DE19518217A1 - Determn of DNA after capture by probe immobilised on solid phase - Google Patents
Determn of DNA after capture by probe immobilised on solid phaseInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich tung zur qualitativen und quantitativen Bestimmung von Desoxyribonukleinsäure (DNA) auf festen Phasen.The invention relates to a method and a Vorrich for the qualitative and quantitative determination of Deoxyribonucleic acid (DNA) on solid phases.
Für die quantitative Bestimmung von DNA-Fragmenten auf Mikrotestplatten als feste Phase wurde eine Vielzahl von Methoden vorgeschlagen (Übersicht bei Guesdon, J. L., J. Immunol. Meth. 150, 1992, 33-49). Diese Methoden haben mit der Bindung der hybridisierten DNA an die Testplatten und dem Nachweis der Hybride in den Kavitäten eine analoge Endstrecke. Von entscheidender Bedeutung für die analytische Sensitivität dieser Methoden ist die Bindung der Nukleinsäuren an die Plattenoberfläche. Hierdurch wird das Signal-Rausch- Verhältnis maßgeblich beeinflußt.For the quantitative determination of DNA fragments Microtest plates as a solid phase became a variety of methods proposed (review by Guesdon, J. L., J. Immunol. Meth. 150, 1992, 33-49). These Methods have with the binding of the hybridized DNA to the test plates and the detection of the hybrids in the Cavities an analog final section. Of crucial Significance for the analytical sensitivity of this Methods is the binding of the nucleic acids to the Plate surface. As a result, the signal-to-noise Ratio significantly influenced.
Folgende Techniken zur Bindung von Nukleinsäuren an Mikrotestplatten wurden beschrieben:The following techniques for binding nucleic acids Microtest plates have been described:
- - Bindung von biotinylierter DNA an Avidin- bzw. Streptavidin-benetzte Platten;- Binding of biotinylated DNA to avidin or Streptavidin-wetted plates;
- - Bindung von DNA an Albumin-benetzte Platten; - binding of DNA to albumin-wetted plates;
- - Bindung von Capture-Sonden oder Target-DNA an die Plattenoberfläche durch passive Adsorption.- Binding of capture probes or target DNA to the Plate surface through passive adsorption.
Keines der genannten Verfahren konnte sich bislang als Standardprotokoll etablieren. Das liegt im wesentlichen daran, daß die auf Adsorption beruhenden Bindungsver fahren keine hohen Beladungsdichten erwarten lassen. Hinzu kommt, daß die Orientierung der Moleküle an der Plattenoberfläche nicht definiert ist und dadurch eine geringe Spezifität der Bindung entsteht.So far, none of the methods mentioned has been able to Establish standard protocol. That is essentially because the adsorption-based binding ver do not expect high loading densities. In addition, the orientation of the molecules on the Plate surface is not defined and therefore a low specificity of the binding arises.
Weitere Bindungstechniken auf der Basis kovalenter Bindungen sind beschrieben:Other binding techniques based on covalent Bindings are described:
- - Bildung einer Phosphoamidatbindung zwischen der 5′- terminalen Phosphatgruppe und Covalink® (Nunc) Mikrotestplatten (Rasmussen et al., 1991: Anal. Biochem. 198, 138-142);- Formation of a phosphoamidate bond between the 5'- terminal phosphate group and Covalink® (Nunc) Microtest plates (Rasmussen et al., 1991: Anal. Biochem. 198, 138-142);
- - Kovalente Bindung von aminierter Ziel-DNA an carboxylierte Mikrotestplatten (Kohsaka et al., 1993: NAR 21, 3469-3472);- Covalent binding of aminated target DNA carboxylated micro test plates (Kohsaka et al., 1993: NAR 21, 3469-3472);
- - Bindung basenmodifizierter Ziel-DNA an Mikrotest platten (Keller et al., 1988: Anal. Biochem. 170, 441-450; Keller et al., 1989: Anal. Biochem. 177, 27-32);- Binding of base-modified target DNA to a micro test plates (Keller et al., 1988: Anal. Biochem. 170, 441-450; Keller et al., 1989: Anal. Biochem. 177, 27-32);
- - Kovalente Bindung von Ziel-DNA an Poly(Lys-HBr, Phe)-benetzte Platten, wobei die Benetzung durch Adsorption erfolgt (Running und Urdea, 1990: Biotechniques 8, 276-277).Covalent binding of target DNA to poly (Lys-HBr, Phe) -wetted plates, the wetting by Adsorption takes place (Running and Urdea, 1990: Biotechniques 8, 276-277).
Auch diese genannten Verfahren konnten sich bisher nicht durchsetzen. Sie sind für Routineanwendungen zu aufwendig und zu kompliziert. Notwendig sind zum Beispiel mehrstündige Inkubation in Eis oder bei 50°. Die erhaltenen Mikrotestplatten sind entweder nicht lagerbar oder nur in luftdicht verschlossener Verpackung aufzubewahren.So far, these methods have also failed don't enforce. They are for routine use too complex and too complicated. Are necessary for Example: incubation for several hours in ice or at 50 °. The micro test plates obtained are either not Can be stored or only in an airtight container Keep packaging.
In der deutschen Patentschrift DD 3 00 382 wird ein Verfahren zur Aktivierung von Polystyren-Fest körperoberflächen beschrieben. Die Aktivierung der Polystyrenoberflächen erfolgt mit Organosilanen. Im Ergebnis dieser Oberflächenmodifizierung erhält man aktivierte Polystyrenoberflächen mit hoher Bindungs fähigkeit und Bindungskapazität. So ist es gemäß dieser Patentschrift möglich, an die so aktivierten Polystyren-Festkörperoberflächen Proteine wie Antigene und Antikörper, Nukleinsäuren, niedermolekulare Liganden, Mikroorganismen, Zellen und andere biologisch aktive Materialien zu binden. Das geschieht im wesentlichen zur Trennung und Isolierung entsprechender Wechselwirkungspartner und vor allem zum qualitativen und quantitativen Nachweis von spezifischen Wechselwirkungspartnern im Festphasenimmunoassay. Zur Hybridisation von einsträngigen Desoxyribo nukleinsäuren konnten die auf diese Weise aktivierten Polystyren-Oberflächen nicht eingesetzt werden.In German patent specification DD 3 00 382 a Procedure for activating polystyrene solid body surfaces described. The activation of the Polystyrene surfaces are made with organosilanes. in the The result of this surface modification is obtained activated polystyrene surfaces with high binding ability and loyalty capacity. So it is according to this Patent specification possible to those activated in this way Polystyrene solid surface proteins such as antigens and antibodies, nucleic acids, low molecular weight Ligands, microorganisms, cells and other biological bind active materials. That happens in essential for separation and isolation corresponding Interaction partners and above all to the qualitative and quantitative detection of specific Interaction partners in the solid phase immunoassay. For Hybridization of single-stranded deoxyribo nucleic acids could be activated in this way Polystyrene surfaces are not used.
Der Nachweis von DNA-Fragmenten, insbesondere Amplifikaten der Polymerase-Kettenreaktion (PCR) findet umfangreiche Anwendungen in der Medizin. So besteht in der Diagnostik bzw. der Verlaufskontrolle viraler Infektionen sowie von malignen Erkrankungen ein starkes Bedürfnis nach quantitativen Aussagen, um zum Beispiel Therapieerfolge bzw. Krankheitsverläufe in frühen Stadien beurteilen zu können. Diese Diagnostik war bisher in zufriedenstellender Weise nicht möglich.Detection of DNA fragments, in particular Polymerase chain reaction (PCR) amplificates are found extensive applications in medicine. So there is in the diagnosis or the follow-up of viral Infections and malignancies a strong one Need for quantitative statements, for example Successful therapy or disease course in early To be able to judge stadiums. This diagnosis was so far not satisfactorily possible.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Nachweisverfahren für DNA und DNA-Fragmente anzubieten, das kostengünstig, einfach zu handhaben und in die vorhandene Laborausstattung integrierbar sein soll sowie die Möglichkeit zur Automation offen lassen soll.The invention is based on the object Offer detection methods for DNA and DNA fragments, the inexpensive, easy to use and in the existing laboratory equipment should be integrable as well as the possibility of automation should be left open.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und 8.The problem is solved with the characteristic Parts of claims 1 and 8.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß die Übertragung von enzym-immunologischen Methoden auf Nukleinsäure-Hybridisationstechniken den Forderungen am besten gerecht wird. Bei der Nukleinsäure- Hybridisationstechnik binden sich komplementäre Einzelstränge von Nukleinsäuren unter Bildung eines Doppelstranges (Hybrid). Die Kombination enzym immunologischer Methoden mit Nukleinsäure- Hybridisationstechniken erfolgt erfindungsgemäß durch Bindung der Basen an eine chemisch-aktivierte feste Phase. An dieser Phase ist einzelsträngige DNA (Capture-Sonde) nun kovalent gebunden und durch In- Kontakt-Bringen eines nachzuweisenden komplementären einzelsträngigen DNA-Abschnittes (Ziel-DNA) erfolgt die Hybridisation mit der Capture-Sonde. Anschließend wird erfindungsgemäß die Bestimmung der Ziel-DNA mittels ei nes ziel-immunologischen Bestimmungsverfahrens bzw. über einen Antinukleinsäure-Antikörper, über Einsatz einer Reporter-Probe oder nach vorheriger Markierung der Ziel-DNA über einen geeigneten Assay (z. B. fluorometrisch oder luminometrisch) durchgeführt. Die Aktivierung der festen Phase erfolgt durch Behandlung mit Organosilanen der allgemeinen FormelIt has surprisingly been found that the Transfer of enzyme immunological methods to Nucleic acid hybridization techniques meet the requirements on best meets. With nucleic acid Hybridization technology bind complementary Single strands of nucleic acids to form a Double strand (hybrid). The combination enzyme immunological methods with nucleic acid Hybridization techniques are carried out according to the invention Binding of the bases to a chemically activated solid Phase. At this stage there is single stranded DNA (Capture probe) now covalently bound and by in- Bringing a complementary to be demonstrated single-stranded DNA section (target DNA) Hybridization with the capture probe. Then will according to the invention, the determination of the target DNA by means of an egg target immunological determination method or via an antinucleic acid antibody, via insert a reporter sample or after prior marking the target DNA using a suitable assay (e.g. fluorometric or luminometric) performed. The The solid phase is activated by treatment with organosilanes of the general formula
(XR′n′)n SiR4-n (XR ′ n ′ ) n SiR 4-n
wobei X eine Amino-, Carbonyl-, Glycidoxy-, Carboxy-, Epoxy-, Halo-, Isocyano-, Diazo-, Isothiocyano-, Nitroso-, Sulfhydryl- oder Halocarbonyl-Gruppe und R′ eine Alkyl-, Alkylphenyl- oder Phenylgruppe sind, während R für eine Alkoxy-, Phenoxy- oder Halogengruppe steht, und n′ den Wert zwischen 0 bis 20 und n den Wert zwischen 1 bis 3 haben können.where X is an amino, carbonyl, glycidoxy, carboxy, Epoxy, halo, isocyano, diazo, isothiocyano, Nitroso, sulfhydryl or halocarbonyl group and R ′ are an alkyl, alkylphenyl or phenyl group, while R represents an alkoxy, phenoxy or halogen group stands, and n 'the value between 0 to 20 and n the value can have between 1 and 3.
Die besonders vorteilhaft eingesetzten Organosilane be sitzen die allgemeine Zusammensetzung XCH₂CH₂CH₂- Si(OR)₃ in der X für die reaktiven organischen Gruppen steht, die oben aufgeführt sind, und R für eine Methyl- oder Ethylgruppe.The particularly advantageously used organosilanes be sit the general composition XCH₂CH₂CH₂- Si (OR) ₃ in the X for the reactive organic groups stands, which are listed above, and R for a methyl or Ethyl group.
Wesentlich für die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Bedingungen, unter denen die Aktivierung der festen Phase erfolgt. Die Aktivierung erfolgt in alkoholischen Lösungen mit nachfolgender Erwärmung, wobei sich die Aktivierung in wäßrigem Isopropanol, bevorzugt in einem Verhältnis Isopropanol/Wasser 1 : 1, bewährt hat. Die nachfolgende Erwärmung wird gemäß der Erfindung so weit geführt, wie es die physikalischen Eigenschaften der jeweiligen festen Phase (Erweichungstemperatur) zulassen. Für Polycarbonat ist eine Erwärmung bis auf 100-110° möglich, für Polystyren dagegen nur eine Erwärmung auf 55-65°. Durch diesen Schritt wird überraschender weise erreicht, daß die einzelsträngige DNA (Capture- Sonde) gerichtet gebunden wird, d. h. möglichst viele DNA-Enden "nach außen zeigen" und dadurch im Nachweisschritt eine maximale Hybridisierung möglich ist. Essential for the implementation of the invention Procedures are the conditions under which the The solid phase is activated. The activation takes place in alcoholic solutions with the following Warming, the activation being in aqueous Isopropanol, preferably in a ratio Isopropanol / water 1: 1, has proven. The following Heating is carried out according to the invention as far as it the physical properties of each allow solid phase (softening temperature). For Polycarbonate is heated up to 100-110 ° possible, for polystyrene, however, only heating up 55-65 °. This step makes it more surprising achieved that the single-stranded DNA (capture Probe) is bound, d. H. as many as possible DNA ends "point outwards" and thereby in Detection step a maximum hybridization possible is.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 2 werden als feste Phase Formkörper aus natür lichen oder synthetischen Polymeren eingesetzt. Ebenso ist es möglich, Formkörper aus Glas zu verwenden. Im einzelnen handelt es sich erfindungsgemäß um Polysty ren, Polycarbonat und Polyvinylchlorid und Zellulose bzw. zellulosehaltige Polymere. Als Formkörper werden insbesondere die bereits bekannten Mikrotestplatten bzw. -streifen verwendet. Als Vorrichtung zur Bestim mung von DNA an festen Phasen wird ein Formkörper erfindungsgemäß angeboten, an dessen chemisch aktivierte Oberfläche einzelsträngige DNA kovalent gebunden ist, derart, daß eine Hybridisation mit komplementären einzelsträngigen DNA-Abschnitten möglich ist.In a further embodiment of the invention Claim 2 are molded bodies from natural as a solid phase Lichen or synthetic polymers used. As well it is possible to use molded articles made of glass. in the According to the invention, some are polysty ren, polycarbonate and polyvinylchloride and cellulose or cellulose-containing polymers. As a molded body especially the already known micro test plates or strips used. As a device for determination DNA on solid phases becomes a shaped body offered according to the invention, at its chemical activated surface single-stranded DNA covalent is bound such that hybridization with complementary single-stranded DNA sections possible is.
Die erfindungsgemäße kovalente Bindung der DNA an die festen Phasen ist eine vorteilhafte Alternative zu den oben genannten adsorptiven und kovalenten Methoden. Es zeigt sich, daß eine spezifische Bindung mit hoher Kapazität und einer streng definierte Orientierung der Moleküle an der Festphasenoberfläche erfolgt.The covalent binding of the DNA to the invention fixed phases is an advantageous alternative to the above adsorptive and covalent methods. It shows that a specific bond with high Capacity and a strictly defined orientation of the Molecules occur on the solid phase surface.
Das Herstellen der Bindung erfolgt nach einem einfachen Protokoll.The binding is made in a simple manner Protocol.
Weitere Vorteile der Erfindung sind:Further advantages of the invention are:
- - Geringer Zeitaufwand zur Bindung der Capture-Son den;- Little time required to bind the Capture-Son the;
- - effiziente Bindung der Capture-Sonden, die einen vergleichsweise geringen Einsatz an Sonden-DNA ge statten; - Efficient binding of the capture probes, the one comparatively low use of probe DNA equip;
- - breite Anwendungsmöglichkeiten auch hinsichtlich des Typs der festen Phase und des Detektionsverfah rens.- Wide range of applications also with regard to the type of the solid phase and the detection method rens.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele und der Abbildungen näher erläutert. Es zeigenThe invention is illustrated by the following examples and of the illustrations explained in more detail. Show it
Abb. 1 eine Zeitabhängigkeit der Hybridisation einer synthetischen Ziel-DNA bei verschiedenen Capture-Sonden (Mittelwerte aus drei Experi menten), Fig. 1 shows a time dependence of the hybridization of a synthetic target DNA in different capture probes (mean values from three experiments),
Abb. 2 einen Einfluß der Benetzungskonzentration mit Capture-Sonde 0-45 auf die Hybridisation einer synthetischen Ziel-DNA (Mittelwerte aus vier Experimenten), Fig. 2 an influence of the wetting concentration with capture probe 0-45 on the hybridization of a synthetic target DNA (mean values from four experiments),
Abb. 3 eine Linearität der Hybridisation bei Mikrotestplatten verschiedener Hersteller (Mittelwerte aus Experimenten), Fig. 3 shows a linearity of hybridization in microtest plates from different manufacturers (mean values from experiments),
Abb. 4 eine allelspezifische Hybridisiation einer synthetischen Sequenz aus dem Exon 12 des K-ras Protoonkogens in Abhängigkeit von der Waschtemperatur. Gezeigt sind die Resultate eines typischen Experiments, bei dem sechs verschiedene Capture-Sonden verwendet wurden, die zum Wildtyp (-GGT-) bzw. zu Punktmutationen im K-ras Gen komplementär sind und Fig. 4 shows an allele-specific hybridization of a synthetic sequence from exon 12 of the K-ras proto-oncogene depending on the washing temperature. The results of a typical experiment are shown, in which six different capture probes were used, which are complementary to the wild type (-GGT-) or to point mutations in the K-ras gene and
Abb. 5 eine quantitative Detektion von Amplifikation (typisches Experiment)-gezeigt sind die Produkt banden im Agarosegel (unten) sowie die entsprechenden luminometrischen Signale bei quantitativer Bestimmung der Amplifikate (oben; vgl. Tabelle 3). Fig. 5 shows a quantitative detection of amplification (typical experiment) - the product bands are shown in the agarose gel (bottom) and the corresponding luminometric signals for quantitative determination of the amplificates (top; see Table 3).
1. Silanisierungsreagenz NB 6130 (Chemiewerk Nünchritz, Nünchritz, Deutschland) wurde 1/5 in absolutem Ethanol verdünnt und in einem Volumen von 50 µl pro Kavität auf die Mikrotestplatten pipettiert. Die Aktivatorlösung wurde nach einer Stunde Inkubation bei Raumtemperatur entfernt, die Platten weitere 2 Stunden bei Raumtemperatur getrocknet. Abschließend wurden die Kavitäten 3× mit je 100 µl Aqua bidest. gewaschen.1. Silanization reagent NB 6130 (chemical plant Nünchritz, Nünchritz, Germany) was 1/5 in absolute ethanol diluted and in a volume of 50 µl pipetted onto the microtest plates per cavity. The Activator solution was added after an hour of incubation Room temperature removed, the plates for a further 2 hours dried at room temperature. In conclusion, the Cavities 3 × with 100 µl Aqua bidest. washed.
2. Mikrotitrationsplatten aus Polystyren (Nunc, Dänemark) werden mit 20% Glycidoxypropyltriethoxysilan (ABCR, BRD) in iso-Propanol/Wasser (1 : 1), pH 2,5, 1 h bei Raumtemperatur inkubiert und anschließend 4 h auf 60° erhitzt. Nach dreimaligem Waschen mit dest. Wasser werden die so aktivierten Mikrotitrationsplatten mit der Capture DNA inkubiert.2. Microtitration plates made of polystyrene (Nunc, Denmark) with 20% glycidoxypropyltriethoxysilane (ABCR, FRG) in isopropanol / water (1: 1), pH 2.5, 1 h incubated at room temperature and then for 4 h Heated to 60 °. After washing three times with dist. The microtitration plates activated in this way become water incubated with the capture DNA.
3. Mikrotitrationsplatten aus Polycarbonat (Sarstedt, BRD) werden mit einem 20%igem Gemisch aus Aminopropyl triethoxysilan und Glycidoxypropyltriethoxysilan (Hüls, BRD) in iso-Propanol/Wasser (1 : 1), pH 2,5, 1 h bei Raumtemperatur in Kontakt gebracht und nach Entfernung der überschüssigen Lösung 4 h auf 110° erhitzt. Nach dreimaligem Waschen mit dest. Wasser werden die aktivierten Mikrotitrationsplatten eingesetzt.3. Microtitration plates made of polycarbonate (Sarstedt, FRG) with a 20% mixture of aminopropyl triethoxysilane and glycidoxypropyltriethoxysilane (Hüls, FRG) in iso-propanol / water (1: 1), pH 2.5, at 1 h Contacted room temperature and after removal the excess solution heated to 110 ° for 4 h. To washing three times with dist. They will be water activated microtitration plates.
4. Polystyren-Kugeln mit einem Durchmesser von 6 mm werden mit 10% Glycidoxypropyltriethoxysilan (ABCR, BRD) in iso-Propanol/Wasser (1 : 1), pH 2,5, 1 h bei Raumtemperatur inkubiert und anschließend 2 h auf 60° unter ständigem Bewegen der Kugeln erwärmt. Nach inten sivem Waschen mit Aqua dest. werden die Kugeln eingesetzt.4. Polystyrene balls with a diameter of 6 mm are mixed with 10% glycidoxypropyltriethoxysilane (ABCR, FRG) in iso-propanol / water (1: 1), pH 2.5, at 1 h Incubated at room temperature and then at 60 ° for 2 h warmed while constantly moving the balls. Inten washing with aqua dest. become the balls used.
Quantitative Bestimmung einer synthetischen Ziel-DNA
Die nachfolgenden Experimente dienen zur Beschreibung
von grundlegenden Test-Charakteristika. Die Versuche
wurden mit einem 5′-biotinylierten synthetischen Oligo
nukleotid (MWG Biotech, München, Deutschland) als Ziel-
DNA durchgeführt, die Sequenz aus Yamada et al. (1991),
Probe 2-121B, entnommen:
5′ CAA-CGG-TGG-GGG-ATA-CAG-TTA-TGG-ATA-TTT-GGG-GAA-CGG-
GAA-CTG-GTT-CGA-CCC-CTG-GGG-CCA-GGG-AAC 3′.Quantitative determination of a synthetic target DNA
The following experiments serve to describe basic test characteristics. The experiments were carried out with a 5′-biotinylated synthetic oligonucleotide (MWG Biotech, Munich, Germany) as the target DNA, the sequence from Yamada et al. (1991), Sample 2-121B, taken from:
5 ′ CAA-CGG-TGG-GGG-ATA-CAG-TTA-TGG-ATA-TTT-GGG-GAA-CGG-GAA-CTG-GTT-CGA-CCC-CTG-GGG-CCA-GGG-AAC 3 ′.
Die Capture-Sonden wurden auf einem automatischen DNA- Synthesizer (Milligen, Burlington, USA) hergestellt und über NAP 10 Sephadex G 25 Säulen (Pharmacia, Uppsala, Schweden) gereinigt. Die Sequenzen der Capture-Sonden sind in Tabelle 1 aufgeführt.The capture probes were on an automatic DNA Synthesizer (Milligen, Burlington, USA) manufactured and via NAP 10 Sephadex G 25 columns (Pharmacia, Uppsala, Sweden) cleaned. The sequences of the capture probes are listed in Table 1.
Die längendifferenten Capture-Sonden 0-26, 0-36, 0-45 und 0-57 wurden in einer Konzentration von 40 µg/ml in 2xPBS, pH 7,3 gelöst und in einem Volumen von 50 µl auf Oberflächen-aktivierte Mikrotestplatten (Polyha: MLW, Halberstadt, Deutschland) pipettiert. Die Sonden wurden über 2 Stunden Inkubation bei Raumtemperatur kovalent an die Plattenoberfläche gebunden; anschließend wurden die Kavitäten 3× mit je 70 µl PBS plus 0,2% Tween 20 pH 7,3 (nachfolgend als PBS/Tween bezeichnet) gewaschen.The length-different capture probes 0-26, 0-36, 0-45 and 0-57 were at a concentration of 40 µg / ml 2xPBS, pH 7.3 dissolved and in a volume of 50 ul Surface activated micro test plates (Polyha: MLW, Halberstadt, Germany). The probes were covalent over 2 hours of incubation at room temperature bound to the surface of the plate; subsequently the cavities 3 × with 70 µl PBS plus 0.2% Tween 20 pH 7.3 (hereinafter referred to as PBS / Tween) washed.
Die Ziel-DNA wurde in einer Konzentration von 200 ng/ml in Hybridisationspuffer (Tropix, Bedford, USA) verdünnt und in einem Volumen von 50 µl auf die Platten gegeben. Nach unterschiedlicher Hybridisationsdauer zwischen 1 und 60 Minuten (s. Abb. 1) wurden die Kavitäten 3× mit je 70 µl PBS/Tween gewaschen.The target DNA was diluted in a concentration of 200 ng / ml in hybridization buffer (Tropix, Bedford, USA) and added to the plates in a volume of 50 μl. After different hybridization times between 1 and 60 minutes (see Fig. 1), the cavities were washed 3 times with 70 µl PBS / Tween.
Streptavidin-alkalische Phosphatase-Konjugat (Tropix) wurde nach den Angaben des Herstellers in Konjugatpuf fer (Tropix) verdünnt, in einem Volumen von 50 µl zu den hybridisierten Oligonukleotiden gegeben und 20 Mi nuten bei Raumtemperatur inkubiert. Die Proben wurden 3× mit 70 µl PBS/Tween gewaschen. Zur Detektion wurden 50 µl para-Nitrophenylphosphat in DEA-Puffer, pH 10 (Randox) auf die Platten pipettiert. Die Extinktion bei 405 nm wurde nach 2 Stunden Inkubation bei Raumtempera tur gemessen. Streptavidin-alkaline phosphatase conjugate (Tropix) was according to the manufacturer's instructions in conjugate pouf fer (Tropix) diluted in a volume of 50 µl given the hybridized oligonucleotides and 20 Mi incubated at room temperature. The samples were Washed 3 × with 70 µl PBS / Tween. Were used for detection 50 µl para-nitrophenyl phosphate in DEA buffer, pH 10 (Randox) pipetted onto the plates. The extinction at 405 nm became after 2 hours incubation at room temperature measured.
Das gesamte Experiment erfolgte in Doppelbestimmung und wurde zweimal wiederholt.The entire experiment was carried out in duplicate and was repeated twice.
Abb. 1 zeigt die Resultate, aus denen die Abhängigkeit des Hybridisationssignals (ablesbar an den Extinktionen) und der Hybridisationskinetik (ablesbar am Zeitverlauf) von der Länge der Capture-Sonden deutlich wird. Fig. 1 shows the results from which the dependence of the hybridization signal (readable from the extinctions) and the hybridization kinetics (readable from the time course) on the length of the capture probes becomes clear.
Capture-Sonde 0-45 wurde zur kovalenten Bindung in 1× PBS, pH 7,3 gelöst und in 6 verschiedenen Konzentrationen von 0,2 ng bis 20 µg/ml in einem Volumen von 50 Htl auf aktivierte Mikrotestplatten (Polysorp, Nunc, Roskilde; Dänemark) aufgetragen. Nach 1 Stunde Inkubation bei 37° wurden die Kavitäten 3× mit 70 µl PBS/Tween gewaschen.Capture probe 0-45 was used for covalent binding in 1 × PBS, pH 7.3 dissolved and in 6 different Concentrations from 0.2 ng to 20 µg / ml in one Volume of 50 Htl on activated micro test plates (Polysorp, Nunc, Roskilde; Denmark). To The cavities were 3 × for 1 hour incubation at 37 ° washed with 70 ul PBS / Tween.
Die Capture-Sonden wurden mit 10 ng biotinmarkierter Ziel-DNA pro Kavität wie in Experiment 1 angegeben hybridisiert.The capture probes were labeled with 10 ng biotin Target DNA per cavity as indicated in Experiment 1 hybridizes.
Zur luminometrischen Detektion der Hybride wurden nach Inkubation mit dem Enzymkonjugat und dreimaligem Wa schen der Proben 50 µl Assaypuffer für alkalische Phos phatase plus CSPD und 10% Emerald Enhancer (Tropix) auf die Kavitäten pipettiert. Die Proben wurden nach 10 Mi nuten Inkubation bei 37° in einem Lumineszenz-Reader (Luminoskan: Labsystems, Helsinki; Finnland) gemessen.For the luminometric detection of the hybrids, Incubate with the enzyme conjugate and three times Wa 50 µl assay buffer for alkaline phos phatase plus CSPD and 10% Emerald Enhancer (Tropix) pipetted the cavities. The samples were taken after 10 mi incubation at 37 ° in a luminescence reader (Luminoskan: Labsystems, Helsinki; Finland).
Abb. 2 zeigt die Resultate von vier Experimenten, die jeweils in Dreifachbestimmung ausgeführt wurden. Fig. 2 shows the results of four experiments, each carried out in triplicate.
Mikrotestplatten verschiedener Hersteller (Polysorp, Maxisorp: Nunc; Microfluor: Dynatech, USA) wurden ober flächenaktiviert und durch kovalente Bindung mit 100 ng/Kavität Capture-Sonde 0-45 benetzt. Hybridi sation und luminometrische Detektion der Ziel-DNA erfolgten wie oben beschrieben. Die Ziel-DNA wurde in geometrischer Verdünnung in Konzentrationen zwischen 1 pg und 10 ng pro Kavität eingesetzt.Micro test plates from different manufacturers (Polysorp, Maxisorp: Nunc; Microfluor: Dynatech, USA) were top surface activated and through covalent bonding with 100 ng / cavity capture probe 0-45 wetted. Hybridi sation and luminometric detection of the target DNA were done as described above. The target DNA was in geometric dilution in concentrations between 1 pg and 10 ng per cavity used.
Abb. 3 zeigt eine Zusammenfassung der Resultate von sechs Versuchen in Vierfachbestimmung. Die berechnete untere Nachweisgrenze (Leerwert plus 3 s) liegt bei 3,4 pg bzw. 152 attomol. Fig. 3 shows a summary of the results of six tests in quadruplicate. The calculated lower detection limit (blank plus 3 s) is 3.4 pg or 152 attomol.
Die nachfolgenden Experimente liefern die Grundlage für
den Nachweis von Punktmutationen durch allelspezifische
Hybridisation. Als Ziel-DNA wurde ein Oligonukleotid
mit der folgenden Sequenz aus dem Exon 12 des K-Ras
Protoonkogens synthetisiert:
5′ AGC-TGT-ATC-GTC-AAG-GCA-CTC-TTG-CCT-ACG-CCA-CCA-GCT-
TCA-ACT-ACC-ACA-AGT-TTA-TAT-TCA-GTC 3′.
The following experiments provide the basis for the detection of point mutations by allele-specific hybridization. As the target DNA, an oligonucleotide with the following sequence was synthesized from exon 12 of the K-Ras protooncogene:
5 ′ AGC-TGT-ATC-GTC-AAG-GCA-CTC-TTG-CCT-ACG-CCA-CCA-GCT- TCA-ACT-ACC-ACA-AGT-TTA-TAT-TCA-GTC 3 ′.
Das Oligonukleotid wurde über NAP 10 Säulen gereinigt und nach den Vorgaben des Herstellers (Boehringer Mann heim) mittels terminaler Desoxyribonukleotid- Transferase am 3′-Ende mit Digoxigenin markiert.The oligonucleotide was purified on NAP 10 columns and according to the specifications of the manufacturer (Boehringer Mann home) using terminal deoxyribonucleotide Transferase labeled at the 3'-end with digoxigenin.
Synthese und Aufreinigung der Capture-Sonden erfolgten wie beschrieben. Die Sequenzen der allelspezifischen Capture-Sonden (Tab. 2) wurden Sasaki et al. (1990) entnommen. Während Capture-Sonde 1 vollständig komplementär zur Sequenz der Ziel-DNA ist, liegt bei den anderen Sonden jeweils ein Mismatch im 4. Triplett vor. Das Ziel des Experiments bestand darin, ein Protokoll zu entwickeln, mit dem vollständige von inkompletter Komplementarität unterschieden werden kann.The capture probes were synthesized and purified as described. The sequences of the allele-specific Capture probes (Tab. 2) were Sasaki et al. (1990) taken. During capture probe 1 completely is complementary to the sequence of the target DNA the other probes each have a mismatch in the fourth triplet in front. The goal of the experiment was to create a Develop protocol with the full of incomplete complementarity can.
Die allelspezifischen Capture-Sonden wurden in einer Konzentration von 20 µl in 2× PBS, pH 7,3 gelöst und in einem Volumen von 50 µl auf oberflächenaktivierte Mikrotestplatten (Polyha, MLW, Deutschland) pipettiert. Die Aktivierung erfolgte wie oben angegeben. Sie Sonden wurden eine Stunde bei 37° inkubiert, anschließend die Kavitäten 3× mit je 70 µl PBS gewaschen. The allele-specific capture probes were in one Concentration of 20 µl dissolved in 2 × PBS, pH 7.3 and in a volume of 50 µl on surface activated Pipetted microtest plates (Polyha, MLW, Germany). The activation took place as indicated above. You probes were incubated at 37 ° for one hour, then the cavities were washed 3 × with 70 μl PBS each.
Zur Prähybridisation wurden 50 µl des Konjugatpuffers (Tropix) ohne Enzymzusatz 20 min bei 42° in Kavitäten inkubiert; anschließend wurden die Platten 3× mit je 70 µl PBS/Tween gewaschen. Die Ziel-DNA wurde in einer Konzentration von 400 ng/ml in Hybridisierungspuffer (Tropix) aufgenommen und zur Hybridisation in einem Vo lumen von 50 µl pro Kavität 20 min bei 42° inkubiert.50 μl of the conjugate buffer were used for prehybridization (Tropix) without enzyme addition for 20 min at 42 ° in cavities incubated; then the plates were 3 × each Wash 70 ul PBS / Tween. The target DNA was in a Concentration of 400 ng / ml in hybridization buffer (Tropix) recorded and for hybridization in a Vo lumens of 50 µl per cavity were incubated at 42 ° for 20 min.
Die hybridisierte DNA wurde 3× mit jeweils 50 µl 0,1× SSC (15 mM NaCl; 1,5 mM Natriumcitrat) plus 0,1% SDS 10 Minuten stringent gewaschen. Hierfür wurden Temperaturen zwischen 42° und 50° getestet (s. Abb. 4). Der Nachweis der hybridisierten DNA erfolgte über ein Anti-Digoxigenin/Alkalische Phosphatase-Konjugat (Boehringer, Mannheim). Das Konjugat wurde 1/5000 in Maleinsäurepuffer plus 10% Blocking-Reagenz (Boehringer, Mannheim) verdünnt. 50 µl Enzymkonjugat pro Kavität wurden aufgetragen und für 30 min. bei Raumtemperatur inkubiert. Danach wurden die Kavitäten 3× mit je 70 µl PBS/Tween gewaschen. Zur Detektion wurden 50 µl para-Nitrophenylphosphat in DEA- Puffer (Randox) pro Kavität pipettiert. Die Extinktionsmessung bei 405 nm erfolgte nach 2 Stunden Inkubation bei Raumtemperatur. Der Versuch erfolgte in Dreifachbestimmung.The hybridized DNA was washed 3 × with 50 μl 0.1 × SSC (15 mM NaCl; 1.5 mM sodium citrate) plus 0.1% SDS stringently for 10 minutes. Temperatures between 42 ° and 50 ° were tested for this (see Fig. 4). The hybridized DNA was detected using an anti-digoxigenin / alkaline phosphatase conjugate (Boehringer, Mannheim). The conjugate was diluted 1/5000 in maleic acid buffer plus 10% blocking reagent (Boehringer, Mannheim). 50 ul enzyme conjugate per cavity were applied and for 30 min. incubated at room temperature. The cavities were then washed 3 × with 70 μl PBS / Tween each. For detection, 50 µl para-nitrophenyl phosphate in DEA buffer (Randox) were pipetted into each cavity. The absorbance measurement at 405 nm was carried out after 2 hours of incubation at room temperature. The experiment was carried out in triplicate.
Abb. 4 verdeutlicht die Beziehung zwischen der Spezifität des Meßsignals und der Temperatur für das stringente Waschen. Fig. 4 illustrates the relationship between the specificity of the measurement signal and the temperature for stringent washing.
Im nachfolgenden Experiment wird die quantitative Be stimmung einer Ziel-DNA nach vorhergehender Amplifika tion durch PCR gezeigt. Die zur Amplifikation verwen dete Plasmid-DNA der Hybridomlinie CB 03 wurde freund licherweise von Dr. S. Jahn, Institut für Medizinische Immunologie, Charit´ Berlin zur Verfügung gestellt.In the following experiment, the quantitative Be tuning of a target DNA after previous amplification tion shown by PCR. Use for amplification The plasmid DNA of the hybridoma line CB 03 became friends by Dr. S. Jahn, Institute for Medical Immunology, Charit´ Berlin provided.
Die Amplifikation der für die Antigenbindungsstelle 3 (CDR 3) kodierenden Plasmid-DNA erfolgte nach Brisco et al. (1991). Es wurden 200 nM Digoxigenin-markierter VH- FR3A-Primer (5′ ACACGGC[C/T]-[G/C]TGTATTACTGT 3′), 200 nM Biotin-markierter VH-JH Primer (5′ TGAGGAGACGGTGACC 3′) (BioTez, Berlin, Deutschland), je 0,1 mM dNTP sowie 2,5 U/50 µl Taq-Polymerase (Boehringer, Mannheim, Deutschland) verwendet. Die Plasmid-DNA wurde in logarithmischer Verdünnung zwischen 1 fg und 10 pg/50 µl eingesetzt. Die Amplifikation erfolgte nach 9 min Denaturierung bei 94°C über 30 Zyklen (1 min 94°, 1 min 55°C, 1 min 72°C) in einem Thermocycler Modell 9600 (Perkin Elmer). Die Amplifikate wurden in einer Kontroll-Elektrophorese in 3%igem Agarosegel dargestellt (Abb. 5).The plasmid DNA coding for antigen binding site 3 (CDR 3) was amplified according to Brisco et al. (1991). 200 nM digoxigenin-labeled VH-FR3A primers (5 ′ ACACGGC [C / T] - [G / C] TGTATTACTGT 3 ′), 200 nM biotin-labeled VH-JH primers (5 ′ TGAGGAGACGGTGACC 3 ′) (BioTez , Berlin, Germany), each 0.1 mM dNTP and 2.5 U / 50 .mu.l Taq polymerase (Boehringer, Mannheim, Germany) used. The plasmid DNA was used in a logarithmic dilution between 1 fg and 10 pg / 50 μl. The amplification was carried out after 9 min denaturation at 94 ° C over 30 cycles (1 min 94 °, 1 min 55 ° C, 1 min 72 ° C) in a model 9600 thermal cycler (Perkin Elmer). The amplificates were shown in a control electrophoresis in a 3% agarose gel ( Fig. 5).
17mer Capture-Sonden mit der Sequenz (5′: GGT-ACT-TCT- GAC-CGG-GA 3′) (Synthese und Aufeinigung wie oben beschrieben) wurden in einer Konzentration von 40 µl/ml in 1× PBS, pH 7,3 gelöst, in einem Volumen von 50 µl/Kavität auf aktivierte Polysorp-Mikrotestplatten (Nunc, Roskilde, Dänemark) pipettiert und eine Stunde bei 37°C inkubiert. Anschließend wurden die Kavitäten 3× mit je 70 µl PBS/Tween gewaschen.17mer capture probes with the sequence (5 ′: GGT-ACT-TCT- GAC-CGG-GA 3 ′) (synthesis and settlement as above ) were in a concentration of 40 ul / ml dissolved in 1 × PBS, pH 7.3, in a volume of 50 µl / cavity on activated Polysorp micro test plates (Nunc, Roskilde, Denmark) pipetted and one hour incubated at 37 ° C. Then the cavities Washed 3 × with 70 µl PBS / Tween each.
Streptavidin-benetzte Dynabeads (Dynal, Oslo, Norwegen) wurden entsprechend den Vorschriften des Herstellers mit Bindungs- und Waschpuffer (BWP: 2 M NaCl, 10 mM Tris, 1 mM EDTA; pH 7,5; Dynal) gewaschen. 15 µl der PCR-Produkte wurden mit 20 µl gewaschener Magnetobeads unter Schütteln für 30 min bei Raumtemperatur inkubiert. Nach zweimaligem Waschen mit BWP wurden die an die Beads gebundenen Amplifikate zur Strangtrennung in 30 µl 0,1 M NaOH aufgenommen und 20 min bei Raumtemperatur inkubiert. Nach einminütiger Fixierung der Beads im MPCT (magnetic particle concentrator; Dynal) wurde der Überstand abpipettiert, mit 15 µl 0,2 M HCl neutralisiert und in 45 µl 2× Hybridisationspuffer (Tropix) verdünnt.Streptavidin-wetted Dynabeads (Dynal, Oslo, Norway) were made according to the manufacturer's instructions with binding and washing buffer (BWP: 2 M NaCl, 10 mM Tris, 1mM EDTA; pH 7.5; Dynal) washed. 15 µl of PCR products were washed with 20 µl Magnetobeads with shaking for 30 min at room temperature incubated. After washing twice with BWP, the amplified products bound to the beads for strand separation taken up in 30 µl 0.1 M NaOH and at 20 min Incubated at room temperature. After one minute of fixation the beads in the MPCT (magnetic particle concentrator; Dynal) the supernatant was pipetted off with 15 µl 0.2 M HCl neutralized and in 45 µl 2 × Hybridization buffer (Tropix) diluted.
Die einzelsträngigen Amplifikate wurden in 2 Aliquots á 40 µl geteilt, auf die mit Capture-Sonden benetzten Kavitäten pipettiert und zur Hybridation 30 min bei 42°C inkubiert. Die Kavitäten wurden 3× mit je 70 µl PBS/Tween sowie 1× mit 70 µl Maleinsäurepuffer plus Blocking Reagenz (Boehringer, Mannheim, Deutschland) gewaschen. Anschließend wurden 50 µl Antidigoxigenin- Alkalische Phosphatase-Konjugat (Boehringer, Mannheim; 1/5000 in Maleinsäurepuffer plus Blocking Reagenz verdünnt) auf die Kavitäten gegeben und für 30 min bei Raumtemperatur inkubiert. Nach dreimaligem Waschen mit je 70 µl PBS/Tween wurden 50 µl Assay-Puffer für Alkalische Phosphatase plus CSPD Luminogen und Emerald Lumineszenz-Verstärker (Tropix) auf die Proben pipettiert und nach 10 min Inkubation bei 37°C die Lumineszenz der Proben im Luminoskan Luminometer bestimmt. The single-stranded amplificates were in 2 aliquots each 40 µl divided on the wetted with capture probes Wells are pipetted and hybridized for 30 min Incubated at 42 ° C. The cavities were 3 × with 70 µl each PBS / Tween and 1 × with 70 µl maleic acid buffer plus Blocking reagent (Boehringer, Mannheim, Germany) washed. Then 50 µl of antidigoxigenin Alkaline phosphatase conjugate (Boehringer, Mannheim; 1/5000 in maleic acid buffer plus blocking reagent diluted) on the cavities and for 30 min Incubated at room temperature. After washing three times with 70 µl PBS / Tween were 50 µl assay buffer for Alkaline phosphatase plus CSPD luminogen and Emerald Luminescence amplifier (Tropix) on the samples pipetted and after 10 min incubation at 37 ° C Luminescence of the samples in the Luminoskan luminometer certainly.
Eine Kalibration der Werte erfolgte durch externen Standard.The values were calibrated by external experts Default.
Abb. 5 zeigt, daß die im Agarosegel gefundenen Intensitäten der Produktbanden mit den luminometrisch gemessenen Amplifikatmengen korrespondieren. Unter Bezug auf den externen Standard konnten die Amplifikationseffizienzen bei den verschiedenen Ausgangskonzentrationen der Proben bestimmt werden (Tabelle 3). Fig. 5 shows that the intensities of the product bands found in the agarose gel correspond to the amounts of amplification measured by luminometry. With reference to the external standard, the amplification efficiencies at the different initial concentrations of the samples could be determined (Table 3).
Claims (19)
daß an eine feste Phase, die durch Organosilane in alkoholischen Lösungen und nachfolgende Erwärmung chemisch aktiviert wird, einzelsträngige DNA (Capture-Sonde) kovalent gebunden wird,
daß ein nachzuweisender komplementärer einzelsträngiger DNA-Abschnitt (Ziel-DNA) mit der Capture-Sonde hybridisiert wird
und daß anschließend die Ziel-DNA entweder direkt nach vorheriger Markierung oder indirekt über ein Enzymkonjugat, einen Antinukleinsäure-Antikörper oder über einen zweiten DNA-Einzelstrang, der mit der Ziel-DNA hybridisiert (Reporter-Probe), bestimmt wird.1. A method for the qualitative and quantitative determination of deoxyribonucleic acid (DNA) on solid phases, characterized in that
that single-stranded DNA (capture probe) is covalently bound to a solid phase that is chemically activated by organosilanes in alcoholic solutions and subsequent heating,
that a complementary single-stranded DNA segment (target DNA) to be detected is hybridized with the capture probe
and that the target DNA is then determined either directly after prior labeling or indirectly via an enzyme conjugate, an antinucleic acid antibody or via a second single strand of DNA which hybridizes with the target DNA (reporter sample).
daß die Vorrichtung aus einem Formkörper besteht, der eine mittels eines aufgebrachten Haftvermitt lers chemisch aktivierte Oberfläche aufweist,
daß an dieser Oberfläche einzelsträngige DNA (Capture-Sonde) kovalent gebunden ist, derart, daß eine Hybridisation mit komplementären einzelsträngigen DNA-Abschnitten (Ziel-DNA) möglich ist.13. A device for the qualitative and quantitative determination of deoxyribonucleic acids (DNA) on the most solid phases, characterized in that
that the device consists of a shaped body which has a surface chemically activated by means of an applied adhesion promoter,
that single-stranded DNA (capture probe) is covalently bound to this surface in such a way that hybridization with complementary single-stranded DNA sections (target DNA) is possible.
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