CN115843316A - 用于至少使用电特性进行测序的组合物和方法 - Google Patents

Abstract

本文提供了用于至少使用改变聚合物桥的电特性来进行测序的组合物和方法。在一些示例中，该桥可以跨越第一电极和第二电极之间的空间，并且可包括彼此杂交的第一聚合物链和第二聚合物链。多个核苷酸可偶联到对应标签。聚合酶可偶联到该桥，并且可以至少使用第二多核苷酸的序列将核苷酸添加到第一多核苷酸。分别对应于那些核苷酸的该标签可改变该第一聚合物链和该第二聚合物链之间的杂交。检测电路可至少使用通过该桥的电信号的变化来检测该聚合酶将该核苷酸添加到该第一多核苷酸的序列，该变化响应于使用对应于那些核苷酸的该标签的杂交的相应改变。

Description

用于至少使用电特性进行测序的组合物和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年6月30日提交的名称为“Compositions and Methods forSequencing Using at Least Electrical Characteristics”的美国临时专利申请号63/046,618的权益，该专利申请的全部内容以引用方式并入本文。

序列表

本专利申请包含已以ASCII格式电子提交的序列表，该序列表据此全文以引用方式并入。创建于2021年6月11日的所述ASCII副本命名为IP_1969_PCT_SL.txt并且大小为3,590字节。

背景技术

大量的学术和公司时间和能量已被投入对多核苷酸，诸如DNA进行测序。一些测序系统使用“边合成边测序”(SBS)技术和基于荧光的检测。然而，基于荧光的检测可能需要光学部件，诸如激发光源、成像装置等，这可能是复杂的、操作耗时的并且昂贵的。

发明内容

本文提供的示例涉及至少使用改变电极之间的桥的电特性来进行测序。公开了用于进行此类测序的组合物和方法。

在一些示例中，桥可以跨越第一电极和第二电极之间的空间并且可包括单个聚合物链，或者可包括彼此杂交的第一聚合物链和第二聚合物链，或者可包括多于两个聚合物链。多个核苷酸可偶联到对应标签。聚合酶可偶联到或接近桥，并且可以使用至少第二多核苷酸的序列将核苷酸添加到第一多核苷酸。分别对应于那些核苷酸的标签可改变桥的电特性。检测电路可至少使用通过桥的电信号(例如，电流或电压)的变化来检测聚合酶将核苷酸添加到第一多核苷酸的序列，该变化响应于使用对应于那些核苷酸的标签的电特性的相应改变。

在本文的一些示例中提供了一种组合物，该组合物包括通过空间彼此分离的第一电极和第二电极，以及跨越第一电极与第二电极之间的空间的桥。桥可包括彼此杂交的第一聚合物链和第二聚合物链。组合物还可包括第一多核苷酸和第二多核苷酸，以及多个核苷酸，每个核苷酸偶联到对应标签。组合物还可包括聚合酶以至少使用第二多核苷酸的序列将多个核苷酸中的核苷酸添加到第一多核苷酸。分别对应于那些核苷酸的标签可改变第一聚合物链和第二聚合物链中的至少一者的电特性。组合物可包括检测电路，该检测电路用以至少使用通过桥的电信号的变化来检测聚合酶将核苷酸添加到第一多核苷酸的序列。变化可响应于使用对应于那些核苷酸的标签的电特性的改变。

在一些示例中，第一聚合物链和第二聚合物链分别包括彼此杂交的第一多核苷酸和第二多核苷酸。在一些示例中，标签包括改变第一多核苷酸和第二多核苷酸之间的杂交的相应寡核苷酸。在一些示例中，寡核苷酸改变彼此不同的位置中的杂交。在一些示例中，寡核苷酸改变不同长度的区域中的杂交。

在一些示例中，第一聚合物链和第二聚合物链的多核苷酸以及标签的寡核苷酸包括非天然存在的DNA。在一些示例中，非天然存在的DNA包括对映体DNA。在一些示例中，寡核苷酸包括经修饰的核苷酸。在一些示例中，经修饰的核苷酸具有经修饰的主链、经修饰的糖或经修饰的碱基。在一些示例中，寡核苷酸包括选自PNA和LNA的核酸类似物。

在一些示例中，第一多核苷酸和第二多核苷酸包括DNA，并且标签包括与DNA相互作用的蛋白质。在一些示例中，标签包括DNA嵌入剂。在一些示例中，标签包括小沟结合剂。在一些示例中，标签包括肽嵌入剂。在一些示例中，标签包括缠绕的α螺旋。

在一些示例中，第一聚合物链和第二聚合物链分别包括彼此杂交的第一多肽和第二多肽。在一些示例中，标签中的每个标签包括改变第一多肽和第二多肽之间杂交的蛋白质、肽或嵌入剂。

在本文的一些示例中提供了一种方法。该方法可包括至少使用第二多核苷酸的序列，使用聚合酶将核苷酸添加到第一多核苷酸中。该方法可包括使用分别偶联到核苷酸的标签来改变跨越第一电极和第二电极之间的空间的桥的第一聚合物链和第二聚合物链中的至少一者的电特性。该方法可包括至少使用响应于使用对应于那些核苷酸的标签的电特性的相应改变的通过桥的电信号的变化来检测聚合酶将核苷酸添加到第一多核苷酸的序列。

在一些示例中，第一聚合物链和第二聚合物链分别包括彼此杂交的第一多核苷酸和第二多核苷酸。在一些示例中，标签包括改变第一多核苷酸和第二多核苷酸之间的杂交的相应寡核苷酸。在一些示例中，标签改变彼此不同的位置中的杂交。在一些示例中，标签改变不同长度的区域中的杂交。在一些示例中，第一聚合物链和第二聚合物链的多核苷酸以及标签的寡核苷酸包括非天然存在的DNA。在一些示例中，非天然存在的DNA包括对映体DNA。在一些示例中，寡核苷酸包括经修饰的核苷酸。在一些示例中，经修饰的核苷酸具有经修饰的主链、经修饰的糖或经修饰的碱基。在一些示例中，寡核苷酸包括选自PNA和LNA的核酸类似物。

在一些示例中，第一多核苷酸和第二多核苷酸包括DNA，并且其中标签包括与DNA相互作用的蛋白质。在一些示例中，标签包括DNA嵌入剂。在一些示例中，标签包括小沟结合剂。在一些示例中，标签包括肽嵌入剂。在一些示例中，标签包括缠绕的α螺旋。

在一些示例中，第一聚合物链和第二聚合物链分别包括彼此杂交的第一多肽链和第二多肽链。在一些示例中，标签中的每个标签包括改变第一多肽和第二多肽之间杂交的蛋白质、肽或嵌入剂。

在本文的一些示例中提供了一种组合物，该组合物包括通过空间彼此分离的第一电极和第二电极，以及跨越第一电极与第二电极之间的空间的桥。桥可包括聚合物链。组合物可包括第一多核苷酸和第二多核苷酸，以及多个核苷酸，每个核苷酸偶联到对应标签。组合物可包括聚合酶以至少使用第二多核苷酸的序列将多个核苷酸中的核苷酸添加到第一多核苷酸。分别对应于那些核苷酸的标签可改变聚合物链的电特性。组合物可包括检测电路，该检测电路用以至少使用通过桥的电信号的变化来检测聚合酶将核苷酸添加到第一多核苷酸的序列。变化可响应于使用对应于那些核苷酸的标签的电特性的改变。

在一些示例中，聚合物链包括多肽链。在一些示例中，标签包括肽嵌入剂。在一些示例中，标签包括缠绕的α螺旋。

在本文的一些示例中提供了用于测序的方法，该方法包括至少使用第二多核苷酸的序列，使用聚合酶将核苷酸添加至第一多核苷酸中。该方法可包括使用分别偶联到核苷酸的标签来改变跨越第一电极和第二电极之间的空间的桥的聚合物链的电特性。该方法可包括至少使用响应于使用对应于那些核苷酸的标签的电特性的相应改变的通过桥的电信号的变化来检测聚合酶将核苷酸添加到第一多核苷酸的序列。

在一些示例中，聚合物链包括多肽链。在一些示例中，标签包括肽嵌入剂。在一些示例中，标签包括缠绕的α螺旋。

应理解，如本文中所描述的本公开的方面中的每一者的任何相应特征/示例可以任何适当组合一起实施，并且来自这些方面中的任一者或多者的任何特征/示例可以与如本文中所描述的其它(多个)方面的特征中的任一者以任何适当组合一起实施，以实现如本文中所描述的益处。

附图说明

图1A至图1B示意性地示出了用于测序的示例性组合物，该组合物包括双链聚合物桥以及改变桥的聚合物链中的至少一个聚合物链的电特性的核苷酸标签。

图2A至图2C示意性地示出了具有改变双链聚合物桥的聚合物链中的至少一个聚合物链的电特性的标签的核苷酸的示例。

图3示意性示出了用于测序的示例性组合物，该组合物包括双链多核苷酸桥以及改变桥的多核苷酸之间的杂交的核苷酸标签。图公开了SEQ ID NO:11。

图4示出了用于使用双链聚合物桥以及改变桥的聚合物链中的至少一个聚合物链的电特性的核苷酸标签进行测序的方法中的操作的示例性流程。

图5A至图5B示意性地示出了用于测序的示例性组合物，该组合物包括单链聚合物桥以及改变桥的电特性的核苷酸标签。

图6示出了用于使用单链聚合物桥以及改变桥的电特性的核苷酸标签进行测序的方法中的操作的示例性流程。

图7A至图7C示出了包括多于两个聚合物链的示例性聚合物桥。

具体实施方式

本文提供的示例涉及至少使用改变聚合物链的电特性来进行测序。公开了用于进行此类测序的组合物和方法。

更具体地，本发明组合物和方法可适当地具有用于以稳健、可再现、灵敏、准确、实时工作、检测单个分子并具有高通量的方式对多核苷酸进行测序的益处。例如，本发明组合物可包括第一电极和第二电极以及跨越电极之间的空间的桥。桥可包括双链聚合物，例如，可包括以允许电流通过桥从一个电极流到另一个电极的方式彼此杂交的第一聚合物链和第二聚合物链，可包括多于两个聚合物链，或者可包括允许电流通过桥从一个电极流到另一个电极的单个聚合物链。可偶联到相应核苷酸的标签可改变桥的一种或多种电特性，例如桥的电导率或电阻抗，并且至少使用这种改变，可识别相应核苷酸。

首先，将简单地解释本文中所使用的一些术语。然后，将描述用于对多核苷酸进行电子测序的一些示例性组合物和示例性方法。

术语

除非另有定义，否则本文所用的所有技术和科学术语的含义与本领域的普通技术人员通常理解的含义相同。术语“包含(including)”以及如“包含(include)”、“包含(includes)”、和“包含(included)”等其它形式的使用不具限制性。术语“具有(having)”以及如“具有(have)”、“具有(has)”、和“具有(had)”等其它形式的使用不具限制性。如本说明书中所用，无论是在过渡短语中还是在权利要求的正文中，术语“包含(comprise(s))”和“包含(comprising)”都将被解释为具有开放式含义。即，上述术语应与短语“至少具有”或“至少包括”同义地解释。例如，当在过程的上下文中使用时，术语“包含”表示该过程至少包括所列举的步骤，但是也可包括额外步骤。当在化合物、组合物或设备的上下文中使用时，术语“包含”是指该化合物、组合物或设备至少包含所列举的特征或组分，但是也可包含额外特征或组分。

在本说明书通篇中使用的术语“基本上”、“大约”和“约”用于描述和说明小的波动，诸如由于处理中的变化所引起的小的波动。例如，它们可以指小于或等于±5％，诸如小于或等于±2％，诸如小于或等于±1％，诸如小于或等于±0.5％，诸如小于或等于±0.2％，诸如小于或等于±0.1％，诸如小于或等于±0.05％。

如本文所用，术语“电极”旨在表示导电的固体结构。电极可包括任何合适的导电材料，诸如金、钯或铂或它们的组合。

如本文所用，术语“桥”旨在表示在两个其他结构之间延伸并且偶联到两个其他结构的结构。桥可以跨越其他结构之间的空间，诸如在两个电极之间。并非桥的所有元素都需要直接偶联到两个结构。例如，在包括彼此相关联并且跨越两个电极之间的空间的第一聚合物链和第二聚合物链的桥中，聚合物链中的一个聚合物链的至少一端偶联到电极中的一个电极，并且聚合物链中的一个聚合物链的至少一端偶联到另一个电极。然而，两个聚合物链不需要均偶联到两个电极，并且实际上聚合物链中的一个聚合物链不需要偶联到电极中的任一电极。桥可包括多个部件，该多个部件以在其他结构之间延伸并共同连接至其他结构的方式彼此偶联。桥可以经由化学键，例如经由共价键、氢键、离子键、偶极-偶极键、伦敦分散力或它们的任何合适的组合偶联到另一个结构，诸如电极。

如本文所用，“聚合物”是指包括许多亚基的链的分子，这些亚基可以被称为单体，它们彼此偶联。亚单元可以重复，或者可以彼此不同。聚合物及其亚基可以是生物的或合成的。合适地可以包含在桥或标签内的示例性生物聚合物包括多核苷酸(由核苷酸亚基制成)、多肽(由氨基酸亚基制成)、多糖、多核苷酸类似物和多肽类似物。适用于桥或标签的示例性多核苷酸和多核苷酸类似物包括DNA、对映体DNA、RNA、PNA(肽-核酸)、吗啉代和LNA(锁核酸)。聚合物可包括衍生自亚磷酰胺的间隔物亚基，其可偶联到多核苷酸，但缺少核碱基，诸如可从Glen Research,Sterling,VA商购获得，例如间隔物亚磷酰胺18(18-O-二甲氧基三苯甲基六乙二醇，1-[(2-氰乙基)-(N,N-二异丙基)]-亚磷酰胺)。示例性合成多肽可以包括所有天然氨基酸，诸如带电氨基酸、亲水性、疏水性和中性氨基酸残基。合适地可以包含在桥或标签内的示例性合成聚合物包括PEG(聚乙二醇)、PPG(聚丙二醇)、PVA(聚乙烯醇)、PE(聚乙烯)、LDPE(低密度聚乙烯)、HDPE(高密度聚乙烯)、聚丙烯、PVC(聚氯乙烯)、PS(聚苯乙烯)、尼龙(脂肪族聚酰胺)、

(四氟乙烯)、热塑性聚氨酯、聚醛、聚烯烃、聚(环氧乙烷)、聚(ω-链烯酸酯)、聚(甲基丙烯酸烷基酯)和其他聚合的化学和生物接头，诸如Hermanson，Bioconjugate Techniques，第三版，Academic Press,London(2013)中所述。

如本文所用，“杂交”旨在表示沿那些聚合物的长度非共价缔合第一聚合物与第二聚合物。举例来说，两个DNA多核苷酸链可通过互补碱基配对而缔合。第一聚合物和第二聚合物之间缔合的强度随着那些聚合物内单体单元的序列之间的互补性而增加。例如，第一多核苷酸与第二多核苷酸之间的缔合的强度随着那些多核苷酸内核苷酸序列之间的互补性而增加。

如本文所用，术语“核苷酸(nucleotide)”打算意指包含糖和至少一个磷酸酯基团，并且在一些示例中还包含核碱基的分子。缺乏核碱基的核苷酸可称为“脱碱基”。核苷酸包含脱氧核糖核苷酸、经修饰的脱氧核糖核苷酸、核糖核苷酸、经修饰的核糖核苷酸、肽核苷酸、经修饰的肽核苷酸、经修饰的磷酸糖主链核苷酸、和它们的混合物。核苷酸的示例包含单磷酸腺苷(AMP)、二磷酸腺苷(ADP)、三磷酸腺苷(ATP)、单磷酸胸苷(TMP)、二磷酸胸苷(TDP)、三磷酸胸苷(TTP)、单磷酸胞苷(CMP)、二磷酸胞苷(CDP)、三磷酸胞苷(CTP)、单磷酸鸟苷(GMP)、二磷酸鸟苷(GDP)、三磷酸鸟苷(GTP)、单磷酸尿苷(UMP)、二磷酸尿苷(UDP)、三磷酸尿苷(UTP)、单磷酸脱氧腺苷(dAMP)、二磷酸脱氧腺苷(dADP)、三磷酸脱氧腺苷(dATP)、单磷酸脱氧胸苷(dTMP)、二磷酸脱氧胸苷(dTDP)、三磷酸脱氧胸苷(dTTP)、二磷酸脱氧胞苷(dCDP)、三磷酸脱氧胞苷(dCTP)、单磷酸脱氧鸟苷(dGMP)、二磷酸脱氧鸟苷(dGDP)、三磷酸脱氧鸟苷(dGTP)、单磷酸脱氧尿苷(dUMP)、二磷酸脱氧尿苷(dUDP)、和三磷酸脱氧尿苷(dUTP)。

如本文所用，术语“核苷酸”也打算涵盖任何核苷酸类似物，该核苷酸类似物是包含与天然存在的核苷酸相比经修饰的核碱基、糖、和/或磷酸酯部分的类型的核苷酸。示例性经修饰的核碱基包含肌苷、黄嘌呤(xathanine)、次黄嘌呤、异胞嘧啶、异鸟嘌呤、2-氨基嘌呤、5-甲基胞嘧啶、5-羟甲基胞嘧啶、2-氨基腺嘌呤、6-甲基腺嘌呤、6-甲基鸟嘌呤、2-丙基鸟嘌呤、2-丙基腺嘌呤、2-硫代尿嘧啶、2-硫代胸腺嘧啶、2-硫代胞嘧啶、15-卤代尿嘧啶、15-卤代胞嘧啶、5-丙炔基尿嘧啶、5-丙炔基胞嘧啶、6-偶氮尿嘧啶、6-偶氮胞嘧啶、6-偶氮胸腺嘧啶、5-尿嘧啶、4-硫代尿嘧啶、8-卤代腺嘌呤或鸟嘌呤、8-氨基腺嘌呤或鸟嘌呤、8-硫醇腺嘌呤或鸟嘌呤、8-硫烷基腺嘌呤或鸟嘌呤、8-羟基腺嘌呤或鸟嘌呤、5-卤代取代的尿嘧啶或胞嘧啶、7-甲基鸟嘌呤、7-甲基腺嘌呤、8-氮杂鸟嘌呤、8-氮杂腺嘌呤、7-脱氮鸟嘌呤、7-脱氮腺嘌呤、3-脱氮鸟嘌呤、3-脱氮腺嘌呤等。如本领域中已知，某些核苷酸类似物无法并入到多核苷酸中，例如如5’-磷酰硫酸腺苷的核苷酸类似物。核苷酸可以包含任何适合数目的磷酸酯，例如三个、四个、五个、六个、或多于六个磷酸酯。

如本文所用，术语“多核苷酸(polynucleotide)”是指包含彼此结合的核苷酸序列的分子。多核苷酸为聚合物的一个非限制性示例。多核苷酸的示例包含脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)、和它们的类似物。多核苷酸可以是核苷酸的单链序列，诸如RNA或单链DNA、核苷酸的双链序列，诸如双链DNA，或者可以包括核苷酸的单链序列和双链序列的混合物。双链DNA(dsDNA)包含基因组DNA、以及PCR和扩增产物。单链DNA(ssDNA)可以转化成dsDNA并且反之亦然。多核苷酸可包括非天然存在的DNA，诸如对映体DNA。多核苷酸中核苷酸的精确序列可以是已知的或未知的。以下是多核苷酸的示例性示例：基因或基因片段(例如，探针、引物、表达序列标签(EST)或基因表达系列分析(SAGE)标签)、基因组DNA、基因组DNA片段、外显子、内含子、信使RNA(mRNA)、转移RNA、核糖体RNA、核酶、cDNA、重组多核苷酸、合成多核苷酸、分支多核苷酸、质粒、载体、任何序列的分离DNA、任何序列的分离RNA、核酸探针、引物或前述任一者的扩增拷贝。

如本文所用，“聚合酶(polymerase)”打算意指具有通过将核苷酸聚合成多核苷酸来组装多核苷酸的活性位点的酶。聚合酶可以结合引发的单链多核苷酸模板，并且可以向生长的引物中依次添加核苷酸以形成具有与模板序列互补的序列的多核苷酸。

如本文所用，术语“引物”定义为经由游离3’OH基团向其添加核苷酸的多核苷酸。引物可以具有3’嵌段，该嵌段防止聚合，直到该嵌段被移除。引物还可在5'末端处具有修饰，以允许偶联反应或将引物偶联至另一部分。引物长度可以是任何数目的碱基长度并且可包括多种非天然核苷酸。

如本文所用，术语“标签”旨在表示以引起桥的电特性(诸如电阻抗或电导率)的变化的方式偶联到桥的结构，并且基于该变化，可以识别核苷酸。例如，标签可以与这样的桥内的聚合物链杂交，并且杂交可以引起桥的电导率或电阻抗变化。或者，例如，标签可嵌入这样的桥内的聚合物链之间，并且嵌入可引起桥的电导率或电阻抗变化。然而，应当理解，标签可改变桥内的聚合物链的任何合适的电特性。在本文所提供的示例中，标签可以偶联到核苷酸。

如本文所用，术语“衬底(substrate)”是指用作本文所描述的组合物的支撑物的材料。示例性衬底材料可包含玻璃、二氧化硅、塑料、石英、金属、金属氧化物、有机硅酸酯(例如，多面体有机倍半硅氧烷(POSS))、聚丙烯酸酯、氧化钽、互补金属氧化物半导体(CMOS)、或它们的组合。POSS的示例可以是描述于Kehagias等人，MicroelectronicEngineering 86(2009)，第776-778页中的POSS，该文献全文以引用方式并入。在一些示例中，本申请中使用的衬底包含二氧化硅类衬底，如玻璃、熔融硅石、或其它含二氧化硅材料。在一些示例中，基底可以包括硅、氮化硅或氢化硅。在一些示例中，本申请中使用的衬底包含塑料材料或组分，如聚乙烯、聚苯乙烯、聚(氯乙烯)、聚丙烯、尼龙、聚酯、聚碳酸酯、和聚(甲基丙烯酸甲酯)。示例性塑料材料包含聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯、和环烯烃聚合物衬底。在一些示例中，衬底为或包含二氧化硅类材料或塑料材料或它们的组合。在具体示例中，衬底具有至少一个包括玻璃或硅类聚合物的表面。在一些示例中，基底可包括金属。在一些此类示例中，金属为金。在一些示例中，衬底具有至少一个包括金属氧化物的表面。在一个示例中，表面包括氧化钽或氧化锡。丙烯酰胺、烯酮、或丙烯酸酯也可用作衬底材料或组分。其他基底材料可包括但不限于砷化镓、磷化铟、铝、陶瓷、聚酰亚胺、石英、树脂、聚合物和共聚物。在一些示例中，基底和/或基底表面可以是或包括石英。在一些其他示例中，基底和/或基底表面可以是或包括半导体，诸如GaAs或ITO。前述列表旨在说明但不限于本申请。基底可包括单一材料或多种不同材料。基底可以是复合材料或层压物。在一些示例中，衬底包括有机硅酸酯材料。

基底可以是平坦的、圆形的、球形的、杆状的或任何其他合适的形状。衬底可以是刚性的或柔性的。在一些示例中，衬底为珠粒或流通池。

基底可以在基底的一个或多个表面上被非图案化，纹理化或图案化。在一些示例中，基底被图案化。此类图案可包括柱、垫、孔、脊、通道或其他三维凹形或凸形结构。图案在整个基底表面上可以是规则的或不规则的。例如，可以通过纳米压印光刻或通过使用例如在非金属表面上形成特征的金属垫来形成图案。

在一些示例中，本文所描述的衬底形成流通池的至少部分、或位于流通池中、或与流通池耦合。流通池可包含划分成多个泳道或多个分区的流动腔室。可用于本文阐述的方法和组合物中的示例性流通池和用于制造流通池的基底包括但不限于可从Illumina,Inc.,San Diego,CA商购获得的那些。

用于对多核苷酸进行测序的示例性组合物和方法

图1A至图1B示出了用于测序的示例性组合物100，该组合物包括双链聚合物桥。现在参考图1A，组合物100包括基底101，第一电极102，第二电极103，聚合酶104，桥110，核苷酸121、122、123和124，分别偶联到那些核苷酸的标签131、132、133和134，第一多核苷酸140，第二聚核苷酸150以及检测电路160。聚合酶105在桥110附近，并且在一些示例中可经由接头106以如本领域已知的方式偶联到桥110。例如，此类接头化学包括马来酰亚胺化学与半胱氨酸残基上的反应性硫醇，NHS酯化学与赖氨酸残基上的反应性胺，生物素-链霉亲和素和Spytag-SpyCatcher。在图1A至图1B所示的示例中，组合物100的组分可以封闭在填充有流体120的流通池(例如，具有壁161、162、162)内，其中核苷酸121、122、123和124(具有相关的标签)、多核苷酸140、150和合适的试剂可以被携带。

基底101可以支撑第一电极102和第二电极103。第一电极102和第二电极103可以通过空间(例如，如图1A所示的长度L的空间)彼此分离。在一些示例中，L的值可以是约1nm至约1μm，例如约1nm至约100nm，例如约1nm至约10nm，例如约10nm至约25nm，例如约25nm至约50nm。第一电极102和第二电极103可具有任何合适的形状和布置，并且不限于图1A中建议的大致矩形形状。图1A中所示的第一电极102和第二电极103的侧壁可以是，但不一定是彼此竖直或平行的，并且不一定以直角与此类电极的顶面相交。例如，第一电极102和第二电极103可以是不规则形状的，可以是弯曲的，或者包括任何合适数量的钝角或锐角。在一些示例中，第一电极102和第二电极103可以相对于彼此竖直地布置。值L可以指第一电极102和第二电极103的最近点彼此之间的间距。

桥110可以跨越第一电极102与第二电极103之间的空间，并且可以包括彼此杂交的第一聚合物链111和第二聚合物链112(相应聚合物链内的圆圈旨在表明沿着聚合物链的长度彼此偶联的单体单元)。第一聚合物链111和第二聚合物链112可以包括相同类型的聚合物，但是相应聚合物链中单体单元的序列可以不必彼此相同。例如，第一聚合物链111可具有与第二聚合物链112的序列互补的序列。第一聚合物链111和第二聚合物链112各自可具有与第一电极102和第二电极103之间的空间的长度L大致相同的长度，或以其他方式允许聚合物链111、112跨越第一电极102和第二电极103之间的空间，例如使得第一聚合物链111和第二聚合物链112各自可直接偶联到第一电极102和第二电极103中的每一者(例如，经由相应的键)。应当理解，在一些配置中，第一聚合物链111和第二聚合物链112都不必直接偶联到第一电极102和第二电极103中的一者或两者。相反，第一聚合物链111和第二聚合物链112中的任一者或两者可以直接偶联到一个或多个其他结构，该一个或多个其他结构分别直接或间接偶联到第一电极102和第二电极103中的一者或两者。

如本文更详细地解释的，标签131、132、133和134分别可以以调节桥110的电导率或阻抗的方式改变第一聚合物链111和第二聚合物链中的至少一者的电特性，基于该调节可确定对应核苷酸121、122、123和124的同一性。例如，如参考图1B更详细地解释的，标签131、132、133和134分别可以以调节桥110的电导率或阻抗的方式改变改变区113内第一聚合物链111和第二聚合物链之间的杂交，基于该调节可确定对应核苷酸121、122、123和124的同一性。

图1A中所示的组合物100可以包括偶联到对应标签的任何合适数量的核苷酸，例如一个或多个核苷酸、两个或更多个核苷酸、三个或更多个核苷酸或者四个核苷酸。例如，在一些示例中，核苷酸121(例示性地，G)可经由接头135偶联到对应标签131。在一些示例中，核苷酸122(例示性地，T)可经由接头136偶联到对应标签132。在一些示例中，核苷酸123(例示性地，A)可经由接头137偶联到对应标签133。在一些示例中，核苷酸124(例示性地，C)可经由接头138偶联到对应标签134。可以使用本领域已知的任何合适方法(诸如正羟基琥珀酰亚胺(NHS)酯化学或点击化学)来提供核苷酸与标签之间的偶联，在一些示例中，经由可包括与标签相同或不同的聚合物的接头。在一些示例中，标签131、132、133和134可包括彼此相同类型的材料，但在至少一个方面可以彼此不同，例如，可以具有彼此不同的长度，如图1A所表明的。替代地，如下面参考图2A所述，在一些示例中，标签131、132、133和134可包括彼此不同的材料。作为另一个替代方案，在一些示例中，标签131、132、133和134可以包括彼此相同类型的聚合物，但是可以在至少一个方面彼此不同，例如可以具有彼此不同序列的单体单元，诸如在参考图2B描述的具体示例中，或者可以具有彼此不同数目的单体单元，诸如在参考图2C描述的具体示例中。在一些示例中，标签131、132、133和134可包括与改变区113中相同类型的聚合物，并且在一些示例中可包括与聚合物链111、112中的一者或两者的剩余部分中相同类型的聚合物。以诸如参考图1B更详细描述的方式，可以分别选择标签131、132、133和134的特定特性，以便当那些标签分别改变第一聚合物链111和第二聚合物链112中的至少一者的电特性时，促进通过桥110的可区分电信号(诸如电流或电压)的生成。标签可以但不是必须改变彼此相同的电特性。标签可以但不是必须改变彼此相同的聚合物链的电特性。例如，标签可改变不同聚合物链的不同电特性，或者可改变相同聚合物链的不同电特性，或者可改变不同聚合物链的相同电特性，或者可改变相同聚合物链的相同电特性。

图1A中所示的组合物100包括第一多核苷酸140和第二多核苷酸150，以及聚合酶105，该聚合酶可使用至少第二多核苷酸150的序列将多个核苷酸121、122、123和124中的核苷酸添加到第一多核苷酸140。分别对应于那些核苷酸的标签131、132、133和134可改变第一聚合物链111和第二聚合物链112中的至少一者的电特性，例如，可以以诸如下面参考图1B更详细描述的方式改变第一聚合物链111和第二聚合物链112之间的杂交。检测电路160可至少使用通过桥110的电流或该桥的阻抗变化来检测聚合酶105分别将核苷酸121、122、123和124(不一定按该顺序)添加到第一多核苷酸140的序列，该变化响应于使用对应于那些核苷酸的标签131、132、133和134的电特性的改变。例如，检测电路160可以跨第一电极102和第二电极103施加电压，并且可检测响应于此类电压流过桥110的任何电流。或者，例如，检测电路560可以使恒定电流流过桥510，并且检测第一电极502和第二电极503之间的电压差。

在图1A所示的特定时间处，标签131、132、133和134都不与桥110接触，并且因此相对较高的电流可流过桥110。尽管核苷酸121、122、123、124可以自由地扩散通过流体120，并且相应标签131、132、133、134可以由于这种扩散而短暂地接触桥110，但是标签可以相对快速地去杂交，并且因此预期桥110的电导率或阻抗的任何所得变化都是如此短以至于不能检测到，或者可以清楚地识别为不对应于将核苷酸添加到第一多核苷酸140中。例如，由于扩散或由于聚合酶引导的核苷酸掺入而杂交的标签可具有相同的杂交寿命(从统计学上讲)。寿命由相互作用的断开速率决定。断开速率是由相互作用、温度、盐度、缓冲液和其他因素的性质控制的常数。将真实信号与漫射信号区分开的是标签被结合的时间百分比，并且其由接通速率确定。接通速率随标签的浓度而增加(与断开速率相反)。例如，浓度对应于在给定体积中发现分子的概率。与扩散的核苷酸相比，对于结合的核苷酸，标签的浓度可以高几个数量级，因为核苷酸保持在活性位点中。因此，接通速率高得多。虽然标签在扩散状态和特定状态中同样快地去杂交，但是特定状态导致标签非常快地重新结合。在掺入核苷酸之后，切断标签与核苷酸之间的接头。因此，下一次标签去杂交，其具有与扩散标签相同的浮离概率。

相比之下，图1B示出了聚合酶105至少使用第二多核苷酸150的序列(例如，以便与该序列中的C互补)将核苷酸121(例示性地，G)添加到第一多核苷酸140的时间。因为聚合酶105作用在标签131偶联到其的核苷酸121上(在一些示例中经由接头137)，所以这样的作用将标签131维持在足够靠近桥110的位置处持续足够量的时间，以改变第一聚合物链111和第二聚合物链112中的至少一者的电特性，例如改变改变区113内第一聚合物链111和第二聚合物链112之间的杂交，以便引起桥110的电特性(诸如电导率或阻抗)的足够长的变化，以便可使用检测电路160检测到，从而允许将核苷酸121识别为添加到第一多核苷酸140。另外，标签131可具有这样的性质：当改变第一聚合物链111和第二聚合物链112中的至少一者的电特性(例如，改变第一聚合物链111和第二聚合物链112之间的杂交)时，赋予桥110电特性(诸如电导率或阻抗)，通过该电特性，检测电路160可将添加的核苷酸与其他核苷酸中的任一者相比唯一地识别为121(例示性地，G)。

类似地，标签132可具有这样的性质：当改变第一聚合物链111和第二聚合物链112中的至少一者的电特性(例如，改变第一聚合物链111和第二聚合物链112之间的杂交)时，改变桥110的电特性(诸如电导率或阻抗)，通过该电特性，检测电路160可将添加的核苷酸与其他核苷酸中的任一者相比唯一地识别为122(例示性地，T)。类似地，标签133可具有这样的性质：当改变第一聚合物链111和第二聚合物链112中的至少一者的电特性(例如，改变第一聚合物链111和第二聚合物链112之间的杂交)时，改变桥110的电特性(诸如电导率或阻抗)，通过该电特性，检测电路160可将添加的核苷酸与其他核苷酸中的任一者相比唯一地识别为123(例示性地，C)。类似地，标签134可具有这样的性质：当改变第一聚合物链111和第二聚合物链112中的至少一者的电特性(例如，改变第一聚合物链111和第二聚合物链112之间的杂交)时，改变桥110的电特性(诸如电导率或阻抗)，通过该电特性，检测电路160可将添加的核苷酸与其他核苷酸中的任一者相比唯一地识别为124(例示性地，C)。

在图1A至图1B所示的非限制性示例中，标签131、132、133和134的不同长度分别导致改变区113具有不同长度，基于此，第一电极102和第二电极103之间的电信号可以以使得检测电路160可识别分别偶联到那些标签的核苷酸121、122、123、124的方式变化。然而，应当理解，标签131、132、133和134可具有任何合适的相应性质，基于此，第一电极102和第二电极103之间的电信号可以以使得检测电路160可识别分别偶联到那些标签的核苷酸121、122、123、124的方式变化。

例如，图2A至图2C示意性地示出了具有改变双链聚合物桥内的杂交的其他标签的核苷酸的示例。在图2A所示的非限制性示例中，标签231包括改变第一聚合物链111和第二聚合物链112之间的杂交的第一材料(由具有特定填充的矩形表明)。标签232、233和234中的每一者类似地包括不同材料(未具体标记，但由具有彼此不同的填充的矩形表示)。当标签材料改变第一聚合物链111和第二聚合物链112之间的杂交时，那些材料的这种变化通过桥110提供不同的和可区分的信号，例如电流或电压，基于此可识别对应的核苷酸。

在图2B所示的非限制性示例中，标签231’包括两个或更多个信号单体的序列(由具有彼此不同填充的圆圈表明)，该信号单体以改变第一聚合物链111和第二聚合物链112之间的杂交的方式分别与桥110内的所选择的单体杂交。标签231’的信号单体可位于标签内的任何合适位置处。标签232’、233’和234’中的每一者类似地包括两个或更多个信号单体(未具体标记，但由具有彼此不同填充的圆圈指示)，但是这些单体的特定类型和序列在标签之间改变，如旨在由指示单体的圆圈的不同填充所表明的。当标签的信号单体与桥110内的所选择的单体杂交时，这些单体类型和序列的这种变化提供了通过桥110的不同且可区分的电信号，例如电流或电压，基于这些电信号可识别对应核苷酸。

在一个非限制性示例中，标签231’、232’、233’、234’包括具有彼此至少部分不同的序列的相应寡核苷酸。这些序列可与改变区113内的桥110杂交，以便在改变区113内提供三链“三链体”多核苷酸。标签的相应寡核苷酸序列可彼此不同地与改变区113内的桥110杂交。例如，标签231’的信号单体(由具有彼此不同填充的圆圈表明)可以是相同或彼此不同的核苷酸。其他标签中的信号单体可以是与其他标签的第一信号单体和第二信号单体在序列或类型或两者上不同的核苷酸，使得每个标签231’、232’、233’、234’具有第一信号单体的独特序列。每个标签的第一信号单体和第二信号单体与桥110之间的相应杂交可提供通过桥110的特定电流或阻抗。例如，标签231’可具有带有与桥110中的碱基杂交的特定碱基对的序列，以便将桥110的电导率或阻抗调节至第一水平；标签232’可具有带有与桥110中的碱基杂交的特定碱基对的序列，以便将桥110的电导率或阻抗调节至不同于第一水平的第二水平；标签233’可具有带有与桥110中的碱基杂交的特定碱基对的序列，以便将桥110的电导率或阻抗调节至不同于第一水平和第二水平的第三水平；并且标签234’可具有带有与桥110中的碱基杂交的特定碱基对的序列，以便将桥110的电导率或阻抗调节至不同于第一水平、第二水平和第三水平的第四水平。在一些示例中，标签231’、232’、233’和243’可以以类似于参考图3描述的方式与桥110的彼此不同的部分杂交。

类似地，标签231’、232’、233’和234’分别可包括任何合适的组合、数量、次序和类型的单体单元(例如，核苷酸)，以允许来自不同标签的电信号被检测到并彼此区分。例如，在图2C中，标签231”、232”、233”和243”可具有彼此不同的长度，例如，可包括可改变第一聚合物链111和第二聚合物链112之间的杂交(例如，通过与改变区113内的桥110杂交)的任何合适数量的单体。例如，标签可以包括任何合适数量的单体(例如，核苷酸)，例如一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或超过十个单体。应当理解，在一些示例中，标签231”、232”、233”和243”也可以以诸如参考图2B描述的方式具有彼此不同的序列。另外，尽管图2A至图2C中所示的标签被描述为改变第一聚合物链111和第二聚合物链112之间的杂交，但此类标签可改变第一聚合物链和第二聚合物链中的一者或两者的任何合适的一个或多个电特性。另外，此类标签不限于与正好包括两个聚合物链的桥一起使用，并且实际上可以与包括单个聚合物链或多于两个聚合物链的桥一起使用。

图3示意性示出了用于测序的示例性组合物，该组合物包括双链多核苷酸桥以及改变桥的多核苷酸之间的杂交的核苷酸标签。在图3所示的示例中，组合物300可类似于参考图1A至图1B描述的组合物100，例如，包括基底(未具体示出)、第一电极302、第二电极303、聚合酶305、包括第一聚合物链311和第二聚合物链312的桥310，以及偶联到标签331的核苷酸321。聚合酶305可以经由接头306偶联到第一多核苷酸链311，该接头可以是刚性的，并且可以至少使用第二多核苷酸350的序列将核苷酸诸如核苷酸321添加到第一多核苷酸340。组合物300可以包括其他组分，诸如参考图1A至图1B所描述的，此处省略。应当理解，图3中所示的特定核苷酸序列仅是示例，并且不旨在是限制性的。

在图3所示的示例中，第一多核苷酸链311可以在由三角形指示的点处偶联到第一电极302和第二电极303，并且第二多核苷酸链312可以沿着桥310的长度与第一多核苷酸链311杂交。核苷酸321的标签331可具有与桥310杂交的序列(例示性地，TTTTTT)，从而提供通过桥310的第一电信号。其他核苷酸(未具体示出的核苷酸)的其他标签332、333可具有与桥310的其他部分杂交的不同序列，从而提供通过桥310的不同电信号。不同标签的不同序列可被选择为提供通过桥310的相应的电信号，这些电信号以诸如参考图1A至图1B所述的方式彼此可区分。

在一些示例中，参考图2B描述的标签231’、232’、233’和243’、参考图2C描述的标签231”、232”、233”和243”或参考图3描述的标签331、332、333的寡核苷酸可以包括经修饰的核苷酸，诸如具有经修饰的主链的核苷酸(例如，硫代磷酸酯DNA)、经修饰的糖(例如，2’o-甲基或2’OH(RNA))、经修饰的碱基(例如，甲基化碱基)或核酸类似物诸如肽-核酸(PNA)或锁核酸(LNA)。当与多核苷酸链311、312(诸如DNA或对映体DNA)一起使用时，此类标签可以以可检测地改变通过包括那些多核苷酸链的桥的电流流动或阻抗的方式改变多核苷酸链之间的杂交。经修饰的核苷酸可改变多核苷酸链311、312彼此杂交的方式。例如，标签中的大体积碱基修饰可以改变311和312之间的几何形状，从而影响导电特性。通过类似的机制，对糖或主链的修饰可具有类似的效果。本文提供的任何基于核苷酸的桥或标签可包括经修饰的核苷酸或核酸类似物，诸如参考图2B、图2C和图3所述。

在其他示例中，参考图1A至图1B描述的标签131、132、133、134或参考图2A描述的标签231、232、233、234可包括相应DNA结合蛋白。当与多核苷酸链111、112(诸如DNA或对映体DNA)一起使用时，此类标签可以以可检测地改变通过包括那些多核苷酸链的桥的电流流动或阻抗的方式改变多核苷酸链之间的杂交或多核苷酸链的导电特性。可用于本发明标签中的DNA结合蛋白的非限制性示例包括分子橇板(sled)、转录因子、作为转录因子的结合结构域起作用的蛋白质(诸如设计者锌指和亮氨酸拉链)、无催化活性的核酸酶(例如，HindIII、Eco RI)、组蛋白、RecA(以及其他重组酶)和无催化活性的Crispr-Cas9以及它们的类似物。

在另外的其他示例中，参考图1A至图1B描述的标签131、132、133、134或参考图2A描述的标签231、232、233、234可包括相应嵌入剂，诸如小沟结合剂(MGB)、DNA嵌入剂或肽嵌入剂。MGB的非限制性示例包括偏端霉素、纺锤菌素、双苯并咪唑、双脒、光辉霉素和色霉素，以及它们的类似物和衍生物。DNA嵌入剂可以包括具有能够在相邻DNA碱基对之间堆叠的平面芳族或杂芳族基团的分子。可用于本发明标签的DNA嵌入剂的示例包括道诺霉素、多柔比星、表柔比星、放线菌素、地特氯铵、博来霉素、依沙米星A、m-AMSA、米托蒽醌、吖啶和溴乙锭。例如，溴乙锭被认为延长了DNA螺旋，从而改变了DNA螺旋的电导率。基于肽的DNA嵌入剂可包括肽主链。基于肽的DNA嵌入剂的示例是PNA。

在一些示例中，参考图1A至图1B描述的标签131、132、133、134或参考图2A描述的标签231、232、233、234可包括相应缠绕的α螺旋。当与双链聚合物桥(例如，DNA)一起使用时，此类基于α螺旋的标签可以以可检测地改变通过桥的电流流动或阻抗的方式改变双链链之间的杂交。可用于本发明标签的α螺旋的示例包括肽卷曲线圈和亮氨酸拉链，诸如本文其他地方更详细描述的。

在一些示例中，参考图1A至图1B描述的桥110可包括任何合适数目的多肽链，例如两个或更多个多肽链。例如，桥110的第一聚合物链111和第二聚合物链112可分别至少包括彼此杂交的第一多肽链和第二多肽链。参考图1A至图1B描述的标签131、132、133、134、参考图2A描述的标签231、232、233、234或参考图7A至图7C描述的标签731可包括改变第一多肽和第二多肽的电特性的相应蛋白质、肽或嵌入剂。例如，桥110的多肽链111、112中的一者或多者以及在一些示例中桥110的多肽链中的每一者可直接促成第一电极102与第二电极103之间的电子转移。不希望受任何理论的束缚，这样的电子转移可以使用例如芳族氨基酸侧链(诸如酪氨酸、色氨酸或苯丙氨酸的侧链)在每条链中的π-堆叠来实现。然而，可以单独地或与π-堆叠组合地使用除π-堆叠之外的其他传输机制。例如使用复合物诸如二聚体、三聚体或更高聚体的形成，标签可分别赋予桥110的多肽链111、112中的一者或多者电导率(示例性电特性)的变化。因此，在一些示例中，标签中的每个标签和桥110的多肽链中的一个或多个多肽链可以一起工作以将电子从第一电极102转移到第二电极103。标签可以被改变(例如，经由基于肽的标签的氨基酸取代)，以便彼此不同地改变标签-多肽链复合物的电导率，从而提供通过其可以识别核苷酸的不同电信号。

尽管诸如参考图1A至图1B描述的示例包括双链聚合物桥，但是应当理解，桥也可以是或包括单链聚合物，或者可以包括多于两个聚合物链。图5A至图5B示出了用于测序的示例性组合物500，该组合物包括单链聚合物桥。现在参考图5A，组合物500包括基底501，第一电极502，第二电极503，聚合酶504，桥510，核苷酸521、522、523和524，分别偶联到那些核苷酸的标签531、532、533和534，第一多核苷酸540，第二聚核苷酸550以及检测电路560。聚合酶505靠近桥510，基底501可以支撑第一电极502和第二电极503，并且组合物500的组分可以被封闭在填充有流体520的流通池(例如，具有壁561、562、562)内，其中核苷酸521、522、523和524(具有相关联的标签)、多核苷酸540、550和合适的试剂可以以诸如参考图1A至图1B所述的方式被携带。

桥510可以跨越第一电极502与第二电极503之间的空间，并且可以包括聚合物链511(聚合物链内的圆圈旨在表明沿着聚合物链的长度彼此偶联的单体单元)。聚合物链511可具有与第一电极502和第二电极503之间的空间的长度L大致相同的长度，或以其他方式允许聚合物链511跨越第一电极502和第二电极503之间的空间，例如使得聚合物链511各自可直接偶联到第一电极502和第二电极503中的每一者(例如，经由相应的键)。在一些示例中，聚合物链511可包括多肽链。在一些示例中，多肽链可以是螺旋的。例如，螺旋多肽被认为是良好的电子介体，其可在相对长的距离内转移电子。不希望受任何理论的束缚，认为多肽可使用电子隧穿机制，跳跃机制或两者进行传导。在电子隧穿机制中，电子可行进穿过多肽链的分子轨道，例如，穿过芳族氨基酸诸如酪氨酸、色氨酸或苯丙氨酸。在跳跃机制中，带电粒子(正或负)可以跳跃通过多肽链。多肽链可形成除了所讨论的那些结构之外的多种结构，包括β链。多肽链可包括天然氨基酸和非天然氨基酸的任何合适的组合。较大芳族残基(酪氨酸、苯丙氨酸、色氨酸)和β-支链氨基酸(苏氨酸、缬氨酸、异亮氨酸)有利于在β-折叠中间的β-链中发现，并且特别地，芳族残基将预期通过上文讨论的机制有助于电导率。

在另一个具体的非限制性示例中，多肽链包括序列GFPRFAGFP(SEQ ID NO:1)，其被认为具有允许延伸的F芳族基团堆叠以提供π-π共轭的左旋螺旋主链构象，电子可经由该共轭流动。芳族残基的其他组合和排序可用于产生能够具有不同量级的电导率的肽，特别是当与第二肽复合以形成卷曲线圈时。在一些示例中，与这样的链一起使用的标签可包括相同序列的第二相同或近似相同的拷贝，或者缺乏F或用另一芳族残基(诸如Y)取代F的类似多肽，该芳族残基与F不同地导电。以这样的方式，将相同螺旋中的两者组合以形成卷曲线圈，或者将两个不同的螺旋组合以形成卷曲线圈，可导致相对于单体导线不同的电导率，从而允许识别第二标签，并且最终识别连接到标签的核苷酸。前述原理延伸到多于两个标签，使得可以编码4个核苷酸。

在又一个具体的非限制性示例中，多肽链中的一个或多个多肽链包括序列FKEFAKL FKEFAKL FHKFAKL(SEQ ID NO:2)，其被认为自组装成包括此类序列的多个拷贝的原纤维，此类原纤维类似地是导电的。这样的序列的一个实例可以设置在桥510中，并且这样的序列的另一个实例可以设置在与这样的桥一起使用的第一标签中，并且可以预期以例如通过增加桥的电导率来改变桥的电导率的方式与桥中的序列自组装。与这样的桥一起使用的第二标签可包括序列LKELAKL LKELAKL LHELAKL(SEQ ID NO:3)，其被认为自组装成包括此类序列的多个拷贝的原纤维，此类原纤维是不导电的。可以预期第二标签中的该序列以例如通过提供桥的比由第一标签序列FKEFAKL FKEFAKL FHKFAKL(SEQ ID NO:2)提供的电导率更小的桥的电导率来改变桥的电导率的方式与桥中的序列FKEFAKL FKEFAKLFHKFAKL(SEQ ID NO:2)自组装。导线和标签两者中的芳族残基的其他组合和排序可用于产生能够具有不同量级的电导率的肽，特别是当复合以形成卷曲线圈时。以这样的方式，将相同螺旋中的两者组合，或者将两个不同的螺旋组合以形成卷曲线圈，可导致相对于单体导线不同的电导率，从而允许识别第二标签，并且最终识别连接到标签的核苷酸。前述原理延伸到多于两个标签，使得可以编码4个核苷酸。

在再一个具体的非限制性示例中，桥510可以包括PilA蛋白，诸如可以出现在天然微生物菌毛中，其被认为是导电的。硫还原地杆菌(G.sulfurreducens)的PilA蛋白被认为包括形成导电纳米导线的卷曲线圈基序。

如下面参考图5B更详细地解释的，标签531、532、533和534分别可以以调节桥510的电导率或阻抗的方式改变改变区513内聚合物链511的电特性，基于该调节可确定对应核苷酸521、522、523和524的同一性。图5A中所示的组合物500可以包括以与参考图1A至图1B描述的方式类似的方式偶联到对应标签的任何合适数量的核苷酸，例如一个或多个核苷酸、两个或更多个核苷酸、三个或更多个核苷酸或者四个核苷酸。例如，在一些示例中，核苷酸521(例示性地，G)可经由接头535偶联到对应标签531。在一些示例中，核苷酸522(例示性地，T)可经由接头536偶联到对应标签532。在一些示例中，核苷酸523(例示性地，A)可经由接头537偶联到对应标签533。在一些示例中，核苷酸524(例示性地，C)可经由接头538偶联到对应标签534。以诸如参考图5B更详细描述的方式，可以分别选择标签531、532、533和534的特定特性，以便当那些标签改变聚合物链511内的电特性时，促进通过桥510的可区分电信号(诸如电流或电压)的生成。

图5A中所示的组合物500包括第一多核苷酸540和第二多核苷酸550，以及聚合酶505，该聚合酶可至少使用第二多核苷酸550的序列将多个核苷酸521、522、523和524中的核苷酸添加到第一多核苷酸540。对应于那些核苷酸的标签531、532、533和534分别可以以如下文参考图5B更详细地描述的方式改变聚合物链511的电特性。检测电路560可至少使用通过桥510的电流或该桥的阻抗变化来检测聚合酶505分别将核苷酸521、522、523和524(不一定按该顺序)添加到第一多核苷酸540的序列，该变化响应于使用对应于那些核苷酸的标签531、532、533和534的聚合物链的电特性的改变。例如，检测电路560可以跨第一电极502和第二电极503施加电压，并且可以检测响应于此类电压流过桥510的任何电流。或者，例如，检测电路560可以使恒定电流流过桥510，并且检测第一电极502和第二电极503之间的电压差。

在图5A所示的特定时间处，标签531、532、533和534都不与桥510接触，并且因此相对较高(或低)的电流可流过桥510。相比之下，图5B示出了聚合酶505至少使用第二多核苷酸550的序列(例如，以便与该序列中的C互补)将核苷酸521(例示性地，G)添加到第一多核苷酸540的时间。因为聚合酶505作用在标签531偶联到其的核苷酸521上(在一些示例中经由接头537)，所以这样的作用将标签531维持在足够接近桥510的位置处持续足够量的时间，以引起桥510的电特性(诸如电导率或阻抗)的足够长的变化，以便可使用检测电路560检测到，从而允许将核苷酸521识别为添加到第一多核苷酸540。例如，标签531可以以诸如图5B所示的方式引起聚合物链511的变形(例如，可以引起扭曲、扭结、伸长或其他构象变化)，或者可以改变聚合物链511的导电状态，使得较低(或较高)的电流流过桥510。在一个具体示例中，聚合物链511包括第一螺旋多肽，并且标签531包括与第一螺旋多肽形成二聚体的第二螺旋多肽，该二聚体改变桥510的电特性。例如，第二螺旋多肽可以以改变第一多肽的电导率或改变第一多肽中氨基酸的电环境的方式改变第一多肽的构象。例示性地，可以预期使用色氨酸残基的位置可调谐多肽链的电导率。例如，当色氨酸残基位于多肽链的任一端附近时，可以预期多肽链的电导率较高，而当色氨酸残基位于多肽链的中间附近时，可以预期多肽链的电导率较低。以这样的方式，第一螺旋多肽和第二螺旋多肽的相应电导率可被调谐以便提供可区分的电信号，并且当与桥缔合时作为不同标签起作用，因此允许识别偶联到此类标签的核苷酸。替代地，此类可调谐肽可被调谐用于桥中，并且它们的电导率可使用标签来调节。

标签531、532和533类似地可具有相应性质，当改变第一聚合物链511的电特性时，该性质改变桥510的电导率或阻抗，通过该电导率或阻抗，检测电路560可与其他核苷酸中的任一者相比唯一地识别添加的核苷酸。在图5A至图5B所示的非限制性示例中，标签531、532、533和534的不同长度分别导致改变区513具有不同长度，基于此，第一电极502和第二电极503之间的电信号可以以使得检测电路560可识别分别偶联到那些标签的核苷酸521、522、523、524的方式变化。然而，应当理解，标签531、532、533和534可具有任何合适的相应性质，基于此，第一电极502和第二电极503之间的电信号可以以使得检测电路560可识别分别偶联到那些标签的核苷酸521、522、523、524的方式变化。

在一些示例中，参考图1A至图1B、图2A、图5A至图5B或图7A至图7C描述的标签中的一个或多个标签可包括相应嵌入剂，诸如嵌入DNA中的肽。在一些示例中可与多核苷酸链或多肽链一起使用的此类基于肽的标签可以以可检测地改变通过包括那些链的桥的电流流动或阻抗的方式改变链之间的杂交，或者可以以可检测地改变通过包括该链的桥的电流的流动的方式改变链中的一个或多个链的电特性。可包括在与ssDNA或多链DNA(例如，dsDNA或三链DNA)一起使用的标签中的肽的一个非限制性示例是七肽KGKGKGK(SEQ ID NO:4)，其结合到DNA序列聚(dG-d5meC)并且可将该DNA序列从B构象转化成Z构象。可以预期这样的构象变化伴随着DNA桥中的电导率变化。另外，如上所述，PNA可以包括在本发明标签中。例如，PNA可与dsDNA桥形成三链体。可与dsDNA桥形成三链体的其他示例性标签包括LNA、2'-O-甲基核糖核苷酸和RNA。可与双链RNA桥形成三链体的示例性标签包括单链RNA。

在一些示例中，参考图1A至图1B、图2A、图5A至图5B或图7A至图7C描述的标签中的一个或多个标签可包括相应缠绕的α螺旋。当与多链(例如，双链)聚合物桥(例如，多核苷酸或多肽)一起使用时，此类基于α螺旋的标签可以以可检测地改变通过桥的阻抗或电流流动的方式改变聚合物链之间的杂交。或者，当此类标签与包括单链聚合物链(例如，单多肽链)的桥一起使用时，可以以可检测地改变通过包括该链的桥的电流流动的方式改变该链的电特性。可用于本发明标签的α螺旋的示例包括肽卷曲线圈和亮氨酸拉链。例如，可以适当地设计不同长度和组成的一组肽，以便以各种组合彼此相互作用以形成具有不同稳定性的例如约21个残基、约24个残基或约28个残基的卷曲线圈异二聚体区。所得卷曲线圈可具有在微摩尔至亚纳摩尔范围内的解离常数，因此显示出宽范围的可调谐稳定性。

在一些示例中，参考图1A至图1B、图2A、图5A至图5B或图7A至图7C描述的标签中的一个或多个标签可包括相应肽或蛋白质。当与多肽链一起使用时，此类基于肽或基于蛋白质的标签可以以可检测地改变通过包括该链的桥的电流流动或阻抗的方式改变链的电特性。例如，标签中的一个或多个标签可包括与多肽链一起形成亮氨酸拉链的肽的序列，其中拉链的一个α螺旋链由多肽链提供，并且拉链的另一半由标签提供。可以预期与dsDNA或tsDNA(三链DNA)相互作用的示例性肽包括但不限于α-螺旋肽诸如Ac-(LRAL)3-OH(SEQ IDNO:5)、B-转角肽诸如短杆菌肽、反平行B-折叠肽诸如Ac-(KL)7-OH(SEQ ID NO:6)以及β-发夹肽诸如Ac-(LR)5LFPV(RL)5-OH(SEQ ID NO:7)。例如，预期Ac-(LRAL)3-OH(SEQ ID NO:5)和Ac-(LR)5LFPV(RL)5-OH(SEQ ID NO:7)与dsDNA片段相互作用：

5'-GCTAAAAAGAGAGAGAGATCG-3'(SEQ ID NO:8)

3'-CGATTTTTCTCTCTCTCTAGC-5'(SEQ ID NO:9)

而预期短杆菌肽和Ac-(LRAL)3-OH(SEQ ID NO:5)结合到并稳定tsDNA。可以预期此类蛋白质-DNA相互作用例如通过改变DNA的形状来改变基于DNA的桥的电导率。

在另一个示例中，参考图1A至图1B、图2A、图5A至图5B或图7A至图7C描述的标签中的一个或多个标签可包括与多肽链一起形成卷曲线圈的肽的序列，其中一个线圈由多肽链提供并且另一个线圈由标签提供。例如，当两个或更多个α-螺旋通过彼此缠绕而自组装以形成左旋超线圈时，可形成卷曲线圈。可以容易地设计二聚体、三聚体和四聚体，甚至可以容易地设计多达七个螺旋的更大卷曲线圈。卷曲线圈可包括称为“结入孔”(KIH)的特定包装结构，由此疏水残基的侧链充当“结”，并包装到由来自相邻螺旋的四个残基形成的“孔”中。一些卷曲线圈还含有可重复的七肽重复序列模式。七肽可包括七个氨基酸，其可被标记为“abcdefg”，其中疏水残基位于“a”和“d”位置，产生形式为“(HPPHPPP)n”的疏水/亲水模式。将疏水氨基酸定位成相隔三个和四个残基可以导致此类疏水氨基酸位于螺旋的相同面上，因此这种疏水面的埋藏可以是卷曲线圈形成的驱动力。

可用作与多肽链一起使用的标签的元素的其他示例包括dsDNA或ssDNA(其带负电并且因此可结合到带正电的肽导线)；或抗肽核酸适体。例如，抗肽核酸适体可以容易地针对在约5个残基至约20个残基范围内的小肽靶标进行选择。这样的肽可作为例如导电桥提供，而抗肽核酸适体可作为可以预期改变这样的桥的电导率的标签提供。在一些示例中，适体可以选自识别肽表位的核酸序列的随机库。作为一个示例，一种这样的表位可包括对应于HIV-1的Rev蛋白的残基34-50的肽。所选择的适体可以稳定地并且特异性地结合到肽表位，例如具有19nM-36nM的Kd值。

如上文进一步所述，在另外的其他示例中，本发明桥可包括多于两个聚合物链，例如，可包括三个、四个、五个或多于五个聚合物链。图7A至图7C示出了包括多于两个聚合物链的示例性聚合物桥。图7A示出了在第一电极702和第二电极703之间延伸并且包括第一聚合物链711、第二聚合物链712和第三聚合物链713的聚合物桥710。图7B示出了在第一电极702’和第二电极703’之间延伸并且包括第一聚合物链711’、第二聚合物链712’、第三聚合物链713’和第四聚合物链714’的聚合物桥710’。图7C示出了在第一电极702”和第二电极703”之间延伸并且包括第一聚合物链711”、第二聚合物链712”、第三聚合物链713”和第四聚合物链714”的聚合物桥710”。在一些示例中，图7A至图7C的每一者中所示的聚合物链中的一者或多者、两者或更多者或全部可包括多肽。在一些示例中，聚合物链中的一者或多者、两者或更多者或全部，例如多肽中的一者或多者、两者或更多者或全部，可以是螺旋的，或可以形成β链。例如，以如上参考图5A所述的方式，螺旋多肽被认为是良好的电子介体并且可在相对长的距离内转移电子。图7A至图7C中所示的聚合物(例如，多肽)链中的每一者可包括天然氨基酸和非天然氨基酸的任何合适的组合。

在一个具体的非限制性示例中，具有Ala-Aib(丙氨酸-2-氨基异丁酸)序列的交替氨基酸序列的螺旋肽(其长度范围为8聚体至16聚体至24聚体)可用作本发明桥中的一者中的多肽链。不希望受任何理论的束缚，跳跃机制可能负责此类多肽链中的长程电子转移。

在另一个具体的非限制性示例中，多肽链中的一个或多个多肽链包括序列GFPRFAGFP(SEQ ID NO:1)，其被认为具有允许延伸的F芳族基团堆叠以提供π-π共轭的左旋螺旋主链构象，电子可经由该共轭流动。在一些示例中，与这样的链一起使用的标签可包括相同序列的第二相同或近似相同的拷贝，或者缺乏F或用另一芳族残基(诸如Y)取代F的类似多肽，该芳族残基与F不同地导电。

在又一个具体的非限制性示例中，多肽链中的一个或多个多肽链包括序列FKEFAKL FKEFAKL FHKFAKL(SEQ ID NO:2)，其被认为自组装成包括此类序列的多个拷贝的原纤维，此类原纤维类似地是导电的。这样的序列的一个或多个实例可以设置在桥710、710’、710”中，并且这样的序列的另一个实例可以设置在与这样的桥一起使用的第一标签中，并且可以预期以例如通过增加桥的电导率来改变桥的电导率的方式与桥中的序列自组装。与这样的桥一起使用的第二标签可包括序列LKELAKL LKELAKL LHELAKL(SEQ ID NO:3)，其被认为自组装成包括此类序列的多个拷贝的原纤维，此类原纤维是不导电的。可以预期第二标签中的该序列以例如通过提供桥的比使用第一标签序列FKEFAKL FKEFAKLFHKFAKL(SEQ ID NO:2)提供的电导率更小的桥的电导率来改变桥的电导率的方式与桥中的序列FKEFAKL FKEFAKL FHKFAKL(SEQ ID NO:2)中的一者或多者自组装。

在另一个具体的非限制性示例中，多肽链中的一个或多个多肽链包括序列ELKAIAQEFKAIAKEFKAIAFEFKAIAQK(SEQ ID NO:10)，其被认为自组装成导电六聚体线圈，其中芳族侧链的间隔和排列被认为排除了π-堆叠作为电子传输的机制。

诸如分别参考图1A至图1B或图2A至图2C描述的标签可以改变桥710、710’或710”的电特性。例如，图7A中所示的标签731可以通过与多肽链中的一个多肽链形成二聚体，通过与多肽链中的两个多肽链形成三聚体，或者通过与多肽链中的全部三个多肽链形成四聚体来赋予桥710的多肽链中的至少一个多肽链改变的电导率。或者，例如，图7B中所示的标签731’可以通过与多肽链中的一个多肽链形成二聚体、通过与多肽链中的两个多肽链形成三聚体、通过与多肽链中的三个多肽链形成四聚体，或者通过与多肽链中的全部四个多肽链形成五聚体来赋予桥710’的多肽链中的至少一个多肽链改变的电导率。或者，例如，图7C中所示的标签731”可以通过与多肽链中的一个多肽链形成二聚体、通过与多肽链中的两个多肽链形成三聚体、通过与多肽链中的三个多肽链形成四聚体，通过与多肽链中的全部四个多肽链形成五聚体，或者通过与多肽链中的全部五个多肽链形成六聚体来赋予桥710”的多肽链中的至少一个多肽链改变的电导率。

标签731、731'、731”可包括分别可检测地改变桥710、710'、710”的电特性的任何合适的元件。在一些示例中，标签731、731'、731”是肽嵌入剂。可用于标签中的肽嵌入剂的一个示例是线圈，其可与例如基于多肽的桥一起使用，该桥本身包括形成卷曲线圈的两个或更多个多肽链。标签的线圈可以与多肽桥的卷曲线圈形成束(例如，三链体)，并且因此可以可检测地改变桥的电特性。

诸如参考图1A至图1B、图2A至图2C、图3和图7A至图7C描述的组合物可以在用于测序的任何合适方法中使用。图4示出了用于使用双链聚合物桥以及改变桥的至少一个聚合物链的电特性的核苷酸标签进行测序的方法400中的操作的示例性流程。方法400包括至少使用第二多核苷酸的序列，使用聚合酶将核苷酸添加到第一多核苷酸(操作410)。例如，参考图1A至图1B描述的聚合酶105可至少使用第二多核苷酸150的序列将核苷酸121、122、123和124中的每一者添加到第一多核苷酸140。或者，例如，参考图3描述的聚合酶305可至少使用第二多核苷酸350的序列(未具体示出的其他核苷酸)将核苷酸321和其他核苷酸添加到第一多核苷酸340。图7A至图7C中所示的组合物可包括聚合酶(非特定地)，其可类似地至少使用第二多核苷酸的序列将核苷酸添加到第一多核苷酸。

图4中所示的方法400可包括使用分别偶联到核苷酸的标签来改变跨越第一电极和第二电极之间的空间的桥的第一聚合物链和第二聚合物链中的至少一者的电特性(操作420)。例如，参考图1A至图1B描述的标签131、132、133、134，参考图2A描述的标签231、232、233、234，参考图2B描述的标签231’、232’、233’、234’，参考图2C描述的标签231”、232”、233”、234”中的任一者可以分别偶联到核苷酸121、122、123和124。当聚合酶105分别将那些核苷酸添加到第一多核苷酸140时，分别偶联到那些核苷酸的标签可改变跨越第一电极102和第二电极103之间的空间的桥110内第一聚合物链111和第二聚合物链112中至少一者的电特性。或者，例如，参考图3描述的标签331可偶联到核苷酸321，并且其他标签(诸如标签332、333)可偶联到其他核苷酸(未具体示出的其他核苷酸)。当聚合酶305分别将那些核苷酸添加到第一多核苷酸340时，分别偶联到那些核苷酸的标签可与桥310杂交以便改变跨越第一电极302和第二电极303之间的空间的桥310的第一多核苷酸链311和第二多核苷酸链312之间的杂交。对于图7A至图7C所示的组合物，偶联到核苷酸的标签类似地可改变那些组合物的聚合物链中的一个或多个聚合物链的电特性。

再次参考图4，方法400可包括至少使用响应于使用对应于那些核苷酸的标签的电特性的相应改变的通过桥的电信号(例如，电流或电压)的变化来检测聚合酶将核苷酸添加到第一多核苷酸的序列(操作440)。例如，参考图1A至图1B描述的检测电路160可以响应于使用标签131、132、133和134，或使用参考图2A描述的标签231、232、233、234，或使用参考图2B描述的标签231’、232’、233’、234’，或使用参考图2C描述的标签231”、232”、233”、234”的相应改变来检测通过桥110的电信号的变化。类似的检测电路(未具体示出)可响应于标签331、332、333(和其他类似标签)与桥310之间的相应杂交来检测通过示于图3的桥310的电信号的变化。类似的检测电路(未具体示出)可响应于标签731、731’、731”(和其他类似标签)与相应桥之间的相应杂交来检测通过分别示于图7A至图7C的桥710、710’、710”的电信号的变化。

另外，诸如参考图5A至图5B描述的组合物可以在用于测序的任何合适方法中使用。图6示出了用于使用单链聚合物桥以及改变桥的聚合物链的电特性的核苷酸标签进行测序的方法600中的操作的示例性流程。方法600包括至少使用第二多核苷酸的序列，使用聚合酶将核苷酸添加到第一多核苷酸(操作610)。例如，参考图5A至图5B描述的聚合酶505可至少使用第二多核苷酸550的序列将核苷酸521、522、523和526中的每一者添加到第一多核苷酸560。

图6中所示的方法600可包括使用分别偶联到核苷酸的标签来改变跨越第一电极和第二电极之间的空间的桥的聚合物链的电特性(操作620)。例如，参考图5A至图5B描述的标签531、532、533、534中的任一者可分别偶联到核苷酸521、522、523和524。当聚合酶505分别将那些核苷酸添加到第一多核苷酸540时，分别偶联到那些核苷酸的标签可改变跨越第一电极502和第二电极503之间的空间的桥510内聚合物链511的电特性。

再次参考图6，方法600可包括至少使用响应于使用对应于那些核苷酸的标签的电特性的相应改变的通过桥的电信号(例如，电流或电压)的变化来检测聚合酶将核苷酸添加到第一多核苷酸的序列(操作640)。例如，参考图5A至图5B所述的检测电路系统560可响应于使用标签531、532、533和534的相应改变来检测通过桥510的电信号的变化。

可以对本文提供的组合物和方法中的任一者进行任何合适的修饰。在一些示例中，组合物100、300或500可以被修饰，使得其中的任何合适的聚合物(诸如第一聚合物链和第二聚合物链的多核苷酸或标签的寡核苷酸，或两者)包括非天然存在的多核苷酸，诸如非天然存在的DNA，例如对映体DNA。此类非天然存在的多核苷酸可能不与组合物中的任何天然存在的多核苷酸杂交，例如，使用聚合酶作用于第一多核苷酸和第二多核苷酸，从而最小化，并且在一些情况下甚至抑制原本可能由这种杂交产生的任何干扰。

虽然上文描述了各种说明性示例，但本领域的技术人员将显而易见，可在不脱离本发明的情况下在其中作出各种改变和修改。所附权利要求书打算涵盖落入本发明的真正精神和范围内所有此类改变和修改。

应理解，如本文中所描述的本公开的方面中的每一者的任何相应特征/示例可以任何适当组合一起实施，并且来自这些方面中的任一者或多者的任何特征/示例可以与如本文中所描述的其它(多个)方面的特征中的任一者以任何适当组合一起实施，以实现如本文中所描述的益处。

Claims (42)

1.一种组合物，所述组合物包含：

第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极通过空间彼此分离；

桥，所述桥跨越所述第一电极和所述第二电极之间的所述空间，

所述桥包括彼此杂交的第一聚合物链和第二聚合物链；

第一多核苷酸和第二多核苷酸；

多个核苷酸，每个核苷酸偶联到对应标签；

聚合酶，所述聚合酶用以至少使用所述第二多核苷酸的序列将所述多个核苷酸中的核苷酸添加到所述第一多核苷酸，

分别对应于那些核苷酸的所述标签改变所述第一聚合物链和所述第二聚合物链中的至少一者的电特性；以及

检测电路，所述检测电路用以至少使用通过所述桥的电信号的变化来检测所述聚合酶将所述核苷酸添加到所述第一多核苷酸的序列，所述变化响应于使用对应于那些核苷酸的所述标签的所述电特性的改变。

2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述第一聚合物链和所述第二聚合物链分别包括彼此杂交的第一多核苷酸和第二多核苷酸。

3.根据权利要求2所述的组合物，其中所述标签包括改变所述第一多核苷酸和所述第二多核苷酸之间的杂交的相应寡核苷酸。

4.根据权利要求3所述的组合物，其中所述寡核苷酸改变彼此不同的位置中的所述杂交。

5.根据权利要求3或权利要求4所述的组合物，其中所述寡核苷酸改变不同长度的区域中的所述杂交。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的组合物，其中所述第一聚合物链和所述第二聚合物链的所述多核苷酸以及所述标签的所述寡核苷酸包括非天然存在的DNA。

7.根据权利要求6所述的组合物，其中所述非天然存在的DNA包括对映体DNA。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的组合物，其中所述寡核苷酸包括经修饰的核苷酸。

9.根据权利要求8所述的组合物，其中所述经修饰的核苷酸具有经修饰的主链、经修饰的糖或经修饰的碱基。

10.根据权利要求3至7中任一项所述的组合物，其中所述寡核苷酸包括选自PNA和LNA的核酸类似物。

11.根据权利要求2所述的组合物，其中所述第一多核苷酸和所述第二多核苷酸包括DNA，并且其中所述标签包括与所述DNA相互作用的蛋白质。

12.根据权利要求1所述的组合物，其中所述标签包括DNA嵌入剂。

13.根据权利要求1所述的组合物，其中所述标签包括小沟结合剂。

14.根据权利要求1所述的组合物，其中所述标签包括肽嵌入剂。

15.根据权利要求1所述的组合物，其中所述标签包括缠绕的α螺旋。

16.根据权利要求1所述的组合物，其中所述第一聚合物链和所述第二聚合物链分别包括彼此杂交的第一多肽和第二多肽。

17.根据权利要求16所述的组合物，其中所述标签中的每个标签包括改变所述第一多肽和所述第二多肽中的至少一者的电特性的蛋白质、肽或嵌入剂。

18.一种方法，所述方法包括：

至少使用第二多核苷酸的序列，使用聚合酶将核苷酸添加至第一多核苷酸；

使用分别偶联到所述核苷酸的标签来改变跨越第一电极和第二电极之间的空间的桥的第一聚合物链和第二聚合物链中的至少一者的电特性；以及

至少使用响应于使用对应于那些核苷酸的所述标签的所述电特性的相应改变的通过所述桥的电信号的变化来检测所述聚合酶将所述核苷酸添加到所述第一多核苷酸的序列。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一聚合物链和所述第二聚合物链分别包括彼此杂交的第一多核苷酸和第二多核苷酸。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述标签包括改变所述第一多核苷酸和所述第二多核苷酸之间的杂交的相应寡核苷酸。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述标签改变彼此不同的位置中的所述杂交。

22.根据权利要求20或权利要求21所述的方法，其中所述标签改变不同长度的区域中的所述杂交。

23.根据权利要求20至22中任一项所述的方法，其中所述第一聚合物链和所述第二聚合物链的所述多核苷酸以及所述标签的所述寡核苷酸包括非天然存在的DNA。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述非天然存在的DNA包括对映体DNA。

25.根据权利要求20至22中任一项所述的方法，其中所述寡核苷酸包括经修饰的核苷酸。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述经修饰的核苷酸具有经修饰的主链、经修饰的糖或经修饰的碱基。

27.根据权利要求20所述的方法，其中所述寡核苷酸包括选自PNA和LNA的核酸类似物。

28.根据权利要求19所述的方法，其中所述第一多核苷酸和所述第二多核苷酸包括DNA，并且其中所述标签包括与所述DNA相互作用的蛋白质。

29.根据权利要求18所述的方法，其中所述标签包括DNA嵌入剂。

30.根据权利要求18所述的方法，其中所述标签包括小沟结合剂。

31.根据权利要求18所述的方法，其中所述标签包括肽嵌入剂。

32.根据权利要求18所述的方法，其中所述标签包括缠绕的α螺旋。

33.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一聚合物链和所述第二聚合物链分别包括彼此杂交的第一多肽链和第二多肽链。

34.根据权利要求33所述的方法，其中所述标签中的每个标签包括改变所述第一多肽和所述第二多肽中的至少一者的电特性的蛋白质、肽或嵌入剂。

35.一种组合物，所述组合物包含：

第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极通过空间彼此分离；

桥，所述桥跨越所述第一电极和所述第二电极之间的空间，所述桥包括聚合物链；

第一多核苷酸和第二多核苷酸；

多个核苷酸，每个核苷酸偶联到对应标签；

聚合酶，所述聚合酶用以至少使用所述第二多核苷酸的序列将所述多个核苷酸中的核苷酸添加到所述第一多核苷酸，

分别对应于那些核苷酸的所述标签改变所述聚合物链的电特性；以及

检测电路，所述检测电路用以至少使用通过所述桥的电信号的变化来检测所述聚合酶将所述核苷酸添加到所述第一多核苷酸的序列，所述变化响应于使用对应于那些核苷酸的所述标签的所述电特性的改变。

36.根据权利要求35所述的组合物，其中所述聚合物链包括多肽链。

37.根据权利要求35或权利要求36所述的组合物，其中所述标签包括肽嵌入剂。

38.根据权利要求35或权利要求36所述的组合物，其中所述标签包括缠绕的α螺旋。

39.一种方法，所述方法包括：

至少使用第二多核苷酸的序列，使用聚合酶将核苷酸添加至第一多核苷酸；

使用分别偶联到所述核苷酸的标签来改变跨越第一电极和第二电极之间的空间的桥的聚合物链的电特性；以及

至少使用响应于使用对应于那些核苷酸的所述标签的所述电特性的相应改变的通过所述桥的电信号的变化来检测所述聚合酶将所述核苷酸添加到所述第一多核苷酸的序列。

40.根据权利要求39所述的方法，其中所述聚合物链包括多肽链。

41.根据权利要求39或权利要求40所述的方法，其中所述标签包括肽嵌入剂。

42.根据权利要求39或权利要求40所述的方法，其中所述标签包括缠绕的α螺旋。

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