特表 2023-542660 サンプル分析物を検出するための構造および方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-10-11

(54)【発明の名称】サンプル分析物を検出するための構造および方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 33/543 20060101AFI20231003BHJP

   C12Q 1/68 20180101ALI20231003BHJP

   C12Q 1/6851 20180101ALI20231003BHJP

   C12Q 1/6869 20180101ALI20231003BHJP

   C12N 15/11 20060101ALI20231003BHJP

   C12Q 1/686 20180101ALI20231003BHJP

   B82Y 35/00 20110101ALI20231003BHJP

   B82Y 5/00 20110101ALI20231003BHJP

   G01N 33/53 20060101ALI20231003BHJP

【ＦＩ】

G01N33/543 525U

C12Q1/68

C12Q1/6851 Z

C12Q1/6869 Z

C12N15/11 Z

C12Q1/686 Z

B82Y35/00

B82Y5/00

G01N33/543 525E

G01N33/53 D

G01N33/53 M

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023516728

(86)(22)【出願日】2021-09-14

(85)【翻訳文提出日】2023-05-09

(86)【国際出願番号】 US2021050262

(87)【国際公開番号】W WO2022060728

(87)【国際公開日】2022-03-24

(31)【優先権主張番号】63/078,837

(32)【優先日】2020-09-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】505373306

【氏名又は名称】ソマロジック オペレーティング カンパニー インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田 直

(74)【代理人】

【識別番号】100202751

【弁理士】

【氏名又は名称】岩堀 明代

(74)【代理人】

【識別番号】100208580

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 玲奈

(74)【代理人】

【識別番号】100191086

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 香元

(72)【発明者】

【氏名】ゴピナス，アシュウィン

(72)【発明者】

【氏名】ロザムンド，ポール

(72)【発明者】

【氏名】シェティ，リシャブ

(72)【発明者】

【氏名】ボーエン，シェーン

【テーマコード（参考）】

4B063

【Ｆターム（参考）】

4B063QA01

4B063QQ03

4B063QQ36

4B063QQ42

4B063QS36

(57)【要約】

サンプル中に存在する１つ以上の分析物分子を検出するための構造および方法が、本明細書で提供される。いくつかの実施形態では、１つ以上の分析物分子は、１つ以上の超分子構造を使用して検出される。いくつかの実施形態では、１つ以上の超分子構造は、特に、互いに交差反応性を最小限に抑えるように設計される。いくつかの実施形態では、超分子構造は双安定性であり、超分子構造が、サンプルからの１つ以上の分析物分子との相互作用を介して不安定状態から安定状態に移行する。いくつかの実施形態では、安定状態の超分子構造は、分析物分子の検出および定量化のための信号を提供するように構成される。いくつかの実施形態では、分析物分子の検出および定量化が分析物分子の存在をＤＮＡ信号に変換することを含むように、信号はＤＮＡ信号と相関する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

サンプル中に存在する分析物分子を検出するための方法であって、
（ａ）ｉ．複数のコア分子を含むコア構造、
ｉｉ．前記コア構造に第１の位置で連結された捕捉分子、および
ｉｉｉ．前記コア構造に第２の位置で連結された検出器分子を含む超分子構造であって、前記検出器分子が前記コア構造から、前記第２の位置におけるそれらの間の連結を切断することによって結合解除されるように構成されるような、不安定状態である超分子構造を提供すること；
（ｂ）前記サンプルを前記超分子構造と接触させて、前記超分子構造を前記不安定状態から、前記検出器分子および前記捕捉分子が前記分析物分子との結合を介して共に連結され、それによって前記検出器分子と前記捕捉分子との間の連結を形成する、安定状態に移行させること；
（ｃ）トリガーを提供して、前記検出器分子が前記捕捉分子との前記連結を介して前記コア構造に連結されたまま、前記第２の位置における前記検出器分子と前記コア構造との間の前記連結を切断すること；ならびに
（ｄ）前記安定状態に移行した前記超分子構造によって提供される信号に基づいて、前記分析物分子を検出すること
を含む、方法。

【請求項2】

サンプル中に存在する１つ以上の分析物分子を検出するための方法であって、
（ａ）複数の超分子構造であって、各々が
ｉ．複数のコア分子を含むコア構造、
ｉｉ．前記コア構造に第１の位置で連結された捕捉分子、および
ｉｉｉ．前記コア構造に第２の位置で連結された検出器分子を含み、前記検出器分子が前記コア構造から、前記第２の位置のそれらの間の連結を切断することで結合解除されるように構成されるような、不安定状態である超分子構造を提供すること；
（ｂ）前記サンプルを前記複数の超分子構造と接触させて、少なくとも１つの超分子構造を前記不安定状態から、対応する検出器分子および捕捉分子が前記１つ以上の分析物分子の分析物分子との結合を介して共に連結され、それによって前記対応する検出器分子と捕捉分子との間の連結を形成する安定状態に移行させること；
（ｃ）トリガーを提供して、安定状態へ移行した前記少なくとも１つの超分子構造の前記検出器分子が、前記対応する捕捉分子との前記連結を介して対応するコア構造に連結されたまま、前記複数の超分子構造の前記第２の位置における各検出器分子と前記対応するコア構造との間の前記連結を切断すること；ならびに
（ｄ）前記安定状態に移行した前記少なくとも１つの超分子構造のそれぞれの超分子構造によって提供される信号に基づいて、前記１つ以上の分析物分子のそれぞれの分析物分子を検出すること
を含む、方法。

【請求項3】

安定状態に移行しなかった任意の超分子構造から結合解除された任意の検出器分子から、前記複数の超分子構造を単離することをさらに含む、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記サンプル中の前記分析物分子の濃度を定量することをさらに含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項5】

前記検出された分析物分子を同定することをさらに含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項6】

前記分析物分子が単一分子の数以上で前記サンプル中に存在する場合、前記信号に基づいて前記分析物分子を検出することをさらに含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項7】

前記サンプルが複合生物学的サンプルを含み、前記方法が単一分子感度を提供し、それによって前記複合生物学的サンプル内のある範囲の分子濃度のダイナミックレンジおよび定量的捕捉を増加させる、請求項１または２に記載の方法。

【請求項8】

前記１つ以上の分析物分子が、タンパク質、ペプチド、ペプチド断片、脂質、ＤＮＡ、ＲＮＡ、有機分子、無機分子、それらの複合体、またはそれらの任意の組み合せを含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項9】

各超分子構造がナノ構造である、請求項１または２に記載の方法。

【請求項10】

各コア構造がナノ構造である、請求項１または２に記載の方法。

【請求項11】

各コア構造の前記複数のコア分子が、所定の形状に配置され、かつ／または所定の分子量を有する、請求項１または２に記載の方法。

【請求項12】

前記所定の形状が、別の超分子構造との交差反応性を制限または防止するように構成される、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

各コア構造の前記複数のコア分子が、１つ以上の核酸鎖、１つ以上の分岐核酸、１つ以上のペプチド、１つ以上の小分子、またはそれらの組み合せを含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項14】

各コア構造が独立して、骨格デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）オリガミ、骨格リボ核酸（ＲＮＡ）オリガミ、骨格ハイブリッドＤＮＡ：ＲＮＡオリガミ、一本鎖ＤＮＡタイル構造、多本鎖ＤＮＡタイル構造、一本鎖ＲＮＡオリガミ、多本鎖ＲＮＡタイル構造、複数の骨格を有する階層的に構成されたＤＮＡもしくはＲＮＡオリガミ、ペプチド構造、またはそれらの組み合せを含む、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記トリガーが、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子、トリガー信号、またはそれらの組み合せを含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項16】

前記デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子が、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ペプチド、小有機分子、またはそれらの組み合せを含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記トリガー信号が、光信号、電気信号、またはその両方を含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項18】

前記トリガー光信号が、マイクロ波信号、紫外線照明、可視照明、近赤外照明、またはそれらの組み合せを含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

それぞれの前記分析物分子が、１）それぞれの前記超分子構造の前記捕捉分子に化学結合を介して結合し、かつ／または２）それぞれの前記超分子構造の前記検出器分子に化学結合を介して結合する、請求項１または２に記載の方法。

【請求項20】

各超分子構造の前記捕捉分子および検出器分子が、独立して、タンパク質、ペプチド、抗体、アプタマー（ＲＮＡおよびＤＮＡ）、フルオロフォア、ダルピン、触媒、重合開始剤、ＰＥＧのようなポリマー、またはそれらの組み合せを含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項21】

各超分子構造について、
（ａ）前記捕捉分子が捕捉バーコードを介して前記コア構造に連結されており、前記捕捉バーコードが第１の捕捉リンカー、第２の捕捉リンカー、および前記第１の捕捉リンカーと前記第２の捕捉リンカーとの間に配置された捕捉架橋を含み、前記第１の捕捉リンカーが、前記コア構造上の前記第１の位置に結合している第１のコアリンカーに結合されており、前記捕捉分子および前記第２の捕捉リンカーが、第３の捕捉リンカーへの結合を介して共に連結されており、
（ｂ）前記検出器分子が、検出器バーコードを介して前記コア構造に連結されており、前記検出器バーコードが、第１の検出器リンカー、第２の検出器リンカー、および前記第１の検出器リンカーと前記第２の検出器リンカーとの間に配置された検出器架橋を含み、前記第１の検出器リンカーが、前記コア構造上の前記第２の位置に結合されている第２のコアリンカーに結合されており、前記検出器分子および前記第２の検出器リンカーが、第３の検出器リンカーへの結合を介して互いに連結されている、
請求項１または２に記載の方法。

【請求項22】

前記捕捉架橋および検出器架橋が、独立してポリマーコアを含む、請求項２１に記載の方法。

【請求項23】

前記捕捉架橋のポリマーコアおよび前記検出器架橋のポリマーコアが、独立して、特定の配列の核酸（ＤＮＡもしくはＲＮＡ）またはＰＥＧのようなポリマーを含む、請求項２１に記載の方法。

【請求項24】

前記第１のコアリンカー、第２のコアリンカー、第１の捕捉リンカー、第２の捕捉リンカー、第３の捕捉リンカー、第１の検出器リンカー、第２の検出器リンカーおよび第３の検出器リンカーが、独立して、反応性分子またはＤＮＡ配列ドメインを含む、請求項２１に記載の方法。

【請求項25】

各反応性分子が、独立して、アミン、チオール、ＤＢＣＯ、マレイミド、ビオチン、アジド、アクリダイト、ＮＨＳ－エステル、特定の配列の一本鎖核酸（ＲＮＡもしくはＤＮＡ）、１つ以上のＰＥＧのようなポリマーもしくは重合開始剤、またはそれらの組み合せを含む、請求項２４に記載の方法。

【請求項26】

前記捕捉バーコードと、１）前記第１のコアリンカーおよび／または２）前記第３の捕捉リンカーとの間の連結が、化学結合を含む、請求項２１に記載の方法。

【請求項27】

前記化学結合が共有結合を含む、請求項２６に記載の方法。

【請求項28】

前記検出器バーコードと、１）前記第２のコアリンカーおよび／または２）前記第３の検出器リンカーとの間の連結が、化学結合を含む、請求項２１に記載の方法。

【請求項29】

前記化学結合が共有結合を含む、請求項２８に記載の方法。

【請求項30】

前記トリガーが、１）前記第１の検出器リンカーと前記第２のコアリンカーとの間、および／または２）前記第１の捕捉リンカーと前記第１のコアリンカーとの間の連結を切断する、請求項２１に記載の方法。

【請求項31】

前記捕捉分子が化学結合を介して前記第３の捕捉リンカーに結合され、かつ／または前記検出器分子が化学結合を介して前記第３の検出器リンカーに結合される、請求項２１に記載の方法。

【請求項32】

前記捕捉分子が前記第３の捕捉リンカーに共有結合し、かつ／または前記検出器分子が前記第３の検出器リンカーに共有結合している、請求項３１に記載の方法。

【請求項33】

前記不安定状態の各超分子構造が、第１の超分子構造の捕捉分子および／または検出器分子と、第２の超分子構造の対応する捕捉分子および／または検出器分子との間の交差反応の発生を低減または阻害するように、所定の距離で離間したそれぞれの前記捕捉分子および検出器分子を含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項34】

前記所定の距離が、約３ｎｍ～約４０ｎｍである、請求項３３に記載の方法。

【請求項35】

各超分子構造が、前記コア構造に連結されたアンカー分子をさらに含む、請求項２１に記載の方法。

【請求項36】

前記アンカー分子が、アンカーバーコードを介して前記コア構造に連結され、前記アンカーバーコードが、第１のアンカーリンカー、第２のアンカーリンカー、および前記第１のアンカーリンカーと第２のアンカーリンカーとの間に配置されたアンカー架橋を含み、前記第１のアンカーリンカーが、前記コア構造上の第３の位置に結合された第３のコアリンカーに結合され、前記アンカー分子が、前記第２のアンカーリンカーに連結されている、請求項３５に記載の方法。

【請求項37】

前記アンカー分子が、独立して、アミン、チオール、ＤＢＣＯ、マレイミド、ビオチン、アジド、アクリダイト、ＮＨＳ－エステル、特定の配列の一本鎖核酸（ＲＮＡもしくはＤＮＡ）、１つ以上のＰＥＧのようなポリマーもしくは重合開始剤、またはそれらの組み合せを含む、請求項３６に記載の方法。

【請求項38】

前記アンカー架橋がポリマーコアを含む、請求項３６に記載の方法。

【請求項39】

前記アンカー架橋の前記ポリマーコアが、特定の配列の核酸（ＤＮＡもしくはＲＮＡ）またはＰＥＧのようなポリマーを含む、請求項３８に記載の方法。

【請求項40】

前記第３のコアリンカー、第１のアンカーリンカー、第２のアンカーリンカー、およびアンカー分子が、独立して、アンカー反応性分子またはＤＮＡ配列ドメインを含む、請求項３６に記載の方法。

【請求項41】

各アンカー反応性分子が、独立して、アミン、チオール、ＤＢＣＯ、マレイミド、ビオチン、アジド、アクリダイト、ＮＨＳ－エステル、特定の配列の一本鎖核酸（ＲＮＡもしくはＤＮＡ）、１つ以上のＰＥＧのようなポリマーもしくは重合開始剤、またはそれらの組み合せを含む、請求項４０に記載の方法。

【請求項42】

前記アンカー分子が、化学結合を介して前記第２のアンカーリンカーに連結されている、請求項３６に記載の方法。

【請求項43】

前記アンカー分子が、前記第２のアンカーリンカーに共有結合している、請求項４２に記載の方法。

【請求項44】

前記トリガーが、１）前記アンカー分子から前記第２のアンカーリンカー、２）前記第３のコアリンカーから前記第１のアンカーリンカー、またはそれらの組み合せをさらに切断する、請求項３６に記載の方法。

【請求項45】

前記第１および第２の位置が、前記コア構造の第１の側に位置し、前記第３の位置が、前記コア構造の第２の側に位置する、請求項３６に記載の方法。

【請求項46】

前記信号が、安定状態に移行した超分子構造に対応する前記検出器バーコード、前記捕捉バーコード、またはそれらの組み合せを含む、請求項２１に記載の方法。

【請求項47】

安定状態に移行した前記少なくとも１つの超分子構造の対応する検出器分子から、前記対応する信号が、それぞれの前記捕捉分子および検出器分子に結合した前記分析物分子を検出するためのそれぞれの前記検出器バーコードを含むように、各検出器バーコードを分離することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。

【請求項48】

分離された各検出器バーコードが、それぞれの前記検出器分子に結合した前記分析物分子に対応するＤＮＡ信号を提供する、請求項４７に記載の方法。

【請求項49】

前記少なくとも１つの分離された検出器バーコードが、遺伝子タイピング、ｑＰＣＲ、配列決定、またはそれらの組み合せを使用して分析される、請求項４７に記載の方法。

【請求項50】

前記サンプル中の複数の分析物分子が、安定状態に移行した１つ以上の超分子構造を介した多重化によって同時に検出される、請求項４７に記載の方法。

【請求項51】

各超分子構造の前記捕捉分子および検出器分子が、１つ以上の特定のタイプの分析物分子に結合するように構成される、請求項２１に記載の方法。

【請求項52】

前記複数の超分子構造の各コア構造が互いに同一である、請求項２に記載の方法。

【請求項53】

各超分子構造が、複数の超分子構造間の交差反応を低減または排除するような、所定の形状、サイズ、分子量、またはそれらの組み合せを含む、請求項５２に記載の方法。

【請求項54】

各超分子構造が、複数の捕捉分子および検出器分子を含む、請求項５２に記載の方法。

【請求項55】

各超分子構造が、前記複数の超分子構造間の交差反応を低減または排除するような、前記捕捉分子および検出器分子の所定の化学量論比を含む、請求項５２または５４に記載の方法。

【請求項56】

各超分子構造の前記不安定状態が、第１の超分子構造および第２の超分子構造の捕捉分子および／または検出器分子間での交差反応の発生を低減または阻害するように、所定の距離で離間した前記捕捉分子および検出器分子をさらに含む、請求項２に記載の方法。

【請求項57】

前記所定の距離が、約３ｎｍ～約４０ｎｍである、請求項５６に記載の方法。

【請求項58】

任意の２つの超分子構造間の平均距離が、それぞれの超分子構造の前記捕捉分子と検出器分子との間の所定の距離よりも大きい、請求項５６に記載の方法。

【請求項59】

前記複数の超分子構造が、１つ以上のウィジェット、１つ以上の固体支持体、１つ以上のポリマーマトリックス、１つ以上の固体基質、１つ以上の分子凝縮物、またはそれらの組み合せに結合している、請求項５２に記載の方法。

【請求項60】

任意の２つの超分子構造間の平均距離が、それぞれの超分子構造の前記捕捉分子と検出器分子との間の所定の距離よりも大きい、請求項５９に記載の方法。

【請求項61】

前記１つ以上のポリマーマトリックスの各ポリマーマトリックスがヒドロゲルビーズを含む、請求項５９に記載の方法。

【請求項62】

１つ以上の超分子基質が、ヒドロゲルビーズに結合している、請求項６１に記載の方法。

【請求項63】

各超分子構造が、対応する超分子構造のそれぞれのコア構造に連結された対応するアンカー分子を介して前記ヒドロゲルビーズと共重合される、請求項６２に記載の方法。

【請求項64】

前記１つ以上の超分子構造が、前記ヒドロゲルビーズ内に埋め込まれる、請求項６２に記載の方法。

【請求項65】

単一細胞分解能での細胞内分析物分子検出のために、各ヒドロゲルビーズを前記サンプル中の単一細胞と接触させる、請求項６２に記載の方法。

【請求項66】

前記１つ以上の固体基質の各固体基質が微粒子を含む、請求項５９に記載の方法。

【請求項67】

１つ以上の超分子基質が、前記微粒子の固体表面に結合される、請求項６６に記載の方法。

【請求項68】

前記微粒子が、ポリスチレン粒子、シリカ粒子、磁性粒子または常磁性粒子を含む、請求項６６に記載の方法。

【請求項69】

単一細胞分解能での細胞内分析物分子検出のために、各固体基質を前記サンプル中の単一細胞と接触させる、請求項６６に記載の方法。

【請求項70】

前記１つ以上の固体基質の各固体基質が平面基質を含む、請求項５９に記載の方法。

【請求項71】

複数の超分子構造が前記平面基質上に配置され、前記平面基質が複数の結合部位を含み、各結合部位が対応する超分子構造と連結するように構成される、請求項７０に記載の方法。

【請求項72】

前記複数の超分子構造が、同じ分析物分子を検出するように構成される、請求項７０に記載の方法。

【請求項73】

前記安定状態に移行した前記少なくとも１つの超分子構造の前記検出器分子と連結するように構成された、複数の信号伝達要素を提供することをさらに含む、請求項７０に記載の方法。

【請求項74】

各信号伝達要素が、蛍光分子またはマイクロビーズ、蛍光ポリマー、高荷電ナノ粒子またはポリマーを含む、請求項７３に記載の方法。

【請求項75】

前記複数の超分子構造のうちの少なくとも１つの超分子構造が、他の超分子構造とは異なる分析物分子を検出するように構成される、請求項７０に記載の方法。

【請求項76】

前記平面基質上の各超分子構造の位置を特定するために、各超分子構造をバーコード化することをさらに含む、請求項７５に記載の方法。

【請求項77】

前記安定状態に移行した前記少なくとも１つの超分子構造の前記検出器分子と連結するように構成された、複数の信号伝達要素を提供することをさらに含む、請求項７６に記載の方法。

【請求項78】

各信号伝達要素が、蛍光分子またはマイクロビーズ、蛍光ポリマー、高荷電ナノ粒子またはポリマーを含む、請求項７７に記載の方法。

【請求項79】

前記サンプルが、生物学的粒子または生体分子を含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項80】

前記サンプルが、タンパク質、ペプチド、ペプチドの断片、脂質、ＤＮＡ、ＲＮＡ、有機分子、ウイルス粒子、エキソソーム、オルガネラ、またはそれらの任意の複合体を含む水溶液を含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項81】

前記サンプルが、組織生検、血液、血漿、尿、唾液、涙、脳脊髄液、細胞外液、培養細胞、培養培地、廃棄組織、植物物質、合成タンパク質、細菌および／もしくはウイルスサンプルまたは真菌組織、またはそれらの組み合せを含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項82】

サンプル中の１つ以上の分析物分子を検出するための基質であって、複数の超分子構造を含み、各超分子構造が、
（ａ）複数のコア分子を含むコア構造と、
（ｂ）第１の位置で前記超分子コアに連結された捕捉分子と、
（ｃ）第２の位置で前記超分子コアに連結された検出器分子とを含み、前記超分子構造が、前記検出器分子が前記コア構造から前記第２の位置におけるそれらの間の連結の切断によって結合解除されるように構成されるような、不安定状態にあり；
各超分子構造が、前記検出器分子、前記捕捉分子、および前記１つ以上の分析物分子のそれぞれの分析物分子の間の相互作用によって、前記不安定状態から安定状態に移行するように構成され；
トリガーと相互作用すると、前記安定状態に移行したそれぞれの超分子構造が、前記それぞれの分析物分子を検出するための信号を提供する、基質。

【請求項83】

前記トリガーと相互作用すると、前記不安定状態で超分子構造に連結された各検出器分子が、前記超分子構造から結合解除される、請求項８２に記載の基質。

【請求項84】

前記複数の超分子構造の各コア構造が互いに同一である、請求項８２に記載の基質。

【請求項85】

任意の２つの超分子構造間の平均距離が、それぞれの超分子構造の前記捕捉分子と検出器分子との間の所定の距離よりも大きい、請求項８４に記載の基質。

【請求項86】

固体支持体、固体基質、ポリマーマトリックスまたは分子凝縮物を含む、請求項８２に記載の基質。

【請求項87】

前記サンプルが複合生物学的サンプルを含み、前記方法が単一分子感度を提供し、それによって前記複合生物学的サンプル内のある範囲の分子濃度のダイナミックレンジおよび定量的捕捉を増加させる、請求項８２に記載の基質。

【請求項88】

前記１つ以上の分析物分子が、タンパク質、ペプチド、ペプチド断片、脂質、ＤＮＡ、ＲＮＡ、有機分子、無機分子、それらの複合体、またはそれらの任意の組み合せを含む、請求項８２に記載の基質。

【請求項89】

各超分子構造がナノ構造である、請求項８２に記載の基質。

【請求項90】

各コア構造がナノ構造である、請求項８２に記載の基質。

【請求項91】

各コア構造の前記複数のコア分子が、所定の形状に配置され、かつ／または所定の分子量を有する、請求項８２に記載の基質。

【請求項92】

前記所定の形状が、別の超分子構造との交差反応性を制限または防止するように構成される、請求項９１に記載の基質。

【請求項93】

各コア構造の前記複数のコア分子が、１つ以上の核酸鎖、１つ以上の分岐核酸、１つ以上のペプチド、１つ以上の小分子、またはそれらの組み合せを含む、請求項８２に記載の基質。

【請求項94】

各コア構造が独立して、骨格デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）オリガミ、骨格リボ核酸（ＲＮＡ）オリガミ、骨格ハイブリッドＤＮＡ：ＲＮＡオリガミ、一本鎖ＤＮＡタイル構造、多本鎖ＤＮＡタイル構造、一本鎖ＲＮＡオリガミ、多本鎖ＲＮＡタイル構造、複数の骨格を有する階層的に構成されたＤＮＡもしくはＲＮＡオリガミ、ペプチド構造、またはそれらの組み合せを含む、請求項９３に記載の基質。

【請求項95】

前記トリガーが、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子、トリガー信号、またはそれらの組み合せを含む、請求項８２に記載の基質。

【請求項96】

前記デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子が、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ペプチド、小有機分子、またはそれらの組み合せを含む、請求項９５に記載の基質。

【請求項97】

前記トリガー信号が、光信号、電気信号、またはその両方を含む、請求項９５に記載の基質。

【請求項98】

前記トリガー光信号が、マイクロ波信号、紫外線照明、可視照明、近赤外照明、またはそれらの組み合せを含む、請求項９７に記載の基質。

【請求項99】

前記それぞれの分析物分子が、１）化学結合によって前記捕捉分子に結合し、かつ／または２）化学結合によって前記検出器分子に結合する、請求項８２に記載の基質。

【請求項100】

各超分子構造の前記捕捉分子および検出器分子が、独立して、タンパク質、ペプチド、抗体、アプタマー（ＲＮＡおよびＤＮＡ）、フルオロフォア、ダルピン、触媒、重合開始剤、ＰＥＧのようなポリマー、またはそれらの組み合せを含む、請求項８２に記載の基質。

【請求項101】

各超分子構造について、
（ａ）前記捕捉分子が捕捉バーコードを介して前記コア構造に連結されており、前記捕捉バーコードが第１の捕捉リンカー、第２の捕捉リンカー、および前記第１の捕捉リンカーと前記第２の捕捉リンカーとの間に配置された捕捉架橋を含み、前記第１の捕捉リンカーが、前記コア構造上の前記第１の位置に結合している第１のコアリンカーに結合されており、前記捕捉分子および前記第２の捕捉リンカーが、第３の捕捉リンカーへの結合を介して共に連結されており、
（ｂ）前記検出器分子が、検出器バーコードを介して前記コア構造に連結されており、前記検出器バーコードが、第１の検出器リンカー、第２の検出器リンカー、および前記第１の検出器リンカーと前記第２の検出器リンカーとの間に配置された検出器架橋を含み、前記第１の検出器リンカーが、前記コア構造上の前記第２の位置に結合されている第２のコアリンカーに結合されており、前記検出器分子および前記第２の検出器リンカーが、第３の検出器リンカーへの結合を介して互いに連結されている、
請求項８２に記載の基質。

【請求項102】

前記捕捉架橋および検出器架橋が、独立してポリマーコアを含む、請求項１０１に記載の基質。

【請求項103】

前記捕捉架橋のポリマーコアおよび前記検出器架橋のポリマーコアが、独立して、特定の配列の核酸（ＤＮＡもしくはＲＮＡ）またはＰＥＧのようなポリマーを含む、請求項１０１に記載の基質。

【請求項104】

前記第１のコアリンカー、第２のコアリンカー、第１の捕捉リンカー、第２の捕捉リンカー、第３の捕捉リンカー、第１の検出器リンカー、第２の検出器リンカーおよび第３の検出器リンカーが独立して、反応性分子またはＤＮＡ配列ドメインを含む、請求項１０１に記載の基質。

【請求項105】

各反応性分子が、独立して、アミン、チオール、ＤＢＣＯ、マレイミド、ビオチン、アジド、アクリダイト、ＮＨＳ－エステル、特定の配列の一本鎖核酸（ＲＮＡもしくはＤＮＡ）、１つ以上のＰＥＧのようなポリマーもしくは重合開始剤、またはそれらの組み合せを含む、請求項１０４に記載の基質。

【請求項106】

前記捕捉バーコードと、１）前記第１のコアリンカーおよび／または２）前記第３の捕捉リンカーとの間の連結が、化学結合を含む、請求項１０１に記載の基質。

【請求項107】

前記化学結合が共有結合を含む、請求項１０６に記載の基質。

【請求項108】

前記検出器バーコードと、１）前記第２のコアリンカーおよび／または２）前記第３の検出器リンカーとの間の連結が、化学結合を含む、請求項１０１に記載の基質。

【請求項109】

前記化学結合が共有結合を含む、請求項１０８に記載の基質。

【請求項110】

前記トリガーが、１）前記第１の検出器リンカーと前記第２のコアリンカーとの間、および／または２）前記第１の捕捉リンカーと前記第１のコアリンカーとの間の連結を切断する、請求項１０１に記載の基質。

【請求項111】

前記捕捉分子が化学結合を介して前記第３の捕捉リンカーに結合され、かつ／または前記検出器分子が化学結合を介して前記第３の検出器リンカーに結合される、請求項１０１に記載の基質。

【請求項112】

前記捕捉分子が前記第３の捕捉リンカーに共有結合し、かつ／または前記検出器分子が前記第３の検出器リンカーに共有結合している、請求項１１１に記載の基質。

【請求項113】

前記不安定状態の各超分子構造が、第１の超分子構造の捕捉分子および／または検出器分子と、第２の超分子構造の対応する捕捉分子および／または検出器分子との間の交差反応の発生を低減または阻害するように、所定の距離で離間したそれぞれの前記捕捉分子および検出器分子を含む、請求項８２に記載の基質。

【請求項114】

前記所定の距離が、約３ｎｍ～約４０ｎｍである、請求項１１３に記載の基質。

【請求項115】

各超分子構造が、前記コア構造に連結されたアンカー分子をさらに含む、請求項１０１に記載の基質。

【請求項116】

前記アンカー分子が、アンカーバーコードを介して前記コア構造に連結され、前記アンカーバーコードが、第１のアンカーリンカー、第２のアンカーリンカー、および前記第１のアンカーリンカーと第２のアンカーリンカーとの間に配置されたアンカー架橋を含み、前記第１のアンカーリンカーが、前記コア構造上の第３の位置に結合された第３のコアリンカーに結合され、前記アンカー分子が、前記第２のアンカーリンカーに連結されている、請求項１１５に記載の基質。

【請求項117】

前記アンカー分子が、独立して、アミン、チオール、ＤＢＣＯ、マレイミド、ビオチン、アジド、アクリダイト、ＮＨＳ－エステル、特定の配列の一本鎖核酸（ＲＮＡもしくはＤＮＡ）、１つ以上のＰＥＧのようなポリマーもしくは重合開始剤、またはそれらの組み合せを含む、請求項１１６に記載の基質。

【請求項118】

前記アンカー架橋がポリマーコアを含む、請求項１１６に記載の基質。

【請求項119】

前記アンカー架橋の前記ポリマーコアが、特定の配列の核酸（ＤＮＡもしくはＲＮＡ）またはＰＥＧのようなポリマーを含む、請求項１１８に記載の基質。

【請求項120】

前記第３のコアリンカー、第１のアンカーリンカー、第２のアンカーリンカー、およびアンカー分子が、独立して、アンカー反応性分子またはＤＮＡ配列ドメインを含む、請求項１１６に記載の基質。

【請求項121】

各アンカー反応性分子が、独立して、アミン、チオール、ＤＢＣＯ、マレイミド、ビオチン、アジド、アクリダイト、ＮＨＳ－エステル、特定の配列の一本鎖核酸（ＲＮＡもしくはＤＮＡ）、１つ以上のＰＥＧのようなポリマーもしくは重合開始剤、またはそれらの組み合せを含む、請求項１２０に記載の基質。

【請求項122】

前記アンカー分子が、化学結合を介して前記第２のアンカーリンカーに連結されている、請求項１１６に記載の基質。

【請求項123】

前記アンカー分子が、前記第２のアンカーリンカーに共有結合している、請求項１２２に記載の基質。

【請求項124】

前記トリガーが、１）前記アンカー分子から前記第２のアンカーリンカー、２）前記第３のコアリンカーから前記第１のアンカーリンカー、またはそれらの組み合せをさらに切断する、請求項１１６に記載の基質。

【請求項125】

前記第１および第２の位置が、前記コア構造の第１の側に位置し、前記第３の位置が、前記コア構造の第２の側に位置する、請求項１１６に記載の基質。

【請求項126】

前記信号が、安定状態に移行した超分子構造に対応する前記検出器バーコード、前記捕捉バーコード、またはそれらの組み合せを含む、請求項１０１に記載の基質。

【請求項127】

安定状態に移行した前記少なくとも１つの超分子構造の対応する検出器分子からの各検出器バーコードが、対応する信号が、前記対応する検出器分子に結合した前記分析物分子を検出するためのそれぞれの前記検出器バーコードを含むように、前記対応する検出器分子から分離されるように構成される、請求項１０１に記載の基質。

【請求項128】

分離された各検出器バーコードが、それぞれの前記検出器分子に結合した前記分析物分子に対応するＤＮＡ信号を提供する、請求項１２７に記載の基質。

【請求項129】

前記少なくとも１つの分離された検出器バーコードが、遺伝子タイピング、ｑＰＣＲ、配列決定、またはそれらの組み合せを使用して分析されるように構成される、請求項１２７に記載の基質。

【請求項130】

１つ以上の超分子構造が、前記サンプルを多重化するため構成され、前記サンプル中の複数の分析物分子が同時に検出される、請求項１２７に記載の基質。

【請求項131】

各超分子構造の前記捕捉分子および検出器分子が、１つ以上の特定のタイプの分析物分子に結合するように構成される、請求項１０１に記載の基質。

【請求項132】

前記複数の超分子構造の各コア構造が互いに同一である、請求項８２に記載の基質。

【請求項133】

各超分子構造が、複数の超分子構造間の交差反応を低減または排除するような、所定の形状、サイズ、分子量、またはそれらの組み合せを含む、請求項１３２に記載の基質。

【請求項134】

各超分子構造が、複数の捕捉分子および検出器分子を含む、請求項１３２に記載の基質。

【請求項135】

各超分子構造が、前記複数の超分子構造間の交差反応を低減または排除するような、前記捕捉分子および検出器分子の所定の化学量論比を含む、請求項１３２または１３４に記載の基質。

【請求項136】

各超分子構造の前記不安定状態が、第１の超分子構造および第２の超分子構造の捕捉分子および／または検出器分子間での交差反応の発生を低減または阻害するように、所定の距離で離間した前記捕捉分子および検出器分子をさらに含む、請求項８２に記載の基質。

【請求項137】

前記所定の距離が、約３ｎｍ～約４０ｎｍである、請求項１３６に記載の基質。

【請求項138】

任意の２つの超分子構造間の平均距離が、それぞれの超分子構造の前記捕捉分子と検出器分子との間の所定の距離よりも大きい、請求項１３６に記載の基質。

【請求項139】

各基質が、ウィジェット、固体支持体、ポリマーマトリックス、固体基質、または分子凝縮物を含む、請求項８２に記載の基質。

【請求項140】

任意の２つの超分子構造間の平均距離が、それぞれの超分子構造の前記捕捉分子と検出器分子との間の所定の距離よりも大きい、請求項１３９に記載の基質。

【請求項141】

前記ポリマーマトリックスがヒドロゲルビーズを含む、請求項１３９に記載の基質。

【請求項142】

１つ以上の超分子基質が、前記ヒドロゲルビーズに結合している、請求項１４１に記載の基質。

【請求項143】

各超分子構造が、前記対応する超分子構造のそれぞれの前記コア構造に連結された対応するアンカー分子を介して前記ヒドロゲルビーズと共重合される、請求項１４１に記載の基質。

【請求項144】

前記１つ以上の超分子構造が、前記ヒドロゲルビーズ内に埋め込まれる、請求項１４１に記載の基質。

【請求項145】

単一細胞分解能での細胞内分析物分子検出のために、各ヒドロゲルビーズが、前記サンプル中の単一細胞と接触するように構成される、請求項１４１に記載の基質。

【請求項146】

前記固体基質が微粒子を含む、請求項１３９に記載の基質。

【請求項147】

１つ以上の超分子基質が、前記微粒子の固体表面に結合される、請求項１４６に記載の基質。

【請求項148】

前記微粒子が、ポリスチレン粒子、シリカ粒子、磁性粒子または常磁性粒子を含む、請求項１４６に記載の基質。

【請求項149】

単一細胞分解能での細胞内分析物分子検出のために、各固体基質が、前記サンプル中の単一細胞と接触するように構成される、請求項１４６に記載の基質。

【請求項150】

前記固体基質が平面基質を含む、請求項１３９に記載の基質。

【請求項151】

複数の超分子構造が前記平面基質上に配置され、前記平面基質が複数の結合部位を含み、各結合部位が対応する超分子構造と連結するように構成される、請求項１５０に記載の基質。

【請求項152】

前記複数の超分子構造が、同じ分析物分子を検出するように構成される、請求項１５０に記載の基質。

【請求項153】

複数の信号伝達要素が、前記安定状態に移行した前記少なくとも１つの超分子構造の前記検出器分子と連結するように構成される、請求項１５０に記載の基質。

【請求項154】

各信号伝達要素が、蛍光分子またはマイクロビーズ、蛍光ポリマー、高荷電ナノ粒子またはポリマーを含む、請求項１５３に記載の基質。

【請求項155】

前記複数の超分子構造のうちの少なくとも１つの超分子構造が、他の超分子構造とは異なる分析物分子を検出するように構成される、請求項１５０に記載の基質。

【請求項156】

前記サンプルが、生物学的粒子または生体分子を含む、請求項８２に記載の基質。

【請求項157】

前記サンプルが、タンパク質、ペプチド、ペプチドの断片、脂質、ＤＮＡ、ＲＮＡ、有機分子、ウイルス粒子、エキソソーム、オルガネラ、またはそれらの任意の複合体を含む水溶液を含む、請求項８２に記載の基質。

【請求項158】

前記サンプルが、組織生検、血液、血漿、尿、唾液、涙、脳脊髄液、細胞外液、培養細胞、培養培地、廃棄組織、植物物質、合成タンパク質、細菌および／もしくはウイルスサンプルまたは真菌組織、またはそれらの組み合せを含む、請求項８２に記載の基質。

【請求項159】

サンプル中の分析物分子を検出するための超分子構造であって、
（ａ）複数のコア分子を含むコア構造と、
（ｂ）第１の位置で前記超分子コアに連結された捕捉分子と、
（ｃ）第２の位置で前記超分子コアに連結された検出器分子とを含み、前記超分子構造は、前記検出器分子が、前記コア構造から前記第２の位置におけるそれらの間の連結の切断によって結合解除されるように構成されるような、不安定状態にあり；
前記超分子構造は、前記検出器分子、前記捕捉分子、および分析物分子の間の相互作用によって、前記不安定状態から安定状態に移行するように構成され；
トリガーと相互作用すると、前記安定状態に移行した前記超分子構造が、前記分析物分子を検出するための信号を提供する、超分子構造。

【請求項160】

前記サンプルが複合生物学的サンプルを含み、前記方法が単一分子感度を提供し、それによって前記複合生物学的サンプル内のある範囲の分子濃度のダイナミックレンジおよび定量的捕捉を増加させる、請求項１５９に記載の超分子構造。

【請求項161】

前記分析物分子が、タンパク質、ペプチド、ペプチド断片、脂質、ＤＮＡ、ＲＮＡ、有機分子、無機分子、それらの複合体、またはそれらの任意の組み合せを含む、請求項１５９に記載の超分子構造。

【請求項162】

ナノ構造である、請求項１５９に記載の超分子構造。

【請求項163】

前記コア構造がナノ構造である、請求項１５９に記載の超分子構造。

【請求項164】

前記コア構造の前記複数のコア分子が、所定の形状に配置され、かつ／または所定の分子量を有する、請求項１５９に記載の超分子構造。

【請求項165】

前記所定の形状が、別の超分子構造との交差反応性を制限または防止するように構成される、請求項１６４に記載の超分子構造。

【請求項166】

各コア構造の前記複数のコア分子が、１つ以上の核酸鎖、１つ以上の分岐核酸、１つ以上のペプチド、１つ以上の小分子、またはそれらの組み合せを含む、請求項１５９に記載の超分子構造。

【請求項167】

前記コア構造が独立して、骨格デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）オリガミ、骨格リボ核酸（ＲＮＡ）オリガミ、骨格ハイブリッドＤＮＡ：ＲＮＡオリガミ、一本鎖ＤＮＡタイル構造、多本鎖ＤＮＡタイル構造、一本鎖ＲＮＡオリガミ、多本鎖ＲＮＡタイル構造、複数の骨格を有する階層的に構成されたＤＮＡもしくはＲＮＡオリガミ、ペプチド構造、またはそれらの組み合せを含む、請求項１６６に記載の超分子構造。

【請求項168】

前記トリガーが、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子、トリガー信号、またはそれらの組み合せを含む、請求項１５９に記載の超分子構造。

【請求項169】

前記デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子が、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ペプチド、小有機分子、またはそれらの組み合せを含む、請求項１６８に記載の超分子構造。

【請求項170】

前記トリガー信号が、光信号、電気信号、またはその両方を含む、請求項１６８に記載の超分子構造。

【請求項171】

前記トリガー光信号が、マイクロ波信号、紫外線照明、可視照明、近赤外照明、またはそれらの組み合せを含む、請求項１７０に記載の超分子構造。

【請求項172】

前記分析物分子が、１）化学結合によって前記捕捉分子に結合し、かつ／または２）化学結合によって前記検出器分子に結合する、請求項１５９に記載の超分子構造。

【請求項173】

各超分子構造の前記捕捉分子および検出器分子が、独立して、タンパク質、ペプチド、抗体、アプタマー（ＲＮＡおよびＤＮＡ）、フルオロフォア、ダルピン、触媒、重合開始剤、ＰＥＧのようなポリマー、またはそれらの組み合せを含む、請求項１５９に記載の超分子構造。

【請求項174】

各超分子構造について、
（ａ）前記捕捉分子が捕捉バーコードを介して前記コア構造に連結されており、前記捕捉バーコードが第１の捕捉リンカー、第２の捕捉リンカー、および前記第１の捕捉リンカーと前記第２の捕捉リンカーとの間に配置された捕捉架橋を含み、前記第１の捕捉リンカーは、前記コア構造上の前記第１の位置に結合している第１のコアリンカーに結合されており、前記捕捉分子および前記第２の捕捉リンカーは、第３の捕捉リンカーへの結合を介して共に連結されており、
（ｂ）前記検出器分子が、検出器バーコードを介して前記コア構造に連結されており、前記検出器バーコードが、第１の検出器リンカー、第２の検出器リンカー、および前記第１の検出器リンカーと前記第２の検出器リンカーとの間に配置された検出器架橋を含み、前記第１の検出器リンカーが、前記コア構造上の前記第２の位置に結合されている第２のコアリンカーに結合されており、前記検出器分子および前記第２の検出器リンカーが、第３の検出器リンカーへの結合を介して互いに連結されている、
請求項１５９に記載の超分子構造。

【請求項175】

前記捕捉架橋および検出器架橋が、独立してポリマーコアを含む、請求項１７４に記載の超分子構造。

【請求項176】

前記捕捉架橋のポリマーコアおよび前記検出器架橋のポリマーコアが、独立して、特定の配列の核酸（ＤＮＡもしくはＲＮＡ）またはＰＥＧのようなポリマーを含む、請求項１７４に記載の超分子構造。

【請求項177】

前記第１のコアリンカー、第２のコアリンカー、第１の捕捉リンカー、第２の捕捉リンカー、第３の捕捉リンカー、第１の検出器リンカー、第２の検出器リンカーおよび第３の検出器リンカーが独立して、反応性分子またはＤＮＡ配列ドメインを含む、請求項１７４に記載の超分子構造。

【請求項178】

各反応性分子が、独立して、アミン、チオール、ＤＢＣＯ、マレイミド、ビオチン、アジド、アクリダイト、ＮＨＳ－エステル、特定の配列の一本鎖核酸（ＲＮＡもしくはＤＮＡ）、１つ以上のＰＥＧのようなポリマーもしくは重合開始剤、またはそれらの組み合せを含む、請求項１７７に記載の超分子構造。

【請求項179】

前記捕捉バーコードと、１）前記第１のコアリンカーおよび／または２）前記第３の捕捉リンカーとの間の連結が、化学結合を含む、請求項１７４に記載の超分子構造。

【請求項180】

前記化学結合が共有結合を含む、請求項１７９に記載の超分子構造。

【請求項181】

前記検出器バーコードと、１）前記第２のコアリンカーおよび／または２）前記第３の検出器リンカーとの間の連結が、化学結合を含む、請求項１７４に記載の超分子構造。

【請求項182】

前記化学結合が共有結合を含む、請求項１８１に記載の超分子構造。

【請求項183】

前記トリガーが、１）前記第１の検出器リンカーと前記第２のコアリンカーとの間、および／または２）前記第１の捕捉リンカーと前記第１のコアリンカーとの間の連結を切断する、請求項１７４に記載の超分子構造。

【請求項184】

前記捕捉分子が化学結合を介して前記第３の捕捉リンカーに結合され、かつ／または前記検出器分子が化学結合を介して前記第３の検出器リンカーに結合される、請求項１７４に記載の超分子構造。

【請求項185】

前記捕捉分子が前記第３の捕捉リンカーに共有結合し、かつ／または前記検出器分子が前記第３の検出器リンカーに共有結合している、請求項１８４に記載の超分子構造。

【請求項186】

前記不安定状態の前記超分子構造が、前記超分子構造の捕捉分子および／または検出器分子と、別の超分子構造の対応する捕捉分子および／または検出器分子との間の交差反応の発生を低減または阻害するように、所定の距離で離間したそれぞれの前記捕捉分子および検出器分子を含む、請求項１５９に記載の超分子構造。

【請求項187】

前記所定の距離が、約３ｎｍ～約４０ｎｍである、請求項１８６に記載の超分子構造。

【請求項188】

前記コア構造に連結されたアンカー分子をさらに含む、請求項１７４に記載の超分子構造。

【請求項189】

前記アンカー分子が、アンカーバーコードを介して前記コア構造に連結され、前記アンカーバーコードが、第１のアンカーリンカー、第２のアンカーリンカー、および前記第１のアンカーリンカーと第２のアンカーリンカーとの間に配置されたアンカー架橋を含み、前記第１のアンカーリンカーが、前記コア構造上の第３の位置に結合された第３のコアリンカーに結合され、前記アンカー分子が、前記第２のアンカーリンカーに連結されている、請求項１８８に記載の超分子構造。

【請求項190】

前記アンカー分子が、独立して、アミン、チオール、ＤＢＣＯ、マレイミド、ビオチン、アジド、アクリダイト、ＮＨＳ－エステル、特定の配列の一本鎖核酸（ＲＮＡもしくはＤＮＡ）、１つ以上のＰＥＧのようなポリマーもしくは重合開始剤、またはそれらの組み合せを含む、請求項１８９に記載の超分子構造。

【請求項191】

前記アンカー架橋がポリマーコアを含む、請求項１８９に記載の超分子構造。

【請求項192】

前記アンカー架橋の前記ポリマーコアが、特定の配列の核酸（ＤＮＡもしくはＲＮＡ）またはＰＥＧのようなポリマーを含む、請求項１９１に記載の超分子構造。

【請求項193】

前記第３のコアリンカー、第１のアンカーリンカー、第２のアンカーリンカー、およびアンカー分子が、独立して、アンカー反応性分子またはＤＮＡ配列ドメインを含む、請求項１８９に記載の超分子構造。

【請求項194】

各アンカー反応性分子が、独立して、アミン、チオール、ＤＢＣＯ、マレイミド、ビオチン、アジド、アクリダイト、ＮＨＳ－エステル、特定の配列の一本鎖核酸（ＲＮＡもしくはＤＮＡ）、１つ以上のＰＥＧのようなポリマーもしくは重合開始剤、またはそれらの組み合せを含む、請求項１９３に記載の超分子構造。

【請求項195】

前記アンカー分子が、化学結合を介して前記第２のアンカーリンカーに連結されている、請求項１８９に記載の超分子構造。

【請求項196】

前記アンカー分子が、前記第２のアンカーリンカーに共有結合している、請求項１９５に記載の超分子構造。

【請求項197】

前記トリガーが、１）前記アンカー分子から前記第２のアンカーリンカー、２）前記第３のコアリンカーから前記第１のアンカーリンカー、またはそれらの組み合せをさらに切断する、請求項１８９に記載の超分子構造。

【請求項198】

前記第１および第２の位置が、前記コア構造の第１の側に位置し、前記第３の位置が、前記コア構造の第２の側に位置する、請求項１８９に記載の超分子構造。

【請求項199】

前記信号が、安定状態に移行した超分子構造に対応する前記検出器バーコード、前記捕捉バーコード、またはそれらの組み合せを含む、請求項１７４に記載の超分子構造。

【請求項200】

安定状態に移行した超分子構造の対応する検出器分子からの前記検出器バーコードが、対応する信号が、前記対応する検出器分子に結合した前記分析物分子を検出するためのそれぞれの前記検出器バーコードを含むように、前記対応する検出器分子から分離されるように構成される、請求項１７４に記載の超分子構造。

【請求項201】

前記分離された検出器バーコードが、それぞれの前記検出器分子に結合した前記分析物分子に対応するＤＮＡ信号を提供する、請求項２００に記載の超分子構造。

【請求項202】

前記分離された検出器バーコードが、遺伝子タイピング、ｑＰＣＲ、配列決定、またはそれらの組み合せを使用して分析されるように構成される、請求項２００に記載の超分子構造。

【請求項203】

前記超分子構造の前記捕捉分子および検出器分子が、１つ以上の特定のタイプの分析物分子に結合するように構成される、請求項１７４に記載の超分子構造。

【請求項204】

別の超分子構造との交差反応を低減または排除するような、所定の形状、サイズ、分子量、またはそれらの組み合せを含む、請求項１５９に記載の超分子構造。

【請求項205】

複数の捕捉分子および検出器分子を含む、請求項１５９に記載の超分子構造。

【請求項206】

別の超分子構造との交差反応を低減または排除するような、捕捉分子および検出器分子の所定の化学量論比を含む、請求項２０４または２０５に記載の超分子構造。

【請求項207】

前記サンプルが、生物学的粒子または生体分子を含む、請求項１５９に記載の超分子構造。

【請求項208】

前記サンプルが、タンパク質、ペプチド、ペプチドの断片、脂質、ＤＮＡ、ＲＮＡ、有機分子、ウイルス粒子、エキソソーム、オルガネラ、またはそれらの任意の複合体を含む水溶液を含む、請求項１５９に記載の超分子構造。

【請求項209】

前記サンプルが、組織生検、血液、血漿、尿、唾液、涙、脳脊髄液、細胞外液、培養細胞、培養培地、廃棄組織、植物物質、合成タンパク質、細菌および／もしくはウイルスサンプルまたは真菌組織、またはそれらの組み合せを含む、請求項１５９に記載の超分子構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

相互参照
本出願は、２０２０年９月１５日に出願された米国仮特許出願第６３／０７８，８３７号の利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【背景技術】

【0002】

個別化医療の現在の状況は、圧倒的にゲノム中心であり、主に個体内に存在する遺伝子の定量化に焦点を当てている。そのようなアプローチは非常に強力であることが証明されているが、臨床医に個人の健康の完全な様相を提供するものではない。遺伝子は個体の「青写真」であり、病気を発症する可能性を知らせるに過ぎないからである。個体内では、これらの「青写真」は、最初にＲＮＡに転写され、個体の健康に何らかの影響を及ぼすために、次いで細胞内の実際の「作用因子」である様々なタンパク質分子に翻訳される必要がある。

【0003】

タンパク質の濃度、タンパク質間の相互作用（タンパク質－タンパク質相互作用またはＰＰＩ）、ならびにタンパク質と小分子間の相互作用は、種々の器官の健康、恒常性調節機構、ならびにこれらの系と外部環境との相互作用に複雑に連係している。したがって、タンパク質に関する定量的情報ならびにＰＰＩは、出現する任意の健康問題の予測だけでなく、所与の時点における個体の健康状態の完全な様相の作成のために不可欠である。例えば、（例えば、心臓発作中に）心筋が経験する応力の量は、末梢血内に存在するトロポニンＩ／ＩＩおよびミオシン軽鎖の濃度を測定することによって推測することができる。同様のタンパク質バイオマーカーも同定、検証されており、多種多様な臓器機能不全（例えば、肝疾患および甲状腺障害）、特定の癌（例えば、結腸直腸癌または前立腺癌）、および感染症（例えばＨＩＶおよびジカ）について展開されている。これらのタンパク質間の相互作用も薬物開発に不可欠であり、データセットへの需要は高まりつつある。所与の体液サンプル内のタンパク質および他の分子を検出および定量する能力は、そのようなヘルスケア開発の不可欠な構成要素である。

【発明の概要】

【0004】

本開示は、一般に、サンプル中の分析物分子の検出および定量化のためのシステム、構造および方法に関する。

【0005】

いくつかの実施形態では、サンプル中に存在する分析物分子を検出するための方法を提供し、方法は：ａ）超分子構造であって、ｉ）複数のコア分子を含むコア構造、ｉｉ）コア構造に第１の位置で連結された捕捉分子、およびｉｉｉ）コア構造に第２の位置で連結された検出器分子を含み、検出器分子がコア構造から、第２の位置におけるそれらの間の連結を切断することで結合解除されるように構成されるような、不安定状態である超分子構造を提供すること；ｂ）サンプルを超分子構造と接触させて、超分子構造を不安定状態から、検出器分子および捕捉分子が分析物分子との結合を介して共に連結され、それによって検出器分子と捕捉分子との間の連結を形成する安定状態に移行させること；ｃ）トリガーを提供して、検出器分子が捕捉分子との連結を介してコア構造に連結されたまま、第２の位置における検出器分子とコア構造との間の連結を切断すること；ならびにｄ）安定状態に移行した超分子構造によって提供される信号に基づいて分析物分子を検出することを含む。

【0006】

いくつかの実施形態では、サンプル中に存在する１つ以上の分析物分子を検出するための方法を提供し、方法は：ａ）複数の超分子構造であって、各々がｉ）複数のコア分子を含むコア構造、ｉｉ）コア構造に第１の位置で連結された捕捉分子、およびｉｉｉ）コア構造に第２の位置で連結された検出器分子を含み、検出器分子がコア構造から、第２の位置のそれらの間の連結を切断することで結合解除されるように構成されるような、不安定状態である超分子構造を提供すること；ｂ）サンプルを複数の超分子構造と接触させて、少なくとも１つの超分子構造を不安定状態から、対応する検出器分子および捕捉分子が１つ以上の分析物分子の分析物分子との結合を介して共に連結され、それによって対応する検出器分子と捕捉分子との間の連結を形成する安定状態に移行させること；ｃ）トリガーを提供して、安定状態へ移行した少なくとも１つの超分子構造の検出器分子が、対応する捕捉分子との連結を介して対応するコア構造に連結されたまま、複数の超分子構造の第２の位置における各検出器分子と対応するコア構造との間の連結を切断すること；ならびにｄ）安定状態に移行した少なくとも１つの超分子構造のそれぞれの超分子構造によって提供される信号に基づいて、１つ以上の分析物分子のそれぞれの分析物分子を検出することを含む。いくつかの実施形態では、本方法は、安定状態に移行しなかった超分子構造から結合解除された検出器分子から複数の超分子構造を単離することをさらに含む。

【0007】

いくつかの実施形態では、本明細書に開示される任意の方法は、サンプル中の分析物分子の濃度を定量することをさらに含む。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される任意の方法は、検出された分析物分子を同定することをさらに含む。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される任意の方法は、分析物分子が単一分子の数以上でサンプル中に存在する場合、信号に基づいて分析物分子を検出することをさらに含む。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される任意の方法について、サンプルは複合生物学的サンプルを含み、方法は単一分子感度を提供し、それによって複合生物学的サンプル内のある範囲の分子濃度のダイナミックレンジおよび定量的捕捉を増加させる。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される任意の方法について、分析物分子は、タンパク質、ペプチド、ペプチド断片、脂質、ＤＮＡ、ＲＮＡ、有機分子、無機分子、それらの複合体、またはそれらの任意の組み合せを含む。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される任意の方法について、各超分子構造はナノ構造である。

【0008】

いくつかの実施形態では、本明細書に開示される任意の方法について、各コア構造はナノ構造である。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される任意の方法について、各コア構造の複数のコア分子は、所定の形状に配置され、かつ／または所定の分子量を有する。いくつかの実施形態では、所定の形状は、別の超分子構造との交差反応性を制限または防止するように構成される。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される任意の方法について、各コア構造の複数のコア分子は、１つ以上の核酸鎖、１つ以上の分岐核酸、１つ以上のペプチド、１つ以上の小分子、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される任意の方法について、各コア構造は独立して、骨格デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）オリガミ、骨格リボ核酸（ＲＮＡ）オリガミ、骨格ハイブリッドＤＮＡ：ＲＮＡオリガミ、一本鎖ＤＮＡタイル構造、多本鎖ＤＮＡタイル構造、一本鎖ＲＮＡオリガミ、多本鎖ＲＮＡタイル構造、複数の骨格を有する階層的に構成されたＤＮＡもしくはＲＮＡオリガミ、ペプチド構造、またはそれらの組み合せを含む。

【0009】

いくつかの実施形態では、本明細書に開示される任意の方法について、トリガーは、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子、トリガー信号、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ペプチド、小有機分子、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、トリガー信号は、光信号、電気信号、またはその両方を含む。いくつかの実施形態では、トリガー光信号は、マイクロ波信号、紫外線照明、可視照明、近赤外照明、またはそれらの組み合せを含む。

【0010】

いくつかの実施形態では、本明細書に開示される任意の方法について、それぞれの分析物分子は、１）それぞれの超分子構造の捕捉分子に化学結合によって結合し、かつ／または２）それぞれの超分子構造の検出器分子に化学結合によって結合する。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される任意の方法について、各超分子構造の捕捉分子および検出器分子は、独立して、タンパク質、ペプチド、抗体、アプタマー（ＲＮＡおよびＤＮＡ）、フルオロフォア、ダルピン、触媒、重合開始剤、ＰＥＧのようなポリマー、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される任意の方法について、各超分子構造では、ａ）捕捉分子は捕捉バーコードを介してコア構造に連結されており、捕捉バーコードは第１の捕捉リンカー、第２の捕捉リンカー、および第１の捕捉リンカーと第２の捕捉リンカーとの間に配置された捕捉架橋を含み、第１の捕捉リンカーは、コア構造上の第１の位置に結合している第１のコアリンカーに結合されており、捕捉分子および第２の捕捉リンカーは、第３の捕捉リンカーへの結合を介して共に連結されており、ｂ）検出器分子は、検出器バーコードを介してコア構造に連結されており、検出器バーコードは、第１の検出器リンカー、第２の検出器リンカー、および第１の検出器リンカーと第２の検出器リンカーとの間に配置された検出器架橋を含み、第１の検出器リンカーは、コア構造上の第２の位置に結合されている第２のコアリンカーに結合されており、検出器分子および第２の検出器リンカーは、第３の検出器リンカーへの結合を介して互いに連結されている。いくつかの実施形態では、捕捉架橋および検出器架橋は、独立してポリマーコアを含む。いくつかの実施形態では、捕捉架橋のポリマーコアおよび検出器架橋のポリマーコアは、独立して、特定の配列の核酸（ＤＮＡもしくはＲＮＡ）またはＰＥＧのようなポリマーを含む。いくつかの実施形態において、第１のコアリンカー、第２のコアリンカー、第１の捕捉リンカー、第２の捕捉リンカー、第３の捕捉リンカー、第１の検出器リンカー、第２の検出器リンカーおよび第３の検出器リンカーは、独立して、反応性分子またはＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態では、各反応性分子は、独立して、アミン、チオール、ＤＢＣＯ、マレイミド、ビオチン、アジド、アクリダイト、ＮＨＳ－エステル、特定の配列の一本鎖核酸（ＲＮＡもしくはＤＮＡ）、１つ以上のＰＥＧのようなポリマーもしくは重合開始剤、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態において、捕捉バーコードと、１）第１のコアリンカー、および／または２）第３の捕捉リンカーとの間の連結は化学結合を含む。いくつかの実施形態では、化学結合は共有結合を含む。いくつかの実施形態において、検出器バーコードと、１）第２のコアリンカー、および／または２）第３の検出器リンカーとの間の連結は化学結合を含む。いくつかの実施形態では、化学結合は共有結合を含む。いくつかの実施形態において、トリガーは、１）第１の検出器リンカーと第２のコアリンカーとの間、および／または２）第１の捕捉リンカーと第１のコアリンカーとの間の連結を切断する。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される任意の方法について、捕捉分子は化学結合によって第３の捕捉リンカーに結合され、かつ／または検出器分子は化学結合によって第３の検出器リンカーに結合される。いくつかの実施形態では、捕捉分子は第３の捕捉リンカーに共有結合し、かつ／または検出器分子は第３の検出器リンカーに共有結合している。

【0011】

いくつかの実施形態では、本明細書に開示される任意の方法について、不安定状態の各超分子構造は、第１の超分子構造の捕捉分子および／または検出器分子と、第２の超分子構造の対応する捕捉分子および／または検出器分子との間の交差反応の発生を低減または阻害するように、所定の距離で離間したそれぞれの捕捉分子および検出器分子を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される任意の方法について、所定の距離は、約３ｎｍ～約４０ｎｍである。

【0012】

いくつかの実施形態では、本明細書に開示される任意の方法について、各超分子構造は、コア構造に連結されたアンカー分子をさらに含む。いくつかの実施形態では、アンカー分子は、アンカーバーコードを介してコア構造に連結され、アンカーバーコードは、第１のアンカーリンカー、第２のアンカーリンカー、および第１のアンカーリンカーと第２のアンカーリンカーとの間に配置されたアンカー架橋を含み、第１のアンカーリンカーは、コア構造上の第３の位置に結合された第３のコアリンカーに結合され、アンカー分子は第２のアンカーリンカーに連結されている。いくつかの実施形態では、アンカー分子は、独立して、アミン、チオール、ＤＢＣＯ、マレイミド、ビオチン、アジド、アクリダイト、ＮＨＳ－エステル、特定の配列の一本鎖核酸（ＲＮＡもしくはＤＮＡ）、１つ以上のＰＥＧのようなポリマーもしくは重合開始剤、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、アンカー架橋はポリマーコアを含む。いくつかの実施形態では、アンカー架橋のポリマーコアは、特定の配列の核酸（ＤＮＡもしくはＲＮＡ）またはＰＥＧのようなポリマーを含む。いくつかの実施形態では、第３のコアリンカー、第１のアンカーリンカー、第２のアンカーリンカー、およびアンカー分子は、独立して、アンカー反応性分子またはＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態では、各アンカー反応性分子は、独立して、アミン、チオール、ＤＢＣＯ、マレイミド、ビオチン、アジド、アクリダイト、ＮＨＳ－エステル、特定の配列の一本鎖核酸（ＲＮＡもしくはＤＮＡ）、１つ以上のＰＥＧのようなポリマーもしくは重合開始剤、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、アンカー分子は、化学結合を介して第２のアンカーリンカーに連結されている。いくつかの実施形態では、アンカー分子は、第２のアンカーリンカーに共有結合している。いくつかの実施形態では、トリガーは、１）アンカー分子から第２のアンカーリンカー、２）第３のコアリンカーから第１のアンカーリンカー、またはそれらの組み合せをさらに切断する。いくつかの実施形態では、第１および第２の位置はコア構造の第１の側に位置し、第３の位置はコア構造の第２の側に位置する。

【0013】

いくつかの実施形態では、本明細書に開示される任意の方法について、信号は、安定状態に移行した超分子構造に対応する検出器バーコード、捕捉バーコード、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、本明細書で開示される任意の方法は、対応する信号が、それぞれの捕捉分子および検出器分子に結合した分析物分子を検出するためのそれぞれの検出器バーコードを含むような、安定状態に移行した少なくとも１つの超分子構造の対応する検出器分子から、各検出器バーコードを分離することをさらに含む。いくつかの実施形態では、分離された各検出器バーコードは、それぞれの検出器分子に結合した分析物分子に対応するＤＮＡ信号を提供する。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの分離された検出器バーコードは、遺伝子タイピング、ｑＰＣＲ、配列決定、またはそれらの組み合せを使用して分析される。いくつかの実施形態では、サンプル中の複数の分析物分子は、安定状態に移行した１つ以上の超分子構造を介した多重化によって同時に検出される。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される任意の方法について、各超分子構造の捕捉分子および検出器分子は、１つ以上の特定のタイプの分析物分子に結合するように構成される。

【0014】

いくつかの実施形態では、本明細書に開示される複数の超分子構造を使用することを含む任意の方法について、複数の超分子構造の各コア構造は互いに同一である。いくつかの実施形態では、各超分子構造は、複数の超分子構造間の交差反応を低減または排除するように、所定の形状、サイズ、分子量、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、各超分子構造は、複数の捕捉分子および検出器分子を含む。いくつかの実施形態では、各超分子構造は、複数の超分子構造間の交差反応を低減または排除するような、捕捉分子および検出器分子の所定の化学量論比を含む。

【0015】

いくつかの実施形態では、本明細書に開示される複数の超分子構造を使用することを含む任意の方法について、各超分子構造の不安定状態は、第１の超分子構造および第２の超分子構造の捕捉分子および／または検出器分子間での交差反応の発生を低減または阻害するように、所定の距離で離間した捕捉分子および検出器分子をさらに含む。いくつかの実施形態では、所定の距離は、約３ｎｍ～約４０ｎｍである。いくつかの実施形態では、任意の２つの超分子構造間の平均距離は、それぞれの超分子構造の捕捉分子と検出器分子との間の所定の距離よりも大きい。いくつかの実施形態では、複数の超分子構造は、１つ以上のウィジェット、１つ以上の固体支持体、１つ以上のポリマーマトリックス、１つ以上の固体基質、１つ以上の分子凝縮物、またはそれらの組み合せに結合している。いくつかの実施形態では、任意の２つの超分子構造間の平均距離は、それぞれの超分子構造の捕捉分子と検出器分子との間の所定の距離よりも大きい。いくつかの実施形態では、１つ以上のポリマーマトリックスの各ポリマーマトリックスは、ヒドロゲルビーズを含む。いくつかの実施形態において、１つ以上の超分子基質は、ヒドロゲルビーズに付着される。いくつかの実施形態では、各超分子構造は、対応する超分子構造のそれぞれのコア構造に連結された対応するアンカー分子を介して、ヒドロゲルビーズと共重合される。いくつかの実施形態では、１つ以上の超分子構造は、ヒドロゲルビーズ内に埋め込まれる。いくつかの実施形態では、単一細胞分解能での細胞内分析物分子検出のために、各ヒドロゲルビーズをサンプル中の単一細胞と接触させる。いくつかの実施形態では、１つ以上の固体基質の各固体基質は、微粒子を含む。いくつかの実施形態では、１つ以上の超分子基質は、微粒子の固体表面に結合される。いくつかの実施形態では、微粒子は、ポリスチレン粒子、シリカ粒子、磁性粒子または常磁性粒子を含む。いくつかの実施形態では、単一細胞分解能での細胞内分析物分子検出のために、各固体基質をサンプル中の単一細胞と接触させる。いくつかの実施形態では、１つ以上の固体基質の各固体基質は、平面基質を含む。いくつかの実施形態では、複数の超分子構造は平面基質上に配置され、平面基質は複数の結合部位を含み、各結合部位は対応する超分子構造と連結するように構成される。いくつかの実施形態では、複数の超分子構造は、同じ分析物分子を検出するように構成される。いくつかの実施形態では、平面基質を使用することを含む任意の方法について、安定状態に移行した少なくとも１つの超分子構造の検出器分子と連結するように構成された複数の信号伝達要素を提供することをさらに含む。いくつかの実施形態では、各信号伝達要素は、蛍光分子またはマイクロビーズ、蛍光ポリマー、高荷電ナノ粒子またはポリマーを含む。いくつかの実施形態では、複数の超分子構造のうちの少なくとも１つの超分子構造は、他の超分子構造とは異なる分析物分子を検出するように構成される。いくつかの実施形態では、平面基質を使用することを含む任意の方法について、平面基質上の各超分子構造の位置を特定するために各超分子構造をバーコード化することをさらに含む。いくつかの実施形態では、平面基質を使用することを含む任意の方法について、安定状態に移行した少なくとも１つの超分子構造の検出器分子と連結するように構成された複数の信号伝達要素を提供することをさらに含む。いくつかの実施形態では、各信号伝達要素は、蛍光分子またはマイクロビーズ、蛍光ポリマー、高荷電ナノ粒子またはポリマーを含む。

【0016】

いくつかの実施形態では、本明細書に開示される任意の方法について、サンプルは、生物学的粒子または生体分子を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される任意の方法について、サンプルは、タンパク質、ペプチド、ペプチドの断片、脂質、ＤＮＡ、ＲＮＡ、有機分子、ウイルス粒子、エキソソーム、オルガネラ、またはそれらの任意の複合体を含む水溶液を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に開示される任意の方法について、サンプルは、組織生検、血液、血漿、尿、唾液、涙、脳脊髄液、細胞外液、培養細胞、培養培地、廃棄組織、植物物質、合成タンパク質、細菌および／もしくはウイルスサンプルまたは真菌組織、またはそれらの組み合せを含む。

【0017】

いくつかの実施形態では、サンプル中の１つ以上の分析物分子を検出するための基質が本明細書に提供され、基質は、複数の超分子構造を含み、各超分子構造は、ａ）複数のコア分子を含むコア構造と、ｂ）第１の位置で超分子コアに連結された捕捉分子と、ｃ）第２の位置で超分子コアに連結された検出器分子とを含み、超分子構造は、検出器分子がコア構造との間の第２の位置での連結の切断によってコア構造から結合解除されるような不安定状態にあり、各超分子構造は、検出器分子、捕捉分子、および１つ以上の分析物分子のそれぞれの分析物分子の間の相互作用によって、不安定状態から安定状態に移行するように構成され、トリガーと相互作用すると、安定状態に移行したそれぞれの超分子構造が、それぞれの分析物分子を検出するための信号を提供する。

【0018】

いくつかの実施形態では、トリガーと相互作用すると、不安定状態で超分子構造に連結された各検出器分子は、前記超分子構造から結合解除される。いくつかの実施形態では、複数の超分子構造の各コア構造は互いに同一である。いくつかの実施形態では、任意の２つの超分子構造間の平均距離は、それぞれの超分子構造の捕捉分子と検出器分子との間の所定の距離よりも大きい。いくつかの実施形態では、基質は、固体支持体、固体基質、ポリマーマトリックスまたは分子凝縮物を含む。いくつかの実施形態では、サンプルは複合生物学的サンプルを含み、方法は単一分子感度を提供し、それによって複合生物学的サンプル内のある範囲の分子濃度のダイナミックレンジおよび定量的捕捉を増加させる。いくつかの実施形態では、１つ以上の分析物分子は、タンパク質、ペプチド、ペプチド断片、脂質、ＤＮＡ、ＲＮＡ、有機分子、無機分子、それらの複合体、またはそれらの任意の組み合せを含む。いくつかの実施形態では、各超分子構造はナノ構造である。いくつかの実施形態では、各コア構造はナノ構造である。いくつかの実施形態では、各コア構造の複数のコア分子は、所定の形状に配置され、かつ／または所定の分子量を有する。いくつかの実施形態では、所定の形状は、別の超分子構造との交差反応性を制限または防止するように構成される。いくつかの実施形態では、各コア構造の複数のコア分子は、１つ以上の核酸鎖、１つ以上の分岐核酸、１つ以上のペプチド、１つ以上の小分子、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、各コア構造は独立して、骨格デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）オリガミ、骨格リボ核酸（ＲＮＡ）オリガミ、骨格ハイブリッドＤＮＡ：ＲＮＡオリガミ、一本鎖ＤＮＡタイル構造、多本鎖ＤＮＡタイル構造、一本鎖ＲＮＡオリガミ、多本鎖ＲＮＡタイル構造、複数の骨格を有する階層的に構成されたＤＮＡもしくはＲＮＡオリガミ、ペプチド構造、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、トリガーは、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子、トリガー信号、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ペプチド、小有機分子、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、トリガー信号は、光信号、電気信号、またはその両方を含む。いくつかの実施形態では、トリガー光信号は、マイクロ波信号、紫外線照明、可視照明、近赤外照明、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、それぞれの分析物分子は、１）化学結合によって捕捉分子に結合し、かつ／または２）化学結合によって検出器分子に結合する。いくつかの実施形態では、各超分子構造の捕捉分子および検出器分子は、独立して、タンパク質、ペプチド、抗体、アプタマー（ＲＮＡおよびＤＮＡ）、フルオロフォア、ダルピン、触媒、重合開始剤、ＰＥＧのようなポリマー、またはそれらの組み合せを含む。

【0019】

いくつかの実施形態では、基質の各超分子構造について、ａ）捕捉分子は捕捉バーコードを介してコア構造に連結されており、捕捉バーコードは第１の捕捉リンカー、第２の捕捉リンカー、および第１の捕捉リンカーと第２の捕捉リンカーとの間に配置された捕捉架橋を含み、第１の捕捉リンカーは、コア構造上の第１の位置に結合している第１のコアリンカーに結合されており、捕捉分子および第２の捕捉リンカーは、第３の捕捉リンカーへの結合を介して共に連結されており、ｂ）検出器分子は、検出器バーコードを介してコア構造に連結されており、検出器バーコードは、第１の検出器リンカー、第２の検出器リンカー、および第１の検出器リンカーと第２の検出器リンカーとの間に配置された検出器架橋を含み、第１の検出器リンカーは、コア構造上の第２の位置に結合されている第２のコアリンカーに結合されており、検出器分子および第２の検出器リンカーは、第３の検出器リンカーへの結合を介して互いに連結されている。いくつかの実施形態では、捕捉架橋および検出器架橋は、独立してポリマーコアを含む。いくつかの実施形態では、捕捉架橋のポリマーコアおよび検出器架橋のポリマーコアは、独立して、特定の配列の核酸（ＤＮＡもしくはＲＮＡ）またはＰＥＧのようなポリマーを含む。いくつかの実施形態において、第１のコアリンカー、第２のコアリンカー、第１の捕捉リンカー、第２の捕捉リンカー、第３の捕捉リンカー、第１の検出器リンカー、第２の検出器リンカーおよび第３の検出器リンカーは、独立して、反応性分子またはＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態では、各反応性分子は、独立して、アミン、チオール、ＤＢＣＯ、マレイミド、ビオチン、アジド、アクリダイト、ＮＨＳ－エステル、特定の配列の一本鎖核酸（ＲＮＡもしくはＤＮＡ）、１つ以上のＰＥＧのようなポリマーもしくは重合開始剤、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態において、捕捉バーコードと、１）第１のコアリンカー、および／または２）第３の捕捉リンカーとの間の連結は化学結合を含む。いくつかの実施形態では、化学結合は共有結合を含む。いくつかの実施形態において、検出器バーコードと、１）第２のコアリンカー、および／または２）第３の検出器リンカーとの間の連結は化学結合を含む。いくつかの実施形態では、化学結合は共有結合を含む。いくつかの実施形態において、トリガーは、１）第１の検出器リンカーと第２のコアリンカーとの間、および／または２）第１の捕捉リンカーと第１のコアリンカーとの間の連結を切断する。いくつかの実施形態では、捕捉分子は化学結合によって第３の捕捉リンカーに結合され、かつ／または検出器分子は化学結合によって第３の検出器リンカーに結合される。いくつかの実施形態では、捕捉分子は第３の捕捉リンカーに共有結合し、かつ／または検出器分子は第３の検出器リンカーに共有結合している。いくつかの実施形態では、不安定状態の各超分子構造は、第１の超分子構造の捕捉分子および／または検出器分子と、第２の超分子構造の対応する捕捉分子および／または検出器分子との間の交差反応の発生を低減または阻害するように、所定の距離で離間したそれぞれの捕捉分子および検出器分子を含む。所定の距離は、約３ｎｍ～約４０ｎｍである。

【0020】

いくつかの実施形態では、各超分子構造は、コア構造に連結されたアンカー分子をさらに含む。いくつかの実施形態では、アンカー分子は、アンカーバーコードを介してコア構造に連結され、アンカーバーコードは、第１のアンカーリンカー、第２のアンカーリンカー、および第１のアンカーリンカーと第２のアンカーリンカーとの間に配置されたアンカー架橋を含み、第１のアンカーリンカーは、コア構造上の第３の位置に結合された第３のコアリンカーに結合され、アンカー分子は第２のアンカーリンカーに連結されている。いくつかの実施形態では、アンカー分子は、独立して、アミン、チオール、ＤＢＣＯ、マレイミド、ビオチン、アジド、アクリダイト、ＮＨＳ－エステル、特定の配列の一本鎖核酸（ＲＮＡもしくはＤＮＡ）、１つ以上のＰＥＧのようなポリマーもしくは重合開始剤、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、アンカー架橋はポリマーコアを含む。いくつかの実施形態では、アンカー架橋のポリマーコアは、特定の配列の核酸（ＤＮＡもしくはＲＮＡ）またはＰＥＧのようなポリマーを含む。いくつかの実施形態では、第３のコアリンカー、第１のアンカーリンカー、第２のアンカーリンカー、およびアンカー分子は、独立して、アンカー反応性分子またはＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態では、各アンカー反応性分子は、独立して、アミン、チオール、ＤＢＣＯ、マレイミド、ビオチン、アジド、アクリダイト、ＮＨＳ－エステル、特定の配列の一本鎖核酸（ＲＮＡもしくはＤＮＡ）、１つ以上のＰＥＧのようなポリマーもしくは重合開始剤、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、アンカー分子は、化学結合を介して第２のアンカーリンカーに連結されている。いくつかの実施形態では、アンカー分子は、第２のアンカーリンカーに共有結合している。いくつかの実施形態では、トリガーは、１）アンカー分子から第２のアンカーリンカー、２）第３のコアリンカーから第１のアンカーリンカー、またはそれらの組み合せをさらに切断する。いくつかの実施形態では、第１および第２の位置はコア構造の第１の側に位置し、第３の位置はコア構造の第２の側に位置する。

【0021】

いくつかの実施形態では、信号は、安定状態に移行した超分子構造に対応する検出器バーコード、捕捉バーコード、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、安定状態に移行した少なくとも１つの超分子構造の対応する検出器分子からの各検出器バーコードは、対応する信号が、前記対応する検出器分子に結合した分析物分子を検出するためのそれぞれの検出器バーコードを含むように、前記対応する検出器分子から分離されるように構成される。いくつかの実施形態では、分離された各検出器バーコードは、それぞれの検出器分子に結合した分析物分子に対応するＤＮＡ信号を提供する。いくつかの実施形態では、少なくとも１つの分離された検出器バーコードは、遺伝子タイピング、ｑＰＣＲ、配列決定、またはそれらの組み合せを使用して分析されるように構成される。いくつかの実施形態では、１つ以上の超分子構造は、サンプルを多重化するため構成され、サンプル中の複数の分析物分子が同時に検出される。いくつかの実施形態では、各超分子構造の捕捉分子および検出器分子は、１つ以上の特定のタイプの分析物分子に結合するように構成される。

【0022】

いくつかの実施形態では、複数の超分子構造の各コア構造は互いに同一である。いくつかの実施形態では、各超分子構造は、複数の超分子構造間の交差反応を低減または排除するように、所定の形状、サイズ、分子量、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、各超分子構造は、複数の捕捉分子および検出器分子を含む。いくつかの実施形態では、各超分子構造は、複数の超分子構造間の交差反応を低減または排除するような、捕捉分子および検出器分子の所定の化学量論比を含む。いくつかの実施形態では、各超分子構造の不安定状態は、第１の超分子構造および第２の超分子構造の捕捉分子および／または検出器分子間での交差反応の発生を低減または阻害するように、所定の距離で離間した捕捉分子および検出器分子をさらに含む。いくつかの実施形態では、所定の距離は、約３ｎｍ～約４０ｎｍである。いくつかの実施形態では、任意の２つの超分子構造間の平均距離は、それぞれの超分子構造の捕捉分子と検出器分子との間の所定の距離よりも大きい。

【0023】

いくつかの実施形態では、各基質は、ウィジェット、固体支持体、ポリマーマトリックス、固体基質、または分子凝縮物を含む。いくつかの実施形態では、任意の２つの超分子構造間の平均距離は、それぞれの超分子構造の捕捉分子と検出器分子との間の所定の距離よりも大きい。いくつかの実施形態では、ポリマーマトリックスはヒドロゲルビーズを含む。いくつかの実施形態において、１つ以上の超分子基質は、ヒドロゲルビーズに結合される。いくつかの実施形態では、各超分子構造は、対応する超分子構造のそれぞれのコア構造に連結された対応するアンカー分子を介して、ヒドロゲルビーズと共重合される。いくつかの実施形態では、１つ以上の超分子構造は、ヒドロゲルビーズ内に埋め込まれる。いくつかの実施形態では、単一細胞分解能での細胞内分析物分子検出のために、各ヒドロゲルビーズは、サンプル中の単一細胞と接触するように構成される。いくつかの実施形態では、固体基質は微粒子を含む。いくつかの実施形態では、１つ以上の超分子基質は、微粒子の固体表面に結合される。いくつかの実施形態では、微粒子は、ポリスチレン粒子、シリカ粒子、磁性粒子または常磁性粒子を含む。いくつかの実施形態では、単一細胞分解能での細胞内分析物分子検出のために、各固体基質は、サンプル中の単一細胞と接触するように構成される。いくつかの実施形態では、固体基質は平面基質を含む。いくつかの実施形態では、複数の超分子構造は平面基質上に配置され、平面基質は複数の結合部位を含み、各結合部位は対応する超分子構造と連結するように構成される。いくつかの実施形態では、複数の超分子構造は、同じ分析物分子を検出するように構成される。いくつかの実施形態では、複数の信号伝達要素は、安定状態に移行した少なくとも１つの超分子構造の検出器分子と連結するように構成される。いくつかの実施形態では、各信号伝達要素は、蛍光分子またはマイクロビーズ、蛍光ポリマー、高荷電ナノ粒子またはポリマーを含む。いくつかの実施形態では、複数の超分子構造のうちの少なくとも１つの超分子構造は、他の超分子構造とは異なる分析物分子を検出するように構成される。

【0024】

いくつかの実施形態では、サンプルは、生物学的粒子または生体分子を含む。いくつかの実施形態では、サンプルは、タンパク質、ペプチド、ペプチドの断片、脂質、ＤＮＡ、ＲＮＡ、有機分子、ウイルス粒子、エキソソーム、オルガネラ、またはそれらの任意の複合体を含む水溶液を含む。いくつかの実施形態では、サンプルは、組織生検、血液、血漿、尿、唾液、涙、脳脊髄液、細胞外液、培養細胞、培養培地、廃棄組織、植物物質、合成タンパク質、細菌および／もしくはウイルスサンプルまたは真菌組織、またはそれらの組み合せを含む。

【0025】

いくつかの実施形態では、サンプル中の分析物分子を検出するための超分子構造が提供され、超分子構造は、ａ）複数のコア分子を含むコア構造と、ｂ）第１の位置で超分子コアに連結された捕捉分子と、ｃ）第２の位置で超分子コアに連結された検出器分子とを含み、超分子構造は、検出器分子がコア構造との間の第２の位置での連結の切断によってコア構造から結合解除されるような不安定状態にあり、超分子構造は、検出器分子、捕捉分子、および分析物分子の間の相互作用によって、不安定状態から安定状態に移行するように構成され、トリガーと相互作用すると、安定状態に移行した超分子構造が分析物分子を検出するための信号を提供する。

【0026】

いくつかの実施形態では、サンプルは複合生物学的サンプルを含み、方法は単一分子感度を提供し、それによって複合生物学的サンプル内のある範囲の分子濃度のダイナミックレンジおよび定量的捕捉を増加させる。いくつかの実施形態では、分析物分子は、タンパク質、ペプチド、ペプチド断片、脂質、ＤＮＡ、ＲＮＡ、有機分子、無機分子、それらの複合体、またはそれらの任意の組み合せを含む。いくつかの実施形態では、超分子構造はナノ構造である。いくつかの実施形態では、コア構造はナノ構造である。いくつかの実施形態では、コア構造の複数のコア分子は、所定の形状に配置され、かつ／または所定の分子量を有する。いくつかの実施形態では、所定の形状は、別の超分子構造との交差反応性を制限または防止するように構成される。いくつかの実施形態では、各コア構造の複数のコア分子は、１つ以上の核酸鎖、１つ以上の分岐核酸、１つ以上のペプチド、１つ以上の小分子、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、コア構造は独立して、骨格デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）オリガミ、骨格リボ核酸（ＲＮＡ）オリガミ、骨格ハイブリッドＤＮＡ：ＲＮＡオリガミ、一本鎖ＤＮＡタイル構造、多本鎖ＤＮＡタイル構造、一本鎖ＲＮＡオリガミ、多本鎖ＲＮＡタイル構造、複数の骨格を有する階層的に構成されたＤＮＡもしくはＲＮＡオリガミ、ペプチド構造、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、トリガーは、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子、トリガー信号、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子は、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ペプチド、小有機分子、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、トリガー信号は、光信号、電気信号、またはその両方を含む。いくつかの実施形態では、トリガー光信号は、マイクロ波信号、紫外線照明、可視照明、近赤外照明、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、分析物分子は、１）化学結合によって捕捉分子に結合し、かつ／または２）化学結合によって検出器分子に結合する。いくつかの実施形態では、各超分子構造の捕捉分子および検出器分子は、独立して、タンパク質、ペプチド、抗体、アプタマー（ＲＮＡおよびＤＮＡ）、フルオロフォア、ダルピン、触媒、重合開始剤、ＰＥＧのようなポリマー、またはそれらの組み合せを含む。

【0027】

いくつかの実施形態では、超分子構造については、ａ）捕捉分子は捕捉バーコードを介してコア構造に連結されており、捕捉バーコードは第１の捕捉リンカー、第２の捕捉リンカー、および第１の捕捉リンカーと第２の捕捉リンカーとの間に配置された捕捉架橋を含み、第１の捕捉リンカーは、コア構造上の第１の位置に結合している第１のコアリンカーに結合されており、捕捉分子および第２の捕捉リンカーは、第３の捕捉リンカーへの結合を介して共に連結されており、ｂ）検出器分子は、検出器バーコードを介してコア構造に連結されており、検出器バーコードは、第１の検出器リンカー、第２の検出器リンカー、および第１の検出器リンカーと第２の検出器リンカーとの間に配置された検出器架橋を含み、第１の検出器リンカーは、コア構造上の第２の位置に結合されている第２のコアリンカーに結合されており、検出器分子および第２の検出器リンカーは、第３の検出器リンカーへの結合を介して互いに連結されている。いくつかの実施形態では、捕捉架橋および検出器架橋は、独立してポリマーコアを含む。いくつかの実施形態では、捕捉架橋のポリマーコアおよび検出器架橋のポリマーコアは、独立して、特定の配列の核酸（ＤＮＡもしくはＲＮＡ）またはＰＥＧのようなポリマーを含む。いくつかの実施形態において、第１のコアリンカー、第２のコアリンカー、第１の捕捉リンカー、第２の捕捉リンカー、第３の捕捉リンカー、第１の検出器リンカー、第２の検出器リンカーおよび第３の検出器リンカーは、独立して、反応性分子またはＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態では、各反応性分子は、独立して、アミン、チオール、ＤＢＣＯ、マレイミド、ビオチン、アジド、アクリダイト、ＮＨＳ－エステル、特定の配列の一本鎖核酸（ＲＮＡもしくはＤＮＡ）、１つ以上のＰＥＧのようなポリマーもしくは重合開始剤、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態において、捕捉バーコードと、１）第１のコアリンカー、および／または２）第３の捕捉リンカーとの間の連結は化学結合を含む。いくつかの実施形態では、化学結合は共有結合を含む。いくつかの実施形態において、検出器バーコードと、１）第２のコアリンカー、および／または２）第３の検出器リンカーとの間の連結は化学結合を含む。いくつかの実施形態では、化学結合は共有結合を含む。いくつかの実施形態において、トリガーは、１）第１の検出器リンカーと第２のコアリンカーとの間、および／または２）第１の捕捉リンカーと第１のコアリンカーとの間の連結を切断する。いくつかの実施形態では、捕捉分子は化学結合によって第３の捕捉リンカーに結合され、かつ／または検出器分子は化学結合によって第３の検出器リンカーに結合される。いくつかの実施形態では、捕捉分子は第３の捕捉リンカーに共有結合し、かつ／または検出器分子は第３の検出器リンカーに共有結合している。いくつかの実施形態では、不安定状態の超分子構造は、超分子構造の捕捉分子および／または検出器分子と、別の超分子構造の対応する捕捉分子および／または検出器分子との間の交差反応の発生を低減または阻害するように、所定の距離で離間したそれぞれの捕捉分子および検出器分子を含む。いくつかの実施形態では、所定の距離は、約３ｎｍ～約４０ｎｍである。

【0028】

いくつかの実施形態では、超分子構造は、コア構造に連結されたアンカー分子をさらに含む。いくつかの実施形態では、アンカー分子は、アンカーバーコードを介してコア構造に連結され、アンカーバーコードは、第１のアンカーリンカー、第２のアンカーリンカー、および第１のアンカーリンカーと第２のアンカーリンカーとの間に配置されたアンカー架橋を含み、第１のアンカーリンカーは、コア構造上の第３の位置に結合された第３のコアリンカーに結合され、アンカー分子は第２のアンカーリンカーに連結されている。いくつかの実施形態では、アンカー分子は、独立して、アミン、チオール、ＤＢＣＯ、マレイミド、ビオチン、アジド、アクリダイト、ＮＨＳ－エステル、特定の配列の一本鎖核酸（ＲＮＡもしくはＤＮＡ）、１つ以上のＰＥＧのようなポリマーもしくは重合開始剤、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、アンカー架橋はポリマーコアを含む。いくつかの実施形態では、アンカー架橋のポリマーコアは、特定の配列の核酸（ＤＮＡもしくはＲＮＡ）またはＰＥＧのようなポリマーを含む。いくつかの実施形態では、第３のコアリンカー、第１のアンカーリンカー、第２のアンカーリンカー、およびアンカー分子は、独立して、アンカー反応性分子またはＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態では、各アンカー反応性分子は、独立して、アミン、チオール、ＤＢＣＯ、マレイミド、ビオチン、アジド、アクリダイト、ＮＨＳ－エステル、特定の配列の一本鎖核酸（ＲＮＡもしくはＤＮＡ）、１つ以上のＰＥＧのようなポリマーもしくは重合開始剤、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、アンカー分子は、化学結合を介して第２のアンカーリンカーに連結されている。いくつかの実施形態では、アンカー分子は、第２のアンカーリンカーに共有結合している。いくつかの実施形態では、トリガーは、１）アンカー分子から第２のアンカーリンカー、２）第３のコアリンカーから第１のアンカーリンカー、またはそれらの組み合せをさらに切断する。いくつかの実施形態では、第１および第２の位置はコア構造の第１の側に位置し、第３の位置はコア構造の第２の側に位置する。

【0029】

いくつかの実施形態では、信号は、安定状態に移行した超分子構造に対応する検出器バーコード、捕捉バーコード、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、安定状態に移行した超分子構造の対応する検出器分子からの各検出器バーコードは、対応する信号が、前記対応する検出器分子に結合した分析物分子を検出するためのそれぞれの検出器バーコードを含むように、前記対応する検出器分子から分離されるように構成される。いくつかの実施形態では、分離された検出器バーコードは、それぞれの検出器分子に結合した分析物分子に対応するＤＮＡ信号を提供する。いくつかの実施形態では、分離された検出器バーコードは、遺伝子タイピング、ｑＰＣＲ、配列決定、またはそれらの組み合せを使用して分析されるように構成される。いくつかの実施形態では、超分子構造の捕捉分子および検出器分子は、１つ以上の特定のタイプの分析物分子に結合するように構成される。

【0030】

いくつかの実施形態では、超分子構造は、別の超分子構造との交差反応を低減または排除するような、所定の形状、サイズ、分子量、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、超分子構造は、複数の捕捉分子および検出器分子を含む。いくつかの実施形態では、超分子構造は、別の超分子構造との交差反応を低減または排除するような、捕捉分子および検出器分子の所定の化学量論比を含む。

【0031】

いくつかの実施形態では、サンプルは、生物学的粒子または生体分子を含む。いくつかの実施形態では、サンプルは、タンパク質、ペプチド、ペプチドの断片、脂質、ＤＮＡ、ＲＮＡ、有機分子、ウイルス粒子、エキソソーム、オルガネラ、またはそれらの任意の複合体を含む水溶液を含む。いくつかの実施形態では、サンプルは、組織生検、血液、血漿、尿、唾液、涙、脳脊髄液、細胞外液、培養細胞、培養培地、廃棄組織、植物物質、合成タンパク質、細菌および／もしくはウイルスサンプルまたは真菌組織、またはそれらの組み合せを含む。

【0032】

参照による組み込み
本明細書で言及されるすべての刊行物、特許、および特許出願は、あたかも各個々の刊行物、特許、または特許出願が参照により組み込まれることが具体的かつ個別に示されているのと同程度に、参照により本明細書に組み込まれる。

【0033】

ここで、開示された装置、送達システム、または方法の特定の実施形態を、図面を参照して説明する。この詳細な説明のいずれも、任意の特定の構成要素、特徴、またはステップが本発明に必須であることを暗示することを意図していない。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】超分子構造および関連する下位要素の例示的な描写を示す。

【図2】組み立てられた３アーム核酸接合ベースの超分子構造および関連する下位要素の例示的な描写を示す。

【図3】図２の３アーム核酸接合ベースの超分子構造の個々の下位要素の例示的な描写を示す。

【図4】図２の３アーム核酸接合ベースの超分子構造の個々の下位要素に対応する、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子の例示的な描写を示す。

【図5】組み立てられたＤＮＡオリガミベースの超分子構造および関連する下位要素の例示的な描写を示す。

【図6】図５のＤＮＡオリガミベースの超分子構造の個々の下位要素の例示的な描写を示す。

【図7】図５のＤＮＡオリガミベースの超分子構造の個々の下位要素に対応する、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子の例示的な描写を示す。

【図8】トリガー（例えば、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子との相互作用）に曝される前および後の、不安定状態の超分子構造の例示的な描写を提供する。

【図9】トリガー（例えば、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子との相互作用）に曝される前および後の、安定状態の超分子構造の例示的な描写を提供する。

【図10】分析物分子との相互作用後に不安定状態から安定状態に移行する超分子構造、およびトリガー（例えば、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子との相互作用）に曝される前および後のそれぞれの構成の例示的な描写を提供する。

【図11】分析物分子との相互作用後に安定状態から不安定状態に移行する超分子構造、およびトリガー（例えば、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子との相互作用）に曝される前および後のそれぞれの構成の例示的な描写を提供する。

【図12】複数の超分子構造を使用して分析物分子を検出および定量する方法の例示的な描写を提供する。

【図13】複数の超分子構造と結合したヒドロゲルビーズを形成する方法の例示的な描写を提供する。

【図14】液滴技術を使用して、複数の超分子構造と結合したヒドロゲルビーズを形成する方法の例示的な描写を提供する。

【図15】固体基質（例えば、微粒子）上に複数の超分子構造を結合させる例示的な描写を提供する。

【図16】ヒドロゲルビーズ内に埋め込まれた複数の超分子構造を使用して分析物分子を検出および定量する方法の例示的な描写を提供する。

【図17】細胞内分析物分子を検出および定量するための方法の一部として、液滴中のヒドロゲルビーズ内に埋め込まれた単一細胞および超分子構造を捕捉する例示的な描写を提供する。

【図18】細胞内分析物分子を検出および定量するための方法の一部として、ヒドロゲルビーズ内に埋め込まれた単一細胞および超分子構造を封入する液滴を収集および処理する例示的な描写を提供する。

【図19】細胞内分析物分子を検出および定量するための方法の一部として、捕捉された細胞内分析物分子（図１８より）および液滴中のバーコード化されたビーズを含む超分子構造を捕捉する例示的な描写を提供する。

【図20】細胞内分析物分子を検出および定量するための方法の一部として、捕捉された細胞内分析物分子（図１８より）および液滴中のバーコード化されたビーズを含む超分子構造を封入する液滴を収集および処理する例示的な描写を提供する。

【図21】平面基質に結合した複数の超分子構造を使用して分析物分子を検出および定量する方法の例示的な描写を提供する。

【図22】３部（３ｐｔ）ウィジェットおよび５部（５ｐｔ）ウィジェットを含む２つの例示的なＤＮＡウィジェットを作成するためのＤＮＡ鎖（Ｓ１、Ｓ２、コア）およびＤＮＡ集合体（Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６、Ｗ７）の例示的な描写を提供する。

【図23】基本的な３部ウィジェットを作成するためのＤＮＡ成分（Ｓ１、Ｓ２、コア）の例示的な描写を提供する。

【図24】架橋、放出、３ｐｔウィジェット、および５ｐｔウィジェットの動作原理の例示的な描写を提供する。

【図25】図２４に示す動作原理を実証するためのアガロースゲルの例示的な描写を提供する。

【発明を実施するための形態】

【0035】

本明細書では、サンプル中に存在する１つ以上の分析物分子を検出するための構造および方法が開示される。いくつかの実施形態では、１つ以上の分析物分子は、１つ以上の超分子構造を使用して検出される。いくつかの実施形態では、１つ以上の超分子構造は、特に、互いに交差反応性を最小限に抑えるように設計される。いくつかの実施形態では、超分子構造は双安定性であり、超分子構造が、サンプルからの１つ以上の分析物分子との相互作用を介して不安定状態から安定状態に移行する。いくつかの実施形態では、安定状態の超分子構造は、分析物分子の検出および定量化のための信号を提供するように構成される。いくつかの実施形態では、分析物分子の検出および定量化が分析物分子の存在をＤＮＡ信号に変換することを含むように、信号はＤＮＡ信号と相関する。

【0036】

サンプル
いくつかの実施形態では、サンプルは、タンパク質、ペプチド、ペプチド断片、脂質、ＤＮＡ、ＲＮＡ、有機分子、無機分子、それらの複合体、またはそれらの任意の組み合せを含む水溶液を含む。いくつかの実施形態では、サンプル中の分析物分子は、タンパク質、ペプチド、ペプチド断片、脂質、ＤＮＡ、ＲＮＡ、有機分子、無機分子、それらの複合体、またはそれらの任意の組み合せを含む。いくつかの実施形態では、分析物分子は、インタクトなタンパク質、変性タンパク質、部分的もしくは完全に分解されたタンパク質、ペプチド断片、変性核酸、分解された核酸断片、それらの複合体、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、サンプルは、組織、細胞、組織および／もしくは細胞の環境、またはそれらの組み合せから得られる。いくつかの実施形態では、サンプルは、組織生検、血液、血漿、尿、唾液、涙、脳脊髄液、細胞外液、培養細胞、培養培地、廃棄組織、植物物質、合成タンパク質、細菌、ウイルスサンプル、真菌組織、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、サンプルは、精製された、またはされていない一次供給源、例えば組織、体液（例えば、血液）、環境サンプル、またはそれらの組み合せから単離される。いくつかの実施形態では、機械的プロセスまたは他の細胞溶解方法（例えば、溶解緩衝液）を使用して細胞を溶解する。いくつかの実施形態では、サンプルは、機械的プロセス（例えば、遠心分離）、ミクロン濾過、クロマトグラフィーカラム、他の濾過方法、またはそれらの組み合せを使用して濾過される。いくつかの実施形態では、サンプルを１つ以上の酵素で処理して、１つ以上の核酸または１つ以上のタンパク質を取り出す。いくつかの実施形態では、サンプルは、インタクトなタンパク質、変性タンパク質、部分的もしくは完全に分解されたタンパク質、ペプチド断片、変性核酸、または分解された核酸断片を含む。いくつかの実施形態では、サンプルは、１人以上の個人、１匹以上の動物、１つ以上の植物、またはそれらの組み合せから収集される。いくつかの実施形態では、サンプルは、感染症、免疫障害、癌、遺伝性疾患、変性疾患、生活習慣病、傷害、希少疾患、加齢性疾患、またはそれらの組み合せを含む疾患または障害を有する個人、動物および／または植物から収集される。

【0037】

超分子構造
いくつかの実施形態では、超分子構造は、分子を空間的に構成することができるプログラム可能な構造である。いくつかの実施形態では、超分子構造は、互いに連結された複数の分子を含む。いくつかの実施形態では、超分子構造の複数の分子は、少なくとも互いのいくつかと相互作用する。いくつかの実施形態では、超分子構造は、特定の形状を含む。いくつかの実施形態では、超分子ナノ構造は、超分子構造体の複数の分子に基づく所定の分子量を含む。いくつかの実施形態では、超分子構造はナノ構造である。いくつかの実施形態では、複数の分子は、結合、化学結合、物理的結合、またはそれらの組み合せを介して互いに連結される。いくつかの実施形態では、超分子構造は、互いに特異的に相互作用する明確に定義された数のより小さい分子から形成された、特定の形状および分子量の大きな分子実体を含む。いくつかの実施形態では、超分子構造の構造的、化学的、および物理的特性が明示的に設計される。いくつかの実施形態では、超分子構造は、所定の距離よって離間された複数の下位要素を含む。いくつかの実施形態では、超分子構造の少なくとも一部は剛性である。いくつかの実施形態では、超分子構造の少なくとも一部は半剛性である。いくつかの実施形態では、超分子構造の少なくとも一部は柔軟性である。

【0038】

図１は、コア構造１３、捕捉分子２、検出器分子１、およびアンカー分子１８を含む超分子構造４０の例示的な実施形態を提供する。いくつかの実施形態では、超分子構造は、１つ以上の捕捉分子２、１つ以上の検出器分子１、および場合により１つ以上のアンカー分子１８を含む。いくつかの実施形態では、超分子構造はアンカー分子を含まない。いくつかの実施形態では、超分子構造はポリヌクレオチド構造である。

【0039】

いくつかの実施形態では、コア構造１３は、互いに連結された１つ以上のコア分子を含む。いくつかの実施形態では、１つ以上のコア分子は、互いに連結された２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、５０、１００、２００または５００個の固有分子を含む。いくつかの実施形態では、１つ以上のコア分子は、約２個の固有分子から約１０００個の固有の分子を含む。いくつかの実施形態では、１つ以上のコア分子は互いに相互作用し、超分子構造の特定の形状を画定する。いくつかの実施形態では、複数のコア分子は、可逆的な非共有結合相互作用を介して互いに相互作用する。いくつかの実施形態では、コア構造の特定の形状は、三次元（３Ｄ）構成である。いくつかの実施形態では、１つ以上のコア分子は、特定の分子量を提供する。いくつかの実施形態では、コア構造１３はナノ構造である。いくつかのケースでは、１つ以上のコア分子は、１つ以上の核酸鎖（例えば、ＤＮＡ、ＲＮＡ、非天然核酸）、１つ以上の分岐核酸、１つ以上のペプチド、１つ以上の小分子、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、１つ以上の核酸鎖は、一本鎖足場鎖および３本以上のステープル鎖を含む。いくつかの実施形態では、コア構造はポリヌクレオチド構造を含む。いくつかの実施形態では、コア構造の少なくとも一部は剛性である。いくつかの実施形態では、コア構造の少なくとも一部は半剛性である。いくつかの実施形態では、コア構造の少なくとも一部は柔軟性である。いくつかの実施形態では、コア構造は、骨格デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）オリガミ、骨格リボ核酸（ＲＮＡ）オリガミ、骨格ハイブリッドＤＮＡ／ＲＮＡオリガミ、一本鎖ＤＮＡタイル構造、多本鎖ＤＮＡタイル構造、一本鎖ＤＮＡオリガミ、一本鎖ＲＮＡオリガミ、一本鎖ＲＮＡタイル構造、多本鎖ＲＮＡタイル構造、複数の骨格を有する階層的に構成されたＤＮＡおよび／もしくはＲＮＡオリガミ、ペプチド構造、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、ＤＮＡオリガミは足場状に組まれる。いくつかの実施形態では、ＲＮＡオリガミは足場状に組まれる。いくつかの実施形態では、ハイブリッドＤＮＡ／ＲＮＡオリガミは足場状に組まれる。いくつかの実施形態では、コア構造は、ＤＮＡオリガミ、ＲＮＡオリガミ、または所定の二次元（２Ｄ）または３Ｄ形状を含むハイブリッドＤＮＡ／ＲＮＡオリガミを含む。

【0040】

本明細書で使用される場合、いくつかの実施形態における「一緒に連結される」という用語は、化学結合の形成を可能にすることを指す。いくつかの実施形態では、本明細書で使用される場合、化学結合は、原子、イオンまたは分子間の持続的な引力を指す。結合は、共有結合、イオン結合、水素結合、ファンデルワールス相互作用、またはそれらの任意の組み合せを含む。いくつかの実施形態では、「一緒に連結される」という用語は、核酸のハイブリダイゼーションを指し、それは、２つの相補的な一本鎖ＤＮＡまたはＲＮＡ分子を組み合せ、塩基対合によってそれらに単一の二本鎖分子を形成させるプロセスである。

【0041】

本明細書で使用される場合、「核酸オリガミ」という用語は、一般に、天然に存在する核酸の二次構造（例えば、螺旋構造）に加えて、操作された三次構造（例えば、二次構造の折り畳みおよび相対配向）または四次構造（例えば、互いに共有結合していない鎖間のハイブリダイゼーション）を含む核酸構築物を指す。核酸オリガミは、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ、修飾もしくは非天然核酸、またはそれらの組み合せを含み得る。核酸オリガミは、「足場鎖」を含むことができる。足場鎖は、環状（すなわち、５’末端および３’末端を欠いている）または線状（すなわち、５’末端および／または３’末端を有する）であり得る。核酸オリガミは、配列相補性を介してハイブリダイズして、オリガミ粒子の操作された構造を生成する複数のオリゴヌクレオチド（「ステープル鎖」）を含み得る。例えば、オリゴヌクレオチドは、足場鎖および／または他のオリゴヌクレオチドにハイブリダイズすることができる。核酸オリガミは、一本鎖もしくは二本鎖核酸のセクション、またはそれらの組み合せを含み得る。例示的な核酸オリガミ構造は、ナノチューブ、ナノワイヤ、ケージ、タイル、ナノスフェア、ブロック、およびそれらの組み合せを含むことができる。いくつかの実施形態では、ＤＮＡオリガミは、一本鎖領域と二本鎖領域の両方を含む。

【0042】

図１に示すように、いくつかの実施形態では、コア構造１３は、捕捉分子２、検出器分子１、アンカー分子１８、またはそれらの組み合せに連結されるように構成される。いくつかの実施形態では、捕捉分子２、検出器分子１、および／またはアンカー分子１８は、コアナノ構造１３に関して、それに連結された場合に固定化される。いくつかの実施形態では、１つ以上の任意の数のコア分子は、捕捉分子２、検出器分子１、および／またはアンカー分子１８と連結を形成するように構成された１つ以上のコアリンカー１０、１２、１４を含む。いくつかの実施形態では、１つ以上の任意の数のコア分子は、捕捉分子２、検出器分子１、および／またはアンカー分子１８と連結を形成するように構成された１つ以上のコアリンカー１０、１２、１４と連結するように構成される。いくつかの実施形態において、１つ以上のコアリンカーは、化学結合を介して１つ以上のコア分子に連結される。いくつかの実施形態において、１つ以上のコアリンカーの少なくとも１つは、コア反応性分子を含む。いくつかの実施形態では、各コア反応性分子は、独立して、アミン、チオール、ＤＢＣＯ、ＮＨＳエステル、マレイミド、ビオチン、アジド、アクリダイト、特定の配列の一本鎖核酸（例えば、ＲＮＡまたはＤＮＡ）、またはポリマー（例えば、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）または１つ以上の重合開始剤）を含む。いくつかの実施形態において、１つ以上のコアリンカーの少なくとも１つは、ＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態では、１つ以上のコアリンカーは、特にコア構造から突出する少なくとも１つの伸長したステープル鎖を含む。いくつかの実施形態では、伸長したステープル鎖は、コア反応性分子とコンジュゲートする（化学結合を作る）ことができる。いくつかの実施形態では、伸長したステープル鎖の位置は、予め決定されている。

【0043】

いくつかの実施形態では、コア構造１３は、１）コア構造上の所定の第１の位置にある捕捉分子２、２）コア構造上の所定の第２の位置にある検出器分子１、および場合により３）コア構造体上の所定の第３の位置にあるアンカー分子１８に連結される。いくつかの実施形態では、特定の第１のコアリンカー１２は、コア構造上の第１の位置に配置され、特定の第２のコアリンカー１０は、コア構造上の第２の位置に配置される。いくつかの実施形態において、第１の位置にある１つ以上のコア分子は、第１のコアリンカー１２との連結を形成するように修飾される。いくつかの実施形態では、第１のコアリンカー１２は、コア構造１３の伸長である。いくつかの実施形態では、第１のコアリンカー１２は、特にコア構造１３から突出する伸長したステープル鎖である。いくつかの実施形態では、第２の位置にある１つ以上のコア分子は、第２のコアリンカー１０との連結を形成するように修飾される。いくつかの実施形態では、第２のコアリンカー１０は、コア構造１３の伸長である。いくつかの実施形態では、第２のコアリンカー１０は、特にコア構造１３から突出する伸長したステープル鎖である。いくつかの実施形態では、コア構造１３の３Ｄ形状ならびに第１および第２の位置の相対距離は、捕捉分子２と検出器分子１との間の分子内相互作用を最大化するように指定される。いくつかの実施形態では、コア構造１３の３Ｄ形状ならびに第１および第２の位置の相対距離は、捕捉分子２と検出器分子１との間の分子内相互作用を最大化するための、捕捉分子２と検出器分子１との間の所望の距離を得るように指定される。

【0044】

本明細書に記載されるように、いくつかの実施形態では、捕捉分子２と検出器分子１との間の距離は、約３ｎｍ、４ｎｍ、５ｎｍ、６ｎｍ、１０ｎｍ、１２ｎｍ、１５ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、または４０ｎｍである。いくつかの実施形態では、捕捉分子２と検出器分子１との間の距離は、約１ｎｍ～約６０ｎｍである。いくつかの実施形態では、捕捉分子２と検出器分子１との間の距離は、約１ｎｍ～約２ｎｍ、約１ｎｍ～約５ｎｍ、約１ｎｍ～約１０ｎｍ、約１ｎｍ～約２０ｎｍ、約１ｎｍ～約４０ｎｍ、約１ｎｍ～約６０ｎｍ、約２ｎｍ～約５ｎｍ、約２ｎｍ～約１０ｎｍ、約２ｎｍ～約２０ｎｍ、約２ｎｍ～約４０ｎｍ、約２ｎｍ～約６０ｎｍ、約５ｎｍ～約１０ｎｍ、約５ｎｍ～約２０ｎｍ、約５ｎｍ～約４０ｎｍ、約５ｎｍ～約６０ｎｍ、約１０ｎｍ～約２０ｎｍ、約１０ｎｍ～約４０ｎｍ、約１０ｎｍ～約６０ｎｍ、約２０ｎｍ～約４０ｎｍ、約２０ｎｍ～約６０ｎｍ、または約４０ｎｍ～約６０ｎｍであり、それらのインクリメントを含む。いくつかの実施形態では、捕捉分子２と検出器分子１との間の距離は、約１ｎｍ、約２ｎｍ、約５ｎｍ、約１０ｎｍ、約２０ｎｍ、約４０ｎｍ、または約６０ｎｍである。いくつかの実施形態では、捕捉分子２と検出器分子１との間の距離は、少なくとも約１ｎｍ、約２ｎｍ、約５ｎｍ、約１０ｎｍ、約２０ｎｍ、または約４０ｎｍである。いくつかの実施形態では、捕捉分子２と検出器分子１との間の距離は、最大で約２ｎｍ、約５ｎｍ、約１０ｎｍ、約２０ｎｍ、約４０ｎｍ、または約６０ｎｍである。

【0045】

本明細書に記載されるように、いくつかの実施形態では、第１の位置（捕捉分子２に対応する）と第２の位置（検出器分子１に対応する）との間の距離は、約３ｎｍ、４ｎｍ、５ｎｍ、６ｎｍ、１０ｎｍ、１２ｎｍ、１５ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、または４０ｎｍである。いくつかの実施形態では、捕捉分子２と検出器分子１との間の距離は、約１ｎｍ～約６０ｎｍである。いくつかの実施形態では、第１の位置（捕捉分子２に対応する）と第２の位置（検出器分子１に対応する）との間の距離は、約１ｎｍ～約２ｎｍ、約１ｎｍ～約５ｎｍ、約１ｎｍ～約１０ｎｍ、約１ｎｍ～約２０ｎｍ、約１ｎｍ～約４０ｎｍ、約１ｎｍ～約６０ｎｍ、約２ｎｍ～約５ｎｍ、約２ｎｍ～約１０ｎｍ、約２ｎｍ～約２０ｎｍ、約２ｎｍ～約４０ｎｍ、約２ｎｍ～約６０ｎｍ、約５ｎｍ～約１０ｎｍ、約５ｎｍ～約２０ｎｍ、約５ｎｍ～約４０ｎｍ、約５ｎｍ～約６０ｎｍ、約１０ｎｍ～約２０ｎｍ、約１０ｎｍ～約４０ｎｍ、約１０ｎｍ～約６０ｎｍ、約２０ｎｍ～約４０ｎｍ、約２０ｎｍ～約６０ｎｍ、または約４０ｎｍ～約６０ｎｍであり、それらのインクリメントを含む。いくつかの実施形態では、第１の位置（捕捉分子２に対応する）と第２の位置（検出器分子１に対応する）との間の距離は、約１ｎｍ、約２ｎｍ、約５ｎｍ、約１０ｎｍ、約２０ｎｍ、約４０ｎｍ、または約６０ｎｍである。いくつかの実施形態では、捕捉分子２と検出器分子１との間の距離は、少なくとも約１ｎｍ、約２ｎｍ、約５ｎｍ、約１０ｎｍ、約２０ｎｍ、または約４０ｎｍである。いくつかの実施形態では、捕捉分子２と検出器分子１、第１の位置（捕捉分子２に対応する）と第２の位置（検出器分子１に対応する）との間の距離は、最大で約２ｎｍ、約５ｎｍ、約１０ｎｍ、約２０ｎｍ、約４０ｎｍ、または約６０ｎｍである。

【0046】

いくつかの実施形態において、特定の第３のコアリンカー１４は、コア構造１３上の第３の位置に配置される。いくつかの実施形態では、第３の位置にある１つ以上のコア分子は、第３のコアリンカー１４との連結を形成するように修飾される。いくつかの実施形態では、第３のコアリンカー１４は、コア構造１３の伸長である。いくつかの実施形態では、第１および第２の位置はコア構造１３の第１の側に配置され、任意の第３の位置はコア構造１３の第２の側に配置される。いくつかの実施形態では、第３のコアリンカー１４は、特にコア構造１３から突出する少なくとも１つの伸長したステープル鎖を含む。いくつかの実施形態では、伸長したステープル鎖は、コア反応性分子とコンジュゲートする（化学結合を作る）ことができる。いくつかの実施形態では、伸長したステープル鎖の位置は、予め決定されている。

【0047】

いくつかの実施形態では、捕捉分子２は、タンパク質、ペプチド、抗体、アプタマー（ＲＮＡおよびＤＮＡ）、フルオロフォア、ナノボディ、ダルピン、触媒、重合開始剤、ＰＥＧのようなポリマー、有機分子、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、検出器分子１は、タンパク質、ペプチド、抗体、アプタマー（ＲＮＡおよびＤＮＡ）、フルオロフォア、ナノボディ、ダルピン、触媒、重合開始剤、ＰＥＧのようなポリマー、有機分子、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、アンカー分子は反応性分子を含む。いくつかの実施形態では、アンカー分子１８は反応性分子を含む。いくつかの実施形態では、アンカー分子１８は、反応性分子を含むＤＮＡ鎖を含む。いくつかの実施形態では、アンカー分子１８は、独立して、アミン、チオール、ＤＢＣＯ、ＮＨＳエステル、マレイミド、ビオチン、アジド、アクリダイト、特定の配列の一本鎖核酸（例えば、ＲＮＡまたはＤＮＡ）、またはポリマー（例えば、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）または１つ以上の重合開始剤）を含む。いくつかの実施形態では、アンカー分子１８は、タンパク質、ペプチド、抗体、アプタマー（ＲＮＡおよびＤＮＡ）、フルオロフォア、ナノボディ、ダルピン、触媒、重合開始剤、ＰＥＧのようなポリマー、有機分子、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、捕捉分子２および対応する検出器分子１の単一の対が、コア構造１３に連結される。いくつかの実施形態では、捕捉分子２および対応する検出器分子１の複数の対が、コア構造１３に連結される。いくつかの実施形態では、捕捉分子２および対応する検出器分子１の複数の対は、クロストークを最小限に抑えるために、すなわち、第２の対からの捕捉および／または検出器分子と相互作用する第１の対からの捕捉および／または検出器分子を最小限に抑えるために、互いに離間している。

【0048】

いくつかの実施形態では、超分子構造の各構成要素を単独で修飾または調整することができる。いくつかの実施形態では、超分子構造の構成要素の１つ以上を修飾することにより、超分子構造自体の２Ｄおよび３Ｄジオメトリーを変更することができる。いくつかの実施形態では、超分子構造の構成要素の１つ以上を修飾することにより、コア構造の２Ｄおよび３Ｄジオメトリーを変更することができる。いくつかの実施形態では、超分子ナノ構造の構成要素を独立して修飾するそのような能力は、固体表面（例えば、平面または微粒子）および３Ｄ体積（例えば、ヒドロゲルマトリックス内）上の１つ以上の超分子構造の構成に対する正確な制御を可能にする。

【0049】

捕捉バーコード
図１に示すように、いくつかの実施形態では、捕捉分子２は、捕捉バーコード２０を介してコア構造１３に連結される。いくつかの実施形態では、捕捉バーコード２０は捕捉分子２と連結を形成し、捕捉バーコード２０はコア構造１３と連結を形成する。いくつかの実施形態では、捕捉バーコード２０は、第１の捕捉リンカー１１、第２の捕捉リンカー６、および捕捉架橋７を含む。いくつかの実施形態では、第１の捕捉リンカー１１は反応性分子を含む。いくつかの実施形態では、第１の捕捉リンカー１１は、アミン、チオール、ＤＢＣＯ、ＮＨＳエステル、マレイミド、アジド、アクリダイト、特定の配列の一本鎖核酸（例えば、ＲＮＡまたはＤＮＡ）、またはポリマー（例えば、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）または１つ以上の重合開始剤）を含む。いくつかの実施形態では、第１の捕捉リンカー１１はＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態では、ＤＮＡ配列ドメインは、第１のコアリンカー１２のＤＮＡ配列ドメインに相補的である。いくつかの実施形態では、第２の捕捉リンカー６は反応性分子を含む。いくつかの実施形態では、第２の捕捉リンカー６は、アミン、チオール、ＤＢＣＯ、ＮＨＳエステル、ビオチン、マレイミド、アジド、アクリダイト、特定の配列の一本鎖核酸（例えば、ＲＮＡまたはＤＮＡ）、またはポリマー（例えば、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）または１つ以上の重合開始剤）を含む。いくつかの実施形態では、第２の捕捉リンカーはＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態では、ＤＮＡ配列ドメインは、第３の捕捉リンカー５のＤＮＡ配列ドメインに相補的である。いくつかの実施形態では、捕捉架橋７はポリマーを含む。いくつかの実施形態では、捕捉架橋７は、特定の配列の核酸（例えば、ＤＮＡまたはＲＮＡ）を含むポリマーを含む。いくつかの実施形態では、捕捉架橋７は、ＰＥＧなどのポリマーを含む。いくつかの実施形態では、第１の捕捉リンカー１１は、捕捉架橋７にその第１の末端で結合され、第２の捕捉リンカー６は、捕捉架橋７にその第２の末端で結合される。いくつかの実施形態では、第１の捕捉リンカー１１は、化学結合を介して捕捉架橋７に結合している。いくつかの実施形態では、第２の捕捉リンカー６は、化学結合を介して捕捉架橋７に結合している。いくつかの実施形態では、第１の捕捉リンカー１１は、物理的結合を介して捕捉架橋７に結合している。いくつかの実施形態では、第２の捕捉リンカー６は、物理的結合を介して捕捉架橋７に結合している。

【0050】

いくつかの実施形態では、捕捉バーコード２０は、第１の捕捉リンカー１１と第１のコアリンカー１２との間の連結を介してコア構造１３に連結されている。いくつかの実施形態では、本明細書で記載されるように、第１のコアリンカー１２は、コア構造１３上の第１の位置に配置される。いくつかの実施形態では、第１の捕捉リンカー１１および第１のコアリンカー１２は、化学結合を介して互いに連結されている。いくつかの実施形態では、第１の捕捉リンカー１１および第１のコアリンカー１２は、共有結合を介して互いに連結されている。いくつかの実施形態では、第１の捕捉リンカー１１および第１のコアリンカー１２は、一本鎖核酸間のハイブリダイゼーションによって一緒に連結されている。いくつかの実施形態では、第１の捕捉リンカー１１と第１のコアリンカー１２との間の連結は、トリガーに曝されると可逆的である。いくつかの実施形態では、トリガーは、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子（「捕捉デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子」、例えば、図４、図７の参照符号３０）との相互作用、またはトリガー信号への曝露を含む。いくつかの実施形態では、捕捉デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子は、核酸（ＤＮＡまたはＲＮＡ）、ペプチド、小有機分子、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、トリガー信号は光信号を含む。いくつかの実施形態では、トリガー信号は、電気信号、マイクロ波信号、紫外線照明、可視照明、近赤外照明を含む。

【0051】

いくつかの実施形態では、捕捉バーコード２０は、第２の捕捉リンカー６と、捕捉分子２に結合している第３の捕捉リンカー５との間の連結を介して、捕捉分子２に連結している。いくつかの実施形態では、第３の捕捉リンカー５は反応性分子を含む。いくつかの実施形態では、第３の捕捉リンカー５は、アミン、チオール、ＤＢＣＯ、ＮＨＳエステル、マレイミド、ビオチン、アジド、アクリダイト、特定の配列の一本鎖核酸（例えば、ＲＮＡまたはＤＮＡ）、またはポリマー（例えば、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）または１つ以上の重合開始剤）を含む。いくつかの実施形態では、第３の捕捉リンカー５はＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態では、第３の捕捉リンカー５および第２のリンカー６の特定のＤＮＡ配列ドメインは、互いに相補的である。いくつかの実施形態では、捕捉分子２は、化学結合を介して第３の捕捉リンカー５に結合される。いくつかの実施形態では、捕捉分子２は、共有結合を介して第３の捕捉リンカー５に結合される。いくつかの実施形態では、第２の捕捉リンカー６および第３の捕捉リンカー５は、化学結合を介して一緒に連結されている。いくつかの実施形態では、第２のリンカー６および第３の捕捉リンカー５は、共有結合を介して一緒に連結されている。いくつかの実施形態では、第３の捕捉リンカー５および第２の捕捉リンカー６は、一本鎖核酸間のハイブリダイゼーションによって一緒に連結されている。いくつかの実施形態では、第２の捕捉リンカー６と第３の捕捉リンカー５との間の連結は、トリガーに曝されると可逆的である。いくつかの実施形態では、トリガーは、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子（「捕捉バーコード放出分子」、例えば、図４、図７の参照符号３１）との相互作用、またはトリガー信号への曝露を含む。いくつかの実施形態では、捕捉バーコード放出分子は、核酸（ＤＮＡまたはＲＮＡ）、ペプチド、小有機分子、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、トリガー信号は光信号を含む。いくつかの実施形態では、トリガー信号は、電気信号、マイクロ波信号、紫外線照明、可視照明、近赤外照明を含む。

【0052】

いくつかの実施形態では、トリガーに曝されると、第１の捕捉リンカー１１と第１のコアリンカー１２との間の連結のみが切断され、それにより、第１の位置で捕捉分子のコアナノ構造１３との連結が切断される。いくつかの実施形態では、捕捉バーコード２０は、コア構造１３および捕捉分子２から分離されると、分析物分子を検出するための信号を提供するように構成される。いくつかの実施形態では、捕捉バーコード２０から提供される信号は、ＤＮＡ信号である。

【0053】

本明細書で使用される場合、いくつかの実施形態における「ＤＮＡ信号」という用語は、核酸配列決定プロセスによって同定され得るコアナノ構造または特定のＤＮＡ配列のあらゆる変化を指す（例えば、捕捉バーコード、検出器バーコード）。

【0054】

検出器バーコード
図１に示すように、いくつかの実施形態では、検出器分子１は、検出器バーコード２１を介してコア構造１３に連結される。いくつかの実施形態では、検出器バーコード２１は検出器分子１と連結を形成し、検出器バーコード２１はコア構造１３と連結を形成する。いくつかの実施形態では、検出器バーコードは、第１の検出器リンカー９、第２の検出器リンカー４、および検出器架橋８を含む。いくつかの実施形態では、第１の検出器リンカー９は反応性分子を含む。いくつかの実施形態では、第１の検出器リンカー９は、アミン、チオール、ＤＢＣＯ、ＮＨＳエステル、マレイミド、ビオチン、アジド、アクリダイト、特定の配列の一本鎖核酸（例えば、ＲＮＡまたはＤＮＡ）、またはポリマー（例えば、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）または１つ以上の重合開始剤）を含む。いくつかの実施形態では、第１の検出器リンカー９はＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態では、ＤＮＡ配列ドメインは、第２のコアリンカー１０のＤＮＡ配列ドメインに相補的である。いくつかの実施形態では、第２の検出器リンカー４は反応性分子を含む。いくつかの実施形態では、第２の検出器リンカー４は、アミン、チオール、ＤＢＣＯ、ＮＨＳエステル、マレイミド、ビオチン、アジド、アクリダイト、特定の配列の一本鎖核酸（例えば、ＲＮＡまたはＤＮＡ）、またはポリマー（例えば、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）または１つ以上の重合開始剤）を含む。いくつかの実施形態では、第２の検出器リンカー４はＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態では、ＤＮＡ配列ドメインは、第３の検出器リンカー３のＤＮＡ配列ドメインに相補的である。いくつかの実施形態では、検出器架橋８はポリマーを含む。いくつかの実施形態では、検出器架橋８は、特定の配列の核酸（ＤＮＡまたはＲＮＡ）を含むポリマーを含む。いくつかの実施形態では、検出器架橋８は、ＰＥＧなどのポリマーを含む。いくつかの実施形態では、第１の検出器リンカー９は、検出器架橋８にその第１の末端で結合され、第２の検出器リンカー４は、検出器架橋８にその第２の末端で結合される。いくつかの実施形態では、第１の検出器リンカー９は、化学結合を介して検出器架橋８に結合している。いくつかの実施形態では、第２の検出器リンカー４は、化学結合を介して検出器架橋８に結合している。いくつかの実施形態では、第１の検出器リンカー９は、物理的結合を介して検出器架橋８に結合している。いくつかの実施形態では、第２の検出器リンカー４は、物理的結合を介して検出器架橋８に結合している。

【0055】

いくつかの実施形態では、検出器バーコード２１は、第１の検出器リンカー９と第２のコアリンカー１０との間の連結を介してコア構造１３に連結されている。いくつかの実施形態では、本明細書で記載されるように、第２のコアリンカー１０は、コア構造１３上の第２の位置に配置される。いくつかの実施形態では、第１の検出器リンカー９および第２のコアリンカー１０は、化学結合を介して一緒に連結されている。いくつかの実施形態では、第１の検出器リンカー９および第２のコアリンカー１０は、共有結合を介して一緒に連結されている。いくつかの実施形態では、第１の検出器リンカー９および第２のコアリンカー１０は、一本鎖核酸間のハイブリダイゼーションによって一緒に連結されている。いくつかの実施形態では、第１の検出器リンカー９と第２のコアリンカー１０との間の連結は、トリガーに曝されると可逆的である。いくつかの実施形態では、トリガーは、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子（「検出器デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子」、例えば、図４、図７の参照符号２８）との相互作用、またはトリガー信号への曝露を含む。いくつかの実施形態では、検出器デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子は、核酸（ＤＮＡまたはＲＮＡ）、ペプチド、小有機分子、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、トリガー信号は光信号を含む。いくつかの実施形態では、トリガー信号は、電気信号、マイクロ波信号、紫外線照明、可視照明、近赤外照明を含む。

【0056】

いくつかの実施形態では、検出器バーコード２１は、第２の検出器リンカー４と、検出器分子１に結合した第３の検出器リンカー３との間の連結を介して検出器分子１に連結される。いくつかの実施形態では、第３の検出器リンカー３は反応性分子を含む。いくつかの実施形態では、第３の検出器リンカー３は、アミン、チオール、ＤＢＣＯ、ＮＨＳエステル、マレイミド、ビオチン、アジド、アクリダイト、特定の配列の一本鎖核酸（例えば、ＲＮＡまたはＤＮＡ）、またはポリマー（例えば、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）または１つ以上の重合開始剤）を含む。いくつかの実施形態では、第３の検出器リンカー３はＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態では、第３の検出器リンカー３および第２の検出器リンカー４の特定のＤＮＡ配列ドメインは、互いに相補的である。いくつかの実施形態では、検出器分子１は、化学結合を介して第３の検出器リンカー３に結合される。いくつかの実施形態では、検出器分子１は、共有結合を介して第３の検出器リンカー３に結合される。いくつかの実施形態では、第２の検出器リンカー４および第３の検出器リンカー３は、化学結合を介して一緒に連結されている。いくつかの実施形態では、第２の検出器リンカー４および第３の検出器リンカー３は、共有結合を介して一緒に連結されている。いくつかの実施形態では、第３の検出器リンカー３および第２の検出器リンカー４は、一本鎖核酸間のハイブリダイゼーションによって一緒に連結されている。いくつかの実施形態では、第２の検出器リンカー４と第３の検出器リンカー３との間の連結は、トリガーに曝されると可逆的である。いくつかの実施形態では、トリガーは、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子（「検出器バーコード放出分子」、例えば、図４、図７の参照符号２９）との相互作用、またはトリガー信号への曝露を含む。いくつかの実施形態では、検出器バーコード放出分子は、核酸（ＤＮＡまたはＲＮＡ）、ペプチド、小有機分子、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、トリガー信号は光信号を含む。いくつかの実施形態では、トリガー信号は、電気信号、マイクロ波信号、紫外線照明、可視照明、近赤外照明を含む。

【0057】

いくつかの実施形態では、トリガーに曝されると、第１の検出器リンカー９と第２のコアリンカー１０との間の連結のみが切断され、それにより、第２の位置で検出器分子のコアナノ構造１３との連結が切断される。いくつかの実施形態では、検出器バーコード２１は、コア構造１３および検出器分子２から分離されると、分析物分子を検出するための信号を提供するように構成される。いくつかの実施形態では、検出器バーコード２１から提供される信号は、ＤＮＡ信号である。

【0058】

アンカーバーコード
図１に示すように、いくつかの実施形態では、アンカー分子１８は、アンカーバーコードを介してコア構造１３に連結される。いくつかの実施形態では、アンカーバーコードはアンカー分子１８と連結を形成し、アンカーバーコードはコア構造１３と連結を形成する。いくつかの実施形態では、アンカーバーコードは、第１のアンカーリンカー１５、第２のアンカーリンカー１７、およびアンカー架橋１６を含む。いくつかの実施形態では、第１のアンカーリンカー１５は反応性分子を含む。いくつかの実施形態では、第１のアンカーリンカー１５は、アミン、チオール、ＤＢＣＯ、ＮＨＳエステル、マレイミド、ビオチン、アジド、アクリダイト、特定の配列の一本鎖核酸（例えば、ＲＮＡまたはＤＮＡ）、またはポリマー（例えば、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）または１つ以上の重合開始剤）を含む。いくつかの実施形態では、第１のアンカーリンカー１５はＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態では、ＤＮＡ配列ドメインは、第３のコアリンカー１４のＤＮＡ配列ドメインに相補的である。いくつかの実施形態では、第２のアンカーリンカー１７は反応性分子を含む。いくつかの実施形態では、第２のアンカーリンカー１７は、アミン、チオール、ＤＢＣＯ、ＮＨＳエステル、マレイミド、ビオチン、アジド、アクリダイト、特定の配列の一本鎖核酸（例えば、ＲＮＡまたはＤＮＡ）、またはポリマー（例えば、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）または１つ以上の重合開始剤）を含む。いくつかの実施形態では、第２のアンカーリンカー１７はＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態では、アンカー架橋１６はポリマーを含む。いくつかの実施形態では、アンカー架橋１６は、特定の配列の核酸（ＤＮＡまたはＲＮＡ）を含むポリマーを含む。いくつかの実施形態では、アンカー架橋１６は、ＰＥＧなどのポリマーを含む。いくつかの実施形態では、第１のアンカーリンカー１５は、アンカー架橋１６にその第１の末端で結合され、第２のアンカーリンカー１７は、アンカー架橋１６にその第２の末端で結合される。いくつかの実施形態では、第１のアンカーリンカー１５は、化学結合を介してアンカー架橋１６に結合している。いくつかの実施形態では、第２のアンカーリンカー１７は、物理的結合を介してアンカー架橋１６に結合している。いくつかの実施形態では、第１のアンカーリンカー１５は、化学結合を介してアンカー架橋１６に結合している。いくつかの実施形態では、第２のアンカーリンカー１７は、物理的結合を介してアンカー架橋１６に結合している。

【0059】

いくつかの実施形態では、アンカーバーコードは、第１のアンカーリンカー１５と第３のコアリンカー１４との間の連結を介してコア構造１３に連結されている。いくつかの実施形態では、本明細書で記載されるように、第３のコアリンカー１４は、コア構造１３上の第３の位置に配置される。いくつかの実施形態では、第１のアンカーリンカー１５および第３のコアリンカー１４は、化学結合を介して一緒に連結されている。いくつかの実施形態では、第１のアンカーリンカー１５および第３のコアリンカー１４は、共有結合を介して一緒に連結されている。いくつかの実施形態では、第１のアンカーリンカー１５および第３のコアリンカー１４は、一本鎖核酸間のハイブリダイゼーションによって一緒に連結されている。いくつかの実施形態では、第１のアンカーリンカー１５と第３のコアリンカー１４との間の連結は、トリガーに曝されると可逆的である。いくつかの実施形態では、トリガーは、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子（「アンカーデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子」、例えば、図４、図７の参照符号３２）との相互作用、またはトリガー信号への曝露を含む。いくつかの実施形態では、アンカーデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子は、核酸（ＤＮＡまたはＲＮＡ）、ペプチド、小有機分子、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、トリガー信号は光信号を含む。いくつかの実施形態では、トリガー信号は、電気信号、マイクロ波信号、紫外線照明、可視照明、近赤外照明を含む。

【0060】

いくつかの実施形態では、アンカーバーコードは、第２のアンカーリンカー１７とアンカー分子１８との間の連結を介してアンカー分子１８に連結されている。本明細書に開示されるように、いくつかの実施形態では、アンカー分子は、反応性分子、ＤＮＡ配列ドメイン、反応性分子を含むＤＮＡ配列ドメイン、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、第２のアンカーリンカー１７およびアンカー分子１８のＤＮＡ配列ドメインは、互いに相補的である。いくつかの実施形態では、アンカー分子１８は、化学結合を介して第２のアンカーリンカー１７に結合される。いくつかの実施形態では、アンカー分子１８は、共有結合を介して第２のアンカーリンカー１７に結合される。いくつかの実施形態では、第２のアンカーリンカー１７およびアンカー分子１８は、一本鎖核酸間のハイブリダイゼーションによって一緒に連結されている。いくつかの実施形態では、第２のアンカーリンカー１７とアンカー分子１８との間の連結は、トリガーに曝されると可逆的である。いくつかの実施形態では、トリガーは、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子（「アンカーバーコード放出分子」、例えば、図４、図７の参照符号３３）との相互作用、またはトリガー信号への曝露を含む。いくつかの実施形態では、アンカーバーコード放出分子は、核酸（ＤＮＡまたはＲＮＡ）、ペプチド、小有機分子、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、トリガー信号は光信号を含む。いくつかの実施形態では、トリガー信号は、電気信号、マイクロ波信号、紫外線照明、可視照明、近赤外照明を含む。

【0061】

いくつかの実施形態では、トリガーに曝されると、第１のアンカーリンカー１５と第３のコアリンカー１４との間の連結のみが切断され、それにより、第３の位置でアンカー分子のコアナノ構造１３との連結が切断される。

【0062】

いくつかの実施形態では、捕捉デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子、捕捉バーコード放出分子、検出器デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子、および検出器バーコード放出分子は、同じタイプの分子を含む。いくつかの実施形態では、捕捉デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子、捕捉バーコード放出分子、検出器デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子、および検出器バーコード放出分子は、異なるタイプの分子を含む。いくつかの実施形態では、捕捉デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子、捕捉バーコード放出分子、検出器デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子、検出器バーコード放出分子、アンカーデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子、およびアンカーバーコード放出分子は、同じタイプの分子を含む。いくつかの実施形態では、捕捉デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子、捕捉バーコード放出分子、検出器デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子、検出器バーコード放出分子、アンカーデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子、およびアンカーバーコード放出分子は、異なるタイプの分子を含む。いくつかの実施形態では、捕捉デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子、捕捉バーコード放出分子、検出器デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子、検出器バーコード放出分子、アンカーデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子、およびアンカーバーコード放出分子の任意の組み合せは、同じタイプの分子を含む。

【0063】

３アーム核酸接合ベースの超分子構造
図２～図３は、３アーム核酸接合および関連する下位要素を含む超分子構造４０の例示的な描写を提供する。図２は完全な超分子構造を提供し、図３は図２の超分子構造を構成する下位要素を提供する。いくつかの実施形態では、超分子構造の下位要素は、５本のＤＮＡ鎖（参照符号２０～２４）、末端修飾２５を有する一本のＤＮＡ鎖、および単一のＤＮＡリンカー３、５で修飾された２つの抗体（１，２）を含む。図４は、図２の超分子構造４０からそれぞれの下位要素を切断するように構成された、それぞれのデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子の例示的な描写を提供する。図２～図４の参照符号１～１８は、図１と同じ符号が付された各構成要素に対応する。

【0064】

図２～図３に示すように、超分子構造のいくつかの実施形態では、コア構造は、図２～図４のＡおよび

【化1】

でそれぞれ標識される部分相補的ＤＮＡ配列ドメインを各々が含む２本の鎖、第１のコア鎖２３および第２のコア鎖２４を含む。

【0065】

いくつかの実施形態において、コア構造の第１のコア鎖２３は、ＤＮＡ配列ドメインを含む第１のコアリンカー１２を含む。いくつかの実施形態では、第１のコア鎖２３は、非構造化ＤＮＡ領域によって第１のコアリンカー１２から分離された、図２～図４において「Ａ」と標識されるＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態において、非構造化ＤＮＡ領域は、ポリマースペーサーを含む。いくつかの実施形態では、ポリマースペーサーは、特定の配列の核酸（ＤＮＡまたはＲＮＡ）を含む。いくつかの実施形態では、ポリマースペーサーは、ＰＥＧなどのポリマーを含む。

【0066】

いくつかの実施形態において、第１のコアリンカー１２は、捕捉バーコード鎖２０上の第１の捕捉リンカー１１に相補的である。いくつかの実施形態では、捕捉バーコード鎖２０は、前記捕捉バーコード鎖２０のいずれかの末端に第１の捕捉リンカー１１および第２の捕捉リンカー６を含むＤＮＡ鎖を含む。いくつかの実施形態では、第１の捕捉リンカー１１はＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態では、第２の捕捉リンカー６はＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態では、捕捉バーコード鎖２０は、第１および第２の捕捉リンカー１１、６の間に固有の捕捉バーコード配列７をさらに含む。いくつかの実施形態では、固有の捕捉バーコード配列７は、特定の配列の核酸（ＤＮＡまたはＲＮＡ）を含む。いくつかの実施形態では、固有の捕捉バーコード配列７は、ＰＥＧなどのポリマーを含む。いくつかの実施形態では、捕捉バーコード２０は、足がかり（「ＴＨ」）と呼ばれる短いドメインを含む。いくつかの実施形態では、捕捉バーコード配列７は、足がかり（「ＴＨ」）を含む。

【0067】

いくつかの実施形態では、第２の捕捉リンカー６は、第３の捕捉リンカー５に相補的である。いくつかの実施形態では、第３の捕捉リンカー５はＤＮＡ配列ドメインである。いくつかの実施形態では、捕捉分子２は、第３の捕捉リンカー５に結合２７される。いくつかの実施形態では、捕捉分子２は、第３の捕捉リンカー５に共有結合される。いくつかの実施形態では、捕捉分子２は捕捉抗体である。

【0068】

いくつかの実施形態において、コア構造の第２のコア鎖２４は、ＤＮＡ配列ドメインを含む第２のコアリンカー１０を含む。いくつかの実施形態では、第２のコア鎖２４は、非構造化ＤＮＡ領域によって第２のコアリンカー１０から分離された、図２～図４において

【化2】

と標識されるＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態において、非構造化ＤＮＡ領域は、ポリマースペーサーを含む。いくつかの実施形態では、ポリマースペーサーは、特定の配列の核酸（ＤＮＡまたはＲＮＡ）を含む。いくつかの実施形態では、ポリマースペーサーは、ＰＥＧなどのポリマーを含む。いくつかの実施形態では、第２のコア鎖２４は、配列ドメイン

【化3】

に隣接する第３のコアリンカー１４をさらに含む。いくつかの実施形態では、第３のコアリンカー１４はＤＮＡ配列ドメインを含む。

【0069】

いくつかの実施形態では、第２のコアリンカー１０は、検出器バーコード鎖２１上の第１の検出器リンカー９に相補的である。いくつかの実施形態では、検出器バーコード鎖２１は、検出器バーコード鎖２１のいずれかの末端に第１の検出器リンカー９および第２の検出器リンカー４を含むＤＮＡ鎖を含む。いくつかの実施形態では、第１の検出器リンカー９はＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態では、第２の検出器リンカー４はＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態では、検出器バーコード鎖２１は、第１および第２の検出器リンカー９、４の間に固有の検出器バーコード配列８をさらに含む。いくつかの実施形態では、固有の検出器バーコード配列８は、特定の配列の核酸（ＤＮＡまたはＲＮＡ）を含む。いくつかの実施形態では、固有の検出器バーコード配列８は、ＰＥＧなどのポリマーを含む。いくつかの実施形態では、検出器バーコード２１は、足がかり（「ＴＨ」）と呼ばれる短いドメインを含む。いくつかの実施形態では、検出器バーコード配列８は、足がかり（「ＴＨ」）を含む。

【0070】

いくつかの実施形態では、第２の検出器リンカー４は、第３の検出器リンカー３に相補的である。いくつかの実施形態では、第３の検出器リンカー３はＤＮＡ配列ドメインである。いくつかの実施形態では、検出器分子１は、第３の検出器リンカー３に結合２６される。いくつかの実施形態では、検出器分子１は、第３の捕捉リンカー３に共有結合される。いくつかの実施形態では、検出器分子１は検出器抗体である。

【0071】

いくつかの実施形態では、第３のコアリンカー１４は、アンカーバーコード鎖２２上の第１のアンカーリンカー１５に相補的である。いくつかの実施形態では、アンカーバーコード鎖２２は、アンカーバーコードセクション２２のいずれかの末端に第１のアンカーリンカー１５および第２のアンカーリンカー１７を含むＤＮＡ鎖を含む。いくつかの実施形態では、第１のアンカーリンカー１５はＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態では、第２のアンカーリンカー１７はＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態では、アンカーバーコード鎖２２は、第１および第２のアンカーリンカー１５、１７の間に固有のアンカーバーコード配列１６をさらに含む。いくつかの実施形態では、固有のアンカーバーコード配列１６は、特定の配列の核酸（ＤＮＡまたはＲＮＡ）を含む。いくつかの実施形態では、固有のアンカーバーコード配列１６は、ＰＥＧなどのポリマーを含む。いくつかの実施形態では、アンカーバーコード２２は、足がかり（「ＴＨ」）と呼ばれる短いドメインを含む。いくつかの実施形態では、アンカーバーコード配列１６は、足がかり（「ＴＨ」）を含む。

【0072】

いくつかの実施形態では、第２のアンカーリンカー１７は、アンカー分子１８に相補的である。いくつかの実施形態では、アンカー分子１８はＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態では、アンカー分子１８は、末端修飾３４に連結２５される。いくつかの実施形態では、末端修飾３４は反応性分子を含む。いくつかの実施形態では、末端修飾３４は反応性分子を含む。いくつかの実施形態では、末端修飾３４は、アミン、チオール、ＤＢＣＯ、ＮＨＳエステル、マレイミド、ビオチン、アジド、アクリダイト、特定の配列の一本鎖核酸（例えば、ＲＮＡまたはＤＮＡ）、またはポリマー（例えば、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）または１つ以上の重合開始剤）を含む。

【0073】

図４は、超分子構造４０上で種々の反応を引き起こすために使用され得るデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子の例示的な実施形態を提供する。いくつかの実施形態では、検出器デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子２８はＴＨ’ドメインから構成され、その配列は、検出器バーコード２１上のＴＨドメインおよび第２のコア鎖２４上の第２のコアリンカー１０（例えば、ＤＮＡ配列ドメイン）に相補的である。いくつかの実施形態では、検出器デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子２８は、検出器バーコード２１とコア構造との間の連結（例えば、第２のコア鎖２４）を切断するように構成される。いくつかの実施形態では、検出器バーコード放出分子２９はＴＨ’ドメインから構成され、その配列は、検出器バーコード２１上のＴＨドメインおよび第３の検出器リンカー３（例えば、ＤＮＡ配列ドメイン）に相補的である。いくつかの実施形態では、検出器バーコード放出分子２８は、検出器バーコード２１と検出器分子１との間の連結を切断するように構成される。

【0074】

いくつかの実施形態では、捕捉デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子３０はＴＨ’ドメインを含み、その配列は、捕捉バーコード２０上のＴＨドメインおよび第１のコア鎖２３上の第１のコアリンカー１２（例えば、ＤＮＡ配列ドメイン）に相補的である。いくつかの実施形態では、捕捉デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子３０は、捕捉バーコード２０とコア構造との間の連結（例えば、第１のコア鎖２３）を切断するように構成される。いくつかの実施形態では、捕捉バーコード放出分子３１はＴＨ’ドメインを含み、その配列は、捕捉バーコード２０上のＴＨドメイン、および第３の捕捉リンカー５（例えば、ＤＮＡ配列ドメイン）に相補的である。いくつかの実施形態では、捕捉バーコード放出分子３１は、捕捉バーコード２０と捕捉分子２との間の連結を切断するように構成される。

【0075】

いくつかの実施形態では、アンカーデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子３２はＴＨ’ドメインを含み、その配列は、アンカーバーコード２２上のＴＨドメインおよび第２のコア鎖上の第３のコアリンカー１４（例えば、ＤＮＡ配列ドメイン）に相補的である。いくつかの実施形態では、アンカーデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子３２は、アンカーバーコード２２とコア構造との間の連結（例えば、第２のコア鎖２４）を切断するように構成される。いくつかの実施形態では、アンカーバーコード放出分子３３はＴＨ’ドメインを含み、その配列は、アンカーバーコード２２上の「ＴＨ」ドメイン、およびアンカー分子１８（例えば、ＤＮＡ配列ドメイン）に相補的である。いくつかの実施形態では、アンカーバーコード放出分子３３は、アンカーバーコード２２とアンカー分子１８との間の連結を切断するように構成される。

【0076】

いくつかの実施形態において、種々のＤＮＡドメイン配列（参照符号１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、Ａ、

【化4】

ＴＨ、捕捉バーコード２０、検出器バーコード２１およびアンカーバーコード２２）の各々は、独立して約２ヌクレオチド～約８０ヌクレオチドの核酸配列を含む。

【0077】

ＤＮＡオリガミベースの超分子構造
図５～図６は、ＤＮＡオリガミおよび関連する下位要素を含む超分子構造４０の例示的な描写を提供する。図５は完全な超分子構造を提供し、図６は図５の超分子構造を構成する下位要素を提供する。いくつかの実施形態では、超分子構造の下位要素は、コア構造としてのＤＮＡオリガミ１３、３本のＤＮＡ鎖（参照符号２０～２２）、末端修飾２５を有する一本のＤＮＡ鎖、および単一のＤＮＡリンカー３、５で修飾された２つの抗体（１，２）を含む。図６は、図５の超分子構造４０からそれぞれの下位要素を切断するように構成された、それぞれのデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子の例示的な描写を提供する。図５～図７の参照符号１～１８は、図１と同じ符号が付された各構成要素に対応する。

【0078】

いくつかの実施形態では、コア構造１３は、足場状に組まれたＤＮＡオリガミを含み、ここで「足場」鎖と呼ばれる環状ｓｓＤＮＡ分子は、ｓｓＤＮＡ「足場」鎖の特定のサブセクションと相互作用する「ステープル」鎖と呼ばれる２つ以上の短いｓｓＤＮＡと相互作用することによって、所定の２Ｄまたは３Ｄ形状へと折り畳まれる。

【0079】

図５～図６に示すように、超分子構造のいくつかの実施形態では、コア構造１３はＤＮＡオリガミを含む。いくつかの実施形態において、コア構造１３は、ＤＮＡ配列ドメインを含む第１のコアリンカー１２を含む。いくつかの実施形態において、第１のコアリンカー１２は、捕捉バーコード鎖２０上の第１の捕捉リンカー１１に相補的である。いくつかの実施形態では、捕捉バーコード鎖２０は、前記捕捉バーコード鎖２０のいずれかの末端に第１の捕捉リンカー１１および第２の捕捉リンカー６を含むＤＮＡ鎖を含む。いくつかの実施形態では、第１の捕捉リンカー１１はＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態では、第２の捕捉リンカー６はＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態では、捕捉バーコード鎖２０は、第１および第２の捕捉リンカー１１、６の間に固有の捕捉バーコード配列７をさらに含む。いくつかの実施形態では、固有の捕捉バーコード配列７は、特定の配列の核酸（ＤＮＡまたはＲＮＡ）を含む。いくつかの実施形態では、固有の捕捉バーコード配列７は、ＰＥＧなどのポリマーを含む。いくつかの実施形態では、捕捉バーコード２０は、足がかり（「ＴＨ」）と呼ばれる短いドメインを含む。いくつかの実施形態では、捕捉バーコード配列７は、足がかり（「ＴＨ」）を含む。

【0080】

いくつかの実施形態では、第２の捕捉リンカー６は、第３の捕捉リンカー５に相補的である。いくつかの実施形態では、第３の捕捉リンカー５はＤＮＡ配列ドメインである。いくつかの実施形態では、捕捉分子２は、第３の捕捉リンカー５に結合２７される。いくつかの実施形態では、捕捉分子２は、第３の捕捉リンカー５に共有結合される。いくつかの実施形態では、捕捉分子２は捕捉抗体である。

【0081】

いくつかの実施形態において、コア構造１３は、ＤＮＡ配列ドメインを含む第２のコアリンカー１０を含む。いくつかの実施形態では、第２のコアリンカー１０は、検出器バーコード鎖２１上の第１の検出器リンカー９に相補的である。いくつかの実施形態では、検出器バーコード鎖２１は、検出器バーコード鎖２１のいずれかの末端に第１の検出器リンカー９および第２の検出器リンカー４を含むＤＮＡ鎖を含む。いくつかの実施形態では、第１の検出器リンカー９はＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態では、第２の検出器リンカー４はＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態では、検出器バーコード鎖２１は、第１および第２の検出器リンカー９、４の間に固有の検出器バーコード配列８をさらに含む。いくつかの実施形態では、固有の検出器バーコード配列８は、特定の配列の核酸（ＤＮＡまたはＲＮＡ）を含む。いくつかの実施形態では、固有の検出器バーコード配列８は、ＰＥＧなどのポリマーを含む。いくつかの実施形態では、検出器バーコード２１は、足がかり（「ＴＨ」）と呼ばれる短いドメインを含む。いくつかの実施形態では、固有の検出器バーコード配列８は、足がかり（「ＴＨ」）を含む。

【0082】

いくつかの実施形態では、第２の検出器リンカー４は、第３の検出器リンカー３に相補的である。いくつかの実施形態では、第３の検出器リンカー３はＤＮＡ配列ドメインである。いくつかの実施形態では、検出器分子１は、第３の検出器リンカー３に結合２６される。いくつかの実施形態では、検出器分子１は、第３の捕捉リンカー３に共有結合される。いくつかの実施形態では、検出器分子１は検出器抗体である。

【0083】

いくつかの実施形態では、コア構造１３は、ＤＮＡ配列ドメインを含む第３のコアリンカー１４を含む。いくつかの実施形態では、第３のコアリンカー１４は、アンカーバーコード鎖２２上の第１のアンカーリンカー１５に相補的である。いくつかの実施形態では、アンカーバーコード鎖２２は、アンカーバーコードセクション２２のいずれかの末端に第１のアンカーリンカー１５および第２のアンカーリンカー１７を含むＤＮＡ鎖を含む。いくつかの実施形態では、第１のアンカーリンカー１５はＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態では、第２のアンカーリンカー１７はＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態では、アンカーバーコード鎖２２は、第
１および第２のアンカーリンカー１５、１７の間に固有のアンカーバーコード配列１６をさらに含む。いくつかの実施形態では、固有の検出器バーコード配列１６は、特定の配列の核酸（ＤＮＡまたはＲＮＡ）を含む。いくつかの実施形態では、固有の検出器バーコード配列１６は、ＰＥＧなどのポリマーを含む。いくつかの実施形態では、アンカーバーコード２２は、足がかり（「ＴＨ」）と呼ばれる短いドメインを含む。いくつかの実施形態では、アンカーバーコード配列１６は、足がかり（「ＴＨ」）を含む。

【0084】

いくつかの実施形態では、第２のアンカーリンカー１７は、アンカー分子１８に相補的である。いくつかの実施形態では、アンカー分子１８はＤＮＡ配列ドメインを含む。いくつかの実施形態では、アンカー分子１８は、末端修飾３４に連結２５される。いくつかの実施形態では、末端修飾３４は反応性分子を含む。いくつかの実施形態では、末端修飾３４は、アミン、チオール、ＤＢＣＯ、ＮＨＳエステル、マレイミド、ビオチン、アジド、アクリダイト、特定の配列の一本鎖核酸（例えば、ＲＮＡまたはＤＮＡ）、またはポリマー（例えば、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）または１つ以上の重合開始剤）を含む。

【0085】

図６は、超分子構造４０上で種々の反応を引き起こすために使用され得るデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子の例示的な実施形態を提供する。いくつかの実施形態では、検出器デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子２８はＴＨ’ドメインから構成され、その配列は、検出器バーコード２１上のＴＨドメインおよびコアナノ構造１３上の第２のコアリンカー１０（例えば、ＤＮＡ配列ドメイン）に相補的である。いくつかの実施形態では、検出器デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子２８は、検出器バーコード２１とコア構造１３との間の連結を切断するように構成される。いくつかの実施形態では、検出器バーコード放出分子２９はＴＨ’ドメインから構成され、その配列は、検出器バーコード２１上のＴＨドメインおよび第３の検出器リンカー３（例えば、ＤＮＡ配列ドメイン）に相補的である。いくつかの実施形態では、検出器バーコード放出分子２８は、検出器バーコード２１と検出器分子１との間の連結を切断するように構成される。

【0086】

いくつかの実施形態では、捕捉デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子３０はＴＨ’ドメインを含み、その配列は、捕捉バーコード２０上のＴＨドメインおよびコアナノ構造１３上の第１のコアリンカー１２（例えば、ＤＮＡ配列ドメイン）に相補的である。いくつかの実施形態では、捕捉デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子３０は、捕捉バーコード２０とコア構造１３との間の連結を切断するように構成される。いくつかの実施形態では、捕捉バーコード放出分子３１はＴＨ’ドメインを含み、その配列は、捕捉バーコード２０上のＴＨドメイン、および第３の捕捉リンカー５（例えば、ＤＮＡ配列ドメイン）に相補的である。いくつかの実施形態では、捕捉バーコード放出分子３１は、捕捉バーコード２０と捕捉分子２との間の連結を切断するように構成される。

【0087】

いくつかの実施形態では、アンカーデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子３２はＴＨ’ドメインを含み、その配列は、アンカーバーコード２２上のＴＨドメインおよびコアナノ構造１３上の第３のコアリンカー１４（例えば、ＤＮＡ配列ドメイン）に相補的である。いくつかの実施形態では、アンカーデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子３２は、アンカーバーコード２２とコア構造１３との間の連結を切断するように構成される。いくつかの実施形態では、アンカーバーコード放出分子３３はＴＨ’ドメインを含み、その配列は、アンカーバーコード２２上のＴＨドメイン、およびアンカー分子１８（例えば、ＤＮＡ配列ドメイン）に相補的である。いくつかの実施形態では、アンカーバーコード放出分子３３は、アンカーバーコード２２とアンカー分子１８との間の連結を切断するように構成される。

【0088】

超分子構造の安定・不安定状態
いくつかの実施形態では、超分子構造は、１つ以上の安定状態構成を含む。いくつかの実施形態では、超分子構造は、１つ以上の不安定状態構成を含む。いくつかの実施形態では、超分子構造は、安定状態構成および不安定状態構成を有する双安定構成を含む。いくつかの実施形態では、安定および不安定の２つの状態は、固有の分子（例えば、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子）および／またはトリガー信号に曝された場合に、構造的にインタクトのままである個々の超分子構造の能力に基づいて定義される。いくつかの実施形態では、超分子構造が安定状態にある場合、超分子構造の部分であるすべての種々の構成要素は、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子および／またはトリガー信号に曝された後でさえ、互いに物理的に連結したままである。いくつかの実施形態では、超分子構造が不安定状態にある場合、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子および／またはトリガー信号への曝露によって、超分子構造の定義されたセクション（例えば、１つ以上の下位要素）が物理的に切断される、すなわち超分子構造から結合解除（分離）される。いくつかの実施形態では、超分子構造は、（本明細書に記載の）分析物分子との相互作用時に安定状態から不安定状態に移行するように構成される。いくつかの実施形態では、超分子構造は、（本明細書に記載の）分析物分子との相互作用時に不安定状態から安定状態に移行するように構成される。いくつかの実施形態では、超分子構造の状態変化を引き起こす分析物分子は、タンパク質、タンパク質のクラスター、ペプチド断片、ペプチド断片のクラスター、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＤＮＡナノ構造、ＲＮＡナノ構造、脂質、有機分子、無機分子、またはそれらの任意の組み合せを含む。

【0089】

いくつかの実施形態では、不安定状態構成の超分子構造は、捕捉分子２がコアナノ構造１３から結合解除されるように、コア構造１３と捕捉分子２との間の連結が切断され得る物理的状態を含む。いくつかの実施形態では、不安定状態構成は、検出器分子１がコアナノ構造１３から結合解除されるように、コア構造１３と検出器分子１との間の連結が切断され得る物理的状態を含む。いくつかの実施形態では、不安定状態構成は、捕捉分子２および検出器分子１がコアナノ構造１３から結合解除されるように、コアナノ構造１３と捕捉分子２との間の連結、およびコアナノ構造１３と検出器分子１との間の連結が切断され得る物理的状態を含む。いくつかの実施形態では、コアナノ構造１３と、１）捕捉分子２、２）検出器分子１、または３）両方との間の連結は、トリガー（例えば、本明細書に記載のデコンストラクタ（本明細書に記載のｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子またはトリガー信号）に曝されると切断される。図８は、不安定状態の超分子構造４０の例示的な描写を提供し、検出器分子１は、検出器バーコード２１との連結を介して最初にコア構造１３に結合されている。引き続き図８を参照すると、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子４２（例えば、検出器デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子２８）との相互作用は、その後、検出器分子１がコアナノ構造１３から結合解除されるように、検出器バーコード２１とコア構造１３との間の連結を切断する。いくつかの実施形態では、不安定状態では、コアナノ構造１３上の捕捉分子２および検出器分子１は互いに自由に拡散し、コアナノ構造１３の物理的構成にのみ拘束される。

【0090】

いくつかの実施形態では、安定状態構成は、コア構造１３と捕捉分子２との間の連結の切断時に、捕捉分子２がコアナノ構造１３に結合したままである物理的状態を含む。いくつかの実施形態では、安定状態構成は、コアナノ構造１３と検出器分子１との間の連結の切断時に、検出器分子１がコア構造１３に結合したままである物理的状態を含む。いくつかの実施形態では、安定状態構成は、捕捉分子２および検出器分子１が互いに対して近位に配置されている物理的状態を含む。いくつかの実施形態では、検出器分子１および捕捉分子２は、互いの間の明示的な結合形成の有無にかかわらず、互いに対して近位に配置される。いくつかの実施形態では、検出器１分子および捕捉２分子は、互いに連結されている。いくつかの実施形態では、検出器１分子および捕捉２分子は、化学結合を介して互いに連結されている。いくつかの実施形態では、検出器１分子および捕捉２分子は、捕捉分子と検出器分子との間に位置する別の分子との結合を介して互いに結合される（例えば、サンドイッチ形成）。いくつかの実施形態では、検出器分子および捕捉分子は、（本明細書に記載される）サンプルからの分析物分子４４との連結を介して共に連結される。図９は、安定状態の超分子構造４０の例示的な描写を提供し、捕捉分子２は、分析物分子４４との連結を介して検出器分子１に連結されている。引き続き図９を参照すると、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子４２との相互作用によって、検出器分子１とコア構造１３との間の連結が切断されるが、検出器分子１は、捕捉分子２との連結を介してコアナノ構造１３と結合されたままである。本明細書にさらに記載されるように、いくつかの実施形態では、捕捉および／または検出器分子は、サンプルからの１つ以上の特定のタイプの分析物分子と連結を形成するように構成される。いくつかの実施形態では、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子および／またはトリガー信号との相互作用は、捕捉分子と検出器分子との間の連結を切断しない。

【0091】

図１０は、不安定状態から安定状態に移行する超分子構造の例示的な実施形態を提供する。本明細書に記載されるように、不安定状態構成の超分子構造４０は、対応するデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子４２（例えば、検出器デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子２８）および／またはトリガー信号と相互作用すると、検出器分子１から分離される（検出器分子が超分子構造から結合解除される）。引き続き図１０を参照すると、いくつかの実施形態では、サンプルからの分析物分子４４との相互作用によって、捕捉分子および検出器分子が共にそれらの間に位置する分析物分子に結合し（例えば、サンドイッチ形成）、それによって超分子構造４０が不安定状態から安定状態に移行する。いくつかの実施形態では、分析物分子４４は単一の分子を含む。いくつかの実施形態では、分析物分子は、複数の分析物分子を代わりに含む。いくつかの実施形態では、分析物分子は、分子クラスターを代わりに分子を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載され、図１０に示されるように、安定状態にある超分子構造の、対応するデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子との相互作用によって、コア構造１３と検出器バーコード２１との間の連結が切断され、検出器分子１は、捕捉分子２および分析物分子４４との連結を介してコア構造１３に連結されたままである。

【0092】

図１１は、安定状態から不安定状態に移行する超分子構造４０の例示的な実施形態を提供する。本明細書に記載されるように、超分子構造４０は安定した状態構成にあり、検出器分子１が捕捉分子２に連結されているため、対応するデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子および／またはトリガー信号と相互作用すると、検出器分子１はコア構造１３に連結されたままであろう。引き続き図１１を参照すると、いくつかの実施形態では、サンプルからの分析物分子４４との相互作用によって、捕捉分子２と検出器分子１との間の連結が切断され、その結果、分析物分子４４は捕捉分子１のみに結合し、それによって、検出器分子１が検出器バーコード２１との連結のみを介してコアナノ構造１３に結合する、不安定状態に超分子構造を移行させる。いくつかの実施形態では、分析物分子４４は単一の分子を含む。いくつかの実施形態では、分析物分子は、複数の分析物分子を代わりに含む。いくつかの実施形態では、分析物分子は、分子クラスターを代わりに分子を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載され、図１１に示されるように、不安定状態にある超分子構造の、対応するデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子４２との相互作用によって、コア構造１３と検出器バーコード２１との間の連結が切断され、その結果、検出器分子１がコア構造１３から結合解除（分離）される。

【0093】

いくつかの実施形態では、超分子構造４０は、捕捉分子２と検出器分子１との間の連結を切断する分析物分子４４との相互作用時に安定状態から不安定状態に移行し、分析物分子４４は検出器分子１と結合する。これにより、捕捉分子２は、対応するデストラクタ（ｄｅｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子４２（例えば、捕捉デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子３０）と相互作用すると、コア構造１３から結合解除される。

【0094】

分析物分子の検出方法
本明細書に記載されるように、いくつかの実施形態では、１つ以上の超分子構造は、サンプル中の１つ以上の分析物分子の検出を可能にする。いくつかの実施形態では、超分子構造は、サンプル中の所与の分析物分子の存在に関する情報をＤＮＡ信号に変換する。いくつかの実施形態では、ＤＮＡ信号は、超分子構造上に位置する捕捉バーコードまたは検出器バーコードに対応し、捕捉分子および検出器分子は、分析物分子に同時に連結される（例えば、サンドイッチ形成）。いくつかの実施形態では、任意の不安定な超分子構造上に位置する捕捉および／または検出器バーコードは、トリガー、例えばデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子および／またはトリガー信号を使用してそこから結合解除される。いくつかの実施形態では、ＤＮＡ信号はそれに応じて配列決定され、続いて特定の分析物分子と同定および相関させる。

【0095】

いくつかの実施形態では、分析物分子の存在を検出することは、本明細書に記載されるように、超分子構造の状態変化を引き起こしたサンプルからの分析物分子の特性を同定および定量するために使用される溶液に、単一または複数の固有の核酸分子を制御可能に放出することを含む。いくつかの実施形態において、前記固有の核酸分子は、それぞれの超分子構造の捕捉バーコードおよび／または検出器バーコードによって提供される。いくつかの実施形態では、本明細書に記載の分析物分子の存在を検出することは、計数して溶液中の分析物分子の濃度を定量することができる、状態変化に関連する光または電気信号を生成することを含む。いくつかの実施形態では、光信号は、蛍光標識でタグ付けされたＤＮＡ鎖によって生成される。例えば、いくつかの実施形態では、光信号は蛍光発光を含む。いくつかの実施形態では、電気信号は、例えばメチレンブルーなどの信号伝達分子を有するＤＮＡ鎖によって生成される。

【0096】

いくつかの実施形態では、複数の分析物分子が多重化によってサンプルで同時に検出され、ここで複数の超分子構造は、配列決定および分析物同定のための複数の信号（例えば、検出器バーコード、捕捉バーコード）を提供する。いくつかの実施形態では、サンプル中の分析物を検出するための本明細書に記載の方法は、複数の超分子構造を使用することによって高スループットかつ高多重化能力を提供する。いくつかの実施形態では、高スループットかつ高多重化能力は、分析物分子の検出および定量化のための高い精度を提供する。いくつかの実施形態では、サンプル中の分析物を検出するための本明細書に記載の方法は、タンパク質分子を含むバイオポリマーを迅速に、高い感度および再現性で特徴付け、かつ／または同定するように構成される。いくつかの実施形態では、複数の超分子構造は、交差反応性に関連する誤差を制限するように構成される。いくつかの実施形態では、そのような交差反応性関連誤差は、別の超分子構造の捕捉分子および／または検出器分子と相互作用（例えば、分子間相互作用）する超分子構造の捕捉分子および／または検出器分子を含む。いくつかの実施形態では、複数の超分子構造の各コア構造は互いに同一である。いくつかの実施形態では、各超分子構造の構造的、化学的、および物理的特性が明示的に設計される。いくつかの実施形態では、同一のコア構造は、超分子構造間の交差反応性を制限するために、所定の形状、サイズ、分子量、所定の数の捕捉分子および検出器分子、対応する捕捉分子と検出器分子との間の所定の距離（本明細書に記載）、対応する捕捉分子と検出器分子との間の所定の化学量論、またはそれらの組み合せを有する。いくつかの実施形態では、すべてのコア構造の分子量は、コア分子の純度まで同一であり、正確である。いくつかの実施形態では、各コア構造は、少なくとも１つの捕捉分子および少なくとも１つの対応する検出器分子を有する。

【0097】

いくつかの実施形態では、状態変化（不安定から安定へ）は主に分子内相互作用（同じ超分子構造上の捕捉分子および検出器分子）によって駆動されるため、複数の超分子構造は、サンプルからの異なる分析物分子と独立して相互作用する。いくつかの実施形態では、複数の超分子構造は、特定の下位要素が同一であることに起因して構造的類似性を共有し得るが、サンプルからの分析物分子と超分子構造との間の相互作用は、対応する捕捉分子および検出器分子によって定義される。いくつかの実施形態では、所与の超分子構造上の検出器および捕捉分子の各対は、サンプル中の特定の分析物分子と特異的に相互作用することができ、特定の分析物分子と相互作用すると超分子構造の状態変化をもたす。いくつかの実施形態では、各超分子構造は、検出器分子および捕捉分子のそれぞれの対に対応する固有のＤＮＡバーコードを含む。いくつかの実施形態では、所与の超分子構造上の検出器分子および捕捉分子の対は、サンプル中の２つ以上の分析物分子と相互作用するように設計される。

【0098】

いくつかの実施形態では、各超分子構造を単一分子の感度のために構成して、典型的な複合生物学的サンプル内の広範囲の分子濃度を定量的に捕捉するのに必要な、可能な限り最高のダイナミックレンジを確保する。いくつかの実施形態では、単一分子感度は、単一の分析物分子との結合によって不安定状態から安定状態（またはその逆）に移行するように構成された所与の超分子構造の捕捉および検出器分子を含む。いくつかの実施形態では、複数の超分子構造は、非特異的相互作用ならびに任意のユーザ誘発エラーを低減するために、必要なサンプルの操作を制限または排除する。

【0099】

いくつかの実施形態では、複数の超分子構造は溶液中に提供される。いくつかの実施形態では、複数の超分子構造は、１つ以上の基質に結合される。いくつかの実施形態では、複数の超分子構造は、１つ以上のウィジェットに結合される。いくつかの実施形態では、複数の超分子構造は、１つ以上の固体基質、１つ以上のポリマーマトリックス、１つ以上の分子凝縮物、またはそれらの組み合せに結合している。いくつかの実施形態では、１つ以上のポリマーマトリックスは、１つ以上のヒドロゲル粒子を含む。いくつかの実施形態では、１つ以上のポリマーマトリックスは、１つ以上のヒドロゲルビーズを含む。いくつかの実施形態では、１つ以上の固体基質は、１つ以上の平面基質を含む。いくつかの実施形態では、１つ以上の固体基質は、１つ以上のマイクロビーズを含む。いくつかの実施形態では、１つ以上の固体基質は、１つ以上の微粒子を含む。

【0100】

図１２は、１つ以上の超分子構造を使用してサンプル中の１つ以上の分析物分子を検出するための例示的な方法を提供する。いくつかの実施形態では、１つ以上の分析物（例えば、分析物プール１０２）を含むサンプルを、１つ以上の超分子構造４０（例えば、超分子構造プール１００）と接触させる。いくつかの実施形態では、超分子構造は、複数のウィジェットに結合される。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるように、複数の超分子構造は、１つ以上の固体基質、１つ以上のポリマーマトリックス、１つ以上の分子凝縮物、またはそれらの組み合せに結合して提供される。図１３～図１４は、ヒドロゲルビーズに結合した超分子構造（例えば、ヒドロゲルビーズ内に埋め込まれた超分子構造）の例を提供する。図１５は、固体基質、例えば微粒子に結合した超分子構造の例を提供する。いくつかの実施形態では、サンプルは水溶液を含み、超分子構造と混合されて組み合せ溶液を形成する。いくつかの実施形態では、サンプルを超分子構造と接触させることは、サンプルを超分子構造と共にインキュベートすることを含む。いくつかの実施形態では、サンプルおよび超分子構造は、規定された環境条件を有するインキュベーターにおいてインキュベートされる。いくつかの実施形態では、サンプルを超分子構造と共に約３０秒～約２４時間インキュベートする。いくつかの実施形態では、サンプルを超分子構造と共に約３０秒～約１分、約１分～約５分、約５分～約３０分、約３０分～約１時間、約１時間～約５時間、約５時間～約１２時間、約１２時間～約２４時間、または約２４時間～約４８時間インキュベートする。

【0101】

引き続き図１２を参照すると、いくつかの実施形態では、超分子構造はすべて（参照符号１００で示すような）不安定状態にある。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるように、分析物分子と対応する捕捉２分子および検出器１分子との間の相互作用により、それぞれの超分子構造が不安定状態から安定状態（例えば、参照符号１０４で示すような捕捉分子、分析物分子、および検出器分子でのサンドイッチ形成）に移行する。いくつかの実施形態では、特定のタイプの分析物分子は、捕捉分子および検出器分子の特定の対と結合する。いくつかの実施形態では、捕捉分子および検出器分子の所与の対は、２種類以上の分析物分子と結合するように構成される。いくつかの実施形態では、任意の所与の超分子構造の不安定状態から安定状態への切り替えは、それに結合した特異的捕捉分子および検出器分子ならびにサンプル中の分析物分子に依存する。いくつかの実施形態では、超分子構造の状態変化が主に分子内相互作用（超分子構造上に置かれる構成要素）に依存することを考えると、２つの異なる超分子構造間の潜在的な分子間相互作用は、任意の２つの超分子構造間の平均距離が所与の超分子構造上の捕捉分子と検出器分子の対の間の最大分子内距離よりも大きくなるように、組み合せ溶液中の超分子構造の正味濃度を制限することによって最小化または排除される。

【0102】

図１２に見られるように、参照符号１０４は、サンプルと接触した後、超分子構造の少なくとも１つは、分析物分子との相互作用を介して安定状態（例えば、捕捉分子、分析物分子および検出器分子が同時に一緒に連結されるサンドイッチ形成）に移行したが、超分子構造の少なくとも１つは、それぞれの捕捉分子および検出器分子がサンプルからの分析物分子と結合または相互作用しないため、不安定状態のままであった。

【0103】

サンプルを超分子構造と所定時間接触させた後、図１２に示すように、サンプルと超分子構造を組み合わせた溶液を、検出器分子とコア構造との間の連結を切断するためにトリガーに曝す（符号１０６）。いくつかの実施形態では、トリガーは、１つ以上のデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子（例えば、検出器デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子、図４、図７の参照符号２８）を含む溶液を、組み合せ溶液に導入することを含む。いくつかの実施形態では、トリガーは、組み合せ溶液をトリガー信号に曝すことを含む。いくつかの実施形態では、トリガーは、組み合せ溶液中にデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子を導入することと、組み合せ溶液をトリガー信号に曝すこととの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるように、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子は、核酸（ＤＮＡまたはＲＮＡ）、ペプチド、小有機分子、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるように、トリガー信号は、電気信号、マイクロ波信号、紫外線照明、可視照明、近赤外照明を含む。いくつかの実施形態では、組み合せ溶液は、所定の時間にわたってトリガーに曝される。いくつかの実施形態では、組み合せ溶液は、所定の時間にわたって１つ以上のデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子とインキュベートされる。いくつかの実施形態では、組み合せ溶液をデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子と共に約３０秒～約２４時間インキュベートする。いくつかの実施形態では、組み合せ溶液をデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子と共に約３０秒～約１分、約１分～約５分、約５分～約３０分、約３０分～約１時間、約１時間～約５時間、約５時間～約１２時間、約１２時間～約２４時間、または約２４時間～約４８時間インキュベートする。

【0104】

図１２に参照符号１０６で示すように、いくつかの実施形態では、組み合せ溶液をトリガーに曝すことにより、超分子構造の検出器分子とコア構造との間の連結、例えば検出器バーコード（例えば、図１の参照符号２１）とコア構造１３との間の連結が切断される。いくつかの実施形態では、切断は、核酸（ＤＮＡ／ＲＮＡ）鎖置換、光切断、化学的切断、当技術分野で公知の別の技術、またはそれらの組み合せによって達成される。安定状態に移行した超分子構造については、検出器分子１は、対応する捕捉分子２との連結を介してコア構造１３に連結したままであるように示されている。不安定状態で残された超分子構造については、検出器分子は、それぞれの超分子構造から結合解除されている１１２として示されている。いくつかの実施形態では、結合解除されている検出器分子１は、それぞれの検出器バーコード２１に連結されたままである。

【0105】

本明細書で使用される場合、「鎖置換」という用語は、ＤＮＡまたはＲＮＡの１つの鎖（アウトプット）を別の鎖（インプット）と交換するための分子ツールを指す。これは、ＤＮＡまたはＲＮＡの２つの相補鎖のハイブリダイゼーションに基づく。これは、元の鎖およびプロテクター鎖から構成される二本鎖ＤＮＡ複合体から始まる。元の鎖は、「侵入鎖」と呼ばれるＤＮＡの第３の鎖に相補的な、いわゆる「足がかり」（ＴＨ）と呼ばれるオーバーハング領域を有する。したがって、例えば、侵入鎖は、元の鎖に相補的な一本鎖ＤＮＡ（ｓｓＤＮＡ）の配列である。足がかり領域は、相補的侵入鎖を元の鎖とハイブリダイズさせ、３本のＤＮＡ鎖で構成されるＤＮＡ複合体を作成することによってプロセスを開始する。侵入鎖と元の鎖との結合が起こった後、侵入ドメインの分岐移動により、最初のハイブリダイズした鎖の置換が可能になる。

【0106】

いくつかの実施形態では、結合解除されている検出器分子１（および対応する検出器バーコード２１）は、組み合せ溶液からさらに分離される。いくつかの実施形態では、結合解除されている検出器分子は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）沈殿によって組み合せ溶液から分離される。いくつかの実施形態では、結合解除された検出器分子は、組み合せ溶液中の各コア構造をそれぞれのコア構造上の対応するアンカー分子を介してマイクロビーズ、固体支持体および／または磁気ビーズに結合させることによって組み合せ溶液から分離され、その後、遠心分離、ミクロン濾過、クロマトグラフィーまたはそれらの組み合せによって、結合解除された検出器分子を分離する。

【0107】

いくつかの実施形態では、結合解除された検出器分子が組み合せ溶液から分離された後、検出器バーコード２１は、それぞれの捕捉分子に連結された対応する検出器分子から切断される（例えば、安定状態に移行した超分子構造上に置かれている場合）。いくつかの実施形態では、検出器バーコード２１は、核酸（ＤＮＡ／ＲＮＡ）鎖置換、光切断、化学的切断、またはそれらの組み合せによって、対応する検出器分子から切断される。いくつかの実施形態において、検出器バーコードは、トリガーに曝されることによって対応する検出器分子から切断される。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるように、トリガーは、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子、トリガー信号、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子は、検出器バーコード放出分子（例えば、図４および図７の参照符号２９）を含む。

【0108】

いくつかの実施形態において、切断された検出器バーコード２１は、超分子構造を含む溶液から単離される（図１２参照符号１０８）。いくつかの実施形態では、切断された検出器バーコード２１は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）沈殿によって溶液から単離される。いくつかの実施形態では、切断された検出器バーコード２１は、溶液中の各コア構造をそれぞれのコア構造上の対応するアンカー分子を介してマイクロビーズ、固体支持体および／または磁気ビーズに結合させることによって溶液から単離され、その後、遠心分離、ミクロン濾過、クロマトグラフィーまたはそれらの組み合せによって、切断された検出器バーコードを単離する。

【0109】

いくつかの実施形態では、切断された検出器バーコードは、それぞれの検出器分子に結合したそれぞれの分析物分子に相関する信号を提供する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるように、検出器バーコードはＤＮＡ鎖を含む。いくつかの実施形態では、検出器バーコードは、分析物分子に相関するＤＮＡ信号を提供する。いくつかの実施形態では、図１２に参照符号１１０で示すように、単離された検出器バーコード２１を分析して、サンプル中の対応する分析物分子を同定および／または定量する。いくつかの実施形態では、単離された検出器バーコードの分析は、遺伝子タイピング、ｑＰＣＲ、配列決定、またはそれらの組み合せを含む。

【0110】

いくつかの実施形態では、図１２に示す分析物分子を検出する方法は、それぞれの検出器分子に連結された対応する捕捉分子から捕捉バーコード２０を切断することを含む（例えば、安定状態に移行した超分子構造上にある場合）。いくつかの実施形態では、捕捉バーコード２０は、核酸（ＤＮＡ／ＲＮＡ）鎖置換、光切断、化学的切断、またはそれらの組み合せによって、対応する検出器分子から切断される。いくつかの実施形態において、検出器バーコードは、トリガーに曝されることによって対応する検出器分子から切断される。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるように、トリガーは、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子、トリガー信号、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子は、捕捉バーコード放出分子（例えば、図４および図７の参照符号３１）を含む。

【0111】

いくつかの実施形態において、切断された捕捉バーコード２０は、超分子構造を含む溶液から単離される（図１２参照符号１０８）。いくつかの実施形態では、切断された捕捉バーコード２０は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）沈殿によって溶液から単離される。いくつかの実施形態では、切断された捕捉バーコード２０は、溶液中の各コア構造をそれぞれのコア構造上の対応するアンカー分子を介してマイクロビーズ、固体支持体および／または磁気ビーズに結合させることによって溶液から単離され、その後、遠心分離、ミクロン濾過、クロマトグラフィーまたはそれらの組み合せによって、切断された捕捉バーコードを単離する。

【0112】

いくつかの実施形態では、切断された捕捉バーコードは、それぞれの検出器分子に結合したそれぞれの分析物分子に相関する信号を提供する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるように、捕捉バーコードはＤＮＡ鎖を含む。いくつかの実施形態では、捕捉バーコードは、分析物分子に相関するＤＮＡ信号を提供する。いくつかの実施形態では、図１２に参照符号１１０で示すように、単離された捕捉バーコード２１を分析して、サンプル中の対応する分析物分子を同定および／または定量する。いくつかの実施形態では、単離された捕捉バーコードの分析は、遺伝子タイピング、ｑＰＣＲ、配列決定、またはそれらの組み合せを含む。

【0113】

ヒドロゲルビーズまたは固体基質を備えた超分子構造
本明細書に記載されるように、いくつかの実施形態では、１つ以上の超分子構造は、１つ以上のヒドロゲルビーズおよび／または１つ以上の固体基質を備える。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルビーズは、ヒドロゲルマトリックスに重合された１つ以上の超分子構造を含む。図１３は、ヒドロゲルビーズ１２０を形成するための例示的な実施形態を提供し、１つ以上のモノマー１２２および１つ以上の架橋分子１２４を組み合わせてヒドロゲルを形成することに加えて、１つ以上の超分子構造４０が導入される。いくつかの実施形態では、１つ以上の超分子構造４０は、ヒドロゲルマトリックスと共重合し、ヒドロゲルビーズ１２０を形成する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルビーズ１２０は、ヒドロゲルマトリックスに結合された１つ以上の超分子構造を含む。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルビーズ１２０は、ヒドロゲルマトリックスに埋め込まれた１つ以上の超分子構造を含む。いくつかの実施形態では、１つ以上の超分子構造４０の各それぞれのアンカー分子１８は、ヒドロゲルマトリックス１２０と共重合する。いくつかの実施形態では、１つ以上のモノマー１２２はアクリルアミドを含む。いくつかの実施形態では、１つ以上の架橋剤１２４はビス－アクリルアミドを含む。いくつかの実施形態では、各ヒドロゲルビーズは、微細加工ツールを使用して形成される。いくつかの実施形態では、各ヒドロゲルビーズは、乳化重合を使用して形成される。図１４は、液滴内への１つ以上のモノマー、１つ以上の架橋剤、および１つ以上の超分子構造４０の捕捉１２６を含む、ヒドロゲルビーズ１２０を形成するための例示的な実施形態を提供する。いくつかの実施形態では、液滴は油滴である。いくつかの実施形態では、液滴寸法が指定される。いくつかの実施形態では、液滴内で重合が起こり、それにより、１つ以上のヒドロゲルビーズ１２０が形成される。いくつかの実施形態では、重合は、開始剤および／または触媒との相互作用によって起こる。

【0114】

図１５は、１つ以上の超分子構造４０が固体基質１２８に結合されている、例示的な実施形態を提供する。いくつかの実施形態では、超分子構造４０の各アンカー分子１８は、固体基質１２８の固体表面と連結する。いくつかの実施形態では、固体基質１２８は微粒子を含む。いくつかの実施形態では、微粒子は、ポリスチレン粒子、シリカ粒子、磁性粒子または常磁性粒子を含む。いくつかの実施形態では、固体基質１２８はマイクロビーズを含む。いくつかの実施形態では、マイクロビーズは、ポリスチレンビーズ、シリカビーズ、磁気ビーズまたは常磁性ビーズを含む。

【0115】

本明細書に記載されるように、いくつかの実施形態では、単一のヒドロゲルビーズ内に埋め込まれた、または固体基質に結合された複数の超分子構造は、他の超分子構造との交差反応性（クロストーク、分子間相互作用）を制限または排除するように、所定の距離で離間している。いくつかの実施形態では、各ヒドロゲルビーズまたは固体基質に結合した超分子構造の数、サイズおよび／または化学量論は、各超分子構造間の所定の距離を達成するように指定される。いくつかの実施形態では、各ヒドロゲルビーズまたは固体基質に結合した超分子構造の表面および体積密度は、分子間相互作用を最小化または排除し、それによって複数の超分子構造間のクロストークの可能性を低減するように制御される。いくつかの実施形態では、所与のヒドロゲルビーズまたは固体基質（例えば、微粒子）上の任意の２つの超分子構造間の距離は、異なる超分子構造からの分子間の分子間相互作用を最小限に抑えるために、超分子構造の捕捉分子と検出器分子との間の最大距離よりも大きい。

【0116】

図１６は、１つ以上のヒドロゲルビーズ内に埋め込まれた、または１つ以上の固体基質（例えば、微粒子）に結合した１つ以上の超分子構造を使用して、サンプル中の１つ以上の分析物分子を検出するための例示的な方法を提供する。図１６は、１つ以上の超分子構造が１つ以上のヒドロゲルビーズ１２０内に埋め込まれている、ヒドロゲルビーズプール２００が提供される例示的な実施形態を示す。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルビーズプールの代わりに、固体基質プールが提供され、本明細書に記載され、図１５に示されるように、１つ以上の超分子構造が１つ以上の固体基質（例えば、微粒子）に結合している。いくつかの実施形態では、１つ以上の分析物分子（例えば、分析物プール２０２）を含むサンプルを、ヒドロゲルビーズ１２０に埋め込まれた超分子構造と接触させる。いくつかの実施形態では、サンプルは水溶液を含み、ヒドロゲルビーズプール２００と混合されて組み合せ溶液を形成する。いくつかの実施形態では、サンプルを超分子構造と接触させることは、サンプルを超分子構造と共にインキュベートすることを含む。いくつかの実施形態では、サンプルおよび超分子構造は、規定された環境条件を有するインキュベーターにおいてインキュベートされる。いくつかの実施形態では、サンプルを超分子構造と共に約３０秒～約２４時間インキュベートする。いくつかの実施形態では、サンプルを超分子構造と共に約３０秒～約１分、約１分～約５分、約５分～約３０分、約３０分～約１時間、約１時間～約５時間、約５時間～約１２時間、約１２時間～約２４時間、または約２４時間～約４８時間インキュベートする。

【0117】

引き続き図１６を参照すると、いくつかの実施形態では、超分子構造はすべて（例示的なヒドロゲルビーズ１２０で示すような）不安定状態にある。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるように、分析物分子と対応する捕捉２分子および検出器１分子との間の相互作用により、それぞれの超分子構造が不安定状態から安定状態（例えば、参照符号２０４で示すような捕捉分子、分析物分子、および検出器分子でのサンドイッチ形成）に移行する。いくつかの実施形態では、特定のタイプの分析物分子は、捕捉分子および検出器分子の特定の対と結合する。いくつかの実施形態では、捕捉分子および検出器分子の所与の対は、２種類以上の分析物分子と結合するように構成される。いくつかの実施形態では、任意の所与の超分子構造の不安定状態から安定状態への切り替えは、それに結合した特異的捕捉分子および検出器分子ならびにサンプル中の分析物分子に依存する。いくつかの実施形態では、超分子構造の状態変化が主に分子内相互作用（超分子ナノ構造上）に依存することを考えると、２つの異なる超分子構造間の潜在的な分子間相互作用は、任意の２つの超分子構造間の平均距離が所与の超分子構造上の捕捉分子と検出器分子の対の間の最大分子内距離よりも大きくなるように、（本明細書に記載されるように）ヒドロゲルビーズに埋め込まれるか、または固体基質に結合した超分子構造の正味濃度を制限することによって最小化または排除される。

【0118】

いくつかの実施形態では、サンプルと接触した後、超分子構造の少なくとも１つは安定状態（例えば、捕捉分子、分析物分子および検出器分子が同時に一緒に連結されるサンドイッチ形成）に移行するが、超分子構造の少なくとも１つは、それぞれの捕捉分子および検出器分子がサンプルからの分析物分子と結合または相互作用しないため、不安定状態のままである。

【0119】

引き続き図１６を参照すると、サンプルを超分子構造と所定時間接触させた後、サンプルと超分子構造を組み合せた溶液を、それぞれの超分子構造について検出器分子とコア構造との間の連結を切断するためにトリガーに曝す。いくつかの実施形態では、トリガーは、１つ以上のデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子（例えば、検出器デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子、図４、図７の参照符号２８）を含む溶液を、組み合せ溶液に導入することを含む。いくつかの実施形態では、トリガーは、組み合せ溶液をトリガー信号に曝すことを含む。いくつかの実施形態では、トリガーは、組み合せ溶液中にデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子を導入することと、組み合せ溶液をトリガー信号に曝すこととの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるように、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子は、核酸（ＤＮＡまたはＲＮＡ）、ペプチド、小有機分子、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるように、トリガー信号は、電気信号、マイクロ波信号、紫外線照明、可視照明、近赤外照明を含む。いくつかの実施形態では、組み合せ溶液は、所定の時間にわたってトリガーに曝される。いくつかの実施形態では、組み合せ溶液は、所定の時間にわたって１つ以上のデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子とインキュベートされる。いくつかの実施形態では、組み合せ溶液をデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子と共に約３０秒～約２４時間インキュベートする。いくつかの実施形態では、組み合せ溶液をデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子と共に約３０秒～約１分、約１分～約５分、約５分～約３０分、約３０分～約１時間、約１時間～約５時間、約５時間～約１２時間、約１２時間～約２４時間、または約２４時間～約４８時間インキュベートする。

【0120】

図１６に参照符号２０６で示すように、いくつかの実施形態では、組み合せ溶液をトリガーに曝すことにより、例えば検出器バーコード（例えば、図１の参照符号２１）とコア構造１３との間の連結による、検出器分子とそれぞれのコア構造との間の連結が切断される。いくつかの実施形態では、切断は、核酸（ＤＮＡ／ＲＮＡ）鎖置換、光切断、化学的切断、当技術分野で公知の別の技術、またはそれらの組み合せによって達成される。安定状態に移行した超分子構造については、検出器分子１は、対応する捕捉分子２との連結を介してコア構造１３に連結したままであるように示されている。不安定状態で残された超分子構造については、検出器分子は、それぞれのコア構造から結合解除されている２１２として示されている。いくつかの実施形態では、参照符号２０６で示すように、結合解除された検出器分子をヒドロゲルビーズ（または固体基質）から分離する。いくつかの実施形態では、結合解除されている検出器分子２は、それぞれの検出器バーコード２１に連結されたままである。

【0121】

いくつかの実施形態では、結合解除されている検出器分子および対応する検出器バーコードは、組み合せ溶液からさらに分離される。いくつかの実施形態では、結合解除されている検出器分子は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）沈殿によって組み合せ溶液から分離される。いくつかの実施形態では、結合解除された検出器分子は、組み合せ溶液中のコア構造をそれぞれのコア構造上の対応するアンカー分子を介してマイクロビーズ、固体支持体および／または磁気ビーズに結合させることによって組み合せ溶液から分離され、その後、遠心分離、ミクロン濾過、クロマトグラフィーまたはそれらの組み合せによって、結合解除された検出器分子を分離する。

【0122】

いくつかの実施形態では、結合解除された検出器分子が組み合せ溶液から分離された後、検出器バーコード２１は、それぞれの捕捉分子に連結された対応する検出器分子から切断される（例えば、安定状態に移行した超分子構造上に置かれている場合）。いくつかの実施形態では、検出器バーコードは、核酸（ＤＮＡ／ＲＮＡ）鎖置換、光切断、化学的切断、またはそれらの組み合せによって、対応する検出器分子から切断される。いくつかの実施形態において、検出器バーコードは、トリガーに曝されることによって対応する検出器分子から切断される。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるように、トリガーは、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子、トリガー信号、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子は、検出器バーコード放出分子（例えば、図４および図７の参照符号２９）を含む。

【0123】

図１６の参照符号２０７で示すように、いくつかの実施形態では、切断された検出器バーコード２１は、対応するヒドロゲルビーズまたは固体基質から分離される。いくつかの実施形態において、切断された検出器バーコード２１は、超分子構造を含む溶液から単離される（図１６参照符号２０８）。いくつかの実施形態では、切断された検出器バーコード２１は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）沈殿によって溶液から単離される。いくつかの実施形態では、切断された検出器バーコード２１は、溶液中の各コア構造をそれぞれのコア構造上の対応するアンカー分子を介してマイクロビーズ、固体支持体および／または磁気ビーズに結合させることによって溶液から単離され、その後、遠心分離、ミクロン濾過、クロマトグラフィーまたはそれらの組み合せによって、切断された検出器バーコードを単離する。

【0124】

いくつかの実施形態では、切断された検出器バーコード２１は、それぞれの検出器分子に結合した分析物分子に相関する信号を提供する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるように、検出器バーコードはＤＮＡ鎖を含む。いくつかの実施形態では、検出器バーコードは、分析物分子に相関するＤＮＡ信号を提供する。いくつかの実施形態では、図１６に参照符号２１０で示すように、単離された検出器バーコード２１を分析して、サンプル中の対応する分析物分子を同定する。いくつかの実施形態では、単離された検出器バーコード２１を分析して、サンプル中の対応する分析物分子を同定および／または定量する。いくつかの実施形態では、単離された検出器バーコードの分析は、遺伝子タイピング、ｑＰＣＲ、配列決定、またはそれらの組み合せを含む。

【0125】

単一細胞内の分析物分子の検出
図１７～図２０は、単一細胞内にある分析種分子を検出するための例示的な方法を提供する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルビーズに超分子構造を結合させること、または固体基質（例えば、マイクロビーズ）に超分子構造を結合させることにより、単一細胞分解能での細胞内分析物分子（例えば、タンパク質、抗原）の検出および細胞内分析物分子（例えば、タンパク質、抗原）の定量化が可能になる。いくつかの実施形態では、細胞内分析物分子は、それぞれの細胞の外側に存在しない可能性がある。いくつかの実施形態では、単一細胞分解能での細胞内分析物分子（例えば、タンパク質、抗原）の検出および細胞内分析物分子（例えば、タンパク質、抗原）の定量化は、単一細胞プロテオミクスアッセイを含む。図１７～図２０は、超分子構造がヒドロゲルビーズ内に埋め込まれた状態で提供される、分析物分子を検出するための例示的な方法を提供する。いくつかの実施形態では、図１７～図２０に示す方法は、代替的に、固体基質（例えば、マイクロビーズ）に結合した超分子構造を提供することを含む。

【0126】

図１７は、マイクロ流体液滴形成チップを使用して、単一細胞を、１つ以上の超分子構造が結合したヒドロゲルビーズで捕捉すること３０２を含む例示的な第１の工程を提供し、形成された各液滴３０４は、単一細胞およびヒドロゲルビーズを封入する。いくつかの実施形態では、各液滴３０４は、１つ以上の単一細胞および１つ以上のヒドロゲルビーズを封入する。いくつかの実施形態では、超分子構造は、本明細書に記載の方法を使用してヒドロゲルビーズに結合される（例えば、ヒドロゲルビーズ内に埋め込まれる）（例えば、図１３～図１４）。いくつかの実施形態では、１つ以上の超分子構造は、特定の細胞間分析物分子（例えば、タンパク質、抗原）と相互作用するように構成される。いくつかの実施形態では、他の方法および／またはマイクロ流体チップ設計を使用して、１つ以上のヒドロゲルビーズを含む単一細胞の捕捉を達成する。

【0127】

図１８は、組み合せ溶液中に、捕捉された単一細胞およびヒドロゲルビーズを有する液滴３０４を収集し、液滴３０４を処理するための例示的な実施形態を提供する。いくつかの実施形態では、細胞内分析物分子（例えば、タンパク質、抗原）は、各細胞から同じ液滴３０４内のヒドロゲルビーズ上またはその周囲に移される。いくつかの実施形態では、細胞内分析物分子を移動させることは、液滴中に捕捉された細胞を溶解することを含む（図１８の参照符号３０６、工程１）。いくつかの実施形態では、溶解は、機械的処理または溶解緩衝液の導入を含む。組み合せ溶液に示されるように、いくつかの実施形態では、ヒドロゲルビーズに対応するすべての超分子構造が不安定状態にある。いくつかの実施形態では、溶解物の内容物（例えば、分析物分子４４）を、その後、液滴内のヒドロゲルビーズと相互作用３０８させ（工程２）、それによって特定の細胞間分析物分子（例えば、タンパク質、抗原）が、ヒドロゲルビーズに付着した関連する超分子構造によって捕捉されることを可能にする（例えば、捕捉２および検出器１分子）。いくつかの実施形態では、溶解物の内容物（例えば、分析物分子）を、約３０秒～約２４時間の期間、ヒドロゲルビーズと相互作用させる。いくつかの実施形態では、溶解物の内容物（例えば、分析物分子）を約３０秒～約１分、約１分～約５分、約５分～約３０分、約３０分～約１時間、約１時間～約５時間、約５時間～約１２時間、約１２時間～約２４時間、または約２４時間～約４８時間、ヒドロゲルビーズと相互作用させる。

【0128】

いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるように、分析物分子と対応する捕捉２分子および検出器１分子との間の相互作用により、それぞれの超分子構造が不安定状態から安定状態に移行する（参照符号３０９で示すように）。いくつかの実施形態では、特定のタイプの分析物分子は、捕捉および検出器分子の特定の対と結合する（例えば、捕捉分子、分析物分子、および検出器分子でのサンドイッチ形成）。いくつかの実施形態では、捕捉分子および検出器分子の所与の対は、２種類以上の分析物分子と結合するように構成される。いくつかの実施形態では、任意の所与の超分子構造の不安定状態から安定状態への切り替えは、それに結合した特異的捕捉分子および検出器分子ならびに細胞中の分析物分子に依存する。

【0129】

溶解物の内容物をヒドロゲルと所定時間相互作用させた後、いくつかの実施形態では、続いて液滴を破壊し、その後、ヒドロゲルビーズを洗浄する。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルビーズは、それぞれの超分子構造の検出器分子とコア構造との間の連結を切断するためにトリガーに曝される。いくつかの実施形態では、トリガーは、１つ以上のデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子（例えば、図４、図７の検出器デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子２８）を含む溶液を、ヒドロゲルビーズを含む組み合せ溶液に導入することを含む（参照符号３１０）。いくつかの実施形態では、トリガーは、組み合せ溶液をトリガー信号に曝すことを含む。いくつかの実施形態では、トリガーは、組み合せ溶液をデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子およびトリガー信号に曝すことを含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるように、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子は、核酸（ＤＮＡまたはＲＮＡ）、ペプチド、小有機分子、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるように、トリガー信号は、電気信号、マイクロ波信号、紫外線照明、可視照明、近赤外照明を含む。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルビーズは、所定の時間にわたってトリガーに曝される。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルビーズは、約３０秒～約２４時間トリガーに曝される。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルビーズは、約３０秒～約１分、約１分～約５分、約５分～約３０分、約３０分～約１時間、約１時間～約５時間、約５時間～約１２時間、約１２時間～約２４時間、または約２４時間～約４８時間トリガーに曝される。

【0130】

いくつかの実施形態では、トリガー（例えば、図４、図７からの検出器デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子２８）は、対応する捕捉分子に連結されていないヒドロゲルビーズ（すなわち、捕捉分子、検出器分子、および分析物分子を含むサンドイッチ形成に関与しない）からすべての検出器分子を放出する。

【0131】

いくつかの実施形態では、ヒドロゲルビーズが規定の時間にわたってトリガーに曝された後、ヒドロゲルビーズを１回以上洗浄して、弱く結合した分析物分子（例えば、タンパク質、抗原）またはそれぞれの超分子構造から結合解除された検出器分子を除去する（参照符号３１２、工程４）。いくつかの実施形態では、規定の回数洗浄した後、各ヒドロゲルビーズは、単一細胞から特異的に捕捉された分析物分子（例えば、タンパク質、抗原）を含む。

【0132】

図１９～図２０は、図１８に示される方法から得られた各ヒドロゲルビーズの内容物を分析するための方法の、例示的な描写を提供する。いくつかの実施形態では、各ヒドロゲルビーズの内容物は独立して分析され、各ヒドロゲルビーズは個別にバーコード化される。図１９は、１）単一の細胞からの１つ以上の分析物分子（例えば、タンパク質、抗原）を内部に担持している単一のヒドロゲルビーズを、２）固有のバーコードビーズ３１８と共に封入３１４する液滴３１６を形成するように設計されたマイクロ流体液滴形成システムの例示的な図を提供する。いくつかの実施形態において、各バーコードビーズは、２０～６０塩基長であり、切断され得るリンカー３２２を介してビーズに連結された固有の核酸鎖３２０を含む。いくつかの実施形態において、バーコードビーズ上の切断可能なリンカーは、電磁信号（光）または化学的信号を用いて切断される。

【0133】

図２０は、各ヒドロゲルビーズ上に固有のバーコードを移送（両方とも単一の液滴３１６中に存在する）する方法の例示的な図を提供する（参照符号３２４、工程１）。いくつかの実施形態では、バーコード３２０は、バーコード化ビーズ３１８から切断され、それぞれの液滴３１６中のヒドロゲルビーズと相互作用することが可能になる。本明細書に記載されるように、バーコード３２０は、電磁信号（例えば、光、ＵＶ光、ＤＴＴ）または化学的信号に曝されることによってバーコード化ビーズ３１８から切断される。いくつかの実施形態では、バーコード３２０をバーコード化ビーズから切断すると、バーコード３２０がそれぞれの液滴３１６内の超分子構造上の検出器バーコード２１に結合する（符号３２６、工程２）。いくつかの実施形態では、液滴はその後破壊される。いくつかの実施形態では、検出器バーコードと結合しなかったバーコード鎖３２０は分離される（参照符号３２８）。いくつかの実施形態では、ヒドロゲルビーズを洗浄して、残っているバーコード化鎖を溶液から除去する（参照符号３２０）。いくつかの実施形態では、バーコード化された検出器バーコード３３２は、検出器分子から分離され、さらに分析される。いくつかの実施形態では、バーコード化された検出器バーコード３３２は、核酸（ＤＮＡ／ＲＮＡ）鎖置換、光切断、化学的切断、またはそれらの組み合せによって、対応する検出器分子から切断される。いくつかの実施形態において、検出器バーコードは、トリガーに曝されることによって対応する検出器分子から切断される。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるように、トリガーは、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子、トリガー信号、またはそれらの組み合せを含む。

【0134】

いくつかの実施形態では、各分離されバーコード化された検出器バーコード３３２は、２つの部分、すなわち固有の細胞を識別する固有のバーコード３２０を有する第１の部分３２０と、分析物分子（例えば、タンパク質または抗原）の同一性を提供する第２の部分２１とを有する。いくつかの実施形態では、合わせて、バーコード化された検出器バーコード３３２の分析により、単一細胞分解能で細胞内分析物分子（例えば、タンパク質、抗原）の濃度をプロファイリングすることが可能になる。いくつかの実施形態では、バーコード化された検出器バーコード３３２を分析して、サンプル中の対応する分析物分子を同定および／または定量する。いくつかの実施形態では、バーコード化された検出器バーコード３３２の分析は、遺伝子タイピング、ｑＰＣＲ、配列決定、またはそれらの組み合せを含む。

【0135】

表面アッセイを用いた分析物分子の検出
図２１は、本明細書に記載の超分子構造を使用する表面ベースのアッセイを使用する、サンプル中の分析物の単一分子計数についてサンプル中の分析物分子を検出する方法（すなわち、単一分子分解能でサンプル中の分析物分子を検出する工程）の例示的な図を提供する。いくつかの実施形態では、超分子構造は、ＤＮＡオリガミコアを含むコア構造を含む。いくつかの実施形態では、平面基質４００が提供され、平面基質４００は、（ａ）基質４００上のすべての特徴の基準座標として機能する基準マーカー４０２；（ｂ）個々のコア構造（例えば、ＤＮＡオリガミ）を固定化することができるマイクロパターン化結合部位４０６の規定されたセット；（ｃ）基質４００の表面と超分子構造（捕捉および検出器分子、コア構造分子を含む）との間の相互作用を最小化または防止するバックグラウンド不動態化４０４を含む。いくつかの実施形態では、基準マーカーは、基質上の他の特徴の基準特徴として使用される、表面上に画定された幾何学的特徴を含む。いくつかの実施形態では、基準マーカー４０２は、コア構造または超分子構造の他の分子（例えば、ＤＮＡオリガミ）と相互作用しないポリマーまたは自己組織化単分子層でコーティングされる。いくつかの実施形態では、バックグラウンド不動態化４０４は、基質４００の表面とサンプルの分析物分子との間の相互作用を最小化または防止する。いくつかの実施形態では、平面基質４００は、結合部位４０６の形成前に規定されるＦＥＴ、リング共振器、フォトニック結晶またはマイクロ電極などの光学または電気デバイスを含む。いくつかの実施形態では、結合部位４０６は、平面基質４００上にマイクロパターン化される。いくつかの実施形態では、表面上の結合部位４０６は周期的パターンである。いくつかの実施形態では、表面上の結合部位４０６は非周期的パターン（例えば、ランダム）である。いくつかの実施形態において、最小距離は、任意の２つの結合部位４０６の間で特定される。いくつかの実施形態において、任意の２つの結合部位４０６の間の最小距離は、少なくとも約２００ｎｍである。いくつかの実施形態において、任意の２つの結合部位４０６の間の最小距離は、少なくとも約４０ｎｍ～約５０００ｎｍである。いくつかの実施形態では、結合部位４０６の幾何学的形状は、円形、正方形、三角形、または他の多角形を含む。いくつかの実施形態では、不動態化４０４に使用される化学基は、トリメチルシリル（ＴＭＳ）などの中性に帯電した分子、ＰＥＧなどの非帯電ポリマー、双性イオンポリマー、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、結合部位４０６を画定するために使用される化学基は、シラノール基、カルボキシル基、チオール、他の基、またはそれらの組み合せを含む。

【0136】

いくつかの実施形態において、単一の超分子構造４０は、それぞれの結合部位４０６に結合される（工程１）。参照符号４１６は、超分子構造４０の構成要素の描写を個別に、および平面基質上に組み立て、配置して提供する（構成要素は、本明細書、例えば、図１、図２～図３、図５～図６に記載されているとおりである）。いくつかの実施形態では、超分子構造４０は、ＤＮＡオリガミを含むコア構造１３を含み、超分子構造４０は、ＤＮＡオリガミ配置技術を使用して結合部位のそれぞれに結合される（工程１）。いくつかの実施形態において、超分子構造４０は、それぞれの結合部位４０６に結合される前に組み立てられる。いくつかの実施形態では、ＤＮＡオリガミは、ＤＮＡオリガミ配置技術を使用して結合部位への結合を容易にするように、固有の形状および寸法を含む。いくつかの実施形態では、ＤＮＡオリガミの配置は、表面（例えば、マイクロパターン化表面）上に個々のＤＮＡオリガミ（例えば、コア構造体）を構成するための誘導自己組織化技術を含む。いくつかの実施形態では、ＤＮＡオリガミ配置の代わりに、結合部位に予め構成されたＤＮＡオリガミに超分子ナノ構造４０の反応性基が結合される。いくつかの実施形態では、超分子ナノ構造を対応する結合部位に結合させるためのこれらの方法の両方は、マイクロパターン化された結合部位上に、ＤＮＡオリガミ配置技術を使用して１つ以上の分子を構成する能力に依存している。いくつかの実施形態では、平面基質は、この工程の後、清浄な環境で有意な期間保管することができる。

【0137】

引き続き図２１を参照すると、いくつかの実施形態では、分析物分子を含むサンプル（本明細書に記載）を平面基質と接触させる（工程２）。いくつかの実施形態では、フローセルを使用してサンプルを平面基質と接触させる。いくつかの実施形態では、サンプルは、結合部位４０６に結合した超分子構造と共に平面基質上でインキュベートされる。いくつかの実施形態では、インキュベーション期間は、約３０秒～約２４時間であり得る。いくつかの実施形態では、インキュベーション期間は、約３０秒～約１分、約１分～約５分、約５分～約３０分、約３０分～約１時間、約１時間～約５時間、約５時間～約１２時間、約１２時間～約２４時間、または約２４時間～約４８時間であり得る。

【0138】

いくつかの実施形態では、サンプル中の分析物分子４４は、平面４００上の超分子構造４０と相互作用する。いくつかの実施形態では、特定の分析物分子４４の単一のコピーが捕捉分子および検出器分子の両方と同時に結合し、その結果、特定の超分子構造が不安定状態から安定状態４１８に切り替わる（本明細書、例えば、図８～図１０に記載されるように）。いくつかの実施形態では、特定の分析物の単一のコピーは、既に互いに結合している捕捉および検出器分子と同時に相互作用し、超分子構造を安定状態から不安定状態に切り替えることができる（本明細書、例えば、図１１に記載されるように）。

【0139】

引き続き図２１を参照すると、いくつかの実施形態では、平面基質は次いでトリガーに曝される。いくつかの実施形態では、トリガーは、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子（例えば、図７の検出器デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子２８）を含む。いくつかの実施形態では、トリガーはトリガー信号を含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるように、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子（例えば、検出器デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子２８）は、核酸（ＤＮＡまたはＲＮＡ）、ペプチド、小有機分子、またはそれらの組み合せを含む。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるように、トリガー信号は、電気信号、マイクロ波信号、紫外線照明、可視照明、近赤外照明を含む。いくつかの実施形態では、平面基質に結合した超分子構造に関連するデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子は、前記超分子構造と相互作用することができる。いくつかの実施形態では、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子は、平面基質を含むフローセルに導入される。いくつかの実施形態では、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子を超分子構造と共に約３０秒～約２４時間インキュベートする（工程３）。いくつかの実施形態では、インキュベーション期間は、約３０秒～約１分、約１分～約５分、約５分～約３０分、約３０分～約１時間、約１時間～約５時間、約５時間～約１２時間、約１２時間～約２４時間、または約２４時間～約４８時間であり得る。

【0140】

いくつかの実施形態では、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子との相互作用によって、不安定状態のすべての超分子構造の検出器分子および検出器バーコードが切断され、その結果、これらの検出器分子および検出器バーコードは、平面基質４００から物理的に切断される。いくつかの実施形態では、物理的に切断された検出器分子および検出器バーコードは、インキュベーション工程の終了時の１回または複数回の緩衝液洗浄中に除去される。平面基質上の超分子構造が単一の分析物分子の捕捉に起因して安定状態に移行した、いくつかの実施形態では、対応する検出器分子および検出器バーコードは、依然として超分子構造４２０に連結されており、それにより、対応する検出器分子と捕捉分子との間に形成された分析物媒介サンドイッチ（すなわち、捕捉分子、分析物分子、および検出器分子の間の連結）によって、平面基質に安定に結合される。

【0141】

引き続き図２１を参照すると、いくつかの実施形態では、安定状態に移行した超分子構造の位置の検出器バーコードは、信号伝達要素４１４の結合部位４２２として使用される（工程４）。いくつかの実施形態では、信号伝達要素は、蛍光分子またはマイクロビーズ、蛍光ポリマー、高荷電ナノ粒子またはポリマーを含む。いくつかの実施形態では、１つ以上の信号伝達要素は、平面構造上の超分子構造と相互作用することができる。いくつかの実施形態では、信号伝達要素は、平面基質を含むフローセルに導入される。いくつかの実施形態では、検出器バーコードは、ローリングサークル増幅またはハイブリダイゼーション連鎖反応などのプロセスにおいて、高蛍光ポリマーの成長のための重合開始剤として使用される。

【0142】

いくつかの実施形態では、工程４で説明される信号伝達要素４１４の導入によって、表面において、あらゆる個々の分析物捕捉事象（すなわち、捕捉分子、検出器分子、および分析物分子の間の連結）が、（捕捉分子および検出器分子と連結された）それぞれの分析物の位置に存在する信号伝達要素となる。いくつかの実施形態では、信号伝達要素は光学的に活性であり、顕微鏡または一体型光学センサーを使用して平面基質４００内で測定することができる。いくつかの実施形態では、信号伝達要素は電気的に活性であり、一体型電気センサーを使用して測定することができる。いくつかの実施形態では、信号伝達要素は磁気的に活性であり、一体型磁気センサーを使用して測定することができる。いくつかの実施形態では、各信号事象は、対応する検出器および捕捉分子によって決定される、同じ種類の分析物分子（同じ種類の分析物分子の単一のコピー）の捕捉に関連し、したがって、信号伝達要素が存在する位置の数をカウントすることは、サンプル中の分析物分子の定量化をもたらす。

【0143】

いくつかの実施形態では、図２１に記載の分析物を検出するための方法は、コア構造が、平面基質の表面上に既に構成されたＤＮＡオリガミにコア構造のそれぞれのアンカー部分を介して結合されている、超分子コアを使用する。

【0144】

いくつかの実施形態では、図２１に記載の分析物を検出する方法は、分析物分子の単一種類の検出を可能にする。いくつかの実施形態では、図２１に記載の分析物を検出する方法は、分析物分子の複数の種類の検出（多重分析物分子検出）を可能にする。いくつかの実施形態では、各超分子構造は、関連するそれぞれの捕捉および検出器分子を独自に同定するようにバーコード化され、それによって捕捉されたそれぞれの分析物分子を同定することを可能にする。いくつかの実施形態では、各超分子構造は、それぞれのアンカー分子を使用してバーコード化される。

【0145】

本発明の好ましい実施形態を本明細書に示し説明してきたが、そのような実施形態が例としてのみ提供されることは当業者には明らかであろう。本発明から逸脱することなく、当業者には多数の変形、変更、および置換が思い浮かぶであろう。本明細書に記載の本発明の実施形態に対する様々な代替形態が、本発明を実施する際に使用され得ることを理解されたい。以下の特許請求の範囲が本発明の範囲を定義し、これらの特許請求の範囲内の方法および構造ならびにそれらの均等物がそれによって包含されることが意図される。

【実施例】

【0146】

ＤＮＡベースのウィジェットの実証
図２２～図２５は、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子の効率を評価するための例示的なプロセスを示し、架橋鎖（本明細書に記載のとおり）を使用して、本明細書に記載の抗体－抗原－抗体複合体を模倣する（例えば、捕捉分子－分析物分子－検出器分子複合体）。デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分子の追加時のウィジェット構造の変化は、架橋鎖を有するウィジェットでは、架橋鎖を有さないウィジェットと比較して異なる。

【0147】

デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）の効率を評価するために、３部（３ｐｔ）ウィジェット（Ｗ３）および５部（５ｐｔ）ウィジェット（Ｗ５）を様々なＤＮＡ鎖で設計した。３部ウィジェットは、ＤＮＡの３つの一本鎖：Ｓ１、Ｓ２、およびコアを含み、コアはビオチンとコンジュゲートしている（図２２および図２３）。５部ウィジェットは、ＤＮＡの５つの一本鎖：Ｓ１、Ｓ２、ビオチンとコンジュゲートしたコア、架橋、およびデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）で構築された（図２２）。

【0148】

３ｐｔウィジェット（Ｗ３）の場合、ウィジェットが（Ｓ１＋コア、Ｗ１）とＳ２の２つのセクションに分割できる能力は、システムが適切に機能するために不可欠である。最後に、鎖置換原則を使用して、デコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）、または略して「ＤＣ」と呼ばれるＤＮＡの短鎖を利用した。ＤＣ鎖は、３ｐｔウィジェットシステムに導入されると、Ｓ２鎖を置換する。この実験の目的は、ウィジェットの最終バージョンに存在するであろう抗体－抗原－抗体複合体を模倣する「架橋」鎖を含むシミュレートされた条件下で、３ｐｔウィジェット（Ｗ３）のデコンストラクション効率を観察することであった。

【0149】

核酸実験でのヌクレアーゼ汚染は、実験の不整合および実験の失敗さえも引き起こし得るので、ヌクレアーゼフリー脱イオンＨ_２Ｏをすべての手順に使用した。最も一般的に使用される緩衝液はＴｒｉｓ－ＥＤＴＡ（ＴＥ）－Ｍｇ緩衝液であり、ＤＮＡ鎖のハイブリダイゼーションを誘導するのに十分なカチオンを含有する限り、任意の緩衝液を使用することができる。典型的な１ｘＴＥ－Ｍｇ緩衝液は、１０ｍＭ Ｔｒｉｓ－ＨＣｌ（ｐＨ８．０）、１ｍＭ ＥＤＴＡ、および１２．５ｍＭ Ｍｇ^２＋を含有する。

【0150】

２つの異なるウィジェットの調製：すべてのＤＮＡ鎖をＨ_２Ｏ中１００μＭに懸濁した。５ｐｔウィジェットを作製するために、５つのＤＮＡ部分（Ｓ１、Ｓ２、コア、架橋、およびＤＣ）の各鎖１μｌおよびＴＥ－Ｍｇ緩衝液９５μＬをＰＣＲチューブに添加して最終容量を１００μｌにし、チューブを１０秒間ボルテックスすることによって混合した。３ｐｔウィジェットを作製するために、３つのＤＮＡ部分（Ｓ１、Ｓ２、およびコア）の各鎖１μｌおよびＴＥ－Ｍｇ緩衝液９７μＬをＰＣＲチューブに添加して最終容量を１００μｌにし、チューブを１０秒間ボルテックスすることによって混合した。チューブをサーモサイクラーに入れ、サーモサイクラーの温度を１℃／分の勾配で９５℃から２５℃まで実行するようにプログラムし、最終保持温度を４℃にした。最終生成物を４℃で短期間または－２０℃で長期間保存した。

【0151】

ＤＮＡ鎖をＨ_２Ｏ中１００μＭに懸濁した。３ｐｔウィジェットの作製および精製後、３ｐｔウィジェットの濃度を測定し、１．２５μＭに調整した。精製した３ｐｔ Ｗｉｄｇｅｔ、架橋鎖（ＤＣ鎖を除く）、１×ＴＥ－Ｍｇ緩衝液（Ａ、Ｃ、Ｅのみ）を、表ｘのレシピに従って、それらをボルテックスすることによって６本のＰＣＲチューブ中で混合し、室温で１時間インキュベートした。１時間のインキュベーション後、１μｌの５０μＭ ＤＣ溶液をチューブＢ、Ｄ、およびＦに添加した。ＰＣＲチューブ内のＤＮＡ混合物をボルテックスし、さらに３０分間インキュベートした。

【表1】

【0152】

ＤＮＡベースのウィジェットの動作原理を図２４に示す。「架橋」鎖は、抗体への抗原結合を模倣する。架橋鎖の機能を明確に実証するために、限られた量の架橋鎖を精製した３ｐｔウィジェット（Ｗ３）に追加して、３ｐｔウィジェット／架橋の最終的な比率＝１／０．１にした（表１のケースＡ）。３ｐｔウィジェット（Ｗ３）と比較した架橋鎖の制限比率（０．１対１）では、理想的には、１０％のウィジェットが架橋鎖に結合し、ほとんどのウィジェットは３ｐｔウィジェット（Ｗ３）自体として残る。ＤＣ鎖が追加されると、架橋（Ｗ４）と結合されたウィジェットは分解しないが、架橋を欠くウィジェット（Ｗ３）は、Ｓ１＋Ｃｏｒｅ（Ｗ１）およびＳ２＋ＤＣ（Ｗ２）を含む２つの部分に分解される。ストレプトアビジンビーズを添加すると、架橋を含むウィジェット（Ｗ５）とＳ１＋コア（Ｗ１）との複合体は、コア－ビオチンおよびストレプトアビジンビーズの強い相互作用を使用して溶液の底に引き下げられるが、上清は、架橋を欠くウィジェット（Ｗ３）から容易に分離されるＳ２＋ＤＣ（Ｓ２）複合体を含む。Ｓ２鎖に部分的に相補的な放出鎖のさらなる添加によって、ビーズ上に結合したＳ１＋コア＋架橋（Ｗ６）の複合体からＳ２＋ＤＣ＋放出（Ｗ７）複合体が分離することができる。

【0153】

図２４に示すように、分子集合体（Ｗ１－Ｗ７）のアガロースゲル電気泳動（図２５）により、ＤＮＡベースのウィジェットを用いたデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）の効率を評価した。アガロースゲル上で、強いバンドは、適切に折り畳まれた構造の強化を示した。図２５に示すように、アガロースゲル上には、Ｗ１（レーン１）、Ｗ２（レーン２）、および架橋（レーン３）毎に１つのバンドが現れた。アガロースゲルは、強い単一バンドによって３ｐｔウィジェットが作製されたことを示した（レーン４）。制限量の架橋鎖をＷ３に添加すると、Ｗ３に対応するバンドおよび１つの強いバンドおよびＷ４の小さいもの（レーン５）を含むいくつかのバンドがアガロースゲル上に出現し、これは図２４の実例との良好な一致を示した。架橋対Ｗ３の比率は１／１０であったので、Ｗ３の大部分は、架橋鎖と結合することなくそのままで残った。架橋と２つ以上のＷ３複合体との間の分子間相互作用による、Ｗ４のいくつかのバンドが現れた。この相互作用は、実験条件の最適化によって後に減少する。ＤＣを添加すると、レーン７に示すように、Ｗ４はＷ５になり、Ｗ３はＷ１およびＷ２を含む２つのセクションに分離した。ストレプトアビジンビーズの添加時に、ビオチンを含有するＷ５およびＷ１の両方をチューブに引き下げた後、上清は、Ｗ１から分離されたＷ２（元々はＷ３）に対応するバンドおよび過剰ＤＣのバンド（レーン８）を示した。過剰な放出鎖をさらに添加すると、各Ｗ７に対応する２つのバンド（レーン１０として特定される）および過剰な放出が、大部分がストレプトアビジンビーズと共にチューブの底部に留まるＷ６の非常に軽いバンドで出現した（レーン９）。アガロースゲル電気泳動の結果は、図２４に示された基本原理とよく一致し、ＤＮＡベースのウィジェットによるデコンストラクタ（ｄｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｏｒ）分解器の効率を実証した。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【国際調査報告】