RU2772924C1 - Sensor systems - Google Patents
Sensor systems Download PDFInfo
- Publication number
- RU2772924C1 RU2772924C1 RU2020142115A RU2020142115A RU2772924C1 RU 2772924 C1 RU2772924 C1 RU 2772924C1 RU 2020142115 A RU2020142115 A RU 2020142115A RU 2020142115 A RU2020142115 A RU 2020142115A RU 2772924 C1 RU2772924 C1 RU 2772924C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- charged molecule
- recognition site
- charge
- label
- unbound
- Prior art date
Links
- 239000002773 nucleotide Substances 0.000 claims abstract description 213
- 125000003729 nucleotide group Chemical group 0.000 claims abstract description 213
- 230000036462 Unbound Effects 0.000 claims abstract description 91
- 229920000023 polynucleotide Polymers 0.000 claims description 29
- 239000002157 polynucleotide Substances 0.000 claims description 29
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 25
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 21
- 229920002395 Aptamer Polymers 0.000 claims description 16
- 125000002467 phosphate group Chemical group [H]OP(=O)(O[H])O[*] 0.000 claims description 10
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 claims description 8
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 claims description 8
- 229920003013 deoxyribonucleic acid Polymers 0.000 claims description 7
- 229920000160 (ribonucleotides)n+m Polymers 0.000 claims description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 4
- 230000002441 reversible Effects 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 17
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 16
- -1 salt ions Chemical class 0.000 description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 description 12
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 12
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 description 12
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 11
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 10
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 description 10
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 9
- 230000001809 detectable Effects 0.000 description 9
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 9
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 7
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N glycol Chemical group OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 7
- 235000018102 proteins Nutrition 0.000 description 7
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002074 nanoribbon Substances 0.000 description 6
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 6
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 description 6
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 6
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 6
- 229920000388 Polyphosphate Polymers 0.000 description 5
- 125000003368 amide group Chemical group 0.000 description 5
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 5
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 5
- 238000003752 polymerase chain reaction Methods 0.000 description 5
- 239000001205 polyphosphate Substances 0.000 description 5
- 235000011176 polyphosphates Nutrition 0.000 description 5
- 150000003852 triazoles Chemical class 0.000 description 5
- 229920002287 Amplicon Polymers 0.000 description 4
- RWQNBRDOKXIBIV-UHFFFAOYSA-N Thymine Chemical compound CC1=CNC(=O)NC1=O RWQNBRDOKXIBIV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 4
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 description 4
- CZPWVGJYEJSRLH-UHFFFAOYSA-N 289-95-2 Chemical compound C1=CN=CN=C1 CZPWVGJYEJSRLH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KDCGOANMDULRCW-UHFFFAOYSA-N Purine Chemical compound N1=CNC2=NC=NC2=C1 KDCGOANMDULRCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- PYMYPHUHKUWMLA-LMVFSUKVSA-N Ribose Natural products OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)C=O PYMYPHUHKUWMLA-LMVFSUKVSA-N 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 3
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 3
- 230000001953 sensory Effects 0.000 description 3
- LMDZBCPBFSXMTL-UHFFFAOYSA-N 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide Substances CCN=C=NCCCN(C)C LMDZBCPBFSXMTL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UCSJYZPVAKXKNQ-HZYVHMACSA-N 1-[(1S,2R,3R,4S,5R,6R)-3-carbamimidamido-6-{[(2R,3R,4R,5S)-3-{[(2S,3S,4S,5R,6S)-4,5-dihydroxy-6-(hydroxymethyl)-3-(methylamino)oxan-2-yl]oxy}-4-formyl-4-hydroxy-5-methyloxolan-2-yl]oxy}-2,4,5-trihydroxycyclohexyl]guanidine Chemical compound CN[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](CO)O[C@H]1O[C@@H]1[C@](C=O)(O)[C@H](C)O[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](NC(N)=N)[C@H](O)[C@@H](NC(N)=N)[C@H](O)[C@H]1O UCSJYZPVAKXKNQ-HZYVHMACSA-N 0.000 description 2
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 2
- 229960000643 Adenine Drugs 0.000 description 2
- GFFGJBXGBJISGV-UHFFFAOYSA-N Adenine Natural products NC1=NC=NC2=C1N=CN2 GFFGJBXGBJISGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 2
- 229920000089 Cyclic olefin copolymer Polymers 0.000 description 2
- 229940104302 Cytosine Drugs 0.000 description 2
- OPTASPLRGRRNAP-UHFFFAOYSA-N Cytosine Chemical compound NC=1C=CNC(=O)N=1 OPTASPLRGRRNAP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101700011961 DPOM Proteins 0.000 description 2
- ASJSAQIRZKANQN-CRCLSJGQSA-N Deoxyribose Chemical group OC[C@@H](O)[C@@H](O)CC=O ASJSAQIRZKANQN-CRCLSJGQSA-N 0.000 description 2
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 2
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 2
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 2
- UYTPUPDQBNUYGX-UHFFFAOYSA-N Guanine Chemical compound O=C1NC(N)=NC2=C1N=CN2 UYTPUPDQBNUYGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N Hafnium(IV) oxide Chemical compound O=[Hf]=O CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004140 HfO Inorganic materials 0.000 description 2
- 241000282414 Homo sapiens Species 0.000 description 2
- 101710029649 MDV043 Proteins 0.000 description 2
- 229910015800 MoS Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920001850 Nucleic acid sequence Polymers 0.000 description 2
- 101700061424 POLB Proteins 0.000 description 2
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 description 2
- 101700054624 RF1 Proteins 0.000 description 2
- 229920001914 Ribonucleotide Polymers 0.000 description 2
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 description 2
- 235000014680 Saccharomyces cerevisiae Nutrition 0.000 description 2
- 241000235347 Schizosaccharomyces pombe Species 0.000 description 2
- 229910004158 TaO Inorganic materials 0.000 description 2
- PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N Tantalum pentoxide Chemical compound O=[Ta](=O)O[Ta](=O)=O PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000255588 Tephritidae Species 0.000 description 2
- ZFXYFBGIUFBOJW-UHFFFAOYSA-N Theophylline Chemical compound O=C1N(C)C(=O)N(C)C2=C1NC=N2 ZFXYFBGIUFBOJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229940113082 Thymine Drugs 0.000 description 2
- ISAKRJDGNUQOIC-UHFFFAOYSA-N Uracil Chemical compound O=C1C=CNC(=O)N1 ISAKRJDGNUQOIC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000269368 Xenopus laevis Species 0.000 description 2
- OIRDTQYFTABQOQ-KQYNXXCUSA-N adenosine Chemical compound C1=NC=2C(N)=NC=NC=2N1[C@@H]1O[C@H](CO)[C@@H](O)[C@H]1O OIRDTQYFTABQOQ-KQYNXXCUSA-N 0.000 description 2
- 235000001014 amino acid Nutrition 0.000 description 2
- 150000001413 amino acids Chemical class 0.000 description 2
- 239000012472 biological sample Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052803 cobalt Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 2
- 230000000295 complement Effects 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 239000005547 deoxyribonucleotide Substances 0.000 description 2
- 125000002637 deoxyribonucleotide group Chemical group 0.000 description 2
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 description 2
- VYFYYTLLBUKUHU-UHFFFAOYSA-N dopamine Chemical compound NCCC1=CC=C(O)C(O)=C1 VYFYYTLLBUKUHU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000000623 heterocyclic group Chemical group 0.000 description 2
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052809 inorganic oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000001127 nanoimprint lithography Methods 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002336 ribonucleotide Substances 0.000 description 2
- 125000002652 ribonucleotide group Chemical group 0.000 description 2
- 239000002620 silicon nanotube Substances 0.000 description 2
- 229910021430 silicon nanotube Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002194 synthesizing Effects 0.000 description 2
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- QRZUPJILJVGUFF-UHFFFAOYSA-N 2,8-dibenzylcyclooctan-1-one Chemical compound C1CCCCC(CC=2C=CC=CC=2)C(=O)C1CC1=CC=CC=C1 QRZUPJILJVGUFF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ULEBESPCVWBNIF-UHFFFAOYSA-N 2-amino-5-(diaminomethylideneamino)pentanamide Chemical compound NC(=O)C(N)CCCNC(N)=N ULEBESPCVWBNIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FPQQSJJWHUJYPU-UHFFFAOYSA-N 3-(dimethylamino)propyliminomethylidene-ethylazanium;chloride Chemical compound Cl.CCN=C=NCCCN(C)C FPQQSJJWHUJYPU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N AI2O3 Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000238876 Acari Species 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- PZZYQPZGQPZBDN-UHFFFAOYSA-N Aluminium silicate Chemical compound O=[Al]O[Si](=O)O[Al]=O PZZYQPZGQPZBDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001276 Ammonium polyphosphate Polymers 0.000 description 1
- 241000269328 Amphibia Species 0.000 description 1
- 229940064005 Antibiotic throat preparations Drugs 0.000 description 1
- 229940083879 Antibiotics FOR TREATMENT OF HEMORRHOIDS AND ANAL FISSURES FOR TOPICAL USE Drugs 0.000 description 1
- 229940042052 Antibiotics for systemic use Drugs 0.000 description 1
- 229940042786 Antitubercular Antibiotics Drugs 0.000 description 1
- 241000256844 Apis mellifera Species 0.000 description 1
- 241000219194 Arabidopsis Species 0.000 description 1
- 241000219195 Arabidopsis thaliana Species 0.000 description 1
- 241000239290 Araneae Species 0.000 description 1
- 241000203069 Archaea Species 0.000 description 1
- 239000004475 Arginine Substances 0.000 description 1
- 241000857848 Arothron nigropunctatus Species 0.000 description 1
- 235000007319 Avena orientalis Nutrition 0.000 description 1
- 244000075850 Avena orientalis Species 0.000 description 1
- 241000283690 Bos taurus Species 0.000 description 1
- 235000006008 Brassica napus var napus Nutrition 0.000 description 1
- 240000000385 Brassica napus var. napus Species 0.000 description 1
- 235000006618 Brassica rapa subsp oleifera Nutrition 0.000 description 1
- 235000004977 Brassica sinapistrum Nutrition 0.000 description 1
- 241000244203 Caenorhabditis elegans Species 0.000 description 1
- 241000282472 Canis lupus familiaris Species 0.000 description 1
- 241000283707 Capra Species 0.000 description 1
- 241000700199 Cavia porcellus Species 0.000 description 1
- 241000195585 Chlamydomonas Species 0.000 description 1
- 241000195597 Chlamydomonas reinhardtii Species 0.000 description 1
- 241000938605 Crocodylia Species 0.000 description 1
- 241000195493 Cryptophyta Species 0.000 description 1
- GUBGYTABKSRVRQ-CUHNMECISA-N D-Cellobiose Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1O[C@@H]1[C@@H](CO)OC(O)[C@H](O)[C@H]1O GUBGYTABKSRVRQ-CUHNMECISA-N 0.000 description 1
- QIVBCDIJIAJPQS-SECBINFHSA-N D-tryptophane Chemical compound C1=CC=C2C(C[C@@H](N)C(O)=O)=CNC2=C1 QIVBCDIJIAJPQS-SECBINFHSA-N 0.000 description 1
- 108010001132 DNA Polymerase beta Proteins 0.000 description 1
- 108010061914 DNA polymerase mu Proteins 0.000 description 1
- 241000252212 Danio rerio Species 0.000 description 1
- 241000224495 Dictyostelium Species 0.000 description 1
- 241000168726 Dictyostelium discoideum Species 0.000 description 1
- 241000255925 Diptera Species 0.000 description 1
- 241000255601 Drosophila melanogaster Species 0.000 description 1
- 241001115402 Ebolavirus Species 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 241000283073 Equus caballus Species 0.000 description 1
- 241000282326 Felis catus Species 0.000 description 1
- 241000233866 Fungi Species 0.000 description 1
- 240000007842 Glycine max Species 0.000 description 1
- 235000010469 Glycine max Nutrition 0.000 description 1
- 229940093922 Gynecological Antibiotics Drugs 0.000 description 1
- 102100013495 H2AX Human genes 0.000 description 1
- 101700085012 H2AX Proteins 0.000 description 1
- 102100003632 HSF1 Human genes 0.000 description 1
- 241000711549 Hepacivirus C Species 0.000 description 1
- 241000238631 Hexapoda Species 0.000 description 1
- 108060003800 Hsf Proteins 0.000 description 1
- 241000725303 Human immunodeficiency virus Species 0.000 description 1
- 229960000310 ISOLEUCINE Drugs 0.000 description 1
- SBUJHOSQTJFQJX-NOAMYHISSA-N Kanamycin Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CN)O[C@@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O[C@@H]2[C@@H]([C@@H](N)[C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)[C@H](N)C[C@@H]1N SBUJHOSQTJFQJX-NOAMYHISSA-N 0.000 description 1
- ODKSFYDXXFIFQN-BYPYZUCNSA-P L-argininium(2+) Chemical compound NC(=[NH2+])NCCC[C@H]([NH3+])C(O)=O ODKSFYDXXFIFQN-BYPYZUCNSA-P 0.000 description 1
- RHGKLRLOHDJJDR-BYPYZUCNSA-N L-citrulline zwitterion Chemical compound NC(=O)NCCC[C@H]([NH3+])C([O-])=O RHGKLRLOHDJJDR-BYPYZUCNSA-N 0.000 description 1
- AGPKZVBTJJNPAG-WHFBIAKZSA-N L-isoleucine Chemical compound CC[C@H](C)[C@H](N)C(O)=O AGPKZVBTJJNPAG-WHFBIAKZSA-N 0.000 description 1
- KZSNJWFQEVHDMF-BYPYZUCNSA-N L-valine Chemical compound CC(C)[C@H](N)C(O)=O KZSNJWFQEVHDMF-BYPYZUCNSA-N 0.000 description 1
- DBLVDAUGBTYDFR-SWMBIRFSSA-N Lividomycin Chemical compound O([C@@H]1[C@@H](N)C[C@@H](N)[C@H](O)[C@H]1O[C@@H]1O[C@H](CO)[C@H]([C@H]1O)O[C@H]1O[C@H]([C@H]([C@H](O)[C@H]1N)O[C@@H]1[C@H]([C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1)O)CN)[C@H]1O[C@H](CO)[C@@H](O)C[C@H]1N DBLVDAUGBTYDFR-SWMBIRFSSA-N 0.000 description 1
- 229920002521 Macromolecule Polymers 0.000 description 1
- 241000124008 Mammalia Species 0.000 description 1
- 108020004999 Messenger RNA Proteins 0.000 description 1
- 241000699666 Mus <mouse, genus> Species 0.000 description 1
- 241000202934 Mycoplasma pneumoniae Species 0.000 description 1
- 229940013390 Mycoplasma pneumoniae Drugs 0.000 description 1
- 102100015758 NFKBIA Human genes 0.000 description 1
- 101710003044 NFKBIA Proteins 0.000 description 1
- 241000244206 Nematoda Species 0.000 description 1
- RUFLMLWJRZAWLJ-UHFFFAOYSA-N Nickel silicide Chemical compound [Ni]=[Si]=[Ni] RUFLMLWJRZAWLJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BAWFJGJZGIEFAR-NNYOXOHSSA-N Nicotinamide adenine dinucleotide Chemical compound NC(=O)C1=CC=C[N+]([C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](COP([O-])(=O)OP(O)(=O)OC[C@@H]3[C@H]([C@@H](O)[C@@H](O3)N3C4=NC=NC(N)=C4N=C3)O)O2)O)=C1 BAWFJGJZGIEFAR-NNYOXOHSSA-N 0.000 description 1
- JFNLZVQOOSMTJK-UHFFFAOYSA-N Norbornene Chemical compound C1C2CCC1C=C2 JFNLZVQOOSMTJK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- 241000283973 Oryctolagus cuniculus Species 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 241000283898 Ovis Species 0.000 description 1
- 102100014579 PARP1 Human genes 0.000 description 1
- 102100007368 PJA2 Human genes 0.000 description 1
- 101700078417 PJA2 Proteins 0.000 description 1
- 102100014974 POLB Human genes 0.000 description 1
- 102100012460 POLM Human genes 0.000 description 1
- 101700046109 PPAF2 Proteins 0.000 description 1
- 108010002747 Pfu DNA polymerase Proteins 0.000 description 1
- 241000224016 Plasmodium Species 0.000 description 1
- 241000223960 Plasmodium falciparum Species 0.000 description 1
- 241000233870 Pneumocystis Species 0.000 description 1
- 241000233872 Pneumocystis carinii Species 0.000 description 1
- 108010064218 Poly (ADP-Ribose) Polymerase-1 Proteins 0.000 description 1
- 229920001748 Polybutylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001225 Polyester resin Polymers 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene (PE) Substances 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 229920001721 Polyimide Polymers 0.000 description 1
- 108010039918 Polylysine Proteins 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 241000288906 Primates Species 0.000 description 1
- 241000205156 Pyrococcus furiosus Species 0.000 description 1
- 241000700159 Rattus Species 0.000 description 1
- 102000018120 Recombinases Human genes 0.000 description 1
- 108010091086 Recombinases Proteins 0.000 description 1
- 102000007508 Retinoblastoma-Binding Protein 4 Human genes 0.000 description 1
- 108010071034 Retinoblastoma-Binding Protein 4 Proteins 0.000 description 1
- 241000283984 Rodentia Species 0.000 description 1
- 102000033206 SEM1 Human genes 0.000 description 1
- 101700049258 SEM1 Proteins 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N Silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000006394 Sorghum bicolor Species 0.000 description 1
- 235000011684 Sorghum saccharatum Nutrition 0.000 description 1
- 241000295644 Staphylococcaceae Species 0.000 description 1
- 229960005322 Streptomycin Drugs 0.000 description 1
- 241000282898 Sus scrofa Species 0.000 description 1
- 102100007125 TENT4A Human genes 0.000 description 1
- 101710019746 TENT4A Proteins 0.000 description 1
- 241001441722 Takifugu rubripes Species 0.000 description 1
- 108010006785 Taq Polymerase Proteins 0.000 description 1
- 229960000278 Theophylline Drugs 0.000 description 1
- 229960000707 Tobramycin Drugs 0.000 description 1
- NLVFBUXFDBBNBW-PBSUHMDJSA-N Tobramycin Chemical compound N[C@@H]1C[C@H](O)[C@@H](CN)O[C@@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O[C@@H]2[C@@H]([C@@H](N)[C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)[C@H](N)C[C@@H]1N NLVFBUXFDBBNBW-PBSUHMDJSA-N 0.000 description 1
- 229940024982 Topical Antifungal Antibiotics Drugs 0.000 description 1
- 240000008529 Triticum aestivum Species 0.000 description 1
- 229940035893 Uracil Drugs 0.000 description 1
- GXFAIFRPOKBQRV-GHXCTMGLSA-N Viomycin Chemical compound N1C(=O)\C(=C\NC(N)=O)NC(=O)[C@H](CO)NC(=O)[C@H](CO)NC(=O)[C@@H](NC(=O)C[C@@H](N)CCCN)CNC(=O)[C@@H]1[C@@H]1NC(=N)N[C@@H](O)C1 GXFAIFRPOKBQRV-GHXCTMGLSA-N 0.000 description 1
- 229950001272 Viomycin Drugs 0.000 description 1
- 108010015940 Viomycin Proteins 0.000 description 1
- 241000726445 Viroids Species 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- 229930003779 Vitamin B12 Natural products 0.000 description 1
- GJCOSYZMQJWQCA-UHFFFAOYSA-N Xanthene Chemical compound C1=CC=C2CC3=CC=CC=C3OC2=C1 GJCOSYZMQJWQCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000008042 Zea mays Species 0.000 description 1
- 235000002017 Zea mays subsp mays Nutrition 0.000 description 1
- YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N [O--].[Zn++].[In+3] Chemical compound [O--].[Zn++].[In+3] YVTHLONGBIQYBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K [O-]P([O-])([O-])=O Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- YDHWWBZFRZWVHO-UHFFFAOYSA-H [oxido-[oxido(phosphonatooxy)phosphoryl]oxyphosphoryl] phosphate Chemical compound [O-]P([O-])(=O)OP([O-])(=O)OP([O-])(=O)OP([O-])([O-])=O YDHWWBZFRZWVHO-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 1
- QTPILKSJIOLICA-UHFFFAOYSA-G [oxido-[oxido-[oxido(phosphonatooxy)phosphoryl]oxyphosphoryl]oxyphosphoryl] phosphate Chemical compound [O-]P([O-])(=O)OP([O-])(=O)OP([O-])(=O)OP([O-])(=O)OP([O-])([O-])=O QTPILKSJIOLICA-UHFFFAOYSA-G 0.000 description 1
- 150000001252 acrylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 125000004183 alkoxy alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001408 amides Chemical group 0.000 description 1
- 125000003277 amino group Chemical group 0.000 description 1
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 1
- 125000003710 aryl alkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 125000004429 atoms Chemical group 0.000 description 1
- IVRMZWNICZWHMI-UHFFFAOYSA-N azide Chemical compound [N-]=[N+]=[N-] IVRMZWNICZWHMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001540 azides Chemical class 0.000 description 1
- 125000000852 azido group Chemical group *N=[N+]=[N-] 0.000 description 1
- 230000003115 biocidal Effects 0.000 description 1
- 235000008984 brauner Senf Nutrition 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atoms Chemical group C* 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000004182 chemical digestion Methods 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229960002173 citrulline Drugs 0.000 description 1
- 235000013477 citrulline Nutrition 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 125000003346 cobalamin group Chemical group 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned Effects 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000005822 corn Nutrition 0.000 description 1
- 235000005824 corn Nutrition 0.000 description 1
- 230000001808 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000001419 dependent Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000029087 digestion Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 229960003638 dopamine Drugs 0.000 description 1
- 238000004049 embossing Methods 0.000 description 1
- 230000002255 enzymatic Effects 0.000 description 1
- 150000002118 epoxides Chemical class 0.000 description 1
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- FVTCRASFADXXNN-SCRDCRAPSA-N flavin mononucleotide Chemical compound OP(=O)(O)OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)CN1C=2C=C(C)C(C)=CC=2N=C2C1=NC(=O)NC2=O FVTCRASFADXXNN-SCRDCRAPSA-N 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004811 fluoropolymer Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 description 1
- 229920000370 gamma-poly(glutamate) polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 125000001188 haloalkyl group Chemical group 0.000 description 1
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229940079866 intestinal antibiotics Drugs 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229960000318 kanamycin Drugs 0.000 description 1
- 230000000670 limiting Effects 0.000 description 1
- 229950003076 lividomycin Drugs 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 229920002106 messenger RNA Polymers 0.000 description 1
- 150000002734 metacrylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M methacrylate Chemical compound CC(=C)C([O-])=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000000813 microcontact printing Methods 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 230000000051 modifying Effects 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 1
- 229950006238 nadide Drugs 0.000 description 1
- 238000002663 nebulization Methods 0.000 description 1
- 229960004927 neomycin Drugs 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021334 nickel silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 229940005935 ophthalmologic Antibiotics Drugs 0.000 description 1
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 1
- 150000003961 organosilicon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000036961 partial Effects 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000724 poly(L-arginine) polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 108010011110 polyarginine Proteins 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 239000004645 polyester resin Substances 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000656 polylysine Polymers 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000002829 reduced Effects 0.000 description 1
- 239000011342 resin composition Substances 0.000 description 1
- 230000000717 retained Effects 0.000 description 1
- 235000019231 riboflavin-5'-phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 125000000548 ribosyl group Chemical group C1([C@H](O)[C@H](O)[C@H](O1)CO)* 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 238000007142 ring opening reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 229910021428 silicene Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Inorganic materials [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 238000000527 sonication Methods 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 201000003262 split hand-foot malformation 1 Diseases 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010345 tape casting Methods 0.000 description 1
- DPOPAJRDYZGTIR-UHFFFAOYSA-N tetrazine Chemical compound C1=CN=NN=N1 DPOPAJRDYZGTIR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003573 thiols Chemical class 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001052 transient Effects 0.000 description 1
- 239000001226 triphosphate Substances 0.000 description 1
- 235000011178 triphosphate Nutrition 0.000 description 1
- UNXRWKVEANCORM-UHFFFAOYSA-I triphosphate(5-) Chemical compound [O-]P([O-])(=O)OP([O-])(=O)OP([O-])([O-])=O UNXRWKVEANCORM-UHFFFAOYSA-I 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 239000004474 valine Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011715 vitamin B12 Substances 0.000 description 1
- 235000019163 vitamin B12 Nutrition 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 235000021307 wheat Nutrition 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Перекрестная ссылка на родственную заявкуCross-reference to related application
[0001] Данная заявка притязает на приоритет предварительной заявки на патент США с порядковым номером 62/783951, поданной 21 декабря 2018 года, содержание которой полностью включено сюда по ссылке.[0001] This application claims priority to U.S. provisional application serial number 62/783951, filed December 21, 2018, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety.
Предпосылки изобретенияBackground of the invention
[0002] Разнообразные протоколы в биологическом или химическом исследованиях включают выполнение большого числа контролируемых реакций на локальных опорных поверхностях или в заранее заданных реакционных камерах. Предусмотренные реакции затем можно наблюдать или обнаруживать, а последующий анализ может помочь идентифицировать или выявить свойства химических веществ, участвующих в реакции. В некоторых примерах, контролируемые реакции создают люминесценцию, и в силу этого для обнаружения может использоваться оптическая система. В других примерах контролируемые реакции изменяют заряд, проводимость или некоторое другое электрическое свойство, и в силу этого для обнаружения может использоваться электронная система.[0002] A variety of protocols in biological or chemical research involve performing a large number of controlled reactions on local support surfaces or in predetermined reaction chambers. The intended reactions can then be observed or detected, and subsequent analysis can help identify or reveal the properties of the chemicals involved in the reaction. In some examples, controlled reactions produce luminescence and therefore an optical system can be used for detection. In other examples, controlled reactions change charge, conductivity, or some other electrical property, and therefore an electronic system can be used for detection.
ВведениеIntroduction
[0003] Первый раскрытый здесь аспект представляет сенсорную систему, содержащую датчик заряда, включающий в себя: два электрода и электропроводящий канал, соединяющий два электрода; заряженную молекулу, присоединенную к электропроводящему каналу, причем заряженная молекула: включает в себя сайт распознавания для обратимого связывания метки меченого нуклеотида, имеет несвязанную предпочтительную конформацию, ассоциированную с конфигурацией несвязанного заряда, и имеет предпочтительную конформацию, ассоциированную с конфигурацией заряда, когда сайт распознавания связан с меткой, при этом конфигурация заряда отличается от конфигурации несвязанного заряда; и полимеразу, присоединенную к электропроводящему каналу или к заряженной молекуле.[0003] The first aspect disclosed here is a sensor system containing a charge sensor, including: two electrodes and an electrically conductive channel connecting the two electrodes; a charged molecule attached to an electrically conductive channel, wherein the charged molecule: includes a recognition site for reversibly binding a labeled nucleotide tag, has an unbound preferred conformation associated with an unbound charge configuration, and has a preferred conformation associated with a charge configuration when the recognition site is associated with label, while the configuration of the charge differs from the configuration of the unbound charge; and a polymerase attached to an electrically conductive channel or to a charged molecule.
[0004] В примере этого первого аспекта заряженная молекула представляет собой заряженный аптамер. В этом примере заряженный аптамер выбран из группы, состоящей из ДНК-аптамера, РНК-аптамера и их аналога.[0004] In an example of this first aspect, the charged molecule is a charged aptamer. In this example, the charged aptamer is selected from the group consisting of a DNA aptamer, an RNA aptamer, and an analog thereof.
[0005] В примере этого первого аспекта заряженная молекула выбрана из группы, состоящей из заряженного белка и заряженного пептида.[0005] In the example of this first aspect, the charged molecule is selected from the group consisting of a charged protein and a charged peptide.
[0006] В примере этого первого аспекта заряженная молекула: дополнительно включает в себя второй сайт распознавания для обратимого связывания второй метки второго меченого нуклеотида и имеет вторую предпочтительную конформацию, ассоциированную со второй конфигурацией заряда, когда второй сайт распознавания связан со второй меткой; дополнительно включает в себя третий сайт распознавания для обратимого связывания третьей метки третьего меченого нуклеотида и имеет третью предпочтительную конформацию, ассоциированную с третьей конфигурацией заряда, когда третий сайт распознавания связан с третьей меткой; и дополнительно включает в себя четвертый сайт распознавания для обратимого связывания четвертой метки четвертого меченого нуклеотида и имеет четвертую предпочтительную конформацию, ассоциированную с четвертой конфигурацией заряда, когда четвертый сайт распознавания связан с четвертой меткой; и несвязанная предпочтительная конформация, ассоциированная с конфигурацией несвязанного заряда, возникает, когда каждый из упомянутых сайта распознавания, второго сайта распознавания, третьего сайта распознавания и четвертого сайта распознавания является несвязанным.[0006] In an example of this first aspect, the charged molecule: further includes a second recognition site for reversibly binding a second label to a second labeled nucleotide, and has a second preferred conformation associated with the second charge configuration when the second recognition site is associated with the second label; further includes a third recognition site for reversibly binding the third label of the third labeled nucleotide and has a third preferred conformation associated with the third charge configuration when the third recognition site is associated with the third label; and further includes a fourth recognition site for reversibly binding the fourth label of the fourth labeled nucleotide and has a fourth preferred conformation associated with the fourth charge configuration when the fourth recognition site is associated with the fourth label; and the unbound preferred conformation associated with the unbound charge configuration occurs when each of said recognition site, second recognition site, third recognition site, and fourth recognition site is unbound.
[0007] В примере этого первого аспекта сенсорная система дополнительно содержит вторую заряженную молекулу, присоединенную к электропроводящему каналу, причем вторая заряженная молекула: включает в себя второй сайт распознавания для обратимого связывания второй метки второго меченого нуклеотида; имеет несвязанную предпочтительную конформацию второй заряженной молекулы, ассоциированную с конфигурацией несвязанного заряда второй заряженной молекулы; и имеет предпочтительную конформацию второй заряженной молекулы, ассоциированную с конфигурацией заряда второй заряженной молекулы, когда второй сайт распознавания связан со второй меткой. В этом примере сенсорная система также дополнительно может содержать третью заряженную молекулу, присоединенную к электропроводящему каналу, причем третья заряженная молекула: включает в себя третий сайт распознавания для обратимого связывания третьей метки третьего меченого нуклеотида; имеет несвязанную предпочтительную конформацию третьей заряженной молекулы, ассоциированную с конфигурацией несвязанного заряда третьей заряженной молекулы; и имеет предпочтительную конформацию третьей заряженной молекулы, ассоциированную с конфигурацией заряда третьей заряженной молекулы, когда третий сайт распознавания связан с третьей меткой; и четвертую заряженную молекулу, присоединенную к электропроводящему каналу, причем четвертая заряженная молекула: включает в себя четвертый сайт распознавания для обратимого связывания четвертой метки четвертого меченого нуклеотида; имеет несвязанную предпочтительную конформацию четвертой заряженной молекулы, ассоциированную с конфигурацией несвязанного заряда четвертой заряженной молекулы; и имеет предпочтительную конформацию четвертой заряженной молекулы, ассоциированную с конфигурацией заряда четвертой заряженной молекулы, когда четвертый сайт распознавания связан с четвертой меткой.[0007] In an example of this first aspect, the sensor system further comprises a second charged molecule attached to an electrically conductive channel, wherein the second charged molecule: includes a second recognition site for reversibly binding a second label of a second labeled nucleotide; has an unbound preferred conformation of the second charged molecule associated with the unbound charge configuration of the second charged molecule; and has a preferred conformation of the second charged molecule associated with the charge configuration of the second charged molecule when the second recognition site is associated with the second label. In this example, the sensor system may also further comprise a third charged molecule attached to the electrically conductive channel, wherein the third charged molecule: includes a third recognition site for reversibly binding a third label of a third labeled nucleotide; has an unbound preferred conformation of the third charged molecule associated with the unbound charge configuration of the third charged molecule; and has a preferred conformation of the third charged molecule associated with the charge configuration of the third charged molecule when the third recognition site is associated with the third label; and a fourth charged molecule attached to the electrically conductive channel, and the fourth charged molecule: includes a fourth recognition site for reversible binding of the fourth mark of the fourth labeled nucleotide; has an unbound preferred fourth charged molecule conformation associated with the unbound charge configuration of the fourth charged molecule; and has a preferred fourth charged molecule conformation associated with the charge configuration of the fourth charged molecule when the fourth recognition site is associated with the fourth tag.
[0008] В примере этого первого аспекта заряженная молекула дополнительно включает в себя второй сайт распознавания для обратимого связывания второй метки второго меченого нуклеотида и имеет вторую предпочтительную конформацию, ассоциированную со второй конфигурацией заряда, когда второй сайт распознавания связан со второй меткой; и сенсорная система дополнительно содержит вторую заряженную молекулу, присоединенную к электропроводящему каналу, причем вторая заряженная молекула: включает в себя третий сайт распознавания для обратимого связывания третьей метки третьего меченого нуклеотида и четвертый сайт распознавания для обратимого связывания четвертой метки четвертого меченого нуклеотида; имеет несвязанную предпочтительную конформацию второй заряженной молекулы, ассоциированную с конфигурацией несвязанного заряда второй заряженной молекулы; имеет третью предпочтительную конформацию, ассоциированную с третьей конфигурацией заряда, когда третий сайт распознавания связан с третьей меткой; и имеет четвертую предпочтительную конформацию, ассоциированную с четвертой конфигурацией заряда, когда четвертый сайт распознавания связан с четвертой меткой.[0008] In an example of this first aspect, the charged molecule further includes a second recognition site for reversibly binding a second label to a second labeled nucleotide and has a second preferred conformation associated with the second charge configuration when the second recognition site is associated with the second label; and the sensor system further comprises a second charged molecule attached to the electrically conductive channel, the second charged molecule: including a third recognition site for reversibly binding the third label of the third labeled nucleotide and a fourth recognition site for reversibly binding the fourth label of the fourth labeled nucleotide; has an unbound preferred conformation of the second charged molecule associated with the unbound charge configuration of the second charged molecule; has a third preferred conformation associated with a third charge configuration when the third recognition site is associated with the third label; and has a fourth preferred conformation associated with a fourth charge configuration when the fourth recognition site is associated with the fourth tag.
[0009] В примере этого первого аспекта заряженная молекула дополнительно включает в себя второй сайт распознавания для обратимого связывания второй метки меченого нуклеотида.[0009] In an example of this first aspect, the charged molecule further includes a second recognition site for reversibly binding a second tag of the labeled nucleotide.
[0010] Следует понимать, что любые признаки раскрытой здесь сенсорной системы могут комбинироваться между собой любым желательным образом и/или в любой желательной конфигурации.[0010] It should be understood that any features of the sensor system disclosed herein may be combined with each other in any desired manner and/or in any desired configuration.
[0011] Второй раскрытый здесь аспект представляет сенсорное устройство, содержащее проточную ячейку и сенсорную систему, интегрированную в проточную ячейку, причем сенсорная система включает в себя датчик заряда, включающий в себя электропроводящий канал; заряженную молекулу, присоединенную к электропроводящему каналу, при этом заряженная молекула: имеет несвязанную предпочтительную конформацию, ассоциированную с конфигурацией несвязанного заряда; и имеет предпочтительную конформацию, ассоциированную с конфигурацией заряда, когда сайт распознавания заряженной молекулы связан с меткой меченого нуклеотида, при этом конфигурация заряда отличается от конфигурации несвязанного заряда; и полимеразу, присоединенную к электропроводящему каналу или к заряженной молекуле.[0011] A second aspect disclosed herein is a sensor device comprising a flow cell and a sensor system integrated into the flow cell, the sensor system including a charge sensor including an electrically conductive path; a charged molecule attached to an electrically conductive channel, wherein the charged molecule: has an unbound preferred conformation associated with an unbound charge configuration; and has a preferred conformation associated with a charge configuration when the charged molecule recognition site is associated with a labeled nucleotide tag, wherein the charge configuration is different from that of the unbound charge; and a polymerase attached to an electrically conductive channel or to a charged molecule.
[0012] В примере этого второго аспекта сенсорное устройство дополнительно содержит систему доставки реагентов для избирательного введения реагента во вход проточной ячейки. В некоторых примерах реагент находится в контейнере для образца, причем реагент включает в себя меченый нуклеотид, который включает в себя: нуклеотид; связывающую молекулу, присоединенную к фосфатной группе нуклеотида; и специфичную к сайту распознавания метку, присоединенную к связывающей молекуле.[0012] In an example of this second aspect, the sensor device further comprises a reagent delivery system for selectively introducing a reagent into the inlet of the flow cell. In some examples, the reagent is in a sample container, and the reagent includes a labeled nucleotide, which includes: a nucleotide; a binding molecule attached to the phosphate group of the nucleotide; and a recognition site-specific label attached to the binding molecule.
[0013] В примере этого второго аспекта сенсорное устройство дополнительно содержит детектор для обнаружения отклика из датчика заряда.[0013] In an example of this second aspect, the sensor device further comprises a detector for detecting a response from the charge sensor.
[0014] Следует понимать, что любые признаки сенсорного устройства могут комбинироваться между собой любым желательным образом. Кроме того, следует понимать, что любая комбинация признаков сенсорной системы и/или сенсорного устройства может использоваться совместно и/или комбинироваться с любым из раскрытых здесь примеров.[0014] It should be understood that any features of the sensor device can be combined with each other in any desired manner. Furthermore, it should be understood that any combination of sensor system and/or sensor device features may be used in conjunction with and/or combined with any of the examples disclosed herein.
[0015] Третий раскрытый здесь аспект представляет способ, содержащий введение матричной полинуклеотидной цепи в сенсорную систему, включающую в себя: датчик заряда, включающий в себя два электрода и электропроводящий канал, соединяющий два электрода; заряженную молекулу, присоединенную к электропроводящему каналу, причем заряженная молекула включает в себя сайт распознавания; и полимеразу, присоединенную к электропроводящему каналу или к заряженной молекуле; введение реагентов, включая меченые нуклеотиды, в сенсорную систему, при этом нуклеотид одного из меченых нуклеотидов связывается с полимеразой, а специфичная к сайту распознавания метка одного из меченых нуклеотидов связывается с сайтом распознавания, вызывая конформационное изменение заряженной молекулы; и обнаружение отклика датчика заряда в ответ на конформационное изменение заряженной молекулы.[0015] The third aspect disclosed herein is a method comprising introducing a template polynucleotide chain into a sensor system including: a charge sensor including two electrodes and an electrically conductive channel connecting the two electrodes; a charged molecule attached to an electrically conductive channel, the charged molecule including a recognition site; and a polymerase attached to an electrically conductive channel or to a charged molecule; introducing reagents, including labeled nucleotides, into the sensor system, wherein the nucleotide of one of the labeled nucleotides binds to the polymerase, and the recognition site-specific label of one of the labeled nucleotides binds to the recognition site, causing a conformational change in the charged molecule; and detecting a charge sensor response in response to a conformational change in the charged molecule.
[0016] В примере этого третьего аспекта способ дополнительно содержит ассоциирование отклика датчика заряда со связанной специфичной к сайту распознавания меткой; и идентификацию нуклеотида одного из меченых нуклеотидов на основе связанной специфичной к сайту распознавания метки.[0016] In an example of this third aspect, the method further comprises associating a charge sensor response with an associated recognition site-specific label; and identifying a nucleotide of one of the labeled nucleotides based on the associated recognition site-specific label.
[0017] В примере этого третьего аспекта заряженная молекула включает в себя множество различных сайтов распознавания, каждый из которых должен обратимо связывать различную метку различного меченого нуклеотида с разной скоростью. В некоторых примерах способ дополнительно содержит обнаружение множества откликов датчика заряда в ответ на различные конформационные изменения заряженной молекулы, когда различные меченые нуклеотиды соответственно связываются с полимеразами, а различные специфичные к сайту распознавания метки различных меченых нуклеотидов соответственно связываются с одним из множества различных сайтов распознавания; и идентификацию соответственно связанных различных меченых нуклеотидов по разным скоростям.[0017] In the example of this third aspect, the charged molecule includes a plurality of different recognition sites, each of which must reversibly bind a different label of a different labeled nucleotide at a different rate. In some examples, the method further comprises detecting a plurality of charge sensor responses in response to various conformational changes of the charged molecule when different labeled nucleotides respectively bind to polymerases, and different recognition site-specific labels of the various labeled nucleotides respectively bind to one of a plurality of different recognition sites; and identifying different labeled nucleotides, respectively bound, at different rates.
[0018] В примере этого третьего аспекта сайт распознавания должен обратимо связывать множество различных меток множества различных меченых нуклеотидов со множеством разных скоростей, и при этом способ дополнительно содержит: обнаружение множества откликов датчика заряда в ответ на различные конформационные изменения заряженной молекулы, когда по меньшей мере некоторые из различных меченых нуклеотидов соответственно связываются с полимеразой, а по меньшей мере некоторые из различных меток соответственно связываются с сайтом распознавания; и идентификацию соответственно связанных различных меченых нуклеотидов по разным скоростям.[0018] In an example of this third aspect, the recognition site would reversibly bind a plurality of different labels of a plurality of different labeled nucleotides at a plurality of different rates, wherein the method further comprises: detecting a plurality of charge sensor responses in response to various conformational changes of the charged molecule when at least some of the various labeled nucleotides, respectively, bind to the polymerase, and at least some of the various labels, respectively, bind to the recognition site; and identifying different labeled nucleotides, respectively bound, at different rates.
[0019] В примере этого третьего аспекта сайт распознавания должен обратимо связывать вплоть до четырех различных меченых нуклеотидов, и при этом способ дополнительно содержит: обнаружение вплоть до четырех различных откликов датчика заряда в ответ на различные конформационные изменения заряженной молекулы, когда вплоть до четырех различных меченых нуклеотидов соответственно связываются с полимеразой и сайтом распознавания, при этом каждый из вплоть до четырех различных откликов имеет разную величину; и идентификацию соответственно связанных различных меченых нуклеотидов по разным величинам.[0019] In an example of this third aspect, the recognition site would reversibly bind up to four different labeled nucleotides, wherein the method further comprises: detecting up to four different charge sensor responses in response to different conformational changes in the charged molecule when up to four different labeled nucleotides respectively bind to the polymerase and the recognition site, with up to four different responses each having a different magnitude; and identifying correspondingly linked different labeled nucleotides by different values.
[0020] Следует понимать, что любые признаки способа могут комбинироваться между собой любым желательным образом. Кроме того, следует понимать, что любая комбинация признаков способа и/или сенсорной системы и/или сенсорного устройства может использоваться совместно и/или комбинироваться с любым из раскрытых здесь примеров.[0020] It should be understood that any of the features of the method can be combined with each other in any desired manner. In addition, it should be understood that any combination of features of the method and/or sensor system and/or sensor device can be used in conjunction with and/or combined with any of the examples disclosed here.
[0021] Четвертый раскрытый здесь аспект представляет сенсорную систему, содержащую датчик заряда, включающий в себя: два электрода и электропроводящий канал, соединяющий два электрода; заряженную молекулу, присоединенную к электропроводящему каналу, причем заряженная молекула: включает в себя сайт распознавания для обратимого связывания метки меченого нуклеотида; имеет несвязанную предпочтительную конформацию, ассоциированную с конфигурацией несвязанного заряда; и имеет предпочтительную конформацию, ассоциированную с конфигурацией заряда, когда сайт распознавания связан с меткой, при этом конфигурация заряда отличается от конфигурации несвязанного заряда; и полимеразу, присоединенную к по меньшей мере одному из двух электродов или к подложке, на которой расположен датчик заряда.[0021] The fourth aspect disclosed here is a sensor system containing a charge sensor, including: two electrodes and an electrically conductive channel connecting the two electrodes; a charged molecule attached to an electrically conductive channel, wherein the charged molecule: includes a recognition site for reversibly binding the label of the labeled nucleotide; has an unbound preferred conformation associated with an unbound charge configuration; and has a preferred conformation associated with a charge configuration when the recognition site is associated with a label, wherein the charge configuration is different from that of the unbound charge; and polymerase attached to at least one of the two electrodes or to the substrate on which the charge sensor is located.
[0022] В одном примере четвертого аспекта подложка представляет собой структурированную подложку, при этом датчик заряда расположен в углублении структурированной подложки, и при этом полимераза присоединена к поверхности углубления.[0022] In one example of the fourth aspect, the substrate is a patterned substrate, wherein the charge sensor is located in a recess of the patterned substrate, and the polymerase is attached to the surface of the recess.
[0023] Следует понимать, что любые признаки этой сенсорной системы могут комбинироваться между собой любым желательным образом. Кроме того, следует понимать, что любая комбинация признаков этой сенсорной системы и/или способа и/или другой сенсорной системы и/или сенсорного устройства может использоваться совместно и/или комбинироваться с любым из раскрытых здесь примеров.[0023] It should be understood that any features of this sensory system can be combined with each other in any desired manner. In addition, it should be understood that any combination of features of this sensor system and/or method and/or other sensor system and/or sensor device can be used in conjunction with and/or combined with any of the examples disclosed here.
[0024] Пятый раскрытый здесь аспект представляет сенсорное устройство, содержащее проточную ячейку; и сенсорную систему, интегрированную в проточную ячейку, причем сенсорная система включает в себя: датчик заряда, включающий в себя электропроводящий канал; заряженную молекулу, присоединенную к электропроводящему каналу, при этом заряженная молекула: имеет несвязанную предпочтительную конформацию, ассоциированную с конфигурацией несвязанного заряда; и имеет предпочтительную конформацию, ассоциированную с конфигурацией заряда, когда сайт распознавания заряженной молекулы связан с меткой меченого нуклеотида, при этом конфигурация заряда отличается от конфигурации несвязанного заряда; и полимеразу, присоединенную к по меньшей мере одному из двух электродов или подложке проточной ячейки.[0024] The fifth aspect disclosed here is a sensor device comprising a flow cell; and a sensor system integrated into the flow cell, the sensor system including: a charge sensor including an electrically conductive path; a charged molecule attached to an electrically conductive channel, wherein the charged molecule: has an unbound preferred conformation associated with an unbound charge configuration; and has a preferred conformation associated with a charge configuration when the charged molecule recognition site is associated with a labeled nucleotide tag, the charge configuration being different from that of the unbound charge; and a polymerase attached to at least one of the two electrodes or flow cell substrate.
[0025] В одном примере пятого аспекта подложка представляет собой структурированную подложку, при этом датчик заряда расположен в углублении структурированной подложки, и при этом полимераза присоединена к поверхности углубления.[0025] In one example of the fifth aspect, the substrate is a patterned substrate, wherein the charge sensor is located in a recess of the patterned substrate, and the polymerase is attached to the surface of the recess.
[0026] Следует понимать, что любые признаки этого сенсорного устройства могут комбинироваться между собой любым желательным образом. Кроме того, следует понимать, что любая комбинация признаков этого сенсорного устройства и/или способа и/или сенсорных систем и/или другого сенсорного устройства может использоваться совместно и/или комбинироваться с любым из раскрытых здесь примеров.[0026] It should be understood that any features of this sensory device can be combined with each other in any desired manner. In addition, it should be understood that any combination of features of this sensor device and/or method and/or sensor systems and/or other sensor device can be used in conjunction and/or combined with any of the examples disclosed here.
[0027] Еще дополнительно следует понимать, что любые признаки любого из способов и/или любой из сенсорных систем и/или любого из сенсорных устройств могут комбинироваться между собой любым желательным образом и/или могут комбинироваться с любым из раскрытых здесь примеров.[0027] It should further be understood that any features of any of the methods and/or any of the sensor systems and/or any of the sensor devices may be combined with each other in any desired manner and/or may be combined with any of the examples disclosed herein.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
[0028] Признаки примеров настоящего раскрытия станут очевидными при обращении к нижеприведенному подробному описанию и чертежам, на которых аналогичные ссылочные номера соответствуют аналогичным, хотя возможно и не идентичным, компонентам. Для краткости, ссылочные номера или признаки с вышеописанной функцией могут быть или не быть описаны в связи с другими чертежами, на которых они появляются.[0028] Features of examples of the present disclosure will become apparent with reference to the following detailed description and drawings, in which like reference numerals correspond to like, although possibly not identical, components. For brevity, reference numbers or features with the above function may or may not be described in connection with the other drawings in which they appear.
[0029] Фиг. 1A, схематичный рисунок примера раскрытого здесь датчика, когда заряженная молекула находится и в несвязанной предпочтительной конформации (показана на «(i)»), и в ее предпочтительной конформации (показана на «(ii)»);[0029] FIG. 1A is a schematic drawing of an example of a sensor disclosed herein when the charged molecule is in both the unbound preferred conformation (shown in "(i)") and its preferred conformation (shown in "(ii)");
[0030] Фиг. 1B, схематичный рисунок другого примера раскрытого здесь датчика, когда заряженная молекула находится и в несвязанной предпочтительной конформации (показана на «(i)»), и в ее предпочтительной конформации (показана на «(ii)»);[0030] FIG. 1B is a schematic drawing of another example of a sensor disclosed herein when the charged molecule is in both the unbound preferred conformation (shown in "(i)") and its preferred conformation (shown in "(ii)");
[0031] Фиг. 2, схематичный рисунок другого примера раскрытого здесь датчика;[0031] FIG. 2 is a schematic drawing of another example of a sensor disclosed herein;
[0032] Фиг. 3A-3E, схематичные рисунки, иллюстрирующие другой пример датчика, содержащего заряженную молекулу с четырьмя различными сайтами распознавания;[0032] FIG. 3A-3E are schematic drawings illustrating another example of a sensor containing a charged molecule with four different recognition sites;
[0033] Фиг. 4, схематичный рисунок в перспективе примера сенсорной системы, включающей в себя проточную ячейку и пример раскрытого здесь датчика;[0033] FIG. 4 is a schematic perspective drawing of an example sensor system including a flow cell and an example sensor disclosed herein;
[0034] Фиг. 5 схематично иллюстрирует пример раскрытого здесь способа;[0034] FIG. 5 schematically illustrates an example of the method disclosed herein;
[0035] Фиг. 6A и 6B, графики, иллюстрирующие потенциальные отклики раскрытых здесь датчиков;[0035] FIG. 6A and 6B are graphs illustrating the potential responses of the sensors disclosed herein;
[0036] Фиг. 7A, вид сверху другого примера проточной ячейки; и[0036] FIG. 7A is a top view of another example of a flow cell; and
[0037] Фиг. 7B, укрупненный вид в частичном разрезе примера датчиков, расположенных в архитектуре проточной ячейки по фиг. 7A.[0037] FIG. 7B is an enlarged partial sectional view of an example of sensors located in the flow cell architecture of FIG. 7A.
Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention
[0038] В данном документе раскрыта сенсорная система, которая может использоваться для обнаружения одиночных молекул в процедурах секвенирования нуклеиновых кислот. Сенсорная система включает в себя заряженный фрагмент молекулы, присоединенный к электропроводящему каналу датчика заряда. Заряженный фрагмент молекулы присоединяется к электропроводящему каналу таким образом, что он не обнаруживается до тех пор, пока не произойдет событие (например, связывание целевой метки), которое переконфигурирует заряженный фрагмент молекулы так, что он становится обнаруживаемым датчиком заряда. Более конкретно, заряженный фрагмент молекулы способен претерпевать обратимое связывание с целевой меткой, которая присоединена к нуклеотиду, который способен встраиваться посредством полимеразы. В результате связывания целевой метки с заряженным фрагментом молекулы, связанный заряженный фрагмент молекулы претерпевает конформационное изменение, которое изменяет пространственное распределение зарядов. Вследствие близости заряженного фрагмента молекулы к электропроводящему каналу в датчике заряда, датчик заряда отвечает на по-новому представленные заряды и выдает обнаруживаемый сигнал. Обнаруживаемый сигнал выдается даже при биологически релевантных или физиологических концентрациях ионов соли, при которых длины дебаевского экранирования типично составляют менее 1 нм. В качестве примеров, конформация, которая перемещает отрицательно заряженный фрагмент молекулы ближе к электропроводящему каналу, может снижать активную межэлектродную проводимость, в то время как конформация, которая перемещает отрицательно заряженный фрагмент молекулы дальше от электропроводящего канала, может увеличивать активную межэлектродную проводимость. По сути, различные конформации заряженного фрагмента молекулы приводят к разным обнаруживаемым сигналам. Поскольку обнаруживаемые заряды размещаются на заряженном фрагменте молекулы, заряды не должны размещаться на целевой метке, что может быть преимущественным.[0038] This document discloses a sensor system that can be used to detect single molecules in nucleic acid sequencing procedures. The sensor system includes a charged fragment of a molecule attached to an electrically conductive channel of the charge sensor. The charged molecule fragment attaches to the electrically conductive channel in such a way that it is not detected until an event occurs (eg target label binding) that reconfigures the charged molecule fragment so that it becomes detectable by the charge sensor. More specifically, the charged moiety is capable of undergoing reversible binding to a target label that is attached to a nucleotide that is capable of being inserted by the polymerase. As a result of the binding of the target label to the charged fragment of the molecule, the bound charged fragment of the molecule undergoes a conformational change that changes the spatial distribution of charges. Due to the proximity of the charged molecule fragment to the electrically conductive channel in the charge sensor, the charge sensor responds to the newly presented charges and produces a detectable signal. A detectable signal is produced even at biologically relevant or physiological concentrations of salt ions, at which Debye shielding lengths are typically less than 1 nm. As examples, a conformation that moves a negatively charged molecular moiety closer to an electrically conductive channel may decrease the interelectrode conductance, while a conformation that moves a negatively charged molecular moiety further from the electrically conductive channel may increase the active interelectrode conductance. In essence, different conformations of the charged moiety of the molecule result in different detectable signals. Because the detectable charges are placed on the charged fragment of the molecule, the charges do not have to be placed on the target label, which can be advantageous.
[0039] В раскрытых здесь примерах целевая метка может быть настроена на конкретный нуклеотид, который способен встраиваться посредством полимеразы. Поскольку целевая метка вызывает требуемое конформационное изменение в заряженном фрагменте молекулы, результирующий сигнал может использоваться для идентификации конкретного нуклеотида. Кроме того, помимо абсолютной величины заряда, скорости ассоциации и диссоциации между целевыми метками и одним или более заряженных фрагментов молекулы могут использоваться для того, чтобы создавать уникальные сигналы - «отпечатки пальцев», которые проявляются уникальными частотами, которые могут использоваться для того, чтобы идентифицировать соответствующие нуклеотиды, связанные с целевыми метками.[0039] In the examples disclosed herein, the target tag can be customized to a specific nucleotide that is capable of being inserted by the polymerase. Since the target label causes the desired conformational change in the charged fragment of the molecule, the resulting signal can be used to identify a particular nucleotide. In addition, in addition to the absolute magnitude of the charge, the rate of association and dissociation between target labels and one or more charged fragments of the molecule can be used to create unique signals - "fingerprints" that appear at unique frequencies that can be used to identify the corresponding nucleotides associated with the target tags.
[0040] Обращаясь теперь к фиг. 1A и 1B, там соответственно показаны два примера сенсорной системы 10, 10'. Каждая из сенсорных систем 10, 10' включает в себя датчик 11, 11' заряда, который включает в себя два электрода 12, 14 и электропроводящий канал 16, соединяющий два электрода 12, 14. Сенсорные системы 10, 10' также включают в себя заряженную молекулу 18 или 18', присоединенную к электропроводящему каналу 16 датчика 11, 11' заряда, и полимеразу 20, присоединенную к электропроводящему каналу 16 (фиг. 1A) или к заряженной молекуле 18' (фиг. 1B).[0040] Referring now to FIG. 1A and 1B show two examples of the
[0041] В других примерах сенсорной системы полимераза 20 может быть присоединена к другим компонентам сенсорной системы 10, 10' (например, к электроду 12 или 14) и/или к другим компонентам проточной ячейки, в которой интегрирована сенсорная система 10, 10'. Полимераза 20 может быть присоединена к любой зоне, смежной с датчиком 11, 11' заряда, при условии, что метка нуклеотида, встраиваемого посредством полимеразы 20, может быть обратимо связана с заряженной молекулой 18 или 18'. В некоторых примерах полимераза 20 присоединена в пределах расстояния от примерно 5 нм до примерно 50 нм относительно заряженной молекулы 18 или 18'.[0041] In other examples of the sensor system,
[0042] Датчик 11, 11' заряда может представлять собой полевой транзистор (FET), такой как FET на основе углеродных нанотрубок (УНТ), FET на основе одностенных углеродных нанотрубок (ОСУНТ), FET на основе кремниевых нанопроводов (SiNW), FET на основе кремниевых нанотрубок, FET на основе полимерных нанопроводов, FET на основе графеновых нанолент (и относящиеся к ним FET на основе нанолент, изготовленные из двухмерных материалов, таких как MoS2, силицен и т.д.), FET со структурой «металл-оксид-полупроводник» (полевой МОП-транзистор, или MOSFET), туннельный FET (TFET) или любой другой прибор с проводимостью, которая может модулироваться внешним полем, например, металлической УНТ или многостенной УНТ. В FET электроды 12, 14 являются выводами истока и стока, а электропроводящий канал 16 - выводом затвора. Полевой транзистор может представлять собой p-канальный МОП-транзистор (PMOS), или МОП-транзистор с каналом p-типа, имеющий выводы истока и стока p-типа в подложке n-типа, либо n-канальный МОП-транзистор (NMOS), или МОП-транзистор с каналом n-типа, имеющий выводы истока и стока n-типа в подложке р-типа.[0042] The
[0043] Электроды 12, 14 могут содержать любой подходящий проводящий материал. Примеры подходящих материалов истока и стока включают кобальт, силицид кобальта, никель, силицид никеля, алюминий, вольфрам, медь, титан, молибден, оксид индия-олова (ITO), оксид индия-цинка, золото, платину, углерод и т.д.[0043] The
[0044] Электропроводящий канал 16 может представлять собой наноструктуру, которая имеет по меньшей мере один размер в наномасштабе (в пределах от 1 нм до менее 1 мкм). В одном примере упомянутый по меньшей мере один размер относится к наибольшему размеру.[0044] The electrically
[0045] Электропроводящий канал 16 также может иметь любую подходящую геометрическую форму, такую как трубчатая структура, нитевидная структура, планарная структура и т.д., и может быть любым подходящим полупроводящим или проводящим материалом. В качестве примеров, электропроводящий канал 16 может быть выбран из группы, состоящей из полупроводящей наноструктуры, графеновой наноструктуры, металлической наноструктуры, проводящей полимерной наноструктуры или молекулярного провода (молекулярной нити). В некоторых примерах наноструктура может представлять собой много- или одностенную нанотрубку, нанопровод (нанонить), наноленту и т.д. В качестве конкретных примеров, наноструктура может представлять собой углеродную нанотрубку, одностенную углеродную нанотрубку, кремниевую нанонить, кремниевую нанотрубку, полимерную нанонить, графеновую наноленту, наноленту из MoS2, кремниевую наноленту и т.д.[0045] The electrically
[0046] В системе 10, 10' заряженная молекула 18, 18' присоединяется, ковалентно или нековалентно, к электропроводящему каналу 16 датчика 11, 11' заряда. Заряженная молекула 18, 18' может быть непосредственно связана с электропроводящим каналом 16, или же может быть опосредованно (не напрямую) связана с электропроводящим каналом 16 через привязку. Прикрепление заряженной молекулы 18, 18' поддерживает заряженную молекулу 18, 18' в окрестности, например, в пределах нескольких дебаевских длин, от электропроводящего канала 16. Может использоваться любая подходящая заряженная молекула 18, 18', которая может претерпевать обратимое связывание с целевой меткой 24 меченого нуклеотида 26. Более конкретно, заряженная молекула 18, 18' включает в себя сайт 28 распознавания, который способен обратимо связываться с меткой 24, имеет несвязанную предпочтительную конформацию A, ассоциированную с конфигурацией несвязанного заряда (см. верхнюю часть (помечена (i)) на каждой из фиг. 1A и фиг. 1B), и имеет предпочтительную конформацию B, ассоциированную с конфигурацией заряда, когда сайт 28 распознавания связан с меткой 24 (см. нижнюю часть (помечена (ii) на каждой из фиг. 1A и фиг. 1B)).[0046] In the
[0047] Термин «несвязанная предпочтительная конформация» означает одну пространственную компоновку, которая предпочтительно проявляется заряженной молекулой 18, 18', когда метка 24 не связана с ней. Заряженная молекула 18, 18' может динамически переходить между несколькими различными конформациями, когда метка 24 не связана. Тем не менее, заряженная молекула 18, 18' имеет предпочтительную пространственную компоновку, которая проявляется чаще других пространственных компоновок, когда целевая метка 24 не связана. В этом примере, эта предпочтительная пространственная компоновка (или предпочтительно проявляемая пространственная компоновка) является наиболее вероятной компоновкой, например, вследствие стабильности молекулы и/или ее нахождения в своем самом низком энергетическом состоянии, а значит, представляет собой несвязанную предпочтительную конформацию A. Несвязанная предпочтительная конформация A, в некоторых случаях, может быть самой стабильной конформацией и/или самой низкоэнергетической конформацией.[0047] The term "unbound preferred conformation" means a single spatial arrangement that preferentially appears charged
[0048] Несвязанная предпочтительная конформация A ассоциирована с конфигурацией несвязанного заряда. Конфигурация несвязанного заряда представляет собой распределение зарядов заряженной молекулы 18, 18', когда она находится в своей несвязанной предпочтительной конформации A.[0048] The unbound preferred conformation A is associated with the unbound charge configuration. The unbound charge configuration is the charge distribution of the charged
[0049] Термин «предпочтительная конформация» означает одну пространственную компоновку, которая предпочтительно проявляется заряженной молекулой 18, 18', когда метка 24 обратимо связана с ней. Предпочтительная конформация B заряженной молекулы 18, 18' отличается от несвязанной предпочтительной конформации A. Когда целевая молекула связывается с заряженной молекулой 18, 18', заряженная молекула 18, 18' переходит в предпочтительную пространственную компоновку, которая проявляется чаще других пространственных компоновок, когда целевая метка связана. В этом примере, эта предпочтительная пространственная компоновка является наиболее вероятной компоновкой, например, вследствие стабильности молекулы, когда целевая метка связана, а значит, представляет собой предпочтительную конформацию. В одном примере заряженная молекула 18, 18' имеет множественные конформации в равновесии, и метка 24 способна стабилизировать одну из этих конформаций.[0049] The term "preferred conformation" means one spatial arrangement that preferentially appears charged
[0050] Предпочтительная конформация B ассоциирована с конфигурацией заряда. Конфигурация заряда представляет собой распределение зарядов заряженной молекулы 18, 18', когда она находится в своей предпочтительной конформации B. Конфигурация заряда, ассоциированная с предпочтительной конформацией B, обнаруживаемо отличается от конфигурации несвязанного заряда. Конфигурация заряда может быть обнаруживаемой (датчиком заряда) в виде повышенной или пониженной абсолютной величины или изменения частоты, и т.д.[0050] The preferred B conformation is associated with the charge configuration. The charge pattern is the charge distribution of the charged
[0051] Как упомянуто выше, метка 24 меченого нуклеотида 26 способна обратимо связываться с сайтом 28 распознавания. По сути, сайт 28 распознавания представляет собой временный рецептор для метки 24.[0051] As mentioned above,
[0052] Верхние части (помечены (i)) фиг. 1A и фиг. 1B показывают заряженную молекулу 18, 18' в несвязанной предпочтительной конформации A. Как упомянуто здесь, несвязанная предпочтительная конформация A означает предпочтительную ориентацию или пространственную компоновку заряженной молекулы 18, 18', когда сайт 28 распознавания не имеет связанной с ним метки 24. Несвязанная конформация (показана в (i) на фиг. 1A и фиг. 1B) ассоциирована с конфигурацией несвязанного заряда. Конфигурация несвязанного заряда представляет собой распределение зарядов заряженной молекулы 18, 18', когда она находится в своей несвязанной предпочтительной конформации A. На фиг. 1A и фиг. 1B центроид распределения заряда показан точкой «•», а расстояние между центроидом заряда и поверхностью электропроводящего канала 16 показано как «δ18A» (фиг. 1A) и «δ18'A» (фиг. 1B). Как проиллюстрировано на этих фигурах, распределение заряда, центроид и расстояние δ18A, δ18'A отличаются для каждой заряженной молекулы 18, 18' и могут изменяться, когда заряженная молекула 18, 18' связывается с целевой меткой 24.[0052] The top portions (labeled (i)) of FIG. 1A and FIG. 1B shows a charged
[0053] Нижние части (помечены (ii)) фиг. 1A и фиг. 1B показывают заряженную молекулу 18, 18' в предпочтительной конформации B, т.е. когда целевая метка 24 связана с сайтом 28 распознавания. Как упомянуто здесь, предпочтительная конформация B (показана в (ii) на фиг. 1A и фиг. 1B) означает предпочтительную ориентацию или пространственную компоновку заряженной молекулы 18, 18', когда метка 24 связана с сайтом 28 распознавания. Предпочтительная конформация B ассоциирована с конфигурацией заряда. Конфигурация заряда представляет собой распределение зарядов заряженной молекулы 18, 18', когда она находится в своей предпочтительной конформации B. На фиг. 1A(ii) предпочтительная конформация B заряженной молекулы 18 перемещает заряженную молекулу 18 ближе к поверхности электропроводящего канала 16 по сравнению с несвязанной предпочтительной конформацией A. В этом примере предпочтительной конформации B, δ18B меньше δ18A, и отрицательные или положительные заряды заряженной молекулы 18 находятся ближе, в непосредственной близости от электропроводящего канала 16. На фиг. 1B(ii) предпочтительная конформация B заряженной молекулы 18' перемещает заряженную молекулу 18' дальше от поверхности электропроводящего канала 16 по сравнению с несвязанной предпочтительной конформацией A. В этом примере предпочтительной конформации B, δ18'B больше δ18'A, и отрицательные или положительные заряды заряженной молекулы 18 находятся еще дальше от электропроводящего канала 16. Проводимость электропроводящего канала 16 изменяется в ответ на движение заряда заряженной молекулы 18, 18'. В раскрытых здесь примерах знак изменения в двух направлениях движения является противоположным относительно друг друга; и фактический знак зависит от природы сенсорной системы 10, 10'. В качестве примеров, знак отклика и отталкивания или притягивания зависит от того, является ли датчик 11, 11' заряда полевым транзистором (FET), и если он представляет собой FET, то от того, находится ли FET в режиме обеднения или инверсии, и если носители в канале являются электронами и дырками.[0053] The lower parts (labeled (ii)) of FIG. 1A and FIG. 1B shows the charged
[0054] Заряженная молекула 18, 18' может представлять собой заряженный аптамер, заряженный белок или заряженный пептид. При использовании здесь термин «заряженный аптамер» означает структурированную и заряженную нуклеиновую кислоту, способную на: 1) обратимое связывание с меткой и 2) изменение своей предпочтительной конформации, а за счет этого и распределения зарядов, при обратимом связывании с меткой; термин «заряженный белок» означает структурированную и заряженную макромолекулу, способную на: 1) обратимое связывание с меткой и 2) изменение своей предпочтительной конформации, за счет этого и распределения зарядов, при обратимом связывании с меткой; и термин «заряженный пептид» означает структурированную и заряженную короткую цепь аминокислотных мономеров, связанных пептидными (амидными) связями, способную на: 1) обратимое связывание с меткой и 2) изменение своей предпочтительной конформации, а за счет этого и распределения зарядов, при обратимом связывании с меткой.[0054] The charged
[0055] В некоторых примерах заряженная молекула 18, 18' заряжена отрицательно. Примеры подходящих отрицательно заряженных молекул 18, 18' включают отрицательно заряженные аптамеры, отрицательно заряженные белки, отрицательно заряженные пептиды и другие отрицательно заряженные молекулы. Некоторые конкретные примеры отрицательно заряженных аптамеров включают ДНК-аптамеры, РНК-аптамеры либо их аналоги. Некоторые конкретные примеры отрицательно заряженных белков включают HSF1 (-17), SHFM1 (-21), NFKBIA (-25), RBBP4 (-26), APP (-55), PJA2 (-87) и многие другие. Примеры отрицательно заряженных пептидов включают полиглютамат и полиаспартат7нгщ, а также более структурированные пептиды, такие как суперспирали с отрицательно заряженными поверхностями.[0055] In some examples, the charged
[0056] В некоторых примерах заряженная молекула заряжена положительно. Примеры подходящих положительно заряженных молекул 18, 18' включают положительно заряженные аптамеры, положительно заряженные белки, положительно заряженные пептиды и другие положительно заряженные молекулы. Некоторые конкретные примеры положительно заряженных белков включают H2AFX (+17), PARP1 (+21), ELN (+40), TERT (+98) и многие другие. Примеры положительно заряженных пептидов включают полилизин и полиаргинин, а также более структурированные пептиды, такие как суперспирали с положительно заряженными поверхностями.[0056] In some examples, the charged molecule is positively charged. Examples of suitable positively charged
[0057] В одном примере заряженная молекула 18, 18' не является полимеразой.[0057] In one example, the charged
[0058] Заряженная молекула 18, 18' может присоединяться к электропроводящему каналу 16 датчика 11, 11' заряда непосредственно или опосредованно, и/или через ковалентное связывание или нековалентное связывание. Тип связи, образовавшейся между заряженной молекулой 18, 18' и электропроводящим каналом 16, будет зависеть от используемых молекулы 18, 18' и канала 16. Когда в качестве заряженной молекулы 18, 18' используется аптамер, электропроводящий канал 16 может быть силанизирован с образованием силанов с концевыми амино группами, которые могут связываться с тиолированными аптамерами. Другие примеры подходящего химического состава поверхностей, которые могут использоваться для того, чтобы связывать заряженную молекулу 18, 18', могут включать (гидрохлорид 1-этил-3-(3-диметиламинопропил)-карбодиимида) (EDC), диарилциклооктин (DBCO), азиды, которые могут вступать в катализируемую медью клик-реакцию, и т.д. В других примерах может быть использована привязка для того, чтобы присоединять заряженную молекулу 18, 18' к электропроводящему каналу 16. Эта привязка может представлять собой любой из примеров, описанных здесь для привязки 22.[0058] The charged
[0059] В примере, показанном на фиг. 1A, полимераза 20 иммобилизована на электропроводящем канале 16 датчика 11, 11' заряда. В примере, показанном на фиг. 1B, полимераза 20 иммобилизована на заряженной молекуле 18'. В других примерах полимераза 20 иммобилизована на одном из электродов 12 или 14 (см. фиг. 7B). В еще одних других примерах полимераза 20 иммобилизована на подложке, например, которая служит опорой датчику 11, 11' заряда (см. фиг. 7B). В любом случае, полимераза 20 может быть иммобилизована через привязку 22. Привязка 22 используется в качестве анкера для полимеразы 20. Пример подходящей привязки 22 включает полиэтиленгликоль (PEG). В некоторых примерах привязка 22 удерживает полимеразу 20 на расстоянии по меньшей мере 10 нм от электропроводящего канала 16 или от заряженной молекулы 18. Это может быть желательным, например, тем, что конформные изменения полимеразы 20, зарядов полимеразы 20 и/или зарядов целевой/матричной полинуклеотидной цепи, удерживаемой полимеразой 20, не создают помех операции восприятия заряда датчиком 11, 11' заряда.[0059] In the example shown in FIG. 1A, the
[0060] Может использоваться любая подходящая полимераза 20. Примеры включают полимеразы из семейства A, такие как Bsu-полимераза, Bst-полимераза, Taq-полимераза, T7-полимераза и многие другие; полимеразы из семейства B, такие как Phi29-полимераза, Pfu-полимераза, KOD-полимераза и многие другие; полимеразы из семейства C, такие как ДНК-полимераза III типа кишечной палочки (Escherichia coli) и многие другие; полимеразы из семейства D, такие как ДНК-полимераза II типа Pyrococcus furiosus и многие другие; полимеразы из семейства X, такие как ДНК-полимераза μ, ДНК-полимераза β, ДНК-полимераза σ и многие другие.[0060] Any
[0061] Следует понимать, что полимераза 20 не высвобождается в результате связывания целевой метки 24 с заряженной молекулой 18, 18'. Наоборот, полимераза 20 остается привязанной, например, к каналу 16 или к заряженной молекуле 18, 18', или к некоторому другому компоненту проточной ячейки, когда происходит событие связывания и после того, как происходит событие связывания.[0061] It should be understood that
[0062] В некоторых раскрытых здесь примерах заряженная молекула 18, 18' и полимераза 20 представляют собой различные (отдельные и разные) объекты, имеющие различные роли/функции, которые вместе обеспечивают возможность восприятия одиночных молекул. В примере восприятия одиночной молекулы сигнал обнаруживается на датчике 11, 11' заряда по мере того, как нуклеотид встраивается в образующуюся цепь, которая формируется вдоль матричной цепи. В течение одного примерного события встраивания нуклеотида полимераза 20 удерживает матричную полинуклеотидную цепь и встраивает один нуклеотид в образующуюся цепь, которая является комплементарной нуклеотиду вдоль матрицы, при этом заряженная молекула 18, 18' обратимо связывает метку (которая присоединена к встраиваемому нуклеотиду) и претерпевает конформационное изменение, которое приводит к идентифицируемому сигналу на датчике 11, 11' заряда. Как упомянуто здесь, в некоторых примерах, может быть желательным конфигурировать полимеразу 20 (например, регулированием длины привязки 22) так, что любые конформационные изменения полимеразы 20 не создают помех сигналу, генерируемому посредством конформационного изменения заряженной молекулы 18, 18'.[0062] In some of the examples disclosed herein, charged
[0063] Как показано на фиг. 1A(ii) и 1B(ii), меченый нуклеотид 26 вводится в сенсорную систему 10, 10'. Меченый нуклеотид 26 включает в себя нуклеотид 30, связывающую молекулу 32, присоединенную к фосфатной группе нуклеотида 30, и специфичную к сайту распознавания метку 24 (также называемую просто меткой 24 или целевой меткой 24), присоединенной к связывающей молекуле 32. Меченый нуклеотид 26 может считаться ненатуральным или синтетическим нуклеотидом, поскольку он структурно или химически отличается от природного.[0063] As shown in FIG. 1A(ii) and 1B(ii), the labeled
[0064] Нуклеотид 30 меченого нуклеотида 26 может представлять собой природный нуклеотид. Природные нуклеотиды включают азотсодержащее гетероциклическое основание, сахар и одну или более фосфатных групп. Примеры природных нуклеотидов включают, например, рибонуклеотиды или дезоксирибонуклеотиды. В рибонуклеотиде сахаром является рибоза, а в дезоксирибонуклеотиде сахаром является дезоксирибоза (т.е. сахар с отсутствующей гидроксильной группой, которая присутствует в 2'-положении в рибозе). В одном примере нуклеотид 30 присутствует в форме полифосфата, поскольку он включает в себя несколько фосфатных групп (например, трифосфат (т.е. гамма-фосфат), тетрафосфат, пентафосфат, гексафосфат (как показано на фиг. 5) и т.д.). Гетероциклическое основание (т.е. нуклеооснование) может представлять собой пуриновое основание или пиримидиновое основание, или любой другой аналог нуклеооснования. Пуриновые основания включают аденин (A) и гуанин (G) и их модифицированные производные или аналоги. Пиримидиновые основания включают цитозин (C), тимин (T) и урацил (U) и их модифицированные производные или аналоги. Атом C-1 дезоксирибозы связан с N-1 пиримидина или N-9 пурина.[0064]
[0065] Меченый нуклеотид 26 также включает в себя связывающую молекулу 32. Связывающая молекула 32 может представлять собой любую длинноцепочечную молекулу, которая может химически связываться, на одном конце, с фосфатной(ыми) группой(ами) нуклеотида 30 и которая может химически связываться, на другом конце, с меткой 24. Связывающая молекула 32 также может выбираться таким образом, что она не будет взаимодействовать с полимеразой 20. Связывающая молекула 32 выбирается таким образом, что она является достаточно длинной для того, чтобы позволить метке 24 связаться с сайтом 28 распознавания заряженной молекулы 18, 18', пока, например, нуклеотид 30 удерживается полимеразой 20.[0065] Labeled
[0066] В качестве примеров, связывающая молекула 32 может включать в себя алкильную цепь, поли(этиленгликольную) цепь, амидогруппу, фосфатную группу, гетероцикл, такой как триазол, нуклеотиды либо их комбинации. Примеры алкильной цепи могут включать по меньшей мере 6 атомов углерода, а примеры поли(этиленгликольной) цепи могут включать по меньшей мере 3 этиленгликольных звена.[0066] By way of example, linking
[0067] Следующий пример иллюстрирует пример меченого нуклеотида 26, в котором связывающая молекула 32 содержит алкильную цепь, амидную группу, поли(этиленгликольную) цепь и триазол:[0067] The following example illustrates an example of labeled
Следующий пример иллюстрирует другой пример меченого нуклеотида 26, в котором связывающая молекула 32 содержит алкильные цепи, амидную группу, поли(этиленгликольные) цепи, триазол и фосфатную группу:The following example illustrates another example of labeled
Следующий пример иллюстрирует еще один другой пример меченого нуклеотида 26, в котором связывающая молекула 32 содержит алкильные цепи, амидные группы, поли(этиленгликольные) цепи, триазол и фосфатную группу:The following example illustrates yet another example of labeled
Следующий пример иллюстрирует еще один дополнительный пример меченого нуклеотида 26, в котором связывающая молекула 32 содержит алкильные цепи, амидную группу, поли(этиленгликольные) цепи, триазол, фосфатную группу и полинуклеотидную цепь:The following example illustrates another additional example of labeled
[0068] Хотя было описано несколько примерных связывающих молекул 32, следует понимать, что могут использоваться другие связывающие молекулы 32.[0068] Although several exemplary
[0069] Специфичная к сайту распознавания метка 24 представляет собой молекулу, которая может распознаваться заряженной молекулой 18, 18' и которая может обратимо связываться с заряженной молекулой 18, 18' на сайте 28 распознавания. Примеры подходящих специфичных к сайту распознавания меток 24 включают антибиотики, такие как канамицин, ливидомицин, тобрамицин, неомицин, виомицин, стрептомицин и другие; ферментные кофакторы, такие как FMN, NAD, витамин B12, ксантен и другие; аминокислоты, такие как аргинин, цитруллин, аргининамид, валин, изолейцин, триптофан и другие; и многие разнообразные малые молекулы, такие как теофиллин, дофамин, сульфородамин, целлобиоза и другие.[0069] The recognition site-
[0070] Фиг. 1A и фиг. 1B иллюстрируют примеры заряженной молекулы 18, 18', которая способна связываться с одной целевой меткой 24 одного меченого нуклеотида 26. В других примерах один меченый нуклеотид 26 может включать в себя несколько меток 24, которые могут связываться с одной единственной заряженной молекулой 18, 18' (фиг. 2), или одна заряженная молекула 18, 18' может включать в себя несколько сайтов 28 распознавания, каждый из которых может связываться с соответствующей меткой 24 соответствующего нуклеотида (фиг. 3A-3E).[0070] FIG. 1A and FIG. 1B illustrate examples of a charged
[0071] На фиг. 2 заряженная молекула 18' включает в себя первый сайт 28A распознавания, который должен обратимо присоединять первую метку 24 меченого нуклеотида 26', и дополнительно включает в себя второй сайт 28B распознавания, который должен обратимо присоединять вторую метку 24' меченого нуклеотида 26'. Этот пример включает в себя три различных конформационных изменения: одно - когда связана только одна первая метка 24, другое - когда связана только одна вторая метка 24', и еще одно - когда обе метки 24, 24' связаны одновременно. На фиг. 2 специфичное конформационное изменение заряженной молекулы 18' достигается посредством связывания двух различных меток 24, 24' с двумя различными сайтами 28A, 28B распознавания. Как проиллюстрировано, один меченый нуклеотид 26' включает в себя обе метки 24 и 24', и эти метки 24, 24' присоединяются к одному нуклеотиду 30 соответствующими связывающими молекулами 32 и 32'. Любые примеры меток 24 и связывающих молекул 32 могут использоваться в этом примере меченого нуклеотида 26', при условии, что метки 24 и 24' отличаются друг от друга и могут быть распознаны сайтами 28A и 28B распознавания заряженной молекулы 18', либо по отдельности, либо одновременно. В показанном примере, когда обе метки 24, 24' являются связанными, заряженная молекула 18' находится в одной из своих модифицированных конформаций B, и в результате получается обнаруживаемый сигнал.[0071] In FIG. 2, the charged molecule 18' includes a
[0072] Хотя на фиг. 2 показана заряженная молекула 18' с присоединенной к ней полимеразой 20, следует понимать, что в показанном на фиг. 2 примере могут использоваться заряженная молекула 18 и отдельно присоединенная полимераза 20.[0072] Although in FIG. 2 shows a charged molecule 18' with
[0073] В еще одном другом примере, не показанном на чертежах, заряженная молекула 18, 18' включает в себя два сайта распознавания (например, 28A, 28B), любой из которых может связываться с одной меткой 24, которая присоединена к нуклеотиду 30. Этот пример включает в себя два различных предпочтительных конформационных изменения: одно - когда метка 24 связывается с первым сайтом 28A распознавания, а другое - когда метка 24 связывается со вторым сайтом 28B распознавания.[0073] In yet another example, not shown in the drawings, charged
[0074] На фиг. 3A-3E заряженная молекула 18' включает в себя четыре различных сайта 28A, 28B, 28C, 28D распознавания, каждый из которых способен обратимо связываться с различной целевой меткой 24A, 24B, 24C, 24D различных меченых нуклеотидов 26A, 26B, 26C, 26D. Хотя на фиг. 3A-3E показана заряженная молекула 18' с присоединенной к ней полимеразой 20, следует понимать, что в показанном на фиг. 3A-3E примере могут использоваться заряженная молекула 18 и отдельно присоединенная полимераза 20.[0074] FIG. 3A-3E, charged molecule 18' includes four
[0075] В этом примере, как показано на фиг. 3A, заряженная молекула 18' включает в себя первый сайт 28A распознавания для того, чтобы обратимо присоединять первую метку 24A первого меченого нуклеотида 26A, и имеет первую предпочтительную конформацию B1, ассоциированную с первой конфигурацией заряда, когда первый сайт 28A распознавания связан с первой меткой 24A. Как показано на фиг. 3B, заряженная молекула 18' дополнительно включает в себя второй сайт 28B распознавания для того, чтобы обратимо присоединять вторую метку 24B второго меченого нуклеотида 26B, и имеет вторую предпочтительную конформацию B2, ассоциированную со второй конфигурацией заряда, когда второй сайт 28B распознавания связан со второй меткой 24B. Как показано на фиг. 3C, заряженная молекула 18' дополнительно включает в себя третий сайт 28C распознавания для того, чтобы обратимо присоединять третью метку 24C третьего меченого нуклеотида 26C, и имеет третью предпочтительную конформацию B3, ассоциированную с третьей конфигурацией заряда, когда третий сайт 28C распознавания связан с третьей меткой 24C. Как показано на фиг. 3D, заряженная молекула 18' дополнительно включает в себя четвертый сайт 28D распознавания для того, чтобы обратимо присоединять четвертую метку 24D четвертого меченого нуклеотида 26D, и имеет четвертую предпочтительную конформацию B4, ассоциированную с четвертой конфигурацией заряда, когда четвертый сайт 28D распознавания связан с четвертой меткой 24D.[0075] In this example, as shown in FIG. 3A, charged molecule 18' includes a
[0076] Несвязанная предпочтительная конформация A заряженной молекулы 18' показана на фиг. 3E. Как изображено, несвязанная предпочтительная конформация A этого примера (которая ассоциирована с конфигурацией несвязанного заряда) возникает, когда каждый из первого сайта 28A распознавания, второго сайта 28B распознавания, третьего сайта 28C распознавания и четвертого сайта 28C распознавания является несвязанным (т.е. меченые нуклеотиды 26A-26D не связаны с сайтами 28A-28D). Центроид распределения заряда для несвязанной предпочтительной конформации A имеет заданное расстояние δ0 от поверхности электропроводящего канала 16. Это расстояние δ0 изменяется в зависимости от того меченого нуклеотида 26A-26D, который обратимо связывается с заряженной молекулой 18'.[0076] The unbound preferred conformation A of the charged molecule 18' is shown in FIG. 3E. As shown, the unbound preferred A conformation of this example (which is associated with the unbound charge configuration) occurs when each of the
[0077] В примере, показанном на фиг. 3A, меченый нуклеотид 26A включает в себя полифосфат гуанина в качестве нуклеотида 30A, линкер (связывающую молекулу) 32A и уникальную метку 24A. Когда полимераза 20 встраивает нуклеотид 30A, эффективная концентрация метки 24A фактически увеличивается поблизости от заряженной молекулы 18' (которая имеет сайт 24A распознавания для метки 24A), заставляя заряженную молекулу 18' связывать метку 24A. В примере, показанном на фиг. 3A, это связывание приводит к тому, что расстояние δ0 между центроидом заряда и поверхностью канала увеличивается, как обозначено символом «δ++».[0077] In the example shown in FIG. 3A, labeled
[0078] В примере, показанном на фиг. 3B, меченый нуклеотид 26B включает в себя полифосфат аденина в качестве нуклеотида 30B, линкер 32B и уникальную метку 24B. Когда полимераза 20 встраивает нуклеотид 30B, эффективная концентрация метки 24B фактически увеличивается поблизости от заряженной молекулы 18' (которая имеет сайт 24B распознавания для метки 24A), заставляя заряженную молекулу 18' связывать метку 24B. В примере, показанном на фиг. 3B, это связывание приводит к тому, что расстояние δ0 между центроидом заряда и поверхностью канала увеличивается, как обозначено символом «δ+». Хотя предпочтительные конформационные изменения, показанные на фиг. 3A и фиг. 3B, оба приводят к увеличенным расстояниям δ++ и δ+, расстояния δ++ и δ+ отличаются и поэтому приведут к разным измеримым сигналам.[0078] In the example shown in FIG. 3B, labeled
[0079] В примере, показанном на фиг. 3C, меченый нуклеотид 26C включает в себя полифосфат цитозина в качестве нуклеотида 30C, линкер 32C и уникальную метку 24C. Когда полимераза 20 встраивает нуклеотид 30C, эффективная концентрация метки 24C фактически увеличивается поблизости от заряженной молекулы 18' (которая имеет сайт 24C распознавания для метки 24C), заставляя заряженную молекулу 18' связывать метку 24C. В примере, показанном на фиг. 3C, это связывание приводит к тому, что расстояние δ0 между центроидом заряда и поверхностью канала снижается, как обозначено символом «δ-».[0079] In the example shown in FIG. 3C, the 26C labeled nucleotide includes cytosine polyphosphate as the 30C nucleotide, a 32C linker, and a unique 24C tag. When
[0080] В примере, показанном на фиг. 3D, меченый нуклеотид 26D включает в себя полифосфат тимина в качестве нуклеотида 30D, линкер 32D и уникальную метку 24D. Когда полимераза 20 встраивает нуклеотид 30D, эффективная концентрация метки 24D фактически увеличивается поблизости от заряженной молекулы 18' (которая имеет сайт 24D распознавания для метки 24D), заставляя заряженную молекулу 18' связывать метку 24D. В примере, показанном на фиг. 3D, это связывание приводит к тому, что расстояние δ0 между центроидом заряда и поверхностью канала снижается, как обозначено символом «δ--». Хотя предпочтительные конформационные изменения, показанные на фиг. 3C и фиг. 3D, оба приводят к сниженным расстояниям δ- и δ--, расстояния δ- и δ-- отличаются и поэтому приведут к разным измеримым сигналам.[0080] In the example shown in FIG. 3D, the 26D labeled nucleotide includes thymine polyphosphate as the 30D nucleotide, a 32D linker, and a unique 24D tag. When
[0081] В примере, показанном на фиг. 3A-3E, одна заряженная молекула 18' имеет четыре различных сайта 28A-28D распознавания и в силу этого имеет четыре различных модифицированных конфигурации, которые приводят к четырем различным и разным (отличающимся) измеримым сигналам. Эти различные и разные сигналы обеспечивают возможность идентификации четырех различных нуклеотидов 30A-30D по мере того, как они соответственно встраиваются в матричную цепь.[0081] In the example shown in FIG. 3A-3E, one charged molecule 18' has four
[0082] Также предусмотрены другие вариации заряженной молекулы с множественными сайтами распознавания. Например, две заряженных молекулы 18, 18', имеющие два различных сайта 28 распознавания, могут быть присоединены к электропроводящему каналу 16 датчика 11, 11' заряда. Для каждой из этих заряженных молекул 18, 18' несвязанная предпочтительная конформация A проявлялась бы тогда, когда два различных сайта распознавания остаются несвязанными. В этом примере первая из двух заряженных молекул 18, 18' включает в себя первый сайт распознавания (например, 28A на фиг. 3A) для того, чтобы обратимо присоединять первую метку (например, 24A на фиг. 3A) первого меченого нуклеотида (например, 26A на фиг. 3A), и имеет первую предпочтительную конформацию (например, B1 на фиг. 3A), ассоциированную с первой конфигурацией заряда, когда первый сайт распознавания связан с первой меткой, и дополнительно включает в себя второй сайт распознавания (например, 28B на фиг. 3B) для того, чтобы обратимо присоединять вторую метку (например, 28B на фиг. 3A-3E) второго меченого нуклеотида (например, 26B на фиг. 3A-3E), и имеет вторую предпочтительную конформацию (например, B2 на фиг. 3B), ассоциированную со второй конфигурацией заряда, когда второй сайт распознавания связан со второй меткой. В этом примере вторая из двух заряженных молекул 18, 18' включает в себя третий сайт распознавания (например, 28C на фиг. 3C) для того, чтобы обратимо присоединять третью метку (например, 24C на фиг. 3C) третьего меченого нуклеотида (например, 26C на фиг. 3C), и четвертый сайт распознавания (например, 28D на фиг. 3D) для того, чтобы обратимо присоединять четвертую метку (например, 24D на фиг. 3D) четвертого меченого нуклеотида (например, 26D на фиг. 3D), и также имеет третью предпочтительную конформацию (например, B3 на фиг. 3C), ассоциированную с третьей конфигурацией заряда, когда третий сайт распознавания связан с третьей меткой, и имеет четвертую предпочтительную конформацию (например, B4 на фиг. 3D), ассоциированную с четвертой конфигурацией заряда, когда четвертый сайт распознавания связан с четвертой меткой. В этом примере две различных заряженных молекулы 18, 18' могут использоваться для идентификации четырех различных меченых нуклеотидов 26A-26D.[0082] Other variations of the charged molecule with multiple recognition sites are also contemplated. For example, two charged
[0083] В еще одних других примерах сенсорная система 10, 10' может включать в себя несколько заряженных молекул 18, 18', присоединенных к электропроводящему каналу 16 датчика 11, 11' заряда. В одном примере каждая из заряженных молекул 18, 18' способна обратимо связываться с различным меченым нуклеотидом 26. Пример этой сенсорной системы 10'' показан на фиг. 4.[0083] In still other examples, the
[0084] В этом примере четыре различных заряженных молекулы 18A, 18B, 18C, 18D присоединены к электропроводящему каналу 16 датчика 11'' заряда. В этом примере каждая из заряженных молекул 18A, 18B, 18C, 18D имеет свои собственные сайт распознавания, несвязанную предпочтительную конформацию и предпочтительную конформацию (во время связывания метки), которые являются независимыми от каждой из других заряженных молекул 18A, 18B, 18C, 18D. Более конкретно, первая заряженная молекула 18A, присоединенная к электропроводящему каналу 16, включает в себя первый сайт распознавания для обратимого связывания первой метки первого меченого нуклеотида, несвязанную предпочтительную конформацию, когда первый сайт распознавания является несвязанным, и предпочтительную конформацию с конфигурацией заряда, когда первый сайт распознавания связан с первой меткой. В этом примере вторая заряженная молекула 18B, присоединенная к электропроводящему каналу 16, включает в себя второй сайт распознавания для обратимого связывания второй метки второго меченого нуклеотида, несвязанную предпочтительную конформацию второй заряженной молекулы и предпочтительную конформацию второй заряженной молекулы с конфигурацией заряда второй заряженной молекулы, когда второй сайт распознавания связан со второй меткой. Также в этом примере третья заряженная молекула 18C, присоединенная к электропроводящему каналу 16, включает в себя третий сайт распознавания для обратимого связывания третьей метки третьего меченого нуклеотида, несвязанную предпочтительную конформацию третьей заряженной молекулы и предпочтительную конформацию третьей заряженной молекулы с конфигурацией заряда третьей заряженной молекулы, когда третий сайт распознавания связан с третьей меткой. Также в этом примере четвертая заряженная молекула 18D, присоединенная к электропроводящему каналу 16, включает в себя четвертый сайт распознавания для обратимого связывания четвертой метки четвертого меченого нуклеотида, несвязанную предпочтительную конформацию четвертой заряженной молекулы и предпочтительную конформацию четвертой заряженной молекулы с конфигурацией заряда четвертой заряженной молекулы, когда четвертый сайт распознавания связан с четвертой меткой.[0084] In this example, four different charged
[0085] Как показано на фиг. 4, с электропроводящим каналом 16 может быть связана одна полимераза 20. В этом примере длина каждой связывающей молекулы 32 соответствующих меченых нуклеотидов 26 может выбираться таким образом, что когда соответствующий нуклеотид 30 удерживается полимеразой 20, соответствующая метка 24 может связываться с соответствующей ей заряженной молекулой 18A, 18B, 18C, 18D, а не со смежной заряженной молекулой 18A, 18B, 18C, 18D.[0085] As shown in FIG. 4, a
[0086] Фиг. 4 также иллюстрирует пример сенсорного устройства 40. Пример сенсорного устройства 40, показанный на фиг. 4, включает в себя проточную ячейку 41 и сенсорную систему 10'', интегрированную в проточную ячейку 41. Следует понимать, что в сенсорном устройстве 40 может использоваться любой пример сенсорной системы 10, 10', 10''.[0086] FIG. 4 also illustrates an example of a
[0087] Проточная ячейка 41 представляет собой сосуд, который содержит сенсорную систему 10''. Следует понимать, что и другие сосуды, такие как лунка, трубка, канал, кювета, чашка Петри, бутылка или т.п., могут альтернативно содержать сенсорную систему 10''. Циклические процессы, такие как реакции секвенирования нуклеиновых кислот, особенно хорошо подходят для проточных ячеек 41.[0087] The
[0088] Примерные проточные ячейки 41 включают в себя подложку/опору 13 и крышку 43, непосредственно или опосредованно связанную с ней или выполненную заодно с ней. Проточная ячейка 41 может включать в себя впуск 45 текучей среды и выпуск 47 текучей среды, которые обеспечивают доставку объемных реагентов к одной сенсорной системе 10'' или к массиву сенсорных систем 10'', содержащихся в проточной ячейке 41. Любая отдельная проточная ячейка 41 может включать в себя десятки, сотни, тысячи, миллионы или даже миллиарды индивидуально адресуемых и считываемых сенсорных систем 10, 10', 10''.[0088]
[0089] Пример, показанный на фиг. 7A и 7B, является одним примером проточной ячейки 41', которая включает в себя массив сенсорных систем 10, 10', 10''. Этот массив может включать в себя несколько сенсорных систем 10, 10', 10'', каждая из которых расположена на подложке и выполнена с электронной схемой таким образом, что она является индивидуально адресуемой и считываемой. В одном примере каждая сенсорная система 10, 10', 10'' массива может быть расположена на подложке в отдельном углублении. Углубления физически разделяют каждую из сенсорных систем 10, 10', 10''.[0089] The example shown in FIG. 7A and 7B is one example of a flow cell 41' that includes an array of
[0090] В примере по фиг. 7A проточная ячейка 41' включает в себя проточные каналы 52. Хотя показаны несколько проточных каналов 52, следует понимать, что в состав проточной ячейки 41' может входить любое число каналов 52 (например, один канал 52, четыре канала 52 и т.д.). Каждый проточный канал 52 представляет собой зону, образованную между двумя скрепленными компонентами (например, подложкой и крышкой либо двумя подложками), которая могут иметь вводимые в нее и удаляемые из нее текучие среды (например, описанные здесь). Каждый проточный канал 52 может быть изолирован от другого проточного канала 52, так что текучая среда, введенная в любой конкретный проточный канал 52, не протекает ни в один смежный проточный канал 52. Некоторые примеры введенных в проточные каналы 52 текучих сред могут вводить компоненты реакции (например, меченые нуклеотиды 26 и т.д.), промывные растворы и т.д.[0090] In the example of FIG. 7A, flow cell 41' includes
[0091] Пример архитектуры в проточных каналах 52 проточной ячейки 41' показан на фиг. 7B. В примере, показанном на фиг. 7B, проточная ячейка 41' включает в себя подложку 13, включающую в себя опору 54 и структурированный материал 56, расположенный на опоре 54. Структурированный материал 56 образует углубления 58, отделенные промежуточными областями 60. В этом примере поверхность опоры 54 открыта в каждом из углублений 58, и в каждом углублении 58 расположена сенсорная система 10, 10', 10''.[0091] An example architecture in the
[0092] Опора 54 на фиг. 7B обеспечивает опору для других компонентов проточной ячейки 41'. Опора 54 является в общем жесткой и является нерастворимой в водной жидкости. Примеры подходящих опор 54 включают эпоксидный силоксан, стекло, модифицированное стекло, пластмассу, нейлон, керамику/керамические оксиды, кремнезем (диоксид кремния (SiO2)), плавленый кварц, материалы на основе диоксида кремния, силикат алюминия, кремний, модифицированный кремний (например, легированный бором p+ кремний), нитрид кремния (Si3N4), пентоксид тантала (TaO5) или другой(-ие) оксид(-ы) тантала (TaOx), оксид гафния (HfO2), неорганические стекла или т.п. Некоторые примеры подходящей пластмассы для опоры 54 включают акриловые полимеры, полистирол, сополимеры стирола и других материалов, полипропилен, полиэтилен, полибутилен, полиуретаны, политетрафторэтилен (такой как TEFLON® или Тефлон® компании Chemours), циклические олефины/циклоолефиновые полимеры (COP) (такие как ZEONOR® компании Zeon), полиимиды и т.д. Опора 54 также может представлять собой стекло или кремний, со слоем покрытия из оксида тантала или другого керамического оксида на поверхности.[0092]
[0093] Формой опоры 54 может быть пластина, панель, прямоугольный лист, кристалл или любая другая подходящая конфигурация. В одном примере опора 54 может представлять собой круглую пластину или панель, имеющую диаметр в пределах от примерно 2 мм до примерно 300 мм. В качестве более конкретного примера, опора 54 представляет собой пластину, имеющей диаметр в пределах от примерно 200 мм до примерно 300 мм. В другом примере опора 54 может представлять собой прямоугольный лист или панель с его или ее наибольшим размером вплоть до примерно 10 футов (~3 метров). В качестве конкретного примера, опора 54 представляет собой кристалл, имеющий ширину в пределах от примерно 0,1 мм до примерно 10 мм. Хотя представлены примерные размеры, следует понимать, что может использоваться опора 54 с любыми подходящими размерами.[0093] The shape of
[0094] В примере, показанном на фиг. 7B, структурированный материал 56 расположен на опоре 54. Следует понимать, что для структурированного материала 56 может использоваться любой материал, который может быть избирательно осажден либо осажден и структурирован с образованием узора из углублений 58 и промежуточных областей 60.[0094] In the example shown in FIG. 7B, structured
[0095] В качестве одного примера, на опору 66 может быть избирательно нанесен неорганический оксид методом осаждения из паровой фазы, аэрозольной печати или струйной печати. Примеры подходящих неорганических оксидов включают оксид тантала (например, Ta2O5), оксид алюминия (например, Al2O3), оксид кремния (например, SiO2), оксид гафния (например, HfO2) и т.д.[0095] As one example, support 66 can be selectively applied with an inorganic oxide by vapor deposition, aerosol printing, or inkjet printing. Examples of suitable inorganic oxides include tantalum oxide (eg Ta 2 O 5 ), alumina (eg Al 2 O 3 ), silicon oxide (eg SiO 2 ), hafnium oxide (eg HfO 2 ), etc.
[0096] В качестве другого примера, на опору 54 может быть нанесена и затем структурирована смола. Подходящие методы осаждения включают в себя химическое осаждение из паровой фазы, нанесение покрытия погружением, нанесение покрытия окунанием, нанесение покрытия центрифугированием, нанесение покрытия распылением, распределение разливом, нанесение покрытия ультразвуковым распылением, нанесение покрытия ножевым устройством, аэрозольную печать, трафаретную печать, микроконтактную печать и т.д. Подходящие методы структурирования (формирования узора) включают в себя фотолитографию, наноимпринтную литографию (NIL), методы штамповки, методы тиснения, методы формования, методы микротравления, методы печати и т.д. Некоторые примеры подходящих смол включают смолу на основе полиэдрических олигомерных силсесквиоксанов (POSS), эпоксидную смолу не на основе POSS, поли(этиленгликольную) смолу, полиэфирную смолу (например, эпоксиды с раскрытием кольца), акриловую смолу, акрилатную смолу, метакрилатную смолу, аморфную фторполимерную смолу (например, CYTOP® компании Bellex) и их комбинации.[0096] As another example, a resin can be applied to support 54 and then structured. Suitable deposition methods include chemical vapor deposition, dip coating, dip coating, spin coating, spray coating, spill spreading, ultrasonic spray coating, knife coating, spray printing, screen printing, microcontact printing, and etc. Suitable structuring (patterning) methods include photolithography, nanoimprint lithography (NIL), stamping methods, embossing methods, molding methods, microetching methods, printing methods, etc. Some examples of suitable resins include polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) resin, non-POSS epoxy resin, poly(ethylene glycol) resin, polyester resin (e.g. ring-opening epoxides), acrylic resin, acrylate resin, methacrylate resin, amorphous fluoropolymer resin (eg CYTOP® from Bellex) and combinations thereof.
[0097] Используемый здесь термин «полиэдрический олигомерный силсесквиоксан (POSS)» означает химический состав, который представляет собой гибридное промежуточное соединение (например, RSiO1,5) между диоксидом кремния (SiO2) и силиконом (R2SiO). Примером POSS может быть POSS, описанный в работе Kehagias и др., Microelectronic Engineering, 86 (2009), стр. 776-778, которая полностью включена сюда по ссылке. В одном примере этот состав представляет собой кремнийорганическое соединение с химической формулой [RSiO3/2]n, в котором R-группы могут быть идентичными или отличающимися. Примерные R-группы для POSS включают эпокси, азид/азидо, тиол, поли(этиленгликоль), норборнен, тетразин, акрилаты и/или метакрилаты или, дополнительно, например, алкильные, арильные, алкоксильные и/или галогеналкильные группы. Раскрытый здесь состав смолы может содержать одну или более различных каркасных или сердцевинных структур в качестве мономерных звеньев. Полиэдрическая структура может быть структурой T8, такой как: 
[0098] Мономерное звено может иметь каркасную структуру с 10 атомами кремния и 10 R-группами, называемую T10, такую как: 
[0099] Как показано на фиг. 7B, структурированный материал 56 включает образованные в нем углубления 58 и промежуточные области 60, разделяющие смежные углубления 58. Может быть предусмотрено множество различных схем размещения углублений 58, включая правильные, повторяющиеся и неправильные узоры. В одном примере углубления 58 расположены шестиугольной решеткой для плотной упаковки и повышенной плотности. Другие схемы размещения могут включать в себя, например, прямолинейные (прямоугольные) схемы размещения, треугольные схемы размещения и т.д. В некоторых примерах схема размещения или узор может представлять собой x-y формат углублений 58, которые упорядочены в строки и столбцы. В некоторых других примерах схема размещения или узор может представлять собой повторяющееся расположение углублений 58 и/или промежуточных областей 60. В еще одних других примерах схема размещения или узор может представлять собой случайное расположение углублений 58 и/или промежуточных областей 60. Узор может включать в себя точки, подушки, лунки, столбики, полоски, завитки, линии, треугольники, прямоугольники, круги, дуги, галочки, клеточки, диагонали, стрелки, квадраты и/или штриховки.[0099] As shown in FIG. 7B, structured
[00100] Схема размещения или узор углублений 58 может характеризоваться плотностью углублений 58 (числом углублений 58) на заданной площади. Например, углубления 58 могут присутствовать с плотностью приблизительно 2 миллиона на мм2. Плотность может быть настроена на различные плотности, включая, например, плотность примерно 100 на мм2, примерно 1000 на мм2, примерно 0,1 миллиона на мм2, примерно 1 миллион на мм2, примерно 2 миллиона на мм2, примерно 5 миллионов на мм2, примерно 10 миллионов на мм2, примерно 50 миллионов на мм2, либо больше или меньше. Дополнительно следует понимать, что плотность углублений 58 в структурированном материале 56 может находиться между одним из нижних значений и одним из верхних значений, выбранных из вышеприведенных диапазонов. В качестве примера, массив высокой плотности может характеризоваться как имеющий углубления 58, разделенные менее чем примерно 100 нм, массив средней плотности может характеризоваться как имеющий углубления 58, разделенные от примерно 400 нм до примерно 1 мкм, и массив низкой плотности может характеризоваться как имеющий углубления 58, разделенные более чем примерно 1 мкм. Хотя представлены примерные плотности, следует понимать, что могут использоваться любые подходящие плотности.[00100] The pattern or pattern of
[00101] Схема размещения или узор углублений 58 может также или альтернативно характеризоваться с точки зрения среднего шага или расстояния от центра углубления 58 до центра смежного углубления 58 (межцентрового расстояния) или от края одного углубления 58 до края смежного углубления 58 (межкраевого расстояния). Узор может быть регулярным, так что коэффициент отклонения вокруг среднего шага является небольшим, или узор может быть нерегулярным, причем в этом случае коэффициент отклонения может быть относительно большим. В любом случае, средний шаг, например, может составлять примерно 50 нм, примерно 0,1 мкм, примерно 0,5 мкм, примерно 1 мкм, примерно 5 мкм, примерно 10 мкм, примерно 100 мкм, либо больше или меньше. Средний шаг для конкретного узора углублений 58 может находиться между одним из нижних значений и одним из верхних значений, выбранных из вышеприведенных диапазонов. В одном примере углубления 58 имеют шаг (межцентровое расстояние) примерно 1,5 мкм. Хотя представлены примерные значения среднего шага, следует понимать, что могут использоваться другие значения среднего шага.[00101] The pattern or pattern of
[00102] Размер каждого углубления 58 может характеризоваться посредством его объема, глубины и/или диаметра.[00102] The size of each
[00103] Каждое углубление 58 может иметь любой объем, который способен удерживать текучую среду. Минимальный или максимальный объем может выбираться, например, для приспосабливания к пропускной способности (например, мультиплексируемости), разрешению, меченым нуклеотидам 26 или реакционной способности аналита, ожидаемым для последующих применений проточной ячейки 41'. Например, объем может составлять по меньшей мере примерно 1×10-3 мкм3, по меньшей мере примерно 1×10-2 мкм3, по меньшей мере примерно 0,1 мкм3, по меньшей мере примерно 1 мкм3, по меньшей мере примерно 10 мкм3, по меньшей мере примерно 100 мкм3 или больше. Альтернативно или дополнительно, объем может составлять самое большее примерно 1×104 мкм3, самое большее примерно 1×103 мкм3, самое большее примерно 100 мкм3, самое большее примерно 10 мкм3, самое большее примерно 1 мкм3, самое большее примерно 0,1 мкм3 или меньше.[00103] Each
[00104] Глубина каждого углубления 58 может быть достаточно большой для того, чтобы разместить одну сенсорную систему 10, 10', 10''. В одном примере глубина может составлять по меньшей мере примерно 1 мкм, по меньшей мере примерно 10 мкм, по меньшей мере примерно 100 мкм или больше. Альтернативно или дополнительно, глубина может составлять самое большее примерно 1×103 мкм, самое большее примерно 100 мкм, самое большее примерно 10 мкм или меньше. Глубина каждого углубления 58 может быть больше, меньше или между указанными выше значениями.[00104] The depth of each
[00105] В некоторых случаях, диаметр или длина и ширина каждого углубления 58 могут составлять по меньшей мере примерно 50 нм, по меньшей мере примерно 0,1 мкм, по меньшей мере примерно 0,5 мкм, по меньшей мере примерно 1 мкм, по меньшей мере примерно 10 мкм, по меньшей мере примерно 100 мкм или больше. Альтернативно или дополнительно, диаметр или длина и ширина могут составлять самое большее примерно 1×103 мкм, самое большее примерно 100 мкм, самое большее примерно 10 мкм, самое большее примерно 1 мкм, самое большее примерно 0,5 мкм, самое большее примерно 0,1 мкм или меньше (например, примерно 50 нм). Диаметр или длина и ширина каждого углубления 58 могут быть больше, меньше или между указанными выше значениями.[00105] In some cases, the diameter or length and width of each
[00106] Как проиллюстрировано на фиг. 7B, каждое из углублений 58 в массиве включает в себя соответствующий датчик 11, 11', 11'' заряда. Желательно, чтобы каждый датчик 11, 11', 11'' заряда в каждом углублении 58 имел одну заряженную молекулу 18, 18', присоединенную к нему, и имел одну полимеразу 20, присоединенную поблизости от нее. В некоторых примерах каждое углубление 58 имеет внутри себя один датчик 11, 11', 11'' заряда, одну заряженную молекулу 18, 18 и одну полимеразу 20. В других примерах некоторые углубления 58 имеют внутри себя один датчик 11, 11', 11'' заряда, одну заряженную молекулу 18, 18 и одну полимеразу 20; в то время как другие углубления 58 имеют внутри себя один датчик 11, 11', 11'' заряда, одну заряженную молекулу 18, 18 и более одной полимеразы 20; и еще другие углубления 58 имеют внутри себя один датчик 11, 11', 11'' заряда, одну заряженную молекулу 18, 18 и ни одной полимеразы 20. В этих примерах число полимераз 20, которые становятся присоединенными в любом данном углублении 58, может быть случайным и определяться распределением Пуассона.[00106] As illustrated in FIG. 7B, each of the
[00107] В некоторых примерах датчик 11, 11', 11'' заряда с присоединенной к нему заряженной молекулой 18, 18' может быть заранее собран (смонтирован) в углублениях 58. Чтобы присоединять полимеразы 20 в соответствующих углублениях 58, текучая среда, содержащая полимеразу 20, может вводиться в каждую дорожку 52 проточной ячейки 41'. Полимераза 20 может включать в себя привязку 22, которая присоединяется в углублении 58, или же линкер 22 может быть предварительно присоединен в углублении 58, а полимераза 20 может присоединяться к линкеру 22. Текучей среде может быть предоставлена возможность инкубироваться в течение требуемого времени и при требуемой температуре, чтобы позволить присоединиться полимеразам 20.[00107] In some examples, the
[00108] Как проиллюстрировано на фиг. 7B, полимераза 20 может присоединяться к любому компоненту и/или любой поверхности в проточной ячейке 41'. В некоторых примерах, полимераза 20 присоединяется к электроду 12 или 14, к поверхности подложки 13 (например, дну углубления 58, боковой стенке углубления 58 и т.д.), на электропроводящем канале 16, на заряженной молекуле 18, 18' и т.д.[00108] As illustrated in FIG. 7B,
[00109] Каждый из датчиков 11, 11', 11'' заряда является индивидуально (отдельно) электрически адресуемым и считываемым. По сути, сигналы, получающиеся в результате возникновения конформационных изменений заряженной молекулы в каждом углублении 58, могут быть обнаружены и проанализированы отдельно.[00109] Each of the
[00110] Любые примеры сенсорного устройства 40 также могут включать в себя систему 49 доставки реагентов, чтобы избирательно вводить реагент в вход (например, впуск(и) 45 текучей среды) проточной ячейки 41 или дорожки 52 проточной ячейки 41', поверх сенсорных(ой) систем(ы) 10, 10', 10'' и затем из выпуска 47 текучей среды. Система 49 доставки реагентов может включать в себя патрубки или другие жидкостные системы, которые могут постоянно или съемно присоединяться к впуску 45 текучей среды. Система 49 доставки реагентов может включать в себя контейнер 51 для образца. Реагент (включая любой пример меченого нуклеотида 26, подлежащий введению в сенсорную систему 10'') может храниться в контейнере для образца либо может быть приготовлен и введен в контейнер для образца сразу перед использованием. Система 49 доставки реагентов также может включать в себя насос или другое подходящее оборудование для того, чтобы извлекать реагент из контейнера 51 для образца и доставлять его ко впуску 45 текучей среды. В других примерах контейнер 51 для образца расположен так, что реагент может протекать за счет силы тяжести ко впуску 45 текучей среды, по сенсорной системе 10'' и из выпуска 47 текучей среды.[00110] Any examples of
[00111] Датчик 11, 11', 11'' заряда в проточной ячейке 41, 41' также может быть функционально соединен с детектором 15 для обнаружения изменений проводимости датчика 11, 11', 11'' заряда, когда сенсорная система 10, 10', 10'' и сенсорное устройство 40 используются.[00111]
[00112] Раскрытые здесь сенсорные системы 10, 10', 10'' могут использоваться в способе измерения. Пример этого способа схематично показан на фиг. 5. Способ включает:[00112] The
- введение матричной полинуклеотидной цепи 48 в сенсорную систему 10, 10', 10'', включающую в себя: датчик 11, 11', 11'' заряда, включающий в себя два электрода 12, 14 и электропроводящий канал 16, соединяющий два электрода 12, 14; заряженную молекулу 18, 18', присоединенную к электропроводящему каналу 16, причем заряженная молекула 18, 18' включает в себя сайт 28 распознавания; и полимеразу 20, присоединенную к электропроводящему каналу 16 или к заряженной молекуле 18, 18';- introduction of the template polynucleotide chain 48 into the
- введение реагентов, включая меченые нуклеотиды 26, в сенсорную систему 10, 10', 10'', при этом нуклеотид 30 одного из меченых нуклеотидов 26 связывается с полимеразой 20, и специфичная к сайту распознавания метка 24 одного из меченых нуклеотидов 26 связывается с сайтом 28 распознавания, вызывая конформационное изменение заряженной молекулы 18, 18'; и- introduction of reagents, including labeled
- обнаружение отклика датчика 11, 11', 11'' заряда в ответ на конформационное изменение заряженной молекулы 18, 18'.- detecting the response of the
[00113] Матричная полинуклеотидная цепь 48 может представлять собой любой образец, который должен секвенироваться, и может состоять из ДНК, РНК либо их аналогов (например, пептидных нуклеиновых кислот). Источником матричной (или целевой) полинуклеотидной цепи 48 может быть геномная ДНК, информационная РНК либо другие нуклеиновые кислоты из нативных источников. В некоторых случаях матричная полинуклеотидная цепь 48, которая извлечена из таких источников, может амплифицироваться перед использованием в изложенных здесь способе или системе 40. Может использоваться любой из множества самых разнообразных известных методов амплификации, включая, но не ограничиваясь ими, полимеразную цепную реакцию (ПЦР), амплификацию по типу катящегося кольца (RCA), амплификацию со множественным замещением (MDA) или рекомбиназную полимеразную амплификацию (RPA). Следует понимать, что амплификация матричной полинуклеотидной цепи 48 перед использованием в изложенных здесь способе или системе 40 является необязательной. По сути, в некоторых примерах матричная полинуклеотидная цепь 48 не будет амплифицироваться до использования. Матричные/целевые полинуклеотидные цепи 48 могут необязательно извлекаться из синтетических библиотек. Синтетические нуклеиновые кислоты могут иметь нативные составы ДНК или РНК либо могут быть их аналогами.[00113] Template polynucleotide strand 48 may be any sample to be sequenced, and may consist of DNA, RNA, or analogues thereof (eg, peptide nucleic acids). The source of the template (or target) polynucleotide strand 48 may be genomic DNA, messenger RNA, or other nucleic acids from native sources. In some instances, template polynucleotide strand 48 that is derived from such sources may be amplified prior to use in the method or
[00114] Биологические образцы, из которых может извлекаться матричная полинуклеотидная цепь 48, включают в себя, например, биологические образцы из млекопитающего, такого как грызун, мышь, крыса, кролик, морская свинка, копытное животное, лошадь, овца, свинья, коза, корова, кошка, собака, примат, человеческий или нечеловеческий примат; растения, такого как арабидопсис (Arabidopsis thaliana), кукуруза, сорго, овес, пшеница, рис, канола или соя; водорослей, таких как хламидомонада Рейнгардта (Chlamydomonas reinhardtii); нематода, такая как Caenorhabditis elegans; насекомого, такого как дрозофила фруктовая (Drosophila melanogaster), москит, плодовая мушка, медоносная пчела или паук; рыбы, такой как данио-рерио; рептилии; амфибии, такой как лягушка или гладкая шпорцевая лягушка (Xenopus laevis); диктиостелиума (dictyostelium discoideum); грибов, таких как пневмоцистоза (pneumocystis carinii), бурый скалозуб (Takifugu rubripes), дрожжи, пекарские дрожжи (Saccharamoyces cerevisiae) или обыкновенные делящиеся дрожжи (Schizosaccharomyces pombe); или плазмодии (plasmodium falciparum). Матричные полинуклеотидные цепи 48 также могут извлекаться из прокариотов, таких как бактерия, эштерихия Коли (Escherichia coli), стафилококки (staphylococci) или микоплазма пневмонии (mycoplasma pneumoniae); археи; вируса, такого как вирус гепатита С, вирус Эбола или вирус иммунодефицита человека; или вироида. Матричные полинуклеотидные цепи 48 могут извлекаться из гомогенной культуры или популяции вышеуказанных организмов либо, альтернативно, из совокупности нескольких различных организмов, например, в сообществе или экосистеме.[00114] Biological samples from which template polynucleotide strand 48 can be extracted include, for example, biological samples from a mammal such as a rodent, mouse, rat, rabbit, guinea pig, ungulate, horse, sheep, pig, goat, cow, cat, dog, primate, human or non-human primate; plants such as Arabidopsis ( Arabidopsis thaliana ), corn, sorghum, oats, wheat, rice, canola or soybeans; algae such as Reinhardt's chlamydomonas ( Chlamydomonas reinhardtii ); a nematode such as Caenorhabditis elegans ; an insect such as fruit fly ( Drosophila melanogaster ), mosquito, fruit fly, honey bee or spider; fish such as zebrafish; reptiles; an amphibian such as the frog or smooth clawed frog ( Xenopus laevis ); dictyostelium ( dictyostelium discoideum ); fungi such as pneumocystis ( pneumocystis carinii ), brown puffer ( Takifugu rubripes ), yeast, baker's yeast ( Saccharamoyces cerevisiae ) or common fission yeast ( Schizosaccharomyces pombe ); or Plasmodium ( Plasmodium falciparum ). Template polynucleotide chains 48 can also be extracted from prokaryotes such as bacteria, Escherichia coli , staphylococci or mycoplasma pneumoniae ; archaea; a virus such as hepatitis C virus, Ebola virus or human immunodeficiency virus; or viroid. Template polynucleotide strands 48 can be derived from a homogeneous culture or population of the above organisms, or alternatively from a collection of several different organisms, such as in a community or ecosystem.
[00115] Кроме того, матричные полинуклеотидные цепи 48 могут не извлекаться из природных источников, а вместо этого могут синтезироваться с использованием известных методов. Например, в изложенных здесь примерах могут синтезироваться и использоваться зонды экспрессии генов или зонды генотипирования.[00115] In addition, template polynucleotide chains 48 may not be derived from natural sources, but instead may be synthesized using known methods. For example, in the examples set forth herein, gene expression probes or genotyping probes can be synthesized and used.
[00116] В некоторых примерах матричные полинуклеотидные цепи 48 могут быть получены в качестве фрагментов одной или бóльших нуклеиновых кислот. Фрагментация может быть осуществлена с использованием любых из множества самых разнообразных методов, известных в данной области техники, включая, например, небулизацию, соникацию, химическое расщепление, ферментативное расщепление или физическое разрезание. Фрагментация также может получаться в результате использования конкретного метода амплификации, который дает ампликоны посредством копирования только части цепи большей нуклеиновой кислоты. Например, ПЦР-амплификация производит фрагменты, имеющие размер, заданный длиной нуклеотидной последовательности в исходной матрице, которая находится между местоположениями, в которых фланкирующие праймеры гибридизируются во время амплификации. Длина матричной полинуклеотидной цепи 48 может задаваться с точки зрения числа нуклеотидов или с точки зрения метрической длины (например, нанометров).[00116] In some examples, template polynucleotide chains 48 can be obtained as fragments of one or more nucleic acids. Fragmentation can be carried out using any of a wide variety of methods known in the art, including, for example, nebulization, sonication, chemical digestion, enzymatic digestion, or physical cutting. Fragmentation can also result from the use of a particular amplification technique that produces amplicons by copying only part of a larger nucleic acid strand. For example, PCR amplification produces fragments having a size given by the length of the nucleotide sequence in the original template, which is between the locations where the flanking primers hybridize during amplification. The length of the template polynucleotide chain 48 may be given in terms of the number of nucleotides or in terms of metric length (eg, nanometers).
[00117] Популяция матричных/целевых полинуклеотидных цепей 48 либо их ампликонов может иметь среднюю длину цепи, которая является желательной или подходящей для конкретного применения изложенных здесь способов или системы 40. Например, средняя длина цепи может составлять менее примерно 100000 нуклеотидов, примерно 50000 нуклеотидов, примерно 10000 нуклеотидов, примерно 5000 нуклеотидов, примерно 1000 нуклеотидов, примерно 500 нуклеотидов, примерно 100 нуклеотидов или примерно 50 нуклеотидов. Альтернативно или дополнительно, средняя длина цепи может составлять более примерно 10 нуклеотидов, примерно 50 нуклеотидов, примерно 100 нуклеотидов, примерно 500 нуклеотидов, примерно 1000 нуклеотидов, примерно 5000 нуклеотидов, примерно 10000 нуклеотидов, примерно 50000 нуклеотидов или примерно 100000 нуклеотидов. Средняя длина цепи для популяции целевых полинуклеотидных цепей 48 либо их ампликонов может составлять в диапазоне между максимальным и минимальным значениями, изложенными выше.[00117] The population of template/target polynucleotide chains 48 or their amplicons may have an average chain length that is desirable or suitable for a particular application of the methods or system described herein 40. For example, the average chain length may be less than about 100,000 nucleotides, about 50,000 nucleotides, about 10,000 nucleotides, about 5,000 nucleotides, about 1,000 nucleotides, about 500 nucleotides, about 100 nucleotides, or about 50 nucleotides. Alternatively or additionally, the average chain length may be greater than about 10 nucleotides, about 50 nucleotides, about 100 nucleotides, about 500 nucleotides, about 1000 nucleotides, about 5000 nucleotides, about 10,000 nucleotides, about 50,000 nucleotides, or about 100,000 nucleotides. The average chain length for a population of target polynucleotide chains 48 or their amplicons may range between the maximum and minimum values set forth above.
[00118] В некоторых случаях, популяция матричных/целевых полинуклеотидных цепей 48 может быть произведена при условиях либо иным образом выполнена имеющей максимальную длину для своих элементов. Например, максимальная длина для элементов может составлять менее примерно 100000 нуклеотидов, примерно 50000 нуклеотидов, примерно 10000 нуклеотидов, примерно 5000 нуклеотидов, примерно 1000 нуклеотидов, примерно 500 нуклеотидов, примерно 100 нуклеотидов или примерно 50 нуклеотидов. Альтернативно или дополнительно, популяция матричных полинуклеотидных цепей 48 либо их ампликонов может быть произведена при условиях либо иным образом выполнена имеющей минимальную длину для своих элементов. Например, минимальная длина для элементов может составлять более примерно 10 нуклеотидов, примерно 50 нуклеотидов, примерно 100 нуклеотидов, примерно 500 нуклеотидов, примерно 1000 нуклеотидов, примерно 5000 нуклеотидов, примерно 10000 нуклеотидов, примерно 50000 нуклеотидов или примерно 100000 нуклеотидов. Максимальная и минимальная длина цепи для матричных полинуклеотидных цепей 48 в популяции может составлять в диапазоне между максимальным и минимальным значениями, изложенными выше.[00118] In some instances, a population of template/target polynucleotide strands 48 may be conditioned or otherwise configured to have a maximum length for their elements. For example, the maximum length for elements may be less than about 100,000 nucleotides, about 50,000 nucleotides, about 10,000 nucleotides, about 5,000 nucleotides, about 1,000 nucleotides, about 500 nucleotides, about 100 nucleotides, or about 50 nucleotides. Alternatively or additionally, the population of template polynucleotide strands 48 or their amplicons can be produced under conditions or otherwise made to have a minimum length for their elements. For example, the minimum length for elements can be greater than about 10 nucleotides, about 50 nucleotides, about 100 nucleotides, about 500 nucleotides, about 1000 nucleotides, about 5000 nucleotides, about 10,000 nucleotides, about 50,000 nucleotides, or about 100,000 nucleotides. The maximum and minimum chain length for template polynucleotide chains 48 in a population may be between the maximum and minimum values set forth above.
[00119] Как показано на фиг. 5, матричная полинуклеотидная цепь 48, введенная в сенсорную систему 10 (или 10', 10''), может удерживаться на месте полимеразой 20, которая, в этом примере, привязана к электропроводящему каналу 16. Матричная полинуклеотидная цепь 48, показанная на фиг. 5, представляет собой матричную цепь ДНК. Матричная полинуклеотидная цепь 48 может вводиться в биологически стабильном растворе, наряду с реагентами, такими как меченые нуклеотиды 26. Биологически стабильный раствор может представлять собой любой буфер, подходящий для полимеразных реакций встраивания основания, таких как полимеразная цепная реакция (ПЦР) или линейная амплификация. В качестве примера, биологически стабильный раствор может включать в себя буфер, имеющий pH около 7, концентрацию солей выше нескольких миллимолей и ионы Mg2+ в миллимолярной концентрации.[00119] As shown in FIG. 5, the template polynucleotide strand 48 introduced into the sensor system 10 (or 10', 10'') can be held in place by the
[00120] Как тоже показано на фиг. 5, меченый нуклеотид 26 может включать в себя основание, комплементарное целевой нуклеиновой кислоте матричной полинуклеотидной цепи 48. Меченый нуклеотид 26 будет удерживаться на месте, отчасти, полимеразой 20, которая также связывается с матричной полинуклеотидной цепью 48. В качестве примера, полимераза 20 может встраивать конкретный нуклеотид 30, причем этот нуклеотид 30 может удерживаться в течение периода времени в пределах от нескольких (например, 2) миллисекунд до нескольких сотен миллисекунд.[00120] As also shown in FIG. 5, labeled
[00121] Взаимодействие между меченым нуклеотидом 26 и полимеразой 20 и длина связывающей молекулы 32 позволяют целевой метке 24 ассоциироваться поблизости от заряженной молекулы 18. Когда сенсорные системы 10, 10', 10'' присутствуют в массиве и включают в себя индивидуально адресуемые и индивидуально считываемые датчики 11, 11', 11'' заряда, следует понимать, что длина связывающей молекулы 32 также может мешать ассоциированию любой отдельной целевой метке 24 со смежной сенсорной системой 10, 10', 10'', как только меченый нуклеотид 26 взаимодействует с полимеразой 20 конкретной сенсорной системы 10, 10', 10''.[00121] The interaction between the labeled
[00122] В некоторых примерах ассоциирование целевой метки 24 приводит к тому, что эффективная концентрация метки 24 увеличивается, заставляя заряженную молекулу 18 связываться с целевой меткой 24. Заряженная молекула 18 может динамически изменять свою конформацию в равновесии и, при отсутствии целевой метки 24, может проводить большую часть времени в одной конкретной конформации (т.е. несвязанной предпочтительной конформации). Связывание целевой метки 24 приведет к тому, что заряженная молекула 18 переходит в другую предпочтительную конформацию (из несвязанной предпочтительной конформации). Предпочтительная конформация во время связывания отличается от несвязанной предпочтительной конформации (например, конформации, наиболее демонстрируемой заряженной молекулой 18 при отсутствии связанной метки 24). Распределение заряда в несвязанной предпочтительной конформации отличается от распределения заряда в предпочтительной конформации (например, когда заряженная молекула 18 связана с меткой 24). Изменение распределения заряда заряженной молекулы 18, в свою очередь, изменяет проводимость в канале 16.[00122] In some examples, association of
[00123] Отклик датчика 11, 11', 11'' заряда может указывать на встроенное основание меченого нуклеотида 26, поскольку целевая метка 24 является специфичной к нуклеотиду (т.е. специфичная метка 24 выбирается для конкретного основания), и поскольку сайт 28 распознавания заряженной молекулы 18 является специфичным к метке. По сути, способ также может включать ассоциирование отклика датчика 11, 11', 11'' заряда с ассоциированной специфичной к сайту распознавания меткой 24 (т.е. той меткой 24, которая изменила конформацию заряженной молекулы 18) и, на основе ассоциированной специфичной к сайту распознавания метки 24, идентификацию нуклеотида (например, основания) ассоциированного меченого нуклеотида 26 (т.е. того меченого нуклеотида 26, который ассоциировался с полимеразой 20 и сайтом 28 распознавания).[00123] The response of the
[00124] Следует понимать, что скорости ассоциации и диссоциации между заряженной(-ыми) молекулой(-ами) 18, 18' и меткой(-ами) 24 могут регулироваться таким образом, что генерируются уникальные сигналы - «отпечатки пальцев».[00124] It should be understood that the rates of association and dissociation between charged molecule(s) 18, 18' and label(s) 24 can be controlled such that unique "fingerprint" signals are generated.
[00125] Для меток 24 с низкими скоростями диссоциации, метка 24 будет оставаться связанной в течение значительной длительности, например, в течение всего цикла встраивания нуклеотида. Это длительное связывание будет давать изменения уровня постоянного тока, проходящего через канал 16 датчика 11, 11' заряда. Это проиллюстрировано схематично на фиг. 6A, где использованы различные метки 24 с низкими скоростями диссоциации для четырех различных нуклеотидов, приводя к четырем различным и отличающимся обнаруживаемым сигналам. Эти сигналы могут обнаруживаться посредством одной заряженной молекулы 18, 18' с четырьмя различными сайтами 28 распознавания, либо посредством вплоть до четырех различных заряженных молекул 18, 18', каждая со специфичным к метке сайтом 28 распознавания, либо посредством одной заряженной молекулы 18, 18' с одним сайтом 28 распознавания, который может связывать вплоть до четырех различных нуклеотидов с разными низкими скоростями диссоциации.[00125] For
[00126] Для меток 24 с высокими скоростями ассоциации и диссоциации, метка 24 может ассоциироваться с/диссоциироваться от заряженной молекулы 18, 18' несколько раз в течение всего цикла встраивания нуклеотида. Это быстрое связывание с ассоциацией и диссоциацией будет давать дрожащие сигналы (например, уровень, амплитуду, частоту, уровни в процентилях, характерное распределение постоянного тока и т.д.) от датчика 11, 11' заряда. Это проиллюстрировано схематично на фиг. 6B, где использованы различные метки 24 с высокими скоростями ассоциации и диссоциации для четырех различных нуклеотидов, приводя к четырем различным и отличающимся обнаруживаемым сигналам. Эти сигналы могут обнаруживаться посредством одной заряженной молекулы 18, 18' с четырьмя различными сайтами 28 распознавания, либо посредством вплоть до четырех различных заряженных молекул 18, 18', каждая со специфичным к метке сайтом 28 распознавания, либо посредством одной заряженной молекулы 18, 18' с одним сайтом 28 распознавания, который может связывать от одного до четырех различных нуклеотидов с разными скоростями ассоциации и диссоциации.[00126] For
[00127] Также может быть отслежена частота, с которой изменяется конформационное состояние заряженной молекулы 18, 18'.[00127] The frequency with which the conformational state of the charged
[00128] Абсолютная величина откликов датчика заряда также может быть разной. В некоторых примерах сайт 28 распознавания должен обратимо связывать вплоть до четырех различных меченых нуклеотидов 26. Когда один из этих четырех различных меченых нуклеотидов 26 ассоциирован с полимеразой 20 и сайтом 28 распознавания, отклик датчика 11, 11', 11'' заряда имеет отличающуюся абсолютную величину, которая может использоваться для того, чтобы идентифицировать этот один из четырех различных меченых нуклеотидов 26. Каждый из четырех различных меченых нуклеотидов 26 также может иметь отличающуюся абсолютную величину (например, абсолютную величину, которая отличается от абсолютных величин, ассоциированных с каждым из других четырех различных меченых нуклеотидов 26).[00128] The absolute value of charge sensor responses can also be different. In some examples,
[00129] В других примерах модальности с фиг. 6A и 6B могут быть скомбинированы в некоторой форме. Например, во множестве меченых нуклеотидов 26, подвергавшихся воздействию сенсорной системы 10, 10', 10'', могут использоваться некоторые метки 24, которые имеют низкие скорости ассоциации и диссоциации, и могут использоваться другие метки 24, которые имеют высокие скорости ассоциации и диссоциации.[00129] In other examples of the modality of FIG. 6A and 6B may be combined in some form. For example, the plurality of labeled
[00130] В результате описанного здесь цикла встраивания, основание ассоциированного меченого нуклеотида 26 будет встраиваться в образующуюся цепь 50, которая гибридизируется с матричной полинуклеотидной цепью 48. Когда основание полностью встроено и сахарный скелет образующейся цепи 50 продлен, линкер 32 между нуклеотидом 30 и меткой 24 естественно расщепляется. Это приводит к уменьшению эффективной концентрации метки 24 обратно до фоновых уровней. Целевая метка 24 диссоциируется, и измененная молекула 18, 18' возвращается в свою несвязанную конформацию (иногда называемую «дикого типа»), где она преимещественно демонстрирует предпочтительную несвязанную конформацию.[00130] As a result of the insertion cycle described here, the base of the associated labeled
[00131] Раскрытый здесь способ может быть повторен для требуемого числа циклов секвенирования.[00131] The method disclosed herein can be repeated for the desired number of sequencing cycles.
[00132] Меченые нуклеотиды 26 и сенсорные системы 10, 10', 10'', раскрытые здесь, могут использоваться для любых из множества самых разнообразных применений. Как описано со ссылкой на фиг. 5, конкретной полезной применение - это секвенирование нуклеиновых кислот, такое как секвенирование с помощью синтеза (SBS). При SBS удлинение праймера для секвенирования нуклеиновых кислот вдоль матричной нуклеиновой кислоты 48 отслеживается для того, чтобы определить последовательность нуклеотидов в матрице. Базовый химический процесс может представлять собой полимеризацию (например, катализируемую ферментом полимеразой 20, как описано здесь). В конкретном примере SBS на основе полимеразы, нуклеотиды (например, основания) добавляются к праймеру для секвенирования (тем самым удлиняя праймер для секвенирования) зависимым от матрицы образом, так что обнаружение порядка и типа нуклеотидов, добавляемых к праймеру для формирования образующейся цепи, может использоваться для того, чтобы определять последовательность матрицы. Методу SBS может быть подвергнуто множество различных матриц 48 на различных сенсорных системах 10, 10', 10'' массива. События, происходящие на различных матрицах 48, можно различать, отчасти, вследствие местоположения конкретной сенсорной системы 10, 10', 10'' в массиве. Датчики 11, 11' заряда каждой сенсорной системы 10, 10', 10'' в массиве могут быть отдельно адресуемыми и считываемыми, и в силу этого могут обнаруживаться сигналы на каждом датчике 11, 11'.[00132] The labeled
[00133] Другие подходящие применения для раскрытых здесь меченых нуклеотидов 26 и сенсорных систем 10, 10', 10'' включают секвенирование лигированием и секвенирование путем гибридизации.[00133] Other suitable applications for the labeled
[00134] Следует принимать во внимание, что все комбинации вышеприведенных принципов и дополнительных принципов, подробнее поясненных ниже (при условии, что такие принципы не являются взаимно несовместимыми), считаются частью объекта изобретения, раскрытого здесь. В частности, все комбинации заявленного изобретения, указанного в конце этого раскрытия, считаются частью объекта изобретения, раскрытого здесь. Также следует принимать во внимание, что используемая здесь в явном виде терминология, которая также может встречаться в любом раскрытии, включенном сюда по ссылке, должны соответствовать смысловому значению, наиболее согласующемуся с конкретными принципами, раскрытыми здесь.[00134] It should be appreciated that all combinations of the above principles and additional principles explained in more detail below (provided that such principles are not mutually incompatible) are considered part of the subject matter disclosed here. In particular, all combinations of the claimed invention indicated at the end of this disclosure are considered part of the subject matter disclosed here. You should also take into account that the terminology used here explicitly, which may also occur in any disclosure incorporated here by reference, should correspond to the semantic meaning most consistent with the specific principles disclosed here.
[00135] Ссылка по всему подробному описанию на «один пример», «другой пример», «пример» и т.д. означает то, что конкретный элемент (например, признак, структура и/или характеристика), описанный в связи с этим примером, включается в по меньшей мере один пример, описанный здесь, и может присутствовать или не присутствовать в других примерах. Помимо этого, следует понимать, что описанные для любого примера элементы могут комбинироваться любым подходящим образом в разнообразных примерах, если контекст явно не предписывает иное.[00135] Reference throughout the detailed description to "one example", "another example", "example", etc. means that a particular element (eg, feature, structure and/or characteristic) described in connection with this example is included in at least one example described here and may or may not be present in other examples. In addition, it should be understood that the elements described for any example may be combined in any suitable manner in a variety of examples, unless the context clearly dictates otherwise.
[00136] Термины «практически» и «примерно», используемые по всему этому раскрытию, включая формулу изобретения, используются для того, чтобы описать и учесть небольшие флуктуации, к примеру, вследствие варьирований обработки. Например, они могут относиться к флуктуациям, меньшим или равным ±5%, таким как меньшие или равные ±2%, таким как меньшие или равные ±1%, таким как меньшие или равные ±0,5%, таким как меньшие или равные ±0,2%, таким как меньшие или равные ±0,1%, таким как меньшие или равные ±0,05%.[00136] The terms "substantially" and "about" as used throughout this disclosure, including the claims, are used to describe and account for small fluctuations, for example, due to processing variations. For example, they may refer to fluctuations less than or equal to ±5%, such as less than or equal to ±2%, such as less than or equal to ±1%, such as less than or equal to ±0.5%, such as less than or equal to ± 0.2%, such as less than or equal to ±0.1%, such as less than or equal to ±0.05%.
[00137] Кроме того, следует понимать, что приведенные здесь диапазоны включают в себя указанный диапазон и любое значение или поддиапазон в пределах указанного диапазона, как если бы они были указаны в явном виде. Например, диапазон, представленный как от 1 нм до менее 1 мкм, должен интерпретироваться как включающий не только явно указанные пределы от 1 нм до менее 1 мкм, но и как включающий отдельные значения, такие как примерно 15 нм, 22,5 нм, 45 нм и т.д., и поддиапазоны, такие как от примерно 20 нм до примерно 48 нм, и т.д.[00137] In addition, it should be understood that the ranges given here include the specified range and any value or subrange within the specified range, as if they were explicitly specified. For example, a range presented as 1 nm to less than 1 µm should be interpreted as including not only the explicitly stated limits of 1 nm to less than 1 µm, but also as including individual values such as about 15 nm, 22.5 nm, 45 nm, etc., and subranges such as from about 20 nm to about 48 nm, etc.
[00138] Хотя выше было подробно описано несколько примеров, следует понимать, что раскрытые примеры могут быть модифицированы. Следовательно, вышеприведенное описание следует считать неограничивающим.[00138] Although several examples have been described in detail above, it should be understood that the disclosed examples may be modified. Therefore, the above description should be considered non-limiting.
Claims (97)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US62/783,951 | 2018-12-21 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2772924C1 true RU2772924C1 (en) | 2022-05-27 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2198221C2 (en) * | 1997-07-28 | 2003-02-10 | Медикал Биосистемз Лтд. | Method of polynucleotide sequencing and device for its realization |
| RU2199588C2 (en) * | 1998-02-19 | 2003-02-27 | Дзе Секретэри Оф Стейт Фор Дефенс | Method of detection of target nucleic acid sequence presence, method of detection of nucleic acid amplification, method of determination of sequence property, method of detection of polymorphism and/or allele variation, set |
| RU2456618C2 (en) * | 2006-10-12 | 2012-07-20 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | System and method for detection using magnetic and/or electric label |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2198221C2 (en) * | 1997-07-28 | 2003-02-10 | Медикал Биосистемз Лтд. | Method of polynucleotide sequencing and device for its realization |
| RU2199588C2 (en) * | 1998-02-19 | 2003-02-27 | Дзе Секретэри Оф Стейт Фор Дефенс | Method of detection of target nucleic acid sequence presence, method of detection of nucleic acid amplification, method of determination of sequence property, method of detection of polymorphism and/or allele variation, set |
| RU2456618C2 (en) * | 2006-10-12 | 2012-07-20 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | System and method for detection using magnetic and/or electric label |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Guangfu Wu et al., "Graphene Field-Effect Transistors for the Sensitive and Selective Detection of Escherichia coli Using Pyrene-Tagged DNA Aptamer", Advanced Healthcare Materials, (20170810), vol. 6, no. 19. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6875442B2 (en) | Biochemically actuated electronic device | |
| RU2747795C1 (en) | Sensor and sensor system for nucleic acid sequencing | |
| US11782006B2 (en) | Sensing systems | |
| RU2772924C1 (en) | Sensor systems | |
| NZ760030A (en) | Sensor And Sensing System | |
| JP2024512838A (en) | Scalable circuit for molecular detection |