bedingungen sind die Nanopartikel ohne Zugabe von Oligonukleotiden mit kationischer Modifikation stabil und zeigen eine rote Farbe. Zu einem Reaktionsvolumen von 17,7 μΙ wurden in der oberen Reihe, R1 und R3, als Nukleinsäure DNA mit der Sequenz 7 zugegeben (2 μΙ einer DNA-Konzentration von 1 μΜ), in der unteren Reihe R2 und R4 wurde stattdessen 2 μΙ Wasser als Negativkontrolle zugesetzt. Da die Sequenzen 4 und 7 zueinander eine hohe Komplementarität aufweisen, kann die zugegebene DNA auf die Oligonukleotide auf der Nanopartikeloberfläche hybridisieren und diese somit für weitere Hybridisierungen blockieren. Nach einer Inkubationszeit von 10 Minuten wurden jedem Reaktionsgefäß ZNA mit der Sequenz 6 als Oligonukleotid mit kationischer Modifikation hinzugegeben (jeweils 0,3 μΙ einer 10 μΜ ZNA-Lösung, Endkonzentration somit 150 nM ZNA), die eine hohe Komplementarität mit der Sequenz 4 der Nanopartikel-gebundenen Oligonukleotide besitzt. In der oberen Reihe, R1 und R3, mit Nukleinsäure kann die ZNA nicht mehr auf die Nanopartikel- gebundenen Oligonukleotide hybridisieren, da diese von der Nukleinsäure besetzt sind. Es findet somit keine Entfärbung oder messbare Veränderung statt. In der unteren Reihe, R2 und R4, ist jedoch eine deutliche Entfärbung der Nanopartikel- Lösung und somit eine messbare Veränderung der optischen Eigenschaft der Lösung beobachtbar, da die Oligonukleotide mit kationischer Modifikation gut auf die Nanopartikel-gebundenen Oligonukleotide hybridisieren. Die Aufnahme wurde 10 Minuten nach dem Zusammenmischen der Reagenzien, d.h. der Nanopartikel und der ZNA aufgenommen. Fig. 5 shows a photograph of 4 reaction vessels R1, R2, R3 and R4 in a multiwell plate with a total volume or capacity of 20μΙ per reaction vessel. Each reaction tube contains 40 pM gold nanoparticles with 60 nm diameter (supplied by BBI), each nanoparticle carries about 1,000 oligonucleotides with sequence 4, which have been functionalized via a thiol bond to the nanoparticle surface. The nanoparticles are dissolved in phosphate buffer (3.9 mM phosphate, pH 7) with 0.1% Tween 20, 5 mM MgC, 7.7 mM NaCl. Under these conditions, the nanoparticles are stable without addition of oligonucleotides with cationic modification and show a red color. To a reaction volume of 17.7 μΙ were added in the upper row, R1 and R3, as nucleic acid DNA sequence 7 (2 μΙ a DNA concentration of 1 μΜ), in the lower row R2 and R4 was instead 2 μΙ water added as a negative control. Since sequences 4 and 7 have a high degree of complementarity with one another, the added DNA can hybridize to the oligonucleotides on the nanoparticle surface and thus block them for further hybridizations. After an incubation time of 10 minutes, each reaction vessel ZNA were added with the sequence 6 as an oligonucleotide with cationic modification (each 0.3 μΙ of a 10 μΜ ZNA solution, final concentration thus 150 nM ZNA), which is highly complementary to the sequence 4 of the nanoparticles has-bound oligonucleotides. In the top row, R1 and R3, with nucleic acid, the ZNA can no longer hybridize to the nanoparticle-bound oligonucleotides since they are occupied by the nucleic acid. There is thus no discoloration or measurable change. In the lower row, R2 and R4, however, a clear decolorization of the nanoparticle solution and thus a measurable change in the optical property of the solution is observable, since the oligonucleotides with cationic modification hybridize well to the nanoparticle-bound oligonucleotides. The image was taken 10 minutes after the reagents were mixed together, ie the nanoparticles and the ZNA.

Beispiel 3 In Beispiel 3 wurde ein Verfahren gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform angewandt. Dabei tragen die Nanopartikel in der Lösung jeweils zumindest ein Oligonukleotid mit bekannter Nukleotidsequenz. Ferner werden der Lösung Oligonukleotide mit kationischer Modifikation mit einer bekannten Nukleotidsequenz hinzugegeben. Femer befindet sich eventuell eine nachzuweisende Nukleinsäure zunächst frei in Lösung. Die Nukleotidsequenz der nachzuweisenden Nukleinsäure umfasst dabei einen ersten Teilbereich, welcher zumindest teilweise komplementär zu den Oligonukleotiden auf den Nanopartikeln ist und einen vorzugsweise benachbarten zweiten Teilbereich, welcher zumindest teilweise komplementär zu den Oligonukleotiden mit kationischer Modifikation ist. Example 3 In Example 3, a method according to the third preferred embodiment was used. In each case, the nanoparticles in the solution carry at least one oligonucleotide with a known nucleotide sequence. Furthermore, the solution becomes oligonucleotides with cationic modification with a known nucleotide sequence added. Furthermore, a nucleic acid to be detected may initially be free in solution. The nucleotide sequence of the nucleic acid to be detected here comprises a first partial region which is at least partially complementary to the oligonucleotides on the nanoparticles and a preferably adjacent second partial region which is at least partially complementary to the oligonucleotides with cationic modification.

Mit diesem Beispiel kann festgestellt werden, wie gut die Nukleinsäure zur bekannten Sequenz auf dem Nanopartikel und der bekannten Sequenz des Oligonukleotids mit kationischer Modifikation komplementär ist. Bei hoher Komplementarität hybridisieren sowohl das Oligonukleotid mit kationischer Modifikation sowie das Oligonukleotid auf dem Nanopartikel mit der Nukleinsäure und es wird eine messbare Veränderung hervorgerufen. Fig. 7 zeigt eine fotografische Darstellung von Reaktionsgefäßen R1 bis R3 in einer Multiwellplatte, Gesamtvolume je Reaktionsgefäß 20 μΙ. In jedem Gefäß R1 bis R3 befinden sich 40 pM Goldnanopartikel 2 mit 60 nm Durchmesser (geliefert von BBI), jedes Nanopartikel trägt ca. 1000 Oligonukleotide mit Sequenz 12, die über eine Thiol-Bindung an die Nanopartikeloberfläche funktionalisiert wurden. Die Nanopartikel 2 sind gelöst in Phosphatpuffer (3,9 mM Phosphat, pH 7) mit 0,1 % Tween 20, 12 mM MgCte, 7,7 mM NaCI. Unter diesen Bedingungen sind die Nanopartikel 2 stabil und zeigen eine rote Farbe. Zu einem Reaktionsvolumen von 19,4 μΙ wurden in die Reaktionsgefäße R2 und R3 jeweils als Nukleinsäure DNA mit der Sequenz 13 zugegeben (0,3 μΙ einer DNA-Konzentration von 1 μΜ), in das Reaktionsgefäß R1 wurde stattdessen 0,3μΙ Wasser als Negativkontrolle zugesetzt. Nach einer Inkubationszeit von 5 Minuten wurden den Reaktionsgefäßen R1 und R3 ZNA mit der Sequenz 6 als Oligonukleotid mit kationischer Modifikation hinzugegeben (jeweils 0,3μΙ einer 10 μΜ ZNA-Lösung, Endkonzentration somit 150 nM ZNA), die eine hohe Komplementarität mit einem Teilabschnitt der Sequenz 13 der nachzuweisenden Nukleinsäure aufweist, aber eine geringe Komplementarität mit Sequenz 12 der Nanopartikel-gebundenen Oligonukleotide besitzt. In das Reaktionsgefäß R2 wurde statt der ZNA 0,3 μΙ Wasser hinzugegeben. Nach weiteren 10 Minuten Inkubationszeit wurde das Photo in Fig. 7 aufgenommen. Nur im ersten Reaktionsgefäß von links zeigt sich eine Entfärbung der Nanopartikel- Lösung und somit eine messbare Veränderung, da nur dort über die Sequenz 13 der nachzuweisenden Nukleinsäure die Oligonukleotide mit kationischer Modifikation mit Sequenz 6 mit den Nanopartikeln bzw. den darauf befestigten Oligonukjeotiden mit Sequenz 12 verbunden werden können. This example can be used to determine how well the nucleic acid is complementary to the known sequence on the nanoparticle and the known sequence of the cationic modification oligonucleotide. With high complementarity, both the oligonucleotide with cationic modification and the oligonucleotide on the nanoparticle hybridize with the nucleic acid and a measurable change is produced. Fig. 7 shows a photographic representation of reaction vessels R1 to R3 in a multiwell plate, total volume per reaction vessel 20 μΙ. Each well R1 to R3 contains 40 pM gold nanoparticles 2 with a diameter of 60 nm (supplied by BBI), each nanoparticle carries about 1000 oligonucleotides with sequence 12, which have been functionalized via a thiol bond to the nanoparticle surface. The nanoparticles 2 are dissolved in phosphate buffer (3.9 mM phosphate, pH 7) with 0.1% Tween 20, 12 mM MgCte, 7.7 mM NaCl. Under these conditions, nanoparticles 2 are stable and show a red color. To a reaction volume of 19.4 μΙ were added to the reaction vessels R2 and R3 as nucleic acid DNA with the sequence 13 (0.3 μΙ a DNA concentration of 1 μΜ), in the reaction vessel R1 instead of 0.3μΙ water as a negative control added. After an incubation time of 5 minutes, the reaction vessels R1 and R3 were added ZNA with the sequence 6 as oligonucleotide with cationic modification (each 0.3μΙ a 10 μΜ ZNA solution, final concentration thus 150 nM ZNA), which is highly complementary to a portion of the Sequence 13 of the nucleic acid to be detected, but has a low complementarity with sequence 12 of the nanoparticle-bound oligonucleotides. In the reaction vessel R2 instead of the ZNA 0.3 μΙ water was added. After a further 10 minutes incubation time, the photo was taken in FIG. Just In the first reaction vessel from the left, a decolorization of the nanoparticle solution and thus a measurable change, since only there via the sequence 13 of the nucleic acid to be detected, the oligonucleotides with cationic modification with sequence 6 with the nanoparticles or attached thereto Oligonukjeotiden with sequence 12 can be.

Beispiel 4: Real-Time PCR Example 4: Real-time PCR

Im Folgenden werden die Beispiele 4.1 bis 4.3 für bevorzugte Verwendungen der Nanopartikel und/oder der kationisch modifizierten Nukleinsäuren bzw. Anwendung von bevorzugten, erfindungsgemäßen Verfahren im Rahmen einer Real-Time PCR beschrieben. Alle Real-Time PCR Reaktionen in den folgenden Beispielen wurden dabei in einem Roche Light Cycler 1.5 mit Software-Version 4.1.1.21 in Plastik- Kapillaren von Genaxxon durchgeführt. Zur besonderen Verdeutlichung der technischen Vorteile der Erfindung wird die Erfindung dabei in einem Vergleich mit herkömmlichen Verfahren gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Examples 4.1 to 4.3 for preferred uses of the nanoparticles and / or the cationically modified nucleic acids or use of preferred methods according to the invention in the context of a real-time PCR are described below. All real-time PCR reactions in the following examples were performed in a Roche Light Cycler 1.5 with software version 4.1.1.21 in plastic capillaries from Genaxxon. For a particular explanation of the technical advantages of the invention, the invention is shown in a comparison with conventional methods according to the prior art.

Beispiel 4.1 : Stand der Technik: Real-Time PCR mit interkalierendem Farbstoff Für einen indirekten Nachweis einer Nukleinsäure wurde eine Polymerase- Kettenreaktion (PCR) durchgeführt. Zunächst wurde die Funktionalität des Primer- Systems nach dem Stand der Technik überprüft: hier wird die Nukleinsäure mit Sequenz 7 durch die Primer-Oligonukleotide mit Sequenz 8 und 9 amplifiziert und das PCR-Amplikon durch einen interkalierenden Farbstoff (Sybr-Green I Nucleic Acid Gel Stain, 0.000x Konzentrat, Roche) nachgewiesen, der mit zunehmender Menge von doppelsträngiger DNA in der Probe zunehmende Fluoreszenz zeigt. Der Forward-Primer mit Sequenz 8 trägt keine kationische Modifikation, der Reverse- Primer mit Sequenz 9 hingegen trägt am 5'-Ende eine kationische Modifikation mit drei kationischen Einheiten (ZNA3). Die kationische Modifikation ist in diesem Fall am 5'-Ende des Primers und nicht am 3'-Ende, um nicht die Elongation durch die Polymerase zu verhindern, die am 3'-Ende des Primers ansetzt. Jede Reaktion besteht aus 9 μΙ Mastermix und 1 μΙ Nukleinsäurelösung bzw. Wasser. 9 μΙ Mastermix für eine Reaktion werden, wie folgt in Tabelle 1 aufgelistet, zusammengestellt: Example 4.1: State of the Art: Real-Time PCR with Intercalating Dye For an indirect detection of a nucleic acid, a polymerase chain reaction (PCR) was carried out. First, the functionality of the primer system according to the prior art was tested: here, the nucleic acid is amplified with sequence 7 by the primer oligonucleotides with sequence 8 and 9 and the PCR amplicon by an intercalating dye (Sybr-Green I Nucleic Acid Gel Stain, 0.000x concentrate, Roche), which shows increasing fluorescence as the amount of double-stranded DNA in the sample increases. The forward primer with sequence 8 carries no cationic modification, whereas the reverse primer with sequence 9 carries a cationic modification with three cationic units (ZNA3) at the 5 'end. The cationic modification in this case is at the 5 'end of the primer and not at the 3' end so as not to prevent elongation by the polymerase attaching to the 3 'end of the primer. Each reaction consists of 9 μΙ Mastermix and 1 μΙ nucleic acid solution or water. 9 μΙ Mastermix for a reaction are listed as follows in Table 1:

Tabelle 1 Table 1

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Das PCR-Protokoll besteht aus 40 Zyklen ä 5 Sekunden 90°C, 15 Sekunden 60°C und 15 Sekunden 72°C. Die Fluoreszenz-Detektion findet nach jedem 72°C-Schritt statt. Fig. 8 zeigt Real-Time PCR Kurven des 530 nm Fluoreszenz-Kanals von drei verschiedenen Ausgangskonzentrationen der Nukleinsäure mit Sequenz 7 (als Oligonukleotid vorliegend) und einer Negativkontrolle ohne Nukleinsäure als Zielsequenz. Die Kurven zeigen den für derartige Real-Time PCR typischen Verlauf: Zunächst bleibt die detektierte Fluoreszenz in den erste PCR-Zyklen im Wesentlichen unverändert. Dabei werden zwar (je nachdem ob Nukleinsäure als Ausgangsmaterial in der Probe enthalten ist oder nicht) auch in jedem Zyklus neue DNA-Doppelstränge als Amplikon erzeugt, die Menge reicht hier jedoch noch nicht aus, um die hierdurch hervorgerufene Fluoreszenz über das messbare Grundlimit zu heben und zu detektieren. Für die Probe, in welche 1 μΙ einer 1 pM Konzentration der Nukleinsäure mit Sequenz 7 als Ausgangsmaterial eingesetzt wurde (durchgezogene Linie) steigt die Fluoreszenz ca. ab dem 20. Zyklus stark an, um dann (ab ca. Zyklus 27) in eine Sättigung überzugehen. Dieser Anstiegspunkt ist von großer Aussagekraft für die Ausgangskonzentration der Nukleinsäure mit Sequenz 7, denn eine Probe mit 10fach geringerer Ausgangskonzentration steigt erst ca. ab dem 24. Zyklus an (gestrichelte Linie), für eine 100fach geringere Ausgangskonzentration steigt sie ca. ab dem 28. Zyklus an (gepunktete Linie). Ohne Nukleinsäure mit Sequenz 7 als Ausgangsmaterial ist bis zum 30. Zyklus kein Anstieg zu erkennen (gestrichelt-gepunktete Linie). Die Software des Instrumentes bestimmt den sog. Ct- Wert (engl. Cycle Threshold für Schwellenwert-Zyklus) bzw. Cp-Wert (engl. Crossing Point), der den Zyklus beschreibt, an dem die Fluoreszenz erstmals signifikant über die Hintergrund-Fluoreszenz ansteigt. Dieser kann dann bei einer Probe mit unbekannter Ausgangskonzentration der Nukleinsäure typischerweise durch Vergleich mit einer bekannten Standard-Konzentrationsreihe zur Quantifizierung des Ausgangskonzentration der Nukleinsäure in der Probe herangezogen werden. The PCR protocol consists of 40 cycles of 5 seconds 90 ° C, 15 seconds 60 ° C and 15 seconds 72 ° C. Fluorescence detection occurs after every 72 ° C step. 8 shows real-time PCR curves of the 530 nm fluorescence channel of three different starting concentrations of the nucleic acid with sequence 7 (present as oligonucleotide) and a negative control without nucleic acid as target sequence. The curves show the typical course for such real-time PCR: First, the detected fluorescence remains essentially unchanged in the first PCR cycles. Although (depending on whether or not nucleic acid is included as starting material in the sample), new DNA double strands are generated as amplicon in each cycle, but the amount is not sufficient here to raise the fluorescence caused thereby beyond the measurable basic limit and to detect. For the sample in which 1 .mu.l of a 1 pM concentration of the nucleic acid with sequence 7 was used as the starting material (solid line), the fluorescence rises sharply from about the 20th cycle to then (from about cycle 27) into saturation proceed. This rise point is of great significance for the initial concentration of the nucleic acid with Sequence 7, because a sample with 10-fold lower initial concentration increases only from about the 24th cycle on (dashed line), for a 100-fold lower initial concentration, it increases from approximately the 28th cycle on (dotted line). Without nucleic acid with sequence 7 as starting material, no increase can be seen until the 30th cycle (dotted dashed line). The software of the instrument determines the so-called Ct value (Cycle Threshold for Threshold Cycle) or Cp value (English Crossing Point), which describes the cycle at which the fluorescence for the first time rises significantly above the background fluorescence , This can then be used in a sample of unknown starting concentration of the nucleic acid, typically by comparison with a known standard concentration series for quantifying the starting concentration of the nucleic acid in the sample.

Die Cp-Werte für die Messung aus Fig. 8 sind in der folgenden Tabelle 2 dargestellt: The Cp values for the measurement of FIG. 8 are shown in the following Table 2:

Tabelle 2 Table 2

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Gibt man der Instrumenten-Software die Proben mit Nukleinsäure als bekannte Standard-Konzentrationsreihe vor, so kann diese aus den Konzentrationen und den Abständen der Cp-Werte zueinander die Effizienz der Amplifikationsreaktion errechnen. Man kommt mit den Werten aus obiger Tabelle auf eine Vervielfältigung pro Zyklus im Konzentrationsbereich von 1 -100 fM von 1 ,858 (+-0,00584). Mit dieser Vervielfältigung pro Zyklus und den Cp-Werten kann man aus den ursprünglich eingesetzten Nukleinsäure-Konzentrationen (Co) abschätzen, welche Amplikon- Konzentration bei Erreichen des Cp-Wertes in der Probe herrscht (man nimmt hierbei vereinfacht an, dass die Vervielfältigung pro Zyklus im Mittel über alle Zyklen gleich hoch ist. Gemäß der Gleichung (1 ) If the instrument software is given the samples with nucleic acid as the known standard concentration series, it can calculate the efficiency of the amplification reaction from the concentrations and the distances of the Cp values from one another. The values given in the table above indicate one amplification per cycle in the concentration range of 1 -100 fM of 1.858 (+ -0.00584). With this amplification per cycle and the Cp values, it is possible to estimate from the original nucleic acid concentrations (Co) which amplicon concentration prevails when the Cp value in the sample is reached this simplifies that the duplication per cycle is the same on average over all cycles. According to the equation (1)

C(Cp) = C0 1,858 Cp (1) ergibt sich somit eine Amplikon-Konzentration bei Erreichen des Cp-Wertes in der Probe von C(Cp) = 41 nM für Co = 100 fM, C(Cp) = 40 nM für Co = 10 fM, C(Cp) = 41 nM für Co = 1 fM. Für das Instrument ist somit in diesem System mit interkalierendem Farbstoff als Signalgeber bei ca. 40 nM Amplikon-Konzentration eine signifikant messbare Veränderung der Fluoreszenz über der Hintergrund- Fluoreszenz erreicht. C (Cp) = C 0 1.858 Cp (1) thus results in an amplicon concentration on reaching the Cp value in the sample of C (Cp) = 41 nM for Co = 100 fM, C (Cp) = 40 nM for Co = 10 fM, C (Cp) = 41 nM for Co = 1 fM. For the instrument, a significantly measurable change in the fluorescence over the background fluorescence is thus achieved in this system with intercalating dye as signal generator at about 40 nM amplicon concentration.

Anzumerken ist hier noch, dass auch die Probe ohne Nukleinsäure mit Sequenz 7 als Ausgangsmaterial (gestrichelt-gepunktete Linie) in den letzten Zyklen deutlich ansteigt. Dies ist ein nicht selten auftretender Effekt in herkömmlichen Realtime- PCR-Verfahren, vor allem wenn wie hier interkalierende Farbstoffe zur Detektion eingesetzt werden. Die Ursache hierfür sind meist sog. Primer-Dimere, also ungewollte Bildung von DNA-Doppelsträngen, die aus unspezifischen, ungewollten Bindungen zwischen Primern (gleichartigen oder unterschiedlichen) hervorgerufen werden können und ebenfalls hochamplifiziert werden. It should be noted here that the sample without nucleic acid with sequence 7 as starting material (dotted dashed line) increases significantly in the last few cycles. This is a frequently occurring effect in conventional real-time PCR methods, especially if, as here, intercalating dyes are used for detection. The reason for this are usually so-called primer dimers, ie unwanted formation of DNA double strands, which can be caused by non-specific, unwanted bonds between primers (similar or different) and are also highly amplified.

Beispiel 4.2: Real-Time PCR mit Nanopartikeln und ZNA - ohne Farbstoff Example 4.2: Real-time PCR with nanoparticles and ZNA - without dye

Für einen indirekten Nachweis einer Nukleinsäure wurde eine Polymerase- Kettenreaktion durchgeführt. Das verwendete Primer-System bleibt im Grundsatz gleich zu dem in Beispiel 4.1 , jedoch wird nun der bisher ungebundene Forward- Primer mit Sequenz 8 durch modifizierte Primer-Oligonukleotide mit Sequenz 4 ersetzt, welche auf einen Gold-Nanopartikel funktionalisiert wurde. Das modifizierte Primer-Oligonukleotid mit Sequenz 4 umfasst als Teilsequenz Sequenz 8 (diese Sequenz dient nach wie vor als eigentliche Primer-Sequenz), zusätzlich eine Teilsequenz aus 35 Adenin -Basen, die als Abstandshalter zwischen Partikel- Oberfläche und Primer-Teilsequenz dient und zusätzlich zwei abasische Modifikationen Spacer9 zwischen Abstandsteilsequenz und Primerteilsequenz die das Überschreiben der Abstandsteilsequenz durch die Polymerase verhindert (siehe z.B. Patentanmeldung DE 10 2013 215 168.3). Weiter enthält das modifizierte Primer-Oligonukleotid mit Sequenz 4 am 5'-Ende eine Thiol- Modifikation, mit deren Hilfe das Oligonukleotid auf die Oberfläche von Gold- Nanopartikeln gebunden wird. Es werden die gleichen Nanopartikel-Oligonukleotid- Konjugate verwendet wie in Fig. 5 bzw. Beispiel 2, d.h. Goldnanopartikel mit 60 nm Durchmesser (geliefert von BBI), wobei jedes Nanopartikel ca. 1.000 Oligonukleotide mit Sequenz 4 trägt. Der Reverse-Primer ist dabei das Oligonukleotid mit kationischer Modifikation mit drei kationischen Einheiten am 5'- Ende mit Sequenz 9 (ZNA3). Amplifiziert wird die Nukleinsäure mit Sequenz 7. Das PCR-Amplikon wird nun nicht durch einen Farbstoff nachgewiesen, sondern durch eine messbare Veränderung, die dadurch hervorgerufen wird, dass durch das PCR- Amplikon das Oligonukleotid mit kationischer Modifikation (hier der Reverse-Primer) mit den Nanopartikeln verbunden wird. Jede Reaktion besteht aus 9 μΙ Mastermix und 1 pl Nukleinsäurelösung bzw. Wasser. 9 μΙ Mastermix für eine Reaktion werden wie folgt in Tabelle 3 zusammengestellt: For indirect detection of a nucleic acid, a polymerase chain reaction was carried out. The primer system used is basically the same as in Example 4.1, but now the previously unbound forward primer is replaced with sequence 8 by modified primer oligonucleotides with sequence 4, which has been functionalized on a gold nanoparticle. The modified primer oligonucleotide with sequence 4 comprises as a partial sequence sequence 8 (this sequence is still used as the actual primer sequence), in addition to a partial sequence of 35 adenine bases, which serves as a spacer between the particle surface and primer partial sequence and additionally two abasic modifications Spacer9 between spacer sequence and primer sequence the the overwriting of the spacer sequence by the polymerase prevented (see, for example, patent application DE 10 2013 215 168.3). Furthermore, the modified primer oligonucleotide with sequence 4 at the 5 'end contains a thiol modification, with the aid of which the oligonucleotide is bound to the surface of gold nanoparticles. The same nanoparticle-oligonucleotide conjugates are used as in Fig. 5 and Example 2, respectively, ie 60 nm diameter gold nanoparticles (supplied by BBI), each nanoparticle carrying about 1000 oligonucleotides with sequence 4. The reverse primer is the cationic modification oligonucleotide with three cationic units at the 5 'end with sequence 9 (ZNA3). The nucleic acid is amplified with sequence 7. The PCR amplicon is now not detected by a dye, but by a measurable change, which is caused by the fact that the PCR amplicon with the oligonucleotide cationic modification (here the reverse primer) with the nanoparticles is connected. Each reaction consists of 9 μM Mastermix and 1 pl nucleic acid solution or water. 9 μM master mix for one reaction are summarized in Table 3 as follows:

Tabelle 3 Table 3

Endkonzen¬ Endkonzen¬

Stock- μΙ für 1 Stick μΙ for 1

tration in 10  in 10

Konzentration Reaktion  Concentration reaction

Ml  ml

Wasser 2  Water 2

5x Apta Taq Genotyping  5x Apta Taq Genotyping

5 1 2  5 1 2

Master (Roche) [x-fach]  Master (Roche) [x-fold]

Nanopartikel-Oligonukleotid- Nanoparticle-oligonucleotide

200 40 2 200 40 2

Konjugate [pM]*  Conjugates [pM] *

Reverse-Primer Sequenz 9  Reverse primer sequence 9

3.000 300 1  3,000 300 1

[nM]  [NM]

MgCI2 [mM] 50 5 1 MgCl 2 [mM] 50 5 1

Tween 20 (%) 1 0,1 1 * die Nanopartikel-Oligonukleotid-Konjugate sind funktionalisiert (nach J. Hurst et al., Anal. Chem., 78(24), 8313-8318, 2006, dessen diesbezüglicher Inhalt durch Verweis Teil der vorliegenden Offenbarung ist). Nach Funktionalisierung und 6 Waschschritten liegen die Nanopartikel-Oligonukleotid-Konjugate in einer Konzentration von 200 pM in Phosphatpuffer (5 mM Phosphat, pH 7) mit 0,1 % Tween 20, 10 mM NaCI vor. Tween 20 (%) 1 0.1 1 the nanoparticle-oligonucleotide conjugates are functionalized (according to J. Hurst et al., Anal. Chem., 78 (24), 8313-8318, 2006, the contents of which are incorporated herein by reference). After functionalization and 6 washes, the nanoparticle-oligonucleotide conjugates are present in a concentration of 200 pM in phosphate buffer (5 mM phosphate, pH 7) with 0.1% Tween 20, 10 mM NaCl.

Das PCR-Protokoll besteht aus 40 Zyklen ä 5 Sekunden 90°C, 15 Sekunden 60°C und 15 Sekunden 72°C. Die Signal-Detektion findet nach jedem 72°C-Schritt statt. Es wird in diesem Experiment kein Farbstoff verwendet, dennoch wird die gleiche, unmodifizierte Detektionseinheit- und Software des Light Cycler Instruments verwendet, wie in den Beispielen 4.1 und 4.2 unter Verwendung von Farbstoffen. The PCR protocol consists of 40 cycles of 5 seconds 90 ° C, 15 seconds 60 ° C and 15 seconds 72 ° C. The signal detection takes place after every 72 ° C step. No dye is used in this experiment, but the same unmodified detection unit and software of the Light Cycler Instrument are used as in Examples 4.1 and 4.2 using dyes.

Da weder Instrument noch Software hierfür ausgelegt sind, kann es ohne Farbstoff- Einsatz dazu kommen, dass die Proben zu Beginn der Real-Time PCR mit der Fehlermeldung„The following samples were not found during the seek process: ..." nicht erkannt werden und anschließend mit dem weiteren Vermerk„Empty Position" bei der folgenden Signal-Detektion übergangen werden. In diesen Fällen ist keine Detektion der Messbaren Veränderung möglich. Dies könnte z.B. durch eine Änderung von Instrumentensoftware und /oder -hardware vermieden werden oder bei unveränderter Instrumentensoftware und /oder -hardware durch den Einsatz von Fluoreszenzfarbstoffen im Hintergrund umgangen werden (siehe Beispiel 4.3). Fig. 9A zeigt Real-Time PCR Kurven des 530 nm Fluoreszenz-Kanals des LIGHT CYCLER Instruments, obwohl in diesem Fall keine Fluoreszenz gemessen wird, von drei verschiedenen Ausgangskonzentrationen der Nukleinsäure mit Sequenz 7 (als Oligonukleotid vorliegend) und einer Negativkontrolle ohne Nukleinsäure als Zielsequenz. Die Kurven. zeigen im Wesentlichen wieder einen für Real-Time PCR typischen Verlauf, obwohl aufgrund der sehr geringen absoluten Signalveränderung (ca. 300 mal kleiner als im Beispiel 4.1 beim Einsatz eines Fluoreszenzfarbstoffes) die Abweichungen im Grundniveau der Messung die verschiedenen Kurven visuell sehr stark voneinander abhebt. Die Abweichungen im Grundniveau sind bei genauer Betrachtung auch in Fig. 8 bzw. Beispiel 4.1 in der gleichen absoluten Größenordnung zu erkennen, dort jedoch aufgrund der anderen Skalierung der vertikalen Achse des Graphen visuell nicht auffällig. Fig. 9B zeigt eine leicht veränderte Darstellung des Graphen aus Fig. 9A, wobei in der Light Cycler Software mittels der Funktion„Analysis - Amplification Analysis - Absolute Quantification" eine veränderte Darstellung gewählt wurde, in der das Grundniveau stärker zusammengezogen erscheint, um die visuelle Auswertung zu erleichtern. In dieser Darstellung in Fig. 9B, wie auch in der Grunddarstellung in Fig. 9A bleibt das detektierte Signal in den ersten PCR-Zyklen zunächst im Wesentlichen unverändert. Für die Probe bzw. die Lösung, in welche 1 μΙ einer 1 pM Konzentration der Nukleinsäure mit Sequenz 7 als Ausgangsmaterial eingesetzt wurde (durchgezogene Linien) steigt das Signal ca. ab dem 20. Zyklus stark an, um dann in eine Sättigung überzugehen. Die Probe mit 10fach geringerer Ausgangskonzentration steigt erst ca. ab dem 24. Zyklus an (gestrichelte Linie), für eine 100fach geringere Ausgangskonzentration steigt sie ca. ab dem 29. Zyklus an (gepunktete Linie). Ohne Nukleinsäure mit Sequenz 7 als Ausgangsmaterial ist bis zum 40. Zyklus kein Anstieg zu erkennen (gestrichelt-gepunktete Linie). Diese Anstiegspunkte sind sehr gut vergleichbar mit den Anstiegspunkten in Fig. 8 des Farbstoff-basierten Beispiels 4.1 . Auch sind die Kurven zueinander ähnlich äquidistant, was die gute Quantifizierbarkeit der Messmethode belegt. Die messbare Veränderung, die ab einer bestimmten Mindestkonzentration von Amplikon nachweisbar wird, entsteht hier nicht wie im Stand der Technik durch Fluoreszenz eines Fluoreszenzfarbstoffes, sondern durch die veränderten optischen Eigenschaften der Lösung, welche durch die Verbindung der Gold- Nanopartikel in der Lösung mit ausreichend vielen Oligonukleotiden mit kationischer Modifikation (hier Reverse Primer als ZNA) hervorgerufen wird. Die Nanopartikel haben im gelösten Zustand ohne Bindung zu Oligonukleotiden mit kationischer Modifikation (also z.B. in den ersten Zyklen der Real-Time PCR vor der Signalveränderung) ihr Extinktionsmaximum bei einer Wellenlänge von ca. 530 nm (siehe z.B. auch Extinktionsspektren in Fig. 3A bis 3D), bei dieser Wellenlänge wird im gewählten Modus auch im Light Cycler das Signal aufgenommen. Durch Bindung an Oligonukleotide mit kationischer Modifikation nimmt die Extinktion bei 530 nm ab (siehe auch Extinktionsspektren in Fig. 3B). Dass das Signal im Light Cycler ab einem gewissen Zyklus zunimmt (und nicht abnimmt) ist ein Hinweis darauf, dass durch die abnehmende Nanopartikel-Extinktion in der Probe bzw. Lösung bei 530 nm mehr Hintergrundsignal (wie z.B. Reflexion von den Kapillarwänden oder der Flüssigkeitsoberfläche oder Streuung aus Kapillaren oder Reaktionsflüssigkeit oder Eigenfluoreszenz der Lösung) die Probe durchdringen kann, den Detektor erreicht und somit detektierbar wird. Das verringerte Hintergrundsignal in Gegenwart von ungebundenen Nanopartikeln in der Lösung kann auch der Grund dafür sein, dass derartige Proben ohne Farbstoffe von Instrument und Software zu Beginn der Real-Time PCR im sog.„seek process" nicht erkannt werden. Since neither instrument nor software are designed for this purpose, it may happen that the samples are not recognized at the beginning of the real-time PCR with the error message "The following samples were not found during the seek process: ..." and then be skipped with the further remark "Empty Position" in the following signal detection. In these cases no detection of the measurable change is possible. This could be avoided, for example, by a change in instrument software and / or hardware, or circumvented with the use of fluorescent dyes in the background with unchanged instrument software and / or hardware (see Example 4.3). 9A shows real-time PCR curves of the 530 nm fluorescence channel of the LIGHT CYCLER instrument, although in this case no fluorescence is measured, of three different starting concentrations of nucleic acid with sequence 7 (present as oligonucleotide) and one negative control without nucleic acid as target sequence , The curves. show again a typical for Real-Time PCR typical course, although due to the very small absolute signal change (about 300 times smaller than in Example 4.1 when using a fluorescent dye), the deviations in the baseline level of the measurement visually very differentiated the different curves. The deviations in the basic level are included exact observation also in Fig. 8 and Example 4.1 in the same absolute order of magnitude to recognize, but there due to the other scaling of the vertical axis of the graph visually not noticeable. Fig. 9B shows a slightly different representation of the graph of Fig. 9A, wherein in the Light Cycler software by means of the function "Analysis - Amplification Analysis - Absolute Quantification" an altered representation has been selected, in which the base level appears more contracted to the visual 9B, as well as in the basic illustration in Fig. 9A, the detected signal initially remains substantially unchanged in the first PCR cycles pM concentration of the nucleic acid with sequence 7 as starting material (solid lines), the signal rises sharply from about the 20th cycle onwards, and then saturates.The sample with a 10-fold lower initial concentration does not increase until about the 24th cycle on (dashed line), for a 100-fold lower initial concentration, it increases approximately from the 29th cycle on (dotted line) Liche acid with sequence 7 as starting material is not recognizable until the 40th cycle (dashed dotted line). These rise points are very similar to the rise points in Fig. 8 of the dye-based example 4.1. Also, the curves are similar to each other equidistant, which proves the good quantifiability of the measurement method. The measurable change, which is detectable above a certain minimum concentration of amplicon, does not arise here as in the prior art by fluorescence of a fluorescent dye, but by the changed optical properties of the solution, which by connecting the gold nanoparticles in the solution with a sufficient number Oligonucleotides with cationic modification (here reverse primer as ZNA) is caused. The nanoparticles have their extinction maximum at a wavelength of about 530 nm in the dissolved state without binding to oligonucleotides with cationic modification (ie, for example, in the first cycles of real-time PCR before the signal change) (see, for example, also extinction spectra in FIGS. 3A to 3D ), at this wavelength the signal is also recorded in the selected mode in the Light Cycler. By binding on oligonucleotides with cationic modification, the absorbance at 530 nm decreases (see also extinction spectra in Fig. 3B). The fact that the signal in the Light Cycler increases (and does not decrease) after a certain cycle is an indication that the decreasing nanoparticle absorbance in the sample or solution at 530 nm causes more background signal (such as reflection from the capillary walls or the liquid surface) Scattering from capillaries or reaction liquid or intrinsic fluorescence of the solution) can penetrate the sample, reaches the detector and thus becomes detectable. The reduced background signal in the presence of unbound nanoparticles in the solution may also be the reason why such samples without dyes of instrument and software at the beginning of real-time PCR in the so-called "seek process" are not recognized.

Beispiel 4.3: Real-Time PCR mit Nanopartikeln und ZNA - mit Hintergrundfarbstoff In Beispiel 4.3 wurde für einen indirekten Nachweis einer Nukleinsäure eine Polymerase-Kettenreaktion vergleichbar zu Beispiel 4.2 durchgeführt, nun jedoch zusätzlich mit Farbstoff in der Reaktionslösung. Das verwendete Primer-System aus Nanopartikel-Oligonukleotid-Konjugaten für Forward Primer und ZNA als Reverse Primer bleibt unverändert zu dem aus Beispiel 4.2. Als zusätzlicher Farbstoff wird Fluorescein verwendet (als Fluorescein Sodium Salz F6377 bezogen von Sigma Aldrich und zunächst gelöst in Wasser). Fluorescein hat spektral sehr ähnliche Eigenschaften wie Sybr Green I, das in Beispiel 4.1 eingesetzt wurde, jedoch zeigt Fluorescein keine interkalierenden Eigenschaften, d.h. es verändert seine Fluoreszenzeigenschaften typischerweise nicht mit Zunahme der Amplikonkonzentration in der Probe bzw. Lösung. Jede Reaktion besteht aus 9 μΙ Mastermix und 1 μΙ Nukleinsäurelösung bzw. Wasser. 9 μΙ Mastermix für eine Reaktion werden wie folgt in Tabelle 4 zusammengestellt: Tabelle 4 Example 4.3: Real-Time PCR with Nanoparticles and ZNA - with Background Dye In Example 4.3, a polymerase chain reaction comparable to Example 4.2 was carried out for indirect detection of a nucleic acid, but now also with dye in the reaction solution. The used primer system of nanoparticle-oligonucleotide conjugates for forward primer and ZNA as reverse primer remains unchanged from that of Example 4.2. Fluorescein is used as additional dye (as fluorescein sodium salt F6377 obtained from Sigma Aldrich and initially dissolved in water). Fluorescein has spectrally very similar properties to Sybr Green I used in Example 4.1, but fluorescein shows no intercalating properties, ie it does not typically alter its fluorescence properties with increasing amplicon concentration in the sample or solution. Each reaction consists of 9 μΙ Mastermix and 1 μΙ nucleic acid solution or water. 9 μM master mix for one reaction are summarized in Table 4 as follows: Table 4

Figure imgf000069_0001
Figure imgf000069_0001

* die Nanopartikel-OIigonukleotid-Konjugate sind funktionalisiert (nach J. Hurst et al., Anal. Chem., 78(24), 8313-8318, 2006, dessen diesbezüglicher Inhalt durch Verweis Teil der vorliegenden Offenbarung ist). Nach Funktionalisierung und 6 Waschschritten liegen die Nanopartikel-Oligonukleotid-Konjugate in einer Konzentration von 200 pM in Phosphatpuffer (5 mM Phosphat, pH 7) mit 0,1 % Tween 20, 10 mM NaCI vor. Das PCR-Protokoll besteht wieder aus 40 Zyklen ä 5 Sekunden 90°C, 15 Sekunden 60°C und 15 Sekunden 72°C. Die Signal-Detektion findet nach jedem 72°C-Schritt statt. Aufgrund des zusätzlich eingesetzten Farbstoffes kommt es nun im Gegensatz zu Beispiel 4.2 nicht mehr zu unerkannten Proben seitens Detektionseinheit- und Software des Light Cycler Instruments. * the nanoparticle oligonucleotide conjugates are functionalized (according to J. Hurst et al., Anal. Chem., 78 (24), 8313-8318, 2006, the contents of which are incorporated herein by reference). After functionalization and 6 washes, the nanoparticle-oligonucleotide conjugates are present in a concentration of 200 pM in phosphate buffer (5 mM phosphate, pH 7) with 0.1% Tween 20, 10 mM NaCl. The PCR protocol again consists of 40 cycles of 5 seconds 90 ° C, 15 seconds 60 ° C and 15 seconds 72 ° C. The signal detection takes place after every 72 ° C step. Due to the additional dye used, in contrast to Example 4.2, there are no longer any unrecognized samples from the detection unit and software of the Light Cycler Instrument.

Fig. 10 zeigt Real-Time PCR Kurven des 530 nm Fluoreszenz-Kanals (passend zur Emissions-Wellenlänge von Fluorescein) von drei verschiedenen Ausgangskonzentrationen der Nukleinsäure mit Sequenz 7 (als Oligonukleotid vorliegend) und einer Negativkontrolle ohne Nukleinsäure als Zielsequenz. Die Kurven zeigen im Wesentlichen wieder einen für Real-Time PCR typischen Verlauf, das Grundniveau des Signals (vor Erreichen der ersten signifikanten Signalerhöhung) ist nun ca. 4 mal höher als im vergleichbaren Versuch ohne Farbstoffe (Fig. 9A) und erreicht somit fast das Niveau, welches auch mit dem interkalierenden Farbstoff Sybr Green erreicht wird (Fig. 8). Aus diesem Grund kommt es nun nicht mehr zu unerkannten Proben seitens Detektionseinheit- und Software des Light Cycler Instruments. Die absolute Signalveränderung während des Nukleinsäure-induzierten signifikanten Signalanstiegs ist in diesem Beispiel 5 bis 6 mal höher als in Fig. 9A bzw. in Beispiel 4.2 ohne Farbstoff. In Fig. 10 zeigt die Probe bzw. die Lösung mit der höchsten Konzentration der Nukleinsäure mit Sequenz 7 als Ausgangsmaterial (1 μΙ einer 1 pM Lösung eingesetzt) zuerst eine signifikante Signalerhöhung (durchgezogene Linie). Wie in Beispiel 4.2 steigt bei dieser Nukleinsäure-Konzentration das Signal ab dem 20. Zyklus stark an, um dann in eine Sättigung überzugehen. Die Probe bzw. die Lösung mit 10fach geringerer Ausgangskonzentration steigt wieder erst ca. ab dem 24. Zyklus an (gestrichelte Linie), für eine 100fach geringere Ausgangskonzentration steigt sie ca. ab dem 27. Zyklus an (gepunktete Linie). Ohne Nukleinsäure mit Sequenz 7 als Ausgangsmaterial ist bis zum 40. Zyklus kein Anstieg zu erkennen (gestricheltgepunktete Linie). Diese Anstiegspunkte sind sehr gut vergleichbar mit den Anstiegspunkten in Fig. 8 des fluoreszenzbasierten Beispiels 4.1 und mit den Anstiegspunkten in Fig. 9 des fluoreszenzfreien Beispiels 4.2. Die messbare Veränderung, die ab einer bestimmten Mindestkonzentration von Amplikon nachweisbar wird, entsteht in Beispiel 4.3 durch ein Zusammenspiel von zunächst nahezu unveränderten Fluoreszenzeigenschaften des im Hintergrund der Lösung eingesetzten Fluorescein-Farbstoffes und der veränderten optischen Eigenschaften der Gold-Nanopartikel durch Verbindung mit ausreichend vielen Oligonukleotiden mit kationischer Modifikation (hier in Form eines Reverse-Primers als ZNA). Fluorescein wird durch den Light Cycler bei einer Wellenlänge von 470 nm angeregt und emittiert Fluoreszenz maximal bei 530 nm, wo im gewählten Modus im Light Cycler auch die Fluoreszenz gemessen wird. Die Nanopartikel haben im gelösten Zustand ohne Bindung zu Oligonukleotiden mit kationischer Modifikation (also z.B. in den ersten Zyklen der Real-Time PCR vor der Signalveränderung) ihr Extinktionsmaximum bei einer Wellenlänge von ca. 530 nm und noch signifikante Extinktion bei 470 nm (siehe z.B. auch Extinktionsspektren in den Fig. 3A bis 3D). Die Nanopartikel reabsorbieren somit einen beträchtlichen Teil der Fluorescein- Emission bei 530 nm und verhindern zusätzlich die Anregung der Nanopartikel bei 470 nm. Die abnehmende Nanopartikel-Extinktion in der Probe sowohl bei der Wellenlänge von 470 nm als auch bei der Wellenlänge von 530 nm durch die Verbindung der Nanopartikel mit ausreichend vielen Oligonukleotiden mit kationischer Modifikation führt nun durch effektivere Anregung und ungestörtere Emission der Fluoreszin-Farbstoffe bei gleichzeitiger geringerer Reabsorption durch die Nanopartikel zu einem erhöhten Fluoreszenz-Signals des Fluoreszeins und somit zu einer messbaren Veränderung. 10 shows real-time PCR curves of the 530 nm fluorescence channel (matching the emission wavelength of fluorescein) of three different starting concentrations of the nucleic acid with sequence 7 (present as oligonucleotide) and a negative control without nucleic acid as target sequence. The curves essentially show a course typical of real-time PCR, the base level of the signal (before reaching the first significant signal increase) is now about 4 times higher than in the comparable experiment without dyes (FIG. 9A) and thus almost reaches the level which is also achieved with the intercalating dye Sybr Green (FIG. 8th). For this reason, there are no longer unrecognized samples from the detection unit and software of the Light Cycler instrument. The absolute signal change during the nucleic acid-induced significant signal increase is 5 to 6 times higher in this example than in FIG. 9A or in Example 4.2 without dye. In FIG. 10, the sample or the solution with the highest concentration of nucleic acid with sequence 7 as starting material (1 μΙ of a 1 μM solution used) first shows a significant signal increase (solid line). As in Example 4.2, at this nucleic acid concentration, the signal increases sharply starting at the 20th cycle and then goes into saturation. The sample or the solution with 10-fold lower initial concentration increases again only from about the 24th cycle on (dashed line), for a 100-fold lower initial concentration, it increases from about the 27th cycle on (dotted line). Without nucleic acid with sequence 7 as starting material, no increase can be seen until the 40th cycle (dashed dotted line). These rise points are very similar to the rise points in FIG. 8 of the fluorescence-based example 4.1 and with the rise points in FIG. 9 of the fluorescence-free example 4.2. The measurable change that is detectable above a certain minimum concentration of amplicon arises in Example 4.3 through an interaction of initially virtually unchanged fluorescence properties of the fluorescein dye used in the background of the solution and the changed optical properties of the gold nanoparticles by combination with a sufficient number of oligonucleotides with cationic modification (here in the form of a reverse primer as ZNA). Fluorescein is excited by the Light Cycler at a wavelength of 470 nm and emits fluorescence at a maximum of 530 nm, where fluorescence is also measured in the selected mode in the Light Cycler. The nanoparticles have in the dissolved state without binding to oligonucleotides with cationic modification (ie, for example, in the first cycles of real-time PCR before the signal change) their extinction maximum at a wavelength of about 530 nm and still significant extinction at 470 nm (see, for example Extinction spectra in FIGS. 3A to 3D). The nanoparticles thus reabsorb a considerable portion of the fluorescein emission at 530 nm and additionally prevent the excitation of the nanoparticles at 470 nm. The decreasing nanoparticle absorbance in the sample at the wavelength of 470 nm as well as at the wavelength of 530 nm by the Combining the nanoparticles with a sufficient number of oligonucleotides with cationic modification now leads to an increased fluorescence signal of the fluorescein and thus to a measurable change by more effective excitation and undisturbed emission of the fluorescein dyes with simultaneous lower reabsorption by the nanoparticles.

Die Konzentration des Fluoreszeins kann z.B. auch 10fach höher gewählt werden. Dadurch steigt sowohl das Grundniveau des Fluoreszenzsignals als auch der absolute Signalhub (Daten hier nicht gezeigt). Bei einer deutlich verringerten Konzentration (Endkonzentration Fluoreszein 0 nM) sind sowohl das Grundniveau des Fluoreszenzsignals als auch der absolute Signalhub deutlich verringert, wobei es bei zu geringen Konzentrationen eventuell vorkommen kann, dass manche Proben bzw. Lösungen von Instrument und Software zu Beginn der Real-Time PCR im sog.„seek process" wiederum nicht erkannt werden (Daten hier nicht gezeigt). Als Beleg dafür, dass wirklich das Zusammenspiel von Nanopartikeln und ZNA für die Signalveränderung verantwortlich ist wurden folgende jeweils leicht abweichende Kontroll-Experimente durchgeführt: The concentration of fluorescein may be e.g. also be 10 times higher. This increases both the base level of the fluorescence signal and the absolute signal swing (data not shown here). At a significantly reduced concentration (final concentration fluorescein 0 nM), both the base level of the fluorescence signal and the absolute signal swing are significantly reduced, and it may happen at too low concentrations that some samples or solutions of instrument and software at the beginning of real Time PCR in the so-called "seek process" are again not recognized (data not shown here) As proof that the interaction of nanoparticles and ZNA is indeed responsible for the signal change, the following slightly different control experiments were carried out:

Ersatz der Nanopartikel-Oligonukleotid-Konjugate durch das Oligonukleotid mit Sequenz 8 als Primer ohne Nanopartikel (Endkonzentration des Oligonukleotids mit Sequenz 8 40 pM und 300 pM getestet); Replacement of the nanoparticle-oligonucleotide conjugates by the oligonucleotide with sequence 8 as a primer without nanoparticles (final concentration of the oligonucleotide with sequence 8 40 pM and 300 pM tested);

Ersatz des Oligonukleotids mit kationischer Modifikation (hier ZNA) mit Sequenz 9 durch ein DNA-Oligonukleotid ohne kationische Modifikation mit Sequenz 10 (diese ist im Wesentlichen ähnlich zu Sequenz 9, jedoch ohne kationischer Modifikation und etwas länger, um trotz der fehlenden ZNA einen ähnlich hohen Schmelzpunkt zu erreichen. Diese konnte im System mit Sybr-Green in Beispiel 4.1 erfolgreich als Ersatz für das Oligonukleotid mit kationischer Modifikation mit Sequenz 9 eingesetzt werden (Daten hier nicht gezeigt). Replacement of the oligonucleotide with cationic modification (here ZNA) with sequence 9 by a DNA oligonucleotide without cationic modification with sequence 10 (this is substantially similar to sequence 9, but without cationic modification and slightly longer, in spite of the lack of ZNA a similar high This could be achieved in the system with Sybr-Green in Example 4.1 are successfully used as a replacement for the oligonucleotide with cationic modification with sequence 9 (data not shown here).

Alle Kontroll-Experimente zeigten auch bei der höchsten Konzentration der Nukleinsäure mit Sequenz 7 als Ausgangsmaterial (1 μΙ einer 1 pM Lösung eingesetzt) keine signifikante Signalerhöhung (Daten hier nicht gezeigt). All control experiments showed no significant signal increase even at the highest concentration of nucleic acid with sequence 7 as starting material (1 μΙ of a 1 pM solution used) (data not shown here).

In Fig. 11 wurde unter den ansonsten gleichen experimentellen Bedingungen wie in Fig. 10 nun als Ausgangsmaterial für die PCR genomische DNA als nachzuweisende Nukleinsäure eingesetzt. Diese ist im Gegensatz zu den in obigen Experimenten zur Amplifikation eingesetzten synthetischen Oligonukleotiden mit Sequenz 7 deutlich komplexer, da sie nicht aus 83 Nukleotiden besteht, sondern aus ca. 3 Millionen Nukleotiden, die zudem als doppelsträngige DNA vorliegen. Sequenz 7 ist ein Teil des Resistenz-Gens MecA, das z.B. im Bakterium Methicillin- resistenter Staphylococcus aureus (MRSA) vorkommt. Dieses Resistenz-Gen kommt im Methicillin-sensitiven Staphylococcus aureus (MSSA) hingegen nicht vor. Die DNA wurde aus MRSA bzw. MSSA-Stämmen extrahiert und vor Einsetzen in die PCR 10 Minuten aufgekocht. Die Kurven in Fig. 11 zeigen Real-Time PCR Kurven (nach Software-Auswertungsfunktion„Analysis - Amplification Analysis - Absolute Quantification") mit 9 μΙ Mastermix, wie er auch in Fig. 10 eingesetzt wurde. Als Nukleinsäure wurden nun jeweils 1 μΙ genomische DNA von MRSA bzw. MSSA eingesetzt, so dass folgende Gesamtmengen als Ausgangsmaterial für die Amplifikation im jeweiligen Reaktionsvolumen von 10 μΙ enthalten waren: durchgezogene Linien: 100.000 Genomkopien MRSA In FIG. 11, under the otherwise same experimental conditions as in FIG. 10, genomic DNA was used as starting material for the PCR as the nucleic acid to be detected. In contrast to the synthetic oligonucleotides with sequence 7 used in the above experiments for amplification, this is considerably more complex since it does not consist of 83 nucleotides but of about 3 million nucleotides, which are also present as double-stranded DNA. Sequence 7 is a part of the resistance gene MecA, which is e.g. in the bacterium methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) occurs. In contrast, this resistance gene does not occur in methicillin-sensitive Staphylococcus aureus (MSSA). The DNA was extracted from MRSA or MSSA strains and boiled for 10 minutes prior to insertion into the PCR. The curves in FIG. 11 show real-time PCR curves (according to the software analysis function "Analysis-Amplification Analysis-Absolute Quantification") with a 9 μM master mix, as was also used in Fig. 10. Nucleic acid were now genomic DNA from MRSA or MSSA were used so that the following total amounts were contained as starting material for the amplification in the respective reaction volume of 10 μΙ: solid lines: 100,000 genome copies MRSA

gestrichelte Linien: 10.000 Genomkopien MRSA dashed lines: 10,000 genome copies MRSA

gepunktete Linien: 1.000 Genomkopien MRSA dotted lines: 1,000 genome copies MRSA

gepunktet-gestrichelte Linien 100.000 Genomkopien MSSA dotted-dashed lines 100,000 genome copies MSSA

Diese Real-Time PCR Ergebnisse zeigen folgendes: Je mehr MRSA-Genomkopien als Ausgangsmaterial im Reaktionsvolumen vorhanden waren, desto früher zeigen die entsprechenden Kurven eine Zunahme der gemessenen Fluoreszenz. Die Nukleinsäure ist somit quantifizierbar. - Doppelbestimmungen mit gleicher Anzahl an MRSA-Genomkopien zeigen gut reproduzierbar sehr ähnliche Anstiegspunkte. These real-time PCR results show the following: The more MRSA genome copies present as the starting material in the reaction volume, the sooner the corresponding curves show an increase in the measured fluorescence. The nucleic acid is thus quantifiable. - Duplicate determinations with the same number of MRSA genome copies show very similar rise points in a well reproducible manner.

Proben, die nur MSSA-Genomkopien enthalten, zeigen bis zum 40. Zyklus kein signifikantes Ansteigen der Fluoreszenz, da Sequenz 7 nicht im MSSA-Genom vorkommt und daher die eingesetzten Primer keine Nukleinsäuren amplifizieren können. Dies zeigt die Spezifität der Methode bei entsprechend spezifischen Primern. Samples containing only MSSA genome copies show no significant increase in fluorescence until the 40th cycle because sequence 7 does not occur in the MSSA genome and therefore the primers used can not amplify nucleic acids. This shows the specificity of the method with correspondingly specific primers.

In Fig. 12 wurde unter den ansonsten gleichen experimentellen Bedingungen wie in Fig. 10 nun die MgC -Endonzentration von 5 mM auf 15 mM erhöht. Die Real- Time PCR Kurven (nach Software-Auswertungsfunktion„Analysis - Amplification Analysis - Absolute Quantification") von drei verschiedenen Ausgangskonzentrationen der Nukleinsäure mit Sequenz 7 (als Oligonukleotid vorliegend) und einer Negativkontrolle ohne Nukleinsäure als Zielsequenz sind wieder sehr ähnlich zu den Kurven in Fig. 10 (Zuweisung von Linienart zu Ausgangskonzentration der Nukleinsäure gleich wie in Fig. 10). Auffallend ist, dass die Kurven zur jeweiligen Nukleinsäure-Konzentration nun im Vergleich zu Fig. 10 mit 5 mM MgCte-Endonzentration mit Anstiegspunkten bei Zyklus 12, 15 und 18 nun jeweils um ca. 8-9 Zyklen früher ansteigen. Ein früheres Ansteigen ist von großem Vorteil, wenn man eine schnelle PCR durchführen möchte und das schnelle Erzielen von Ergebnissen entscheidend ist. Hier erreicht man ein schnelleres Ergebnis ohne dass dafür die Anschaffung neuer Hardware erforderlich ist, sondern bei gleicher Hardware unter Verwendung neuer Reaktionsmixe. Dies kann daher auf besonders effiziente Weise und besonders kostengünstig in bestehende System implementiert werden. Die Ursache für einen früheren Anstiegspunkt trotz gleicher Ausgangskonzentration kann entweder eine höhere Amplifikationseffizienz bedeuten, oder eine sensitivere Detektionsmethode, die bereits bei geringerer Amplikonmenge einen messbare Veränderung detektiert. Die Amplifikationseffizienz war in Fig. 8, die vergleichbare Anstiegspunkte wie Fig. 10 zeigte, mit 85,8% (Vervielfältigung pro Zyklus war 1 ,858, wobei Vervielfältigung pro Zyklus = 1 + Amplifikationseffizienz) bereits relativ hoch. Eine Erhöhung auf die vom Amplifikationsprozess grundsätzlich maximal mögliche Vervielfältigung pro Zyklus von 2 würde z.B. den ersten Anstiegspunkt bzw. den Cp-Wert in Fig. 8 für Ausgangskonzentration Co = 100 fM bei gleichem Detektionslimit von C(Cp) = 40 nM auf

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verschieben. Dies könnte daher nur eine Verschiebung um ca. 2 Zyklen, nicht aber eine Verschiebung um 8 bis 9 Zyklen bedeuten. Die Verschiebung der Anstiegspunkte hin zu niedrigeren Zyklen lässt sich somit nur erklären, wenn das Detektionslimit, also die Amplikon-Konzentration, bei der eine messbare Veränderung entsteht niedriger ist. Eine obere Abschätzung hierfür kann erfolgen, wenn man für die Vervielfältigung pro Zyklus das theoretische Maximum von 2 annimmt und analog zu Formel (1 ) aus Beispiel 4.1 berechnet: In Fig. 12, under the otherwise same experimental conditions as in Fig. 10, the MgC end concentration was increased from 5 mM to 15 mM. The real-time PCR curves (according to software analysis function "Analysis - Amplification Analysis - Absolute Quantification") of three different starting concentrations of nucleic acid with sequence 7 (present as oligonucleotide) and a negative control without nucleic acid as the target sequence are again very similar to the curves in 10 (assignment of line type to starting concentration of the nucleic acid is the same as in Fig. 10) It is striking that the curves for the respective nucleic acid concentration are now compared with Fig. 10 with 5 mM MgCte end concentration with rise points at cycle 12, 15 and 18 now each increase by about 8-9 cycles earlier, an earlier increase is of great advantage if you want to perform a fast PCR and the rapid achievement of results is crucial., Here you can achieve a faster result without the purchase of new Hardware is required, but with the same hardware using a new reaction mix This can therefore be implemented in existing systems in a particularly efficient and cost-effective manner. The cause of an earlier rise point, despite the same initial concentration, may mean either a higher amplification efficiency, or a more sensitive detection method that detects a measurable change even at a lower amplicon level. The Amplification efficiency was already relatively high at 85.8% (multiplication per cycle was 1.858, with amplification per cycle = 1 + amplification efficiency) in Fig. 8, which showed comparable slope points to Fig. 10. For example, an increase to the maximum possible amplification per cycle of 2 from the amplification process would produce the first rise point or the Cp value in FIG. 8 for initial concentration Co = 100 fM with the same detection limit of C (Cp) = 40 nM
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move. This could therefore only mean a shift of about 2 cycles, but not a shift of 8 to 9 cycles. The shift of the rise points towards lower cycles can therefore only be explained if the detection limit, ie the amplicon concentration at which a measurable change occurs, is lower. An upper estimate for this can be done by assuming the theoretical maximum of 2 for the duplication per cycle and calculating it analogously to formula (1) from example 4.1:

C(Cp) = C0 2 c* (3) C (Cp) = C 0 2 c * (3)

Es ergibt sich somit für Co = 100 fM und Cp = 12 ein neues Detektionslimit von 410 pM für die in Fig. 12 gezeigten Kurven. Eine Vervielfältigung pro Zyklus von < 2 ergibt hierbei ein noch kleineres Detektionslimit. Ein Detektionslimit von 410 pM bedeutet bei einer eingesetzten Nanopartikel-Konzentration von 40 pM etwa 10 gebundene Oligonukleotide mit kationischer Modifikation pro Nanopartikel. Die Cp- Werte, die von der Originalsoftware ermittelt werden sind für die unterschiedlichen eingesetzten Anfangskonzentrationen von Nukleinsäure in Tabelle 5 aufgelistet: Tabelle 5 Thus, for Co = 100 fM and Cp = 12, a new detection limit of 410 pM results for the curves shown in FIG. A duplication per cycle of <2 results in an even smaller detection limit. A detection limit of 410 pM means at a used nanoparticle concentration of 40 pM about 10 bound oligonucleotides with cationic modification per nanoparticle. The Cp values determined by the original software are listed in Table 5 for the different initial concentrations of nucleic acid used: Table 5

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Hierbei fällt auf, dass die von der Software ermittelten Wert immer etwa um ca. 2 Cp-Werte niedriger ausfallen, als ein menschlicher Betrachter per Auge ablesen würde. Dies hängt gegebenenfalls damit zusammen, dass die Kurven steiler verlaufen als die klassischen Kurven auf Farbstoffen basierend bzw. dass die Kurven plötzlicher einsetzten und einen nahezu sprunghaften Anstieg zeigen. Dies könnte von einem Schwellenverhalten der Nanopartikel kommen, die ab einer gewissen Mindestmenge von gebundenen Oligonukleotiden mit kationischer Modifikation sehr plötzlich ihre Eigenschaften verändern. Im Gegensatz hierzu ist bei dem konventionellen Farbstoff-basiertes Auslesen der Nukleinsäure-Menge in der Lösung in Bespiel 4.1 das Fluoreszenz-Signal relativ direkt proportional zur aktuellen Nukleinsäure Menge in der Lösung (zumindest sobald die durch doppelsträngige DNA erzeugte Fluoreszenz über das Grundniveau des gemessenen Signals hinauskommt) und zeigt daher im Übergangsbereich zwischen Grundniveau und steilem Anstieg auch eine Phase mit langsamem Signalanstieg. Die Auswertungs-Software des Instrumentes geht möglicherweise von derart verlaufenden Kurven aus oder Mittelungseffekte über mehrere Messpunkte beeinflussen den von der Software ermittelten Cp-Wert. In Fig. 12 fällt auf, dass auch die Proben ohne Nukleinsäure mit Sequenz 7 als Ausgangsmaterial (gestrichelt-gepunktete Linie) trotz fehlender Zielsequenz für die Amplifikation trotzdem ein eindeutiges Ansteigen des Signales etwa ab Zyklus 24 zeigen. Ein vergleichbarer Effekt war bereits in Fig. 8 im Farbstoff-basierten Beispiel 4.1 zu erkennen und ist vermutlich in beiden Fällen mit sog. Primer-Dimeren (siehe Beispiel 4.1 ) zu erklären. ln Fig. 13 sind die ersten Ableitungen von Schmelzkurven von falsch-positiven und echt-positiven Proben gezeigt, die während kontinuierlicher Temperaturerhöhung aufgenommen wurden. Falsch-positive Proben sind Proben, die z.B. wegen der Bildung von Primer-Dimeren einen positiven Signalverlauf zeigen, obwohl die nachzuweisende Nukleinsäure gar nicht in der Probe vorhanden ist. Falsch-positive Proben können oftmals anhand einer Schmelzkurve von echt-positiven Proben unterschieden werden, denn eine Schmelzkurve kann Auskunft über Länge und Zusammensetzung des Amplikons geben, da die Schmelztemperatur von der Länge und der Basen-Zusammensetzung der doppelsträngigen DNA abhängt. Dass die messbare Veränderung durch Verbindung von Nanopartikeln mit Oligonukleotiden mit kationischer Modifikation durch Temperaturerhöhung grundsätzlich wieder rückgängig gemacht werden kann wurde bereits in Fig. 3C gezeigt. Nun werden für die Aufnahme einer Schmelzkurve die Proben, die in Fig. 12 amplifiziert wurden, nach dem letzten Zyklus der Amplifikation langsam erhitzt und währenddessen die Fluoreszenz aufgenommen (Light Cycler Einstellungen: Schmelzkurve 37-95°C, Hold Time 0s, Ramp-Rate: 0,05°C/s, Acquisition Mode: Continous). Nach Abschluss der Schmelzkurven-Aufnahme wird die Auswerte- Methode„Analysis - Melting Curve Analysis - Tm-Calling" der Software ausgeführt. Die Zuweisung von Linienart zu Ausgangskonzentration der Nukleinsäure ist gleich wie in Fig. 0. Die Ableitungen der Schmelzkurven in Fig. 13 zeigen zwei Gruppen von Kurven. Die zwei Kurven mit dem Maximum der Ableitung bei ca. 79°C sind die falsch-positive Proben (also die Proben, die einen positiven Signalverlauf zeigen, obwohl die nachzuweisende Nukleinsäure gar nicht in der Probe vorhanden ist), die übrigen Proben (die die nachzuweisende Nukleinsäure mit Sequenz 7 als Ausgangsmaterial enthielten) haben das Maximum der Ableitung ca. bei 81 °C. Falsch-positive Proben und echt positive Proben sind somit anhand ihrer Schmelzkurve unterscheidbar. Die Halbwertsbreite zu den entsprechenden Maxima der Schmelzkurvenableitungen beträgt hierbei etwa 2,5 °C. Somit ist die Halbwertsbreite zu den entsprechenden Maxima der Schmelzkurvenableitungen hier bei erfindungsgemäßer Verwendung gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform von Nanopartikeln und kationisch modifizierten Nukleinsäuren wesentlich geringer als bei Schmelzkurven aus Beispiel 4.1 nach dem Stand der Technik mit interkalierendem Farbstoff, wo die Halbwertsbreite ca. 9 °C beträgt (Daten nicht gezeigt). In anderen Worten sind die Schmelzkurven hier bei erfindungsgemäßer Verwendung gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform von Nanopartikeln und kationisch modifizierten Nukleinsäuren wesentlich steiler als die Schmelzkurven aus Beispiel 4.1 nach dem Stand der Technik. It is striking that the value determined by the software is always lower by about 2 Cp values than a human observer would read by eye. This may be due to the fact that the curves are steeper than the classical curves based on dyes or that the curves start more abruptly and show an almost sudden increase. This could come from a threshold behavior of the nanoparticles, which change their properties very suddenly from a certain minimum amount of bound oligonucleotides with cationic modification. In contrast, in the conventional dye-based reading of the amount of nucleic acid in the solution in Example 4.1, the fluorescence signal is relatively directly proportional to the actual nucleic acid amount in the solution (at least once the fluorescence generated by double-stranded DNA is above the basal level of the measured signal also comes out) and therefore shows in the transition region between the base level and steep rise and a phase with a slow signal rise. The instrument evaluation software may run from such curves, or averaging over multiple measurement points may affect the software's Cp value. In Fig. 12 it is noticeable that the samples without nucleic acid with sequence 7 as starting material (dotted dashed line) despite a lacking target sequence for the amplification still show a clear increase in the signal from about cycle 24. A comparable effect was already evident in the dye-based example 4.1 in FIG. 8 and is presumably to be explained in both cases with so-called primer dimers (see example 4.1). In Fig. 13, the first derivatives of melting curves of false-positive and true-positive samples taken during continuous temperature increase are shown. False-positive samples are samples which, for example, show a positive signal course because of the formation of primer dimers, even though the nucleic acid to be detected is not present in the sample at all. False-positive samples can often be distinguished by a melting curve of true-positive samples, since a melting curve can provide information about the length and composition of the amplicon, since the melting temperature depends on the length and the base composition of the double-stranded DNA. The fact that the measurable change by combining nanoparticles with oligonucleotides with cationic modification can generally be reversed by increasing the temperature has already been shown in FIG. 3C. Now, to record a melting curve, the samples amplified in Figure 12 are heated slowly after the last cycle of amplification and fluorescence is recorded during this time (Light Cycler settings: melting curve 37-95 ° C, hold time 0s, ramp rate : 0.05 ° C / s, Acquisition Mode: Continuous). After completion of the melting curve recording, the evaluation method "Analysis - Melting Curve Analysis - Tm-Calling" of the software is carried out The assignment of line type to initial concentration of nucleic acid is the same as in Fig. 0. The derivatives of the melting curves in Fig. 13 show two groups of curves: the two curves with the maximum of the derivative at about 79 ° C are the false-positive samples (ie the samples which show a positive signal course, even though the nucleic acid to be detected is not present in the sample), the remaining samples (containing the nucleic acid to be detected with sequence 7 as starting material) have the maximum of the derivative approximately at 81 ° C. False-positive samples and truly positive samples can thus be distinguished by their melting curve is about 2.5 ° C. Thus, the half-width is the corresponding maximum of the melting curve derivatives here in the inventive use according to this preferred embodiment of nanoparticles and cationically modified nucleic acids much lower than in melting curves from Example 4.1 according to the prior art with intercalating dye, where the half-width is about 9 ° C. (Data not shown). In other words, when used according to the invention in this preferred embodiment, the melting curves of nanoparticles and cationically modified nucleic acids are substantially steeper than the melting curves of Example 4.1 according to the prior art.

Beispiel 5: Real-Time Laser-PCR Example 5: Real-Time Laser PCR

Fig. 14A zeigt einen Aufbau, der zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einerweiteren bevorzugten Ausführungsform geeignet ist. Der Aufbau umfasst eine Lichtquelle, die in diesem Beispiel als Laser 11 ausgeführt ist und einen zweidimensionalen Spiegelscanner 12, der Licht von dem Laser 11 auf eine Probe lenken kann. Insbesondere kann die Vorrichtung ausgebildet sein, den Laserstrahl über den Spiegelscanner zu unterschiedlichen Zeitpunkten den Laserstrahl auf unterschiedliche Proben einer Mehrzahl von bereitgestellten Proben zu lenken. In der gezeigten bevorzugten Ausführungsform sind dabei Proben in fünf Reaktionsgefäßen R1 bis R5 bereitgestellt, welche in einer Probenhalterung 13 angeordnet sind. Die Probenhalterung kann dabei beispielsweise Öffnungen bzw. Fenster 15 aufweisen, durch welche der Laserstrahl hindurchtreten kann um auf die jeweilige Probe bzw. das jeweilige Reaktionsgefäß 15 zu treffen. Fig. 14A shows a construction suitable for carrying out a method according to the invention in a further preferred embodiment. The structure comprises a light source, which in this example is designed as a laser 11, and a two-dimensional mirror scanner 12, which can direct light from the laser 11 to a sample. In particular, the device can be designed to direct the laser beam over the mirror scanner at different times to direct the laser beam to different samples of a plurality of samples provided. In the preferred embodiment shown, samples are provided in five reaction vessels R1 to R5, which are arranged in a sample holder 13. The sample holder can have openings or windows 15, for example, through which the laser beam can pass in order to strike the respective sample or the respective reaction vessel 15.

Der zweidimensionale Spiegelscanner 12 kann dabei einen vom Laser 1 1 emittierten Laserstrahl in zwei räumlichen Dimensionen ablenken. Die Denaturierung von doppelsträngiger DNA in der Probe geschieht in dem Aufbau gemäß der gezeigten bevorzugten Ausführungsform während einer Laser-PCR dadurch, dass ein Laserstrahl auf einen Teil zumindest der Probe fokussiert wird. Im Laufe des Verfahrens wird der Laserstrahl dabei vorzugsweise so abgelenkt, dass er auf unterschiedliche Teile einer oder mehrerer Proben in vorzugsweise mehreren Reaktionsgefäßen trifft. Beispielsweise können mit einer derartigen Vorrichtung erfindungsgemäße Verfahren an einer Mehrzahl vom Proben durchgeführt werden. Beispielsweise liegen dabei verschiedene Proben in jeweils separaten Reaktionsgefäßen R vor, welche von einer Probenhalterung 13 jeweils an einer angeordnet sind, so dass die Proben durch die zugeordnete Öffnung 15 mit dem Laser 1 bestrahlt werden können. Die Anordnung der Proben in bzw. an der Probenhalterung 13 erfolgt dabei vorzugsweise derart, dass die Proben von dem Laser 11 erfasst werden können, vorzugsweise ohne dass dabei der Laserstrahl die Probenhalterung 13 berührt. Die Anzahl der Reaktionsgefäße R, welche in der Probenhalterung angebracht werden können ist dabei nicht auf die in der gezeigten, bevorzugten Ausführungsform limitiert. The two-dimensional mirror scanner 12 can deflect a laser beam emitted by the laser 1 1 in two spatial dimensions. The denaturation of double-stranded DNA in the sample occurs in the structure according to the preferred embodiment shown during a laser PCR in that a laser beam is focused on a part of at least the sample. In the course of the process, the laser beam is preferably deflected in such a way that it strikes different parts of one or more samples in preferably several reaction vessels. For example, with such a device, inventive methods can be performed on a plurality of samples. For example, different samples are present in separate reaction vessels R, which are each arranged at one of a sample holder 13, so that the Samples can be irradiated through the associated opening 15 with the laser 1. The arrangement of the samples in or on the sample holder 13 is preferably carried out such that the samples can be detected by the laser 11, preferably without the laser beam touching the sample holder 13. The number of reaction vessels R which can be mounted in the sample holder is not limited to that shown in the preferred embodiment.

Fig. 14B zeigt ein weiteres Beispiel, welches ähnlich zu dem in Fig. 14A beschriebenen Beispiel ist, wobei der in Fig. 14B gezeigten Vorrichtung der Laserstrahl durch den Spiegelscanner 12 derart abgelenkt wird, dass der Laserstrahl das das Reaktionsgefäß R, in dem sich die Probe 16 befindet, zellenförmig abfährt. Der Weg, den der Laserstrahl dabei zurücklegt, ist in Fig. 14B in der Probe 16 gestrichelt dargestellt. Fig. 14B shows another example, which is similar to the example described in Fig. 14A, wherein the laser beam is deflected by the mirror scanner 12 such that the laser beam is the reaction vessel R, in which the Probe 16 is located, cell-like starting. The path traveled by the laser beam is shown in dashed lines in the sample 16 in FIG. 14B.

Dadurch, dass zu jedem Zeitpunkt des Verfahrens vorzugsweise nur Teile der Probe 16 angeregt werden, können Laser 11 mit einer kleineren Leistung verwendet werden. Da Anregungen der Nanopartikel mit einer Zeitdauer von weniger als 100 Mikrosekunden ausreichend sein können, um DNA mit Hilfe von optothermisch geheizten Nanopartikeln zu denaturieren, kann bei typischen Fokusdurchmessern eines Lasers von etwa 10 bis 100 pm ein Laserstrahl mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 bis 100 m/s die Probe abtasten und dabei vorzugsweise an jedem Punkt, den der Laserstrahl überfährt, zu einer Denaturierung der DNA führen. Dies ermöglicht beispielsweise ein sehr schnelles Abtasten auch von großen Probenvolumina. Das komplette Abtasten einer Fläche von 1 cm2 dauert z.B. bei einem Fokusdurchmesser von 78 pm ünd 128 Zeilen im Zeilenabstand von 78 pm und einer Zeilenlänge von 1 cm bei einer Geschwindigkeit des abtastenden Laserstrahls von 10 m/s lediglich 128 ms. Hat das Volumen z.B. eine Tiefe, d.h. eine Ausdehnung in die Laserstrahl-Ausbreitungsrichtung, von 10 mm, kann beispielsweise ein Volumen von 1 ml prozessiert werden, sofern die Intensität der Anregung über die gesamte Tiefe ausreichend hoch ist um die darin befindliche doppelsträngige DNA zu denaturieren. Dies ist vorteilhafterweise in einer wesentlich kürzeren Zeit durchführbar, als ein herkömmlicher Denaturierungsschritt mittels einem globalen Erhitzen der Probe 16 bzw. der Lösung erfordern würde. By preferentially exciting only portions of the sample 16 at any point in the process, lasers 11 having a smaller power can be used. Since excitations of the nanoparticles with a duration of less than 100 microseconds may be sufficient to denature DNA with the aid of optothermically heated nanoparticles, at typical focus diameters of a laser of about 10 to 100 pm, a laser beam at a speed of about 10 to 100 m / s sample the sample, thereby leading to a denaturation of the DNA preferably at each point, which passes over the laser beam. This allows, for example, a very fast scanning even of large sample volumes. For example, complete scanning of an area of 1 cm 2 takes only 128 ms at a focus diameter of 78 μm and 128 lines at a line spacing of 78 μm and a line length of 1 cm at a scanning laser beam speed of 10 m / s. For example, if the volume has a depth, ie an extension in the laser beam propagation direction, of 10 mm, a volume of 1 ml can be processed, provided that the intensity of the excitation over the entire depth is sufficiently high to denature the double-stranded DNA contained therein , This is advantageously essential shorter time than a conventional denaturation step would require by means of a global heating of the sample 16 or the solution.

Mit optischen Elementen, wie z.B. einem in Fig. 14A und 14B gezeigten Spiegelscanner und sogenannten F Theta Linsen können beispielsweise eine gute Homogenität der Fokusqualität und -große über die gesamte abgetastete Probe erreicht werden. Alternativ zu einem kontinuierlich emittierenden Laser kann auch ein gepulster Laser oder ein thermischer Strahler eingesetzt werden. Beispiel 5.1 : Laser-PCR mit kationisch modifizierter Nukleinsäure (ZNA) With optical elements, such as e.g. For example, in a mirror scanner shown in Figs. 14A and 14B and so-called F theta lenses, good homogeneity of the focus quality and size over the entire sampled sample can be achieved. As an alternative to a continuously emitting laser, a pulsed laser or a thermal radiator can also be used. Example 5.1: Laser PCR with Cationic Modified Nucleic Acid (ZNA)

Für einen indirekten Nachweis einer Nukleinsäure wurde eine Polymerase- Kettenreaktion mit lokal geheizten Nanopartikeln durchgeführt. Das verwendete Primer-System aus Nanopartikel-Oligonukleotid-Konjugaten für Forward Primer und ZNA als Reverse Primer entspricht im Wesentlichen unverändert dem aus dem oben-genannten Beispiel 4.2. Das modifizierte Primer-Oligonukleotid mit Sequenz 4 beinhaltet als Teilsequenz die Sequenz 8 (diese Sequenz dient nach wie vor als eigentliche Primer-Sequenz), zusätzlich eine Teilsequenz aus 35 Adenin -Basen, die als Abstandshalter zwischen Partikel-Oberfläche und Primer-Teilsequenz dient und zusätzlich zwei abasische Modifikationen Spacer9 zwischen Abstandsteilsequenz und Primerteilsequenz, die das Überschreiben der Abstandsteilsequenz durch die Polymerase verhindert (siehe z.B. Patentanmeldung DE 102013215168.3). Des Weiteren enthält das modifizierten Primer- Oligonukleotid mit Sequenz 4 am 5'-Ende eine Thiol-Modifikation, mit deren Hilfe das Oligonukleotid auf die Oberfläche eines Gold-Nanopartikels gebunden wird bzw. werden kann. Es werden die gleichen Nanopartikel-Öligonukleotid-Konjugate verwendet wie in dem in Fig. 5 gezeigten Beispiel, d.h. Goldnanopartikel mit 60 nm Durchmesser (geliefert von BBI), wobei jedes Nanopartikel wobei ca. 1000 Oligonukleotide mit Sequenz 4 trägt. Der Reverse-Primer ist dabei wieder ein Oligonukleotid mit kationischer Modifikation, nun mit vier kationischen Einheiten am 5'-Ende mit Sequenz 14 (ZNA4). Als Ausgangsmaterial für die Laser-PCR mit lokal geheizten Nanopartikeln wird genomische DNA als nachzuweisende Nukleinsäure eingesetzt, wie im Wesentlichen schon in der Erläuterung zu Fig. 11 beschrieben. Sequenz 7 (die durch das vorliegende Primer-System amplifiziert werden kann) ist ein Teil des Resistenz-Gens MecA, das z.B. im Bakterium Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus (MRSA)vorkommt. Die DNA wurde aus MRSA bzw. MSSA-Stämmen extrahiert und vor Einsetzen in die PCR 10 Minuten lang aufgekocht. For indirect detection of a nucleic acid, a polymerase chain reaction was performed with locally heated nanoparticles. The used primer system of nanoparticle-oligonucleotide conjugates for forward primer and ZNA as reverse primer corresponds substantially unchanged to that of the above-mentioned example 4.2. The modified primer oligonucleotide with sequence 4 contains as a partial sequence the sequence 8 (this sequence is still used as the actual primer sequence), in addition a partial sequence of 35 adenine bases, which serves as a spacer between the particle surface and primer partial sequence and additionally two abasic modifications Spacer9 between spacer sequence and primer sequence, which prevents the overwriting of the spacer sequence by the polymerase (see, for example, patent application DE 102013215168.3). Furthermore, the modified primer oligonucleotide with sequence 4 at the 5 'end contains a thiol modification with the aid of which the oligonucleotide can or will be bound to the surface of a gold nanoparticle. The same nanoparticle-oligonucleotide conjugates are used as in the example shown in FIG. 5, ie, 60nm diameter gold nanoparticles (supplied by BBI), where each nanoparticle carries about 1000 oligonucleotides with sequence 4. The reverse primer is again an oligonucleotide with cationic modification, now with four cationic units at the 5 'end with sequence 14 (ZNA4). As starting material for the laser PCR with locally heated nanoparticles genomic DNA is used as the nucleic acid to be detected, as essentially already in the explanation of FIG. 11 described. Sequence 7 (which can be amplified by the present primer system) is part of the resistance gene MecA, which occurs, for example, in the bacterium Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). The DNA was extracted from MRSA or MSSA strains and boiled for 10 minutes before insertion into the PCR.

Jede Reaktion besteht aus 18 μΙ Mastermix und 2μΙ Nukleinsäurelösung bzw. Wasser. 8 μΙ Mastermix für eine Reaktion werden wie folgt zusammengestellt: Tabelle 6 Each reaction consists of 18 μΙ master mix and 2 μΙ nucleic acid solution or water. 8 μΙ master mix for a reaction are assembled as follows: Table 6

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Figure imgf000080_0001

* die Nanopartikel-Oligonukleotid-Konjugate sind funktionalisiert (nach J. Hurst et al., Anal. Chem., 78(24), 8313-8318, 2006, dessen diesbezüglicher Inhalt durch Verweis Teil der vorliegenden Offenbarung ist). Nach Funktionalisierung und 6 Waschschritten liegen die Nanopartikel-Oligonukleotid-Konjugate in einer Konzentration von 200 pM in Phosphatpuffer (5 mM Phosphat, pH 7) mit 0,1 % Tween 20, 10 mM NaCI vor. * The nanoparticle-oligonucleotide conjugates are functionalized (by J. Hurst et al., Anal. Chem., 78 (24), 8313-8318, 2006 whose relevant contents are incorporated by reference in the present disclosure). After functionalization and 6 washes, the nanoparticle-oligonucleotide conjugates are present in a concentration of 200 pM in phosphate buffer (5 mM phosphate, pH 7) with 0.1% Tween 20, 10 mM NaCl.

Die Vervielfältigungsreaktion wird in einem Gesamtvolumen von 20 μΙ in 200 μΙ Probenröhrchen bzw. Reaktionsgefäßen durchgeführt. Sie findet nicht in einem klassischen Thermocycler (wie etwa einem Light Cycler) statt, in dem die gesamte Probenflüssigkeit erhitzt wird, sondern in einer Vorrichtung zur Durchführung einer Laser-PCR, in der die Nanopartikel optothermisch lokal erhitzt werden. Wie in Fig. 14A dargestellt, werden die Probenröhrchen in einer Probenhalterung 13, welcher insbesondere einen temperierten Aluminiumblock umfasst, auf einer Temperatur von 61 °C gehalten, was sowohl der Annealing- als auch der Elongationstemperatur entspricht. Die Denaturierung der doppelsträngigen DNA wird durch einen Laser 1 induziert. Der Laser 11 , der zum Anregen der Nanopartikel dient, ist ein frequenzverdoppelter diodengepumpter Nd:YAG-Laser (OEM-Micro-1600, Pegasus Lasersysteme GmbH), der bei einer Ausgangsleistung von 1 ,6 W und einer Wellenlänge von 532 nm nach Strahlaufweitung um einen Faktor 2,5 mit einem Galileischen Teleskop mit einer F-Theta-Linse (Jenoptik, Brennweite 100 mm) hinter einem Spiegelscanner 12 (Cambridge Technologies, Pro Series 1 ) in die Probenröhrchen R1 bis R5 in der Probenhalterung 13 fokussiert wird (Fokusdurchmesser circa 25-30 pm). Der Spiegelscanner 12 erlaubt, den Fokus zeilenweise durch die Probenröhrchen zu bewegen, wie auch in Fig. 14B gezeigt, und somit das gesamte PCR-Reaktionsvolumen an der optothermischen Vervielfältigung zu beteiligen. The amplification reaction is carried out in a total volume of 20 μΙ in 200 μΙ sample tubes or reaction vessels. It does not take place in a classical thermocycler (such as a light cycler) in which all the sample liquid is heated, but in a device for carrying out a Laser PCR, in which the nanoparticles are heated optothermally locally. As shown in FIG. 14A, the sample tubes in a sample holder 13, which in particular comprises a tempered aluminum block, are kept at a temperature of 61 ° C., which corresponds to both the annealing and the elongation temperature. The denaturation of the double-stranded DNA is induced by a laser 1. The laser 11, which serves to excite the nanoparticles, is a frequency-doubled diode-pumped Nd: YAG laser (OEM-Micro-1600, Pegasus Lasersysteme GmbH), with an output power of 1.6 W and a wavelength of 532 nm after beam expansion Focussing a factor 2.5 with a Galilean telescope with an F-theta lens (Jenoptik, focal length 100 mm) behind a mirror scanner 12 (Cambridge Technologies, Pro Series 1) into the sample tubes R1 to R5 in the sample holder 13 (focus diameter approx 25-30 pm). The mirror scanner 12 allows the focus to be moved line by line through the sample tubes, as shown in Fig. 14B, and thus to involve the entire PCR reaction volume in the opto-thermal amplification.

Nachdem die Probenröhrchen in den auf 61 °C vorgeheizten Aluminiumblock gebracht wurden erfolgt eine initiale einmalige Thermalisierungszeit von 30 s, anschließend erfolgt der erste Denaturierungszyklus. Pro Probenröhrchen R1 bis R5 werden hierfür 500 Zeilen mit einem Abstand von circa 14 pm bei einer Zeilengeschwindigkeit in dem Probenröhrchen von circa 4 m/s mit dem Fokus abgefahren. Dies entspricht einem Zyklus im ersten Probenröhrchen. Anschließend werden nacheinander alle anderen Probenröhrchen abgefahren, so dass jedes Probenröhrchen einen Zyklus erfahren hat. Nach einer Wartedauer von 7 Sekunden wird der nächste Zyklus gestartet. Dies wird für jedes Probenröhrchen 80 mal wiederholt. In der Probenhalterung 13 befinden sich auf zwei gegenüberliegenden Seiten (der Laser-zugewandten und der Laser-abgewandten Seite) um jedes Probenröhrchen jeweils ein Fenster 15 bzw. eine Aussparung 15, um den Laser 11 in die Probenröhrchen einkoppeln zu können und um auf der Laser-abgewandten Seite mit Hilfe einer Photodiode eine Transmissionsmessung durchführen zu können. D.h. es kann während jedem Zyklus zu jedem Probenröhrchen bestimmt werden, wie viel Intensität des Lasers 11 durch die Probe 16 transmittiert wird oder in anderen Worten wie viel Laser-Licht die Probe 16 absorbiert. Der Laser 11 dient somit dem lokalen Erhitzen der Nanopartikel und somit dem Denaturieren der doppelsträngigen DNA (Amplikon) auf den Nanopartikeln und auch der Bestimmung der messbaren Veränderung (der physikalischen bzw. optischen Eigenschaft der Lösung) durch Verbindung von Oligonukleotiden mit kationischer Modifikation (hier der Reverse-Primer) mit den Nanopartikeln, die hier Oligonukleotide als Forward- Primer tragen. After placing the sample tubes in the preheated aluminum block at 61 ° C, an initial one-time thermalization time of 30 s takes place, followed by the first denaturation cycle. For each sample tube R1 to R5, 500 lines at a distance of approximately 14 pm at a line speed in the sample tube of approximately 4 m / s with the focus are traversed for this purpose. This corresponds to one cycle in the first sample tube. Subsequently, all other sample tubes are run in sequence, so that each sample tube has undergone a cycle. After a waiting period of 7 seconds, the next cycle is started. This is repeated 80 times for each sample tube. In the sample holder 13 are located on two opposite sides (the laser-facing and the laser-facing side) to each sample tube each have a window 15 and a recess 15 to couple the laser 11 in the sample tube and order on the laser -abgewandten page using a photodiode to perform a transmission measurement. That is, it can be determined during each cycle to each sample tube how much intensity of the laser 11 is transmitted through the sample 16 or in other words how much laser light the sample 16 absorbs. The laser 11 thus serves to locally heat the nanoparticles and thus to denature the double-stranded DNA (amplicon) on the nanoparticles and also to determine the measurable change (the physical or optical property of the solution) by combining oligonucleotides with cationic modification (here Reverse primer) with the nanoparticles, which here carry oligonucleotides as forward primer.

Fig. 15A zeigt Real-Time Laser-PCR Kurven, welche anhand einer Veränderung der Absorption (in willkürlichen Einheiten) der Probe 16 bzw. der Lösung bei der Zentralwellenlänge des Lasers (532 nm) gemessen wurden. Die gezeigten Messdaten wurden dabei über jeweils 5 Messpunkte gemittelt. Als Nukleinsäure wurden jeweils 2 μΙ genomische DNA von MRSA oder als Negativ-Kontrolle Wasser eingesetzt, so dass folgende Gesamtmengen als Ausgangsmaterial für die Amplifikation im jeweiligen Reaktionsvolumen von 20 μΙ enthalten waren: durchgezogene Linien: 2.000.000 Genomkopien MRSA Fig. 15A shows real-time laser PCR curves measured by a change in the absorbance (in arbitrary units) of the sample 16 and the solution at the central wavelength of the laser (532 nm), respectively. The measured data shown were averaged over 5 measuring points each. 2 μΙ genomic DNA from MRSA or as negative control water were used as nucleic acid, so that the following total amounts were contained as starting material for the amplification in the respective reaction volume of 20 μΙ: solid lines: 2,000,000 genome copies MRSA

gestrichelte Linien: 200.000 Genomkopien MRSA dashed lines: 200,000 genome copies MRSA

gepunktete Linien: 20.000 Genomkopien MRSA dotted lines: 20,000 genome copies MRSA

gepunktet-gestrichelte Linien: keine Genomkopien, nur Wasser als Negativ- Kontrolle dotted-dashed lines: no genome copies, only water as negative control

Man beobachtet, dass die Absorption aller Proben zunächst zunimmt. Die Ursache für diese initiale Zunahme ist über weite Bereiche des sichtbaren Spektrums zu beobachten und kann anhand von Messungen bei zumindest zwei verschiedenen Wellenlängen herausgerechnet werden, indem eine Wellenlänge so gewählt ist dass sie geringfügig blauverschoben und die andere geringfügig rotverschoben zu dem Absorptionsmaximum der Nanopartikel sind. Da bei beiden Wellenlänge die initiale Zunahme der Absorption etwa gleich ist, eine Verschiebung der Nanopartikel-Absorption jedoch zu gegensätzlichen Veränderungen der Absorption bei den beiden gewählten Wellenlängen führt, können bei zweifarbiger Messung die initiale Zunahme der Absorption von dem gewünschten Effekt der Verschiebung des Absorptionsmaximums der Nanopartikel unterschieden werden. Ab einem gewissen Zeitpunkt bzw. einer gewissen Zyklenzahl (beide Größen sind über die Zyklusdauer - in diesem Fall 7s - korreliert), knickt die Absorption nach unten ab (d.h. die Absorption nimmt ab). Die abnehmende Absorption ist eine Folge der aggregierenden Nanopartikel, die durch das entstehende Amplikon zumindest teilweise mit den ZNA-Primern verbunden werden. Je höher die ursprünglich eingesetzte Menge an Ziel-DNA war, desto früher knickt die Absorptionskurve ab. Eine quantitative Aussage über die eingesetzte DNA-Menge kann z.B. dadurch getroffen werden, dass man zu jeder Kurve den Zeitpunkt der maximalen Absorption bestimmt. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die erste Ableitung der Kurven aus Fig.15A nach der Zeit bildet und deren Schnittpunkt mit der Zeit-Achse (vorzugsweise bei fallender Ableitung) bestimmt. It is observed that the absorption of all samples initially increases. The cause of this initial increase can be observed over wide ranges of the visible spectrum and can be deduced from measurements at at least two different wavelengths by choosing one wavelength to be slightly blue-shifted and the other slightly red-shifted to the absorption maximum of the nanoparticles. Since the initial increase in absorption is approximately the same at both wavelengths, but a shift in the nanoparticle absorption leads to contrasting changes in the absorption at the two wavelengths chosen, the initial increase in absorption can, in two-color measurement, be due to the desired effect of the absorption maximum shift Nanoparticles can be distinguished. From a certain Time or a certain number of cycles (both variables are correlated over the cycle duration - in this case 7s -), the absorption decreases downwards (ie the absorption decreases). The decreasing absorption is a consequence of the aggregating nanoparticles, which are at least partially bound by the resulting amplicon with the ZNA primers. The higher the amount of target DNA originally used, the sooner the absorption curve will break. A quantitative statement about the amount of DNA used can be made, for example, by determining the time of maximum absorption for each curve. This can be achieved, for example, by forming the first derivative of the curves from FIG. 15A according to time and determining their point of intersection with the time axis (preferably with decreasing derivative).

Die Ableitungskurven der Kurven aus Fig. 15A sind in Fig. 15B dargestellt. Als Zeitpunkt maximaler Absorption, welcher als Äquivalent zum Cp-Wert in der klassischen qPCR gesehen werden kann, bekommt man somit für 2.000.000 Genomkopien MRSA eine Zeitdauer von 2,6 Minuten, für 200.000 Genomkopien MRSA eine Zeitdauer von 3,2 Minuten und für 20.000 Genomkopien MRSA eine Zeitdauer von 3,5 Minuten. Anzumerken ist, dass auch die Negativ-Kontrolle zu einem späteren Zeitpunkt (hier 4,8 Minuten) einen Abknickpunkt zeigt, welcher vermutlich auf die unspezifische Bildung von Primer-Dimeren zurückzuführen ist. The derivative curves of the curves of Fig. 15A are shown in Fig. 15B. The time of maximum absorption, which can be regarded as equivalent to the Cp value in the classical qPCR, is thus obtained for 2,000,000 genome copies MRSA a period of 2.6 minutes, for 200,000 genome copies MRSA a period of 3.2 minutes and for 20,000 genome copies MRSA a period of 3.5 minutes. It should be noted that even the negative control at a later time (here 4.8 minutes) shows a break point, which is probably due to the non-specific formation of primer dimers.

Beispiel 5.2: Laser-PCR mit DNA Example 5.2: Laser PCR with DNA

Die Kurven in Fig. 16A zeigen Real-Time Laser-PCR Kurven, konkret die Veränderung der Absorption der Probe bei der Wellenlänge des Lasers (532 nm) in willkürlichen Einheiten, wobei die Messwerte über jeweils 5 Messpunkte gemittelt wurden. The curves in Fig. 16A show real-time laser PCR curves, specifically, the change in the absorbance of the sample at the wavelength of the laser (532 nm) in arbitrary units, with the measurements being averaged over every 5 measurement points.

Die durchgeführte Messung ist dabei im Wesentlichen identisch zu der in Beispiel 5.1 beschriebenen Messung. Während in Beispiel 5.1 ein Oligonukleotid mit kationischer Modifikation bzw. eine ZNA mit Sequenz 14 als Reverse-Primer verwendet wurde, wird in Beispiel 5.2 zu Vergleichszwecken ein DNA- Oligonukleotid ohne kationische Modifikation mit Sequenz 10 als Reverse-Primer verwendet. Die Sequenz 0 ist dabei im Wesentlichen ähnlich zur Sequenz 14, jedoch weist Sequenz 10 keine kationische Modifikation auf und ist anstatt dessen etwas länger, um trotz der fehlenden kationischen Modifikation einen ähnlich hohen Schmelzpunkt zu erreichen. Das DNA-Oligonukleotid ohne kationische Modifikation mit Sequenz 10 konnte im System mit Sybr-Green in Beispiel 4.1 erfolgreich als Ersatz für das Oligonukleotid mit kationischer Modifikation mit Sequenz 9 eingesetzt werden, das sich nur um eine kationische Einheit von Sequenz 14 unterscheidet (Daten hier nicht gezeigt). Die Konzentration dieses Oligonukleotids mit der Sequenz 10 beträgt ebenfalls 300 nM. Das Kontroll-Experiment in Fig. 16A zeigt im Gegensatz zur Messung mit Reverse-Primer mit kationischer Modifikation aus Beispiel 5.1 bei keiner der eingesetzten Ausgangsmengen an Ziel-DNA ein derartiges signifikantes Abknicken der Absorption, wie dies in Beispiel 5.1 zu beobachten ist. Die Darstellung der Kurven zu den eingesetzten Ziel-DNA-Mengen entspricht der in Fig. 15A gewählten Darstellung. Ohne Oligonukleotide mit kationischer Modifikation oder in anderen Worten nur mit Oliogonukleotiden ohne kationische Modifikation als Primer lässt sich das Amplifikat oder die ursprünglich eingesetzte Ziel-DNA im Gegensatz zu den Verfahren gemäß bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht bzw. nicht zuverlässig nachweisen. The measurement performed is essentially identical to the measurement described in Example 5.1. While in Example 5.1 an oligonucleotide with cationic modification or a ZNA with sequence 14 was used as a reverse primer, in Example 5.2 for comparison purposes, a DNA oligonucleotide without cationic modification with sequence 10 as a reverse primer used. Sequence O is substantially similar to Sequence 14, but Sequence 10 has no cationic modification and is instead somewhat longer to achieve a similar high melting point despite the lack of cationic modification. The DNA oligonucleotide without cationic modification with sequence 10 could be successfully used in the system with Sybr-Green in Example 4.1 as a replacement for the oligonucleotide with cationic modification with sequence 9, which differs only by one cationic unit of sequence 14 (data not here shown). The concentration of this oligonucleotide with the sequence 10 is also 300 nM. The control experiment in FIG. 16A, in contrast to the measurement with reverse primer with cationic modification from Example 5.1, does not show such a significant absorption kinking in any of the starting amounts of target DNA used, as can be observed in Example 5.1. The representation of the curves to the target DNA amounts used corresponds to the representation chosen in FIG. 15A. Without oligonucleotides with cationic modification or in other words only with oligonucleotides without cationic modification as primer, the amplificate or the originally used target DNA can not be reliably detected, in contrast to the methods according to preferred embodiments of the present invention.

Die Kurven in Fig. 16B zeigen Real-Time Laser-PCR Kurven, konkret die Veränderung der Absorption der Probe bei der Wellenlänge des Lasers (532 nm) in willkürlichen Einheiten. Dabei wurde jeweils über 5 Messpunkte gemittelt. Die Messung ist dabei im Wesentlichen identisch zu der Messung in Beispiel 5.1 , jedoch wurde auch hier der Reverse-Primer durch ein DNA-Oligonukleotid ohne kationische Modifikation mit Sequenz 10 ersetzt, anstatt wie in Beispiel 5.1 ein Oligonukleotid mit kationischer Modifikation bzw. ZNA) mit Sequenz 14 zu verwenden. The curves in Fig. 16B show real-time laser PCR curves, specifically, the change in absorbance of the sample at the wavelength of the laser (532 nm) in arbitrary units. In each case over 5 measuring points were averaged. The measurement is essentially identical to the measurement in Example 5.1, but here, too, the reverse primer was replaced by a DNA oligonucleotide without cationic modification with sequence 10, instead of an oligonucleotide with cationic modification or ZNA) as in Example 5.1 Sequence 14 to use.

Die Konzentration dieses Oligonukleotids mit der Sequenz 10 beträgt nun nur 20 nM. Zusätzlich wurden der Reaktion nun jedoch zweite Nanopartikel zugesetzt. Die Endkonzentration der zweiten Nanopartikel im Gesamtvolumen der Reaktion ist dabei 20 pM. Die zweiten Nanopartikel wurden im Wesentlichen identisch wie die ersten Nanopartikel aus der Tabelle 6 hergestellt und gelagert, jedoch tragen sie an der Oberfläche nicht das Oligonukleotid mit Sequenz 4, das in einer Teilsequenz als Forward-Primer dient, sondern das Oligonukleotid mit Sequenz 12, das in einer Teilsequenz vorzugsweise als Reverse-Primer dient. Zumindest kann das Oligonukleotid mit Sequenz 12 auf die Teilsequenz hybridisieren, die entsteht, wenn der Forward-Primer auf den ersten Nanopartikeln unter Vorlage der Ziel-Sequenz 7 (wie sie auch im MRSA vorkommt) von einer Polymerase während einer Amplifikationsreaktion elongiert wird. Da diese Teilsequenz jedoch bei Einsatz höherer Konzentrationen von Reverse-Primer mit Sequenz 10 von diesem oder von einem Amplikon-Strang besetzt sein kann und somit ggf. nicht für die Hybridisierung mit den zweiten Nanopartikeln zur Verfügung steht, muss der Reverse-Primer mit Sequenz 10 in sehr geringen Konzentrationen (hier 20 nM) eingesetzt werden, um eine asymmetrische Amplifikation zu erreichen. Bei Erreichen einer gewissen Mindestmenge von durch die Polymerase elongierten Forward-Primern auf den ersten Nanopartikeln können die ersten Nanopartikel somit durch das Ampiikon mit den zweiten Nanopartikeln durch Hybridisierung verbunden werden. Auch dies kann ein Abknicken der Absorption hervorrufen, wie in Fig. 16B gezeigt ist. Die Darstellung der Kurven zu den eingesetzten Ziel-DNA-Mengen entspricht der Darstellung in Fig. 15A. The concentration of this oligonucleotide with the sequence 10 is now only 20 nM. In addition, however, second nanoparticles were added to the reaction. The final concentration of the second nanoparticles in the total volume of the reaction is while 20 pM. The second nanoparticles were prepared and stored essentially identically as the first nanoparticles from Table 6, but they do not carry on the surface the oligonucleotide with sequence 4, which serves as a forward primer in a partial sequence, but the oligonucleotide with sequence 12, the in a partial sequence preferably serves as a reverse primer. At least the sequence-12 oligonucleotide can hybridize to the partial sequence that results when the forward primer on the first nanoparticles is elongated upon presentation of the target sequence 7 (as is also found in MRSA) by a polymerase during an amplification reaction. However, since this partial sequence can be occupied by this or by an amplicon strand when using higher concentrations of reverse primer with sequence 10 and thus may not be available for hybridization with the second nanoparticles, the reverse primer with sequence 10 in very low concentrations (here 20 nM) can be used to achieve asymmetric amplification. Upon reaching a certain minimum amount of forward primers elongated by the polymerase on the first nanoparticles, the first nanoparticles can thus be linked by hybridization to the second nanoparticles by the amplicon. This, too, may cause the absorbance to bend, as shown in Fig. 16B. The representation of the curves to the target DNA amounts used corresponds to the representation in FIG. 15A.

Das Abknicken der Absorption und somit der Nachweis des Amplifikats und/oder der ursprünglich eingesetzten Ziel-DNA erfolgt mit dem Verfahren gemäß Beispiel 5.2 jedoch, je nach eingesetzter Ziel-DNA-Menge, erst nach etwa nach 7-10 Minuten und somit deutlich später als bei der Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Beispiel 5.1 (siehe Fig. 15A), bei welchem der Nachweis mittels Oligonukleotiden mit kationischer Modifikation erfolgte. In Beispiel 5.1 konnte bereits nach etwa 2,6 bis 3,5 Minuten ein Abknicken der Absorption beobachtet werden. The kinking of the absorption and thus the detection of the amplificate and / or the target DNA originally used with the method according to Example 5.2, however, depending on the target DNA amount used, only after about 7-10 minutes and thus significantly later than when using a method according to the invention according to Example 5.1 (see FIG. 15A), in which the detection was carried out by means of oligonucleotides with cationic modification. In Example 5.1, absorption of the absorption was observed after about 2.6 to 3.5 minutes.

Auch ist das Abknicken der Absorption in Fig. 16B nicht so stark bzw. deutlich ausgeprägt und kann somit nicht mit gleicher Zuverlässigkeit interpretiert und gemessen werden. Dies ist somit ein weiteres eindeutiges Indiz dafür, dass ein Nachweis einer Nukleinsäure mit einem erfindungsgemäßen Verfahren, d.h. insbesondere unter Verwendung von Nanopartikeln und Nukleinsäuren mit kationischer Modifikation, deutlich schneller, genauer und zuverlässiger erfolgen kann als mit anderweitigen Verfahren. Also, the kinking of the absorption in Fig. 16B is not so pronounced and therefore can not be interpreted and measured with equal reliability. This is therefore another clear indication that a Detection of a nucleic acid with a method according to the invention, ie in particular using nanoparticles and nucleic acids with cationic modification, can be done much faster, more accurate and more reliable than with other methods.

Beispiel 6: Real-Time PCR mit ZNA-Primern und DNA-Primern und Nanopartikel- gebundenen Oligonukleotiden als spezifische Probe Example 6: Real-time PCR with ZNA primers and DNA primers and nanoparticle-bound oligonucleotides as a specific sample

Für einen indirekten Nachweis einer Nukleinsäure wurde eine Polymerase- Kettenreaktion durchgeführt. Das in diesem Beispiel verwendete Primer-System besteht aus ZNA als Forward-Primer (Sequenz 15, siehe Anhang) und DNA als Reverse-Primer (Sequenz 16, siehe Anhang). Beide Primer sind zunächst nicht mit Nanopartikeln verbunden. Für den Nachweis der Nukleinsäure dienen Nanopartikel, die mit Oligonukleotiden mit Sequenz 17 (siehe Anhang) funktionalisiert sind und als Hybridisierungs-Sonden dienen. Das Oligonukleotid mit Sequenz 17 beinhaltet eine spezifische Teilsequenz B, die auf einen durch die Polymerase am ZNA- Forward-Primer elongierten Teil hybridisieren kann, wenn die ursprünglich eingesetzte Ziel-DNA entsprechend aufgebaut ist. In anderen Worten ist die spezifische Teilsequenz B des an den Nanopartikel funktionalisierten Oligonukleotids im Wesentlichen zumindest teilweise identisch mit der nachzuweisenden Nukleinsäure. Zusätzlich enthält Sequenz 17 eine Teilsequenz aus 35 Adenin-Basen, die als Abstandshalter zwischen Partikel-Oberfläche und spezifischer Teilsequenz B dient, weiter enthält das modifizierten Oligonukleotid mit Sequenz 17 am 5'-Ende eine Thiol-Modifikation, mit deren Hilfe das Oligonukleotid auf die Oberfläche von Gold-Nanopartikeln gebunden wird und weiter enthält Sequenz 17 am 3'-Ende eine ddC-Modifikation (Dideoxycytidin), die als terminierende Modifikation dient, also die Elongation durch die Polymerase verhindert. Es werden Goldnanopartikel mit 60 nm Durchmesser (geliefert von BBI) verwendet, jedes Nanopartikel trägt ca. 1000 Oligonukleotide mit Sequenz 17. Als zusätzlicher Farbstoff wird Fluorescein verwendet. Jede Reaktion umfasst 9 μΙ Mastermix und 1 μΙ Nukleinsäurelösung (Oiigonukleotid mit Sequenz 7) bzw. Wasser. 9 μΙ Mastermix für eine Reaktion werden wie folgt zusammengestellt: Tabelle 7 For indirect detection of a nucleic acid, a polymerase chain reaction was carried out. The primer system used in this example consists of ZNA as a forward primer (Sequence 15, see Appendix) and DNA as a reverse primer (Sequence 16, see Appendix). Both primers are initially not associated with nanoparticles. Nanoparticles functionalized with oligonucleotides with sequence 17 (see Appendix) and used as hybridization probes serve for the detection of the nucleic acid. The oligonucleotide with sequence 17 contains a specific partial sequence B which can hybridize to a part elongated by the polymerase on the ZNA forward primer if the originally used target DNA has been constructed accordingly. In other words, the specific partial sequence B of the oligonucleotide functionalized on the nanoparticle is substantially at least partially identical to the nucleic acid to be detected. In addition, sequence 17 contains a partial sequence of 35 adenine bases, which serves as a spacer between the particle surface and specific partial sequence B, further contains the modified oligonucleotide with sequence 17 at the 5 'end of a thiol modification, with the aid of the oligonucleotide on the Surface of gold nanoparticles is bound and further contains sequence 17 at the 3 'end of a ddC modification (dideoxycytidine), which serves as a terminating modification, thus preventing the elongation by the polymerase. Gold nanoparticles of 60 nm diameter (supplied by BBI) are used, each nanoparticle carries about 1000 oligonucleotides with sequence 17. Fluorescein is used as additional dye. Each reaction comprises 9 μM master mix and 1 μM nucleic acid solution (Sequence 7 oligonucleotide) or water. 9 μΙ master mix for a reaction are assembled as follows: Table 7

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* die Nanopartikel-Oligonukleotid-Konjugate sind funktionalisiert (nach J. Hurst et al., Anal. Chem., 78(24), 8313-8318, 2006, dessen diesbezüglicher Inhalt durch Verweis Teil der vorliegenden Offenbarung ist). Nach Funktionalisierung und 6 Waschschritten liegen die Nanopartikel-Oligonukleotid-Konjugate in einer Konzentration von 200 pM in Phosphatpuffer (5 mM Phosphat, pH 7) mit 0,1 % Tween 20, 10 mM NaCI vor. the nanoparticle-oligonucleotide conjugates are functionalized (according to J. Hurst et al., Anal. Chem., 78 (24), 8313-8318, 2006, the contents of which are incorporated herein by reference). After functionalization and 6 washes, the nanoparticle-oligonucleotide conjugates are present in a concentration of 200 pM in phosphate buffer (5 mM phosphate, pH 7) with 0.1% Tween 20, 10 mM NaCl.

Das PCR-Protokoll besteht aus 50 Zyklen ä 5 Sekunden 90°C, 15 Sekunden 58°C und 15 Sekunden 72°C. Die Signal-Detektion findet nach jedem 58°C-Schritt statt. The PCR protocol consists of 50 cycles of 5 seconds 90 ° C, 15 seconds 58 ° C and 15 seconds 72 ° C. The signal detection takes place after every 58 ° C step.

Fig. 17 zeigt Real-Time PCR Kurven des 530 nm Fluoreszenz-Kanals (passend zur Emissions-Wellenlänge von Fluorescein) von vier verschiedenen Ausgangskonzentrationen der Nukleinsäure mit Sequenz 7 (als Oligonukleotid vorliegend) und einer Negativkontrolle ohne Nukleinsäure als Zielsequenz. Die Kurven sind im Wesentlichen sehr ähnlich zu den Kurven in Fig. 12. Mit steigender Ausgangskonzentration der Nukleinsäure mit Sequenz 7 sinkt die Zyklenzahl, nach der ein Ansteigen des Signals beobachtet bzw. gemessen werden kann. Fig. 17 shows real-time PCR curves of the 530 nm fluorescence channel (matching the emission wavelength of fluorescein) of four different ones Starting concentrations of the nucleic acid with sequence 7 (present as oligonucleotide) and a negative control without nucleic acid as the target sequence. The curves are essentially very similar to the curves in FIG. 12. As the starting concentration of nucleic acid with sequence 7 increases, the number of cycles decreases, after which an increase in the signal can be observed or measured.

Die Kurven in Fig. 17 haben folgende Ausgangskonzentration der Nukleinsäure (Oligonukleotid mit Sequenz 7): durchgezogene Linie: 1 fM The curves in FIG. 17 have the following starting concentration of the nucleic acid (oligonucleotide with sequence 7): solid line: 1 fM

gestrichelte Linie: 100 aM dashed line: 100 aM

gepunktete Linie: 10 aM dotted line: 10 aM

durchgezogene Linie mit Dreiecken: 1 aM solid line with triangles: 1 aM

gepunktet-gestrichelte Linie: Negativkontrolle ohne Sequenz 7 dotted-dashed line: negative control without sequence 7

Auffallend ist in diesem Beispiel, dass die Kurve der Negativkontrolle ohne nachzuweisende Nukleinsäure (gepunktet-gestrichelte Linie) nun kein unspezifisches, ungewolltes Abknicken wie die Negativkontrolle in Fig. 12 zeigt. Dies ist eine Folge des spezifischen Detektionsformats. In den oben beschriebenen PCR- und Laser-PCR-Beispielen wurden beide Primer (ZNA-Primer und Nanopartikel-gebundene Primer) auch eingesetzt, um bei ausreichender Menge von Amplikon ein messbares Signal durch Verbindung von Nanopartikeln und kationisch modifizierter Nukleinsäuren zu erzeugen. In dem hier beschriebenen Beispiel 6 dient zwar die ZNA mit Sequenz 15 sowohl als Primer als auch zur Erzeugung eines messbaren Signals, aber die Oligonukleotide auf den Nanopartikeln dienen in diesem Fall nur der Erzeugung eines messbaren Signals, nicht aber als Primer. Um zu verhindern, dass sie auch als Primer dienen können bzw. elongiert werden können, tragen sie am 3'-Ende eine terminierende ddC- Modifikation, die die Elongation durch die Polymerase verhindert. Striking in this example is that the curve of the negative control without nucleic acid to be detected (dotted-dashed line) now shows no nonspecific, unwanted kinking as the negative control in Fig. 12. This is a consequence of the specific detection format. In the PCR and laser PCR examples described above, both primers (ZNA primer and nanoparticle-bound primer) were also used to generate a measurable signal by combining nanoparticles and cationically modified nucleic acids with sufficient amount of amplicon. In the example 6 described here, although the ZNA with sequence 15 serves both as a primer and for generating a measurable signal, the oligonucleotides on the nanoparticles serve in this case only to generate a measurable signal, but not as a primer. In order to prevent them from being able to serve as primers or to be elongated, they have a terminating ddC modification at the 3 'end which prevents elongation by the polymerase.

Die Bildung von Primer-Dimeren führt in diesem Fall nicht zu einer Verbindung von Nanopartikeln und kationisch modifizierten Nukleinsäuren und somit auch nicht zu einer messbaren Veränderung. Die spezifische Detektion ist dadurch möglich, dass die nachzuweisende Nukleinsäure mit Sequenz 7 von 3' nach 5' gelesen die Teilsequenzen C, B und A umfasst. Teilsequenz A enthält die Sequenz 16 des Reverse-Primers, Teilsequenz B ist identisch mit der Teilsequenz B des modifizierten Oligonukleotids, das an die Nanopartikel funktionalisiert ist, und Teilsequenz C enthält eine Sequenz, die komplementär zum Forward-Primer mit Sequenz 15 ist. Da der Forward-Primer im Überschuss gegenüber dem Reverse-Primer vorhanden ist, entsteht nach entsprechend vielen Zyklen ein Überschuss an dem Teilstrang des Amplikons, der aus der Elongation des Forward-Primers mit kationischer Modifikation entsteht. The formation of primer dimers in this case does not lead to a combination of nanoparticles and cationically modified nucleic acids and thus not to a measurable change. The specific detection is possible in that the nucleic acid to be detected with sequence 7 read from 3 'to 5' comprises the partial sequences C, B and A. Partial sequence A contains the sequence 16 of the reverse primer, partial sequence B is identical to the partial sequence B of the modified oligonucleotide which is functionalized on the nanoparticles, and partial sequence C contains a sequence which is complementary to the forward primer with sequence 15. Since the forward primer is present in excess compared to the reverse primer, after a corresponding number of cycles an excess arises at the substrand of the amplicon which results from the elongation of the forward primer with cationic modification.

Im elongierten Teil befindet sich dann die Teilsequenz B', die komplementär zur Teilsequenz B des modifizierten Oligonukleotids am Nanopartikel ist. Somit kann es zu einer Verbindung von Nanopartikeln und kationisch modifizierter Nukleinsäuren und somit zu einer messbaren Veränderung der physikalischen Eigenschaft der Lösung kommen. Der Überschuss des Forward-Primers mit ZNA kann beispielsweise notwendig sein, um eine ausreichende Anzahl von unbesetzten Teilsträngen des Amplikons zu erhalten, auf die die Teilsequenz B des modifizierten Oligonukleotids am Nanopartikel hybridisieren kann. Ohne den Überschuss könnte es beispielsweise zu einer zu starken Konkurrenz zwischen Teilsequenz B des modifizierten Oligonukleotids am Nanopartikel und dem Gegenstrang des Amplikons kommen, der aus der Elongation des Reverse-Primers entsteht. Hierdurch könnte die Verbindung zwischen Nanopartikeln und kationisch modifizierter Nukleinsäure und somit die messbare Veränderung unterdrückt oder verhindert werden. Durch den Einsatz der spezifischen und terminierten Sequenz 17 auf den Nanopartikeln, die nicht als Primer in der PCR dient, können auch geringere Anfangskonzentrationen der nachzuweisenden Nukleinsäure mit Sequenz 7 von der Negativkontrolle ohne Sequenz 7 unterschieden werden. In Fig. 12 konnte beispielsweise die Anfangskonzentration von 1 fM klar von der Negativkontrolle unterschieden werden. The elongated part then contains the partial sequence B ', which is complementary to the partial sequence B of the modified oligonucleotide on the nanoparticle. Thus, it may lead to a combination of nanoparticles and cationically modified nucleic acids and thus to a measurable change in the physical property of the solution. For example, the excess of the forward primer with ZNA may be necessary to obtain a sufficient number of unoccupied partial strands of the amplicon to which partial sequence B of the modified oligonucleotide can hybridize to the nanoparticle. For example, without the excess, there could be too much competition between partial sequence B of the modified oligonucleotide on the nanoparticle and the complementary strand of the amplicon resulting from the elongation of the reverse primer. In this way, the connection between nanoparticles and cationically modified nucleic acid and thus the measurable change could be suppressed or prevented. By using the specific and terminated sequence 17 on the nanoparticles, which does not serve as a primer in the PCR, even lower initial concentrations of the nucleic acid to be detected with sequence 7 can be distinguished from the negative control without sequence 7. In Fig. 12, for example, the initial concentration of 1 fM could be clearly distinguished from the negative control.

In Fig. 17, d.h. mit einem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß der in Beispiel 6 beschriebenen bevorzugten Ausführungsform, kann darüber hinaus eine 1000fach geringere Anfangskonzentration (1 aM) als im Vergleich zu Fig. 12 detektiert werden. Wie in Fig. 17 zu sehen ist, ist auch bei einer derart geringen Anfangskonzentration eine zuverlässige Unterscheidung möglich, da die Negativkontrolle kein Abknicken zeigt. In FIG. 17, ie with a method according to the invention according to the preferred embodiment described in Example 6, moreover, a 1000-fold lower initial concentration (1 aM) than are detected in comparison to FIG. 12. As can be seen in Fig. 17, even with such a low initial concentration, reliable discrimination is possible because the negative control shows no kinking.

Bezugszeicheniiste Bezugszeicheniiste

2 Nanopartikel 2 nanoparticles

4 Nukleinsäure (am Nanopartikel befestigt)  4 nucleic acid (attached to the nanoparticle)

6 kationisch modifizierte Nukleinsäure / kationisch modifiziertes  6 cationically modified nucleic acid / cationically modified

Oligonukleotid  oligonucleotide

6a Hybridisierungsbereich  6a hybridization area

6b kationischer Abschnitt 6b cationic section

6c kationische Einheit  6c cationic unit

8 Farbstoff  8 dye

10 (nachzuweisende) Nukleinsäure  10 (to be detected) nucleic acid

1 Lichtquelle bzw. Laser  1 light source or laser

13 Probenhalterung 13 sample holder

15 Fenster bzw. Aussparungen  15 windows or recesses

16 Probe  16 sample

R, R1 - R8 Reaktionsgefäß  R, R1 - R8 reaction vessel

11 Intensität von einfallendem Anregungslicht  11 Intensity of incident excitation light

T1 , T2 Intensität von tran emittiertem Licht T1, T2 intensity of tran emitted light

F1 , F2 Intensität von Fluoreszenz-Abstrahlung F1, F2 Intensity of fluorescence emission

Anhang attachment

Sequenzliste (Sequenz-Abfolge je von 5' nach 3'): Sequenz 1 : 5Thiol - AAAAATCATAGCGTCATTATTCCAGGAA (SEQ ID No. 1 ) Sequenz 2: Z2- TTCCTG G AATAATG ACG CTATG A (SEQ ID No. 2) Sequence list (Sequence sequence each from 5 'to 3'): Sequence 1: 5 Thiol - AAAAATCATAGCGTCATTATTCCAGGAA (SEQ ID No. 1) Sequence 2: Z2- TTCCTG G AATAATG ACG CTATG A (SEQ ID No. 2)

Sequenz 3: Z2- CCAATCTAACTTCGACAT (SEQ ID No. 3) Sequence 3: Z2-CCAATCTAACTTCGACAT (SEQ ID No. 3)

Sequenz 4: 5'Thiol - AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA Sequence 4: 5'thiol - AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA

/sp9//sp9/ AG ATG G TATG TG G AAG TTAG ATTG G / sp9 // sp9 / AG ATG G TATG TG G AAG TTAG ATTG G

(SEQ ID No. 4; SEQ ID No. 5) (SEQ ID No. 4, SEQ ID No. 5)

Sequenz 5: Z4-GTTCGCATCAAACGGAAAAT (SEQ ID No. 6)  Sequence 5: Z4-GTTCGCATCAAACGGAAAAT (SEQ ID No. 6)

Sequenz 6: Z4-CCAATCTAACTTCGACAT (SEQ ID No. 7) Sequence 6: Z4-CCAATCTAACTTCGACAT (SEQ ID No. 7)

Sequenz 7: Sequence 7:

TCAATATGTATGCTTTGGTCTTTCTGCATTCCTGGAATAATGACGCTATGATCC CAATCTAACTTCCACATACCATCTTCTTT  TCAATATGTATGCTTTGGTCTTTCTGCATTCCTGGAATAATGACGCTATGATCC CAATCTAACTTCCACATACCATCTTCTTT

(SEQ ID No. 8) (SEQ ID No. 8)

Sequenz 8: AGATGGTATGTGGAAGTTAGATTGG (SEQ ID No. 9)  Sequence 8: AGATGGTATGTGGAAGTTAGATTGG (SEQ ID No. 9)

Sequenz 9: Z3-CCTG G AATAATG ACG CTATG A (SEQ ID No. 0) Sequence 9: Z3-CCTG GATATAATG ACG CTATG A (SEQ ID No. 0)

Sequenz 10: GCATTCCTGGAATAATGACGCTATGA (SEQ ID No. 11 ) Sequence 10: GCATTCCTGGAATAATGACGCTATGA (SEQ ID No. 11)

Sequenz 11 : 5'Thiol-AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA Sequence 11: 5'-thiol-AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA

/sp9//sp9/ GCAGAGCAAGGACTGATACA / sp9 // sp9 / GCAGAGCAAGGACTGATACA

(SEQ ID No. 12; SEQ ID No. 13) (SEQ ID No. 12, SEQ ID No. 13)

Sequenz 12: 5'Thiol - AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA TTCCTG G AATAATG ACG CTATG A (SEQ ID No. 14)  Sequence 12: 5'thiol - AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA TTCCTG G AATAATG ACG CTATG A (SEQ ID No. 14)

Sequenz 13: Sequence 13:

AAAGAAGATGGTATGTGGAAGTTAGATTGGGATCATAGCGTCATTATTC CAGGAATGCAGAAAGACCAAAGCATACATATTGA  AAAGAAGATGGTATGTGGAAGTTAGATTGGGATCATAGCGTCATTATTC CAGGAATGCAGAAAGACCAAAGCATACATATTGA

(SEQ ID No. 15)  (SEQ ID No. 15)

Sequenz 14: Z4-CTGGAATAATGACGCTATGA (SEQ ID No. 16) Sequence 14: Z4-CTGGAATAATGACGCTATGA (SEQ ID No. 16)

Sequenz 15: Z4-AGATGGTATGTGGAAGTTAGATTGG (SEQ ID No.Sequence 15: Z4-AGATGGTATGTGGAAGTTAGATTGG (SEQ ID NO.

17) 17)

Sequenz 16: ATGTATGCTTTGGTCTTTCTGC (SEQ ID No. 18) Sequenz 17: 5'Thiol-AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA TTCCTGGAATAATGACGCTATGA_ddC (SEQ ID No. 19) Sequence 16: ATGTATGCTTTGGTCTTTCTGC (SEQ ID No. 18) Sequence 17: 5'-thiol-AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA TTCCTGGAATAATGACGCTATGA_ddC (SEQ ID No. 19)

Z2 bedeutet zwei kationische Einheiten in der ZNA-Modifikation Z2 represents two cationic units in the ZNA modification

Z3 bedeutet drei kationische Einheiten in der ZNA-Modifikation Z3 represents three cationic units in the ZNA modification

Z4 bedeutet vier kationische Einheiten in der ZNA-Modifikation Z4 represents four cationic units in the ZNA modification

/sp9/ ist eine abasische Modifikation Spacer9 / sp9 / is an abasic modification of Spacer9

ddC ist eine ddC-Modifikation (Dideoxycytidin) ddC is a ddC modification (dideoxycytidine)

Claims

Ansprüche Expectations 1. Verwendung von zumindest zwei Nanopartikeln (2) in Kombination mit einer kationisch modifizierten Nukleinsäure (6) zum Nachweis einer nachzuweisenden Nukleinsäure (10) in einer Lösung. 1. Use of at least two nanoparticles (2) in combination with a cationically modified nucleic acid (6) for detecting a nucleic acid (10) to be detected in a solution. 2. Verwendung einer kationisch modifizierten Nukleinsäure (6) in Kombination mit zumindest zwei Nanopartikeln (2) zum Nachweis einer nachzuweisenden Nukleinsäure (10) in einer Lösung. 2. Use of a cationically modified nucleic acid (6) in combination with at least two nanoparticles (2) for detecting a nucleic acid (10) to be detected in a solution. 3. Verfahren zum Nachweis einer nachzuweisenden Nukleinsäure (10) in einer Lösung, umfassend die Schritte: 3. Method for detecting a nucleic acid (10) to be detected in a solution, comprising the steps: Bereitstellen von zumindest zwei Nanopartikeln (2) in der Lösung; Providing at least two nanoparticles (2) in the solution; Bereitstellen einer kationisch modifizierten Nukleinsäure (6) in der Lösung; Providing a cationically modified nucleic acid (6) in the solution; Ermitteln einer Änderung zumindest einer physikalischen Eigenschaft der Lösung, wobei die physikalische Eigenschaft der Lösung durch das zumindest teilweise Binden der zumindest zwei Nanopartikel (2) an die kationisch modifizierte Nukleinsäure (6) zumindest teilweise geändert wird und wobei die nachzuweisende Nukleinsäure (10) in der Lösung das zumindest teilweise Binden der zumindest zwei Nanopartikel (2) an die kationisch modifizierte Nukleinsäure (6) zumindest teilweise fördert oder zumindest teilweise hemmt. Determining a change in at least one physical property of the solution, wherein the physical property of the solution is at least partially changed by the at least partial binding of the at least two nanoparticles (2) to the cationically modified nucleic acid (6) and wherein the nucleic acid (10) to be detected is in the Solution that at least partially promotes or at least partially inhibits binding of the at least two nanoparticles (2) to the cationically modified nucleic acid (6). 4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei zumindest eine Nukleinsäure (4) an zumindest einen der Nanopartikel (2) gebunden ist. 4. The method according to claim 3, wherein at least one nucleic acid (4) is bound to at least one of the nanoparticles (2). 5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die an den zumindest einen Nanopartikel (2) gebundene Nukleinsäure (4) zumindest ein Oligonukleotid (4) umfasst. 5. The method according to claim 4, wherein the nucleic acid (4) bound to the at least one nanoparticle (2) comprises at least one oligonucleotide (4). 6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die kationisch modifizierte Nukleinsäure (6) zumindest teilweise komplementär zu einer in der Lösung nachzuweisenden Nukleinsäure (10) ist und/oder wobei das zumindest eine Oligonukleotid (4) zumindest teilweise komplementär zu der in der Lösung nachzuweisenden Nukleinsäure (10) ist. 6. The method according to claim 5, wherein the cationically modified nucleic acid (6) is at least partially complementary to one to be detected in the solution is nucleic acid (10) and/or wherein the at least one oligonucleotide (4) is at least partially complementary to the nucleic acid (10) to be detected in the solution. 7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei: 7. The method according to claim 5, wherein: das zumindest eine Oligonukleotid (4) zumindest teilweise komplementär zu einem ersten Nukleotidsequenzabschnitt einer in der Lösung nachzuweisenden Nukleinsäure (10) ist, und the at least one oligonucleotide (4) is at least partially complementary to a first nucleotide sequence section of a nucleic acid (10) to be detected in the solution, and die kationisch modifizierte Nukleinsäure (6) zumindest teilweise komplementär zu einem zweiten Nukleotidsequenzabschnitt der in der Lösung nachzuweisende Nukleinsäure (10) ist; the cationically modified nucleic acid (6) is at least partially complementary to a second nucleotide sequence section of the nucleic acid (10) to be detected in the solution; wobei vorzugsweise: where preferably: der erste Nukleotidsequenzabschnitt an einem ersten Strang der nachzuweisenden Nukleinsäure (10) ausgebildet ist, und the first nucleotide sequence section is formed on a first strand of the nucleic acid (10) to be detected, and der zweite Nukleotidsequenzabschnitt an einem von dem ersten Strang verschiedenen zweiten Strang der nachzuweisenden Nukleinsäure (10) ausgebildet ist. the second nucleotide sequence section is formed on a second strand of the nucleic acid (10) to be detected that is different from the first strand. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei zumindest ein Teil des zumindest einen Oligonukleotids (4) und/oder zumindest ein Teil der kationisch modifizierten Nukleinsäure (6) ein Primer ist. 8. The method according to any one of claims 5 to 7, wherein at least part of the at least one oligonucleotide (4) and / or at least part of the cationically modified nucleic acid (6) is a primer. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Verfahren zu einer Bestimmung der Konzentration der in der Lösung nachzuweisenden Nukleinsäure (10) verwendet wird und/oder das Verfahren eine Vervielfältigung der nachzuweisenden Nukleinsäure (10) umfasst. 9. The method according to any one of claims 6 to 8, wherein the method is used to determine the concentration of the nucleic acid (10) to be detected in the solution and / or the method comprises a duplication of the nucleic acid (10) to be detected. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der Nachweis der in der Lösung nachzuweisenden Nukleinsäure (10) während und/oder nach einer Amplifikation der nachzuweisenden Nukleinsäure (10) mittels einer Polymerase-Kettenreaktion erfolgt. 10. The method according to any one of claims 6 to 9, wherein the detection of the nucleic acid (10) to be detected in the solution takes place during and / or after an amplification of the nucleic acid (10) to be detected by means of a polymerase chain reaction. 1 . Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Vervielfältigung der in der Lösung nachzuweisenden Nukleinsäure (10) mittels einer Polymerase- Kettenreaktion erfolgt, wobei bei der Polymerase-Kettenreaktion ein Zyklus vorzugsweise die Schritte Denaturierung, Annealing und Elongation umfasst und die Schritte vorzugsweise mehrfach durchlaufen werden. 1 . Method according to claim 9 or 10, wherein the nucleic acid (10) to be detected in the solution is multiplied by means of a polymerase chain reaction, in which case a cycle in the polymerase chain reaction preferably comprises the steps of denaturation, annealing and elongation and the steps are preferably repeated several times . Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11 , wobei durch eine Anregung zumindest eines Teils der Nanopartikel (2) eine Umgebung der angeregten Nanopartikel (2) lokal erhitzt wird. Method according to one of claims 3 to 11, wherein an environment of the excited nanoparticles (2) is locally heated by stimulating at least some of the nanoparticles (2). 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 12, wobei sich die zumindest eine physikalische Eigenschaft der Lösung ändert, wenn zumindest ein Teil der Nanopartikel (2) mit der zumindest einen kationisch modifizierten Nukleinsäure (6) verbunden ist, wobei die zumindest eine Eigenschaft der Lösung vorzugsweise eine optische Eigenschaft umfasst, und wobei die optische13. The method according to any one of claims 3 to 12, wherein the at least one physical property of the solution changes when at least some of the nanoparticles (2) are connected to the at least one cationically modified nucleic acid (6), the at least one property of Solution preferably comprises an optical property, and wherein the optical Eigenschaft insbesondere eine Extinktion und/oder eine Streuung und/oder eine Absorption ist. Property is in particular an extinction and/or a scattering and/or an absorption. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 13, wobei die physikalische Eigenschaft der Lösung bei unterschiedlichen Temperaturen der Lösung gemessen wird. 14. The method according to any one of claims 6 to 13, wherein the physical property of the solution is measured at different temperatures of the solution. 15. Kit zum Nachweis einer nachzuweisenden Nukleinsäure (10) in einer Lösung, umfassend: 15. Kit for detecting a nucleic acid (10) to be detected in a solution, comprising: - zumindest eine kationisch modifizierte Nukleinsäure (6); und - at least one cationically modified nucleic acid (6); and zumindest zwei Nanopartikel (2); wobei die zumindest zwei Nanopartikel (2) ausgelegt sind, durch ein zumindest teilweises Binden der zumindest zwei Nanopartikel (2) an die kationisch modifizierte Nukleinsäure (6) die physikalische Eigenschaft der Lösung zumindest teilweise zu ändern und wobei die nachzuweisende Nukleinsäure (10) in der Lösung das zumindest teilweise Binden der zumindest zwei Nanopartikel (2) an die kationisch modifizierte Nukleinsäure (6) zumindest teilweise fördert oder zumindest teilweise hemmt. at least two nanoparticles (2); wherein the at least two nanoparticles (2) are designed to at least partially change the physical property of the solution by at least partially binding the at least two nanoparticles (2) to the cationically modified nucleic acid (6) and wherein the nucleic acid (10) to be detected is in the Solution that at least partially promotes or at least partially inhibits binding of the at least two nanoparticles (2) to the cationically modified nucleic acid (6).
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