ES2962513T3 - Secuenciación de ácido nucleico usando nanotransistores - Google Patents

Abstract

Las realizaciones pueden incluir un método para determinar una secuencia de ácido nucleico. El ácido nucleico puede ser ADN. El método puede incluir formar, mediante una polimerasa, una molécula de ácido nucleico bicatenario a partir de una primera cadena de ácido nucleico y una segunda cadena de ácido nucleico. La formación de la molécula de ácido nucleico bicatenario puede incluir la adición de un primer compuesto a la segunda cadena de ácido nucleico. El primer compuesto puede incluir un nucleótido unido a una tercera cadena de ácido nucleico. La tercera cadena de ácido nucleico puede estar unida a un resto. El método también puede incluir separar el nucleótido de la tercera cadena de ácido nucleico y el resto. El método puede incluir además medir un cambio en una característica eléctrica de un transistor resultante del resto. Además, el método puede incluir identificar el nucleótido basándose en el cambio medido en la característica eléctrica. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Secuenciación de ácido nucleico usando nanotransistores

Antecedentes

Los nanotransistores, transistores con dimensiones del orden de nanómetros, se han usado como sensores químicos o biológicos (S. Sorgenfreiet al., Nano Lett.11(9):3739-3743 (2011); R. Chenet al., PNAS100(9):4984-4989 (2003); S. Penget al.,documento de reunión del 3rd International Workshop on Structural Health Monitoring disponible en ionicviper.org/system/files/Carbon%20Nanotube%20Sensor_resource.pdf).

Los nanotransistores a menudo incluyen componentes de estado sólido y, en algunos casos, los nanotransistores de estado sólido incluyen un material semiconductor entre dos electrodos. Se envía una corriente a través del material semiconductor entre los electrodos. Una característica eléctrica a través del nanotransistor cambia en base a la presencia o proximidad de compuestos al nanotransistor. Los compuestos que interactúan con los componentes a escala nanométrica sobre el nanotransistor a menudo cambian la característica eléctrica y el funcionamiento de estos nanotransistores, lo que permite que los nanotransistores se usen como sensores. Se han considerado nanotransistores para la secuenciación de ácido nucleico, por ejemplo, en la secuenciación de una única molécula (publicación de patente de EE. UU. n.° 2006/0246497 A1). El documento WO 2014/182630 A1 (PACIFIC BIOSCIENCES CALIFORNIA [EE. UU.]) describe una matriz de secuenciación de elementos electrónicos a nanoescala. Una pluralidad de elementos a nanoescala comprenden un único complejo de enzima polimerasa. El documento US 2016/017416 A1 (BOYANOV BOYAN [EE. UU.]ET AL.)describe un procedimiento de secuenciación que usa una polimerasa anclada a un sensor de carga de soporte sólido. El documento WO 2009/006445 A2 (APPLIED BIOSYSTEMS [EE. UU.]) describe un dispositivo nanoFET para la secuenciación de ácido nucleico. Las mejoras en la exactitud, precisión, funcionamiento, eficacia, economía y/u otros aspectos de la secuenciación de nanotransistores se tratan por la tecnología descrita en el presente documento.

Breve sumario

Los modos de realización de la presente tecnología permiten analizar moléculas de ácido nucleico usando un nanotransistor. Un nanotransistor puede experimentar un cambio en una característica eléctrica, tal como una frecuencia de corriente o una amplitud de corriente, cuando una molécula está cerca o se pone en contacto con el nanotransistor. Para analizar una molécula de ácido nucleico, se pueden usar restos como marcadores y unirlos a nucleótidos u otros precursores de moléculas de ácido nucleico. El nucleótido con el resto se puede hibridar a la molécula de ácido nucleico y a continuación se puede medir un cambio en una característica eléctrica en el nanotransistor. El resto se puede identificar en base al cambio en la característica eléctrica y a continuación, correspondientemente, también se puede identificar el nucleótido asociado con el resto. En consecuencia, a continuación se puede determinar la secuencia de la molécula de ácido nucleico.

La presente invención proporciona un procedimiento para determinar una secuencia de ácido nucleico, comprendiendo el procedimiento la etapa de alargar una hebra naciente por una ácido nucleico polimerasa unida a un transistor por un compuesto de anclaje, en el que el compuesto de anclaje comprende un polímero y una hebra de ácido nucleico unida al polímero, en el que la ácido nucleico polimerasa incorpora un nucleótido unido a un compuesto marcador que comprende un resto que puede ser un metal, y escinde el nucleótido del compuesto marcador durante el alargamiento de la hebra naciente, hibridándose la hebra naciente a una hebra original de molde; medir un cambio en una característica eléctrica del transistor resultante del resto; e identificar el nucleótido en base al cambio medido en la característica eléctrica, y en el que dicha característica eléctrica es corriente.

La presente invención también proporciona un sistema o instrumento para analizar moléculas de ácido nucleico, comprendiendo el sistema o instrumento una ácido nucleico polimerasa unida a un compuesto de anclaje, la ácido nucleico polimerasa configurada para alargar una hebra naciente, un nucleótido unido a un compuesto marcador que comprende un resto, un transistor en comunicación eléctrica con una fuente de alimentación; un dispositivo medidor configurado para medir una característica eléctrica del transistor a partir del resto después de que la ácido nucleico polimerasa incorpora el nucleótido y después de que la ácido nucleico polimerasa escinde el nucleótido del compuesto marcador, en el que el compuesto de anclaje comprende un polímero y una hebra de ácido nucleico unida al polímero, el polímero se fija al transistor, y en el que dicha característica eléctrica es corriente.

En un modo de realización, el nucleótido es un primer nucleótido, el resto es un primer resto y el compuesto marcador es un primer compuesto marcador que comprende además: un segundo nucleótido unido a un segundo compuesto marcador que comprende un segundo resto, en el que el segundo nucleótido es diferente del primer nucleótido, y el segundo resto es diferente del primer resto.

A continuación, el primer compuesto marcador puede ser uno de una pluralidad de primeros compuestos marcadores, y el segundo compuesto marcador puede ser uno de una pluralidad de segundos compuestos marcadores.

El sistema puede comprender una pluralidad de transistores, y la fuente de alimentación está en comunicación eléctrica con la pluralidad de transistores.

Breve descripción de los dibujos

LaFIG. 1muestra un nanotransistor de acuerdo con modos de realización de la presente tecnología.

LaFIG. 2muestra un gráfico de una característica eléctrica de un nanotransistor de acuerdo con modos de realización de la presente tecnología.

LaFIG. 3muestra un nanotransistor con un compuesto sobre el material semiconductor del nanotransistor de acuerdo con modos de realización de la presente tecnología.

LaFIG. 4muestra un gráfico de una característica eléctrica de un nanotransistor antes y después de que un compuesto esté en contacto con el material semiconductor del nanotransistor de acuerdo con modos de realización de la presente tecnología.

LaFIG. 5muestra un sistema de análisis de ácido nucleico de acuerdo con modos de realización de la presente tecnología.

LaFIG. 6muestra un sistema de análisis de ácido nucleico con un resto en contacto con un nanotransistor de acuerdo con modos de realización de la presente tecnología.

LaFIG. 7muestra un procedimiento para determinar una secuencia de ácido nucleico de acuerdo con modos de realización de la presente tecnología.

LaFIG. 8muestra cambios en la corriente resultantes de diferentes restos de acuerdo con modos de realización de la presente tecnología.

LaFIG. 9muestra un sistema de análisis de ácido nucleico de acuerdo con modos de realización de la presente tecnología.

LaFIG. 10muestra un sistema de análisis de ácido nucleico con restos en contacto con un nanotransistor de acuerdo con modos de realización de la presente tecnología.

LaFIG. 11muestra un procedimiento para determinar una secuencia de ácido nucleico de acuerdo con modos de realización de la presente tecnología.

LaFIG. 12muestra un sistema informático de acuerdo con modos de realización de la presente tecnología LaFIG. 13muestra un sistema de secuenciación de acuerdo con modos de realización de la presente tecnología. LaFIG. 14muestra un sistema informático de acuerdo con modos de realización de la presente tecnología.Definiciones

"Ácido nucleico"se puede referir a desoxirribonucleótidos o ribonucleótidos y polímeros de los mismos en forma monocatenaria o bien bicatenaria. El término puede englobar ácidos nucleicos que contienen análogos nucleotídicos conocidos o residuos o enlaces de cadena principal modificados, que son sintéticos, naturales y no naturales, que tienen propiedades de unión similares a las del ácido nucleico de referencia y que se metabolizan de manera similar a los nucleótidos de referencia. Los ejemplos de dichos análogos pueden incluir, sin limitación, fosforotioatos, fosforamiditas, metilfosfonatos, metilfosfonatos quirales, 2-O-metilrribonucleótidos, ácidos peptidonucleicos (PNA).

A menos que se indique de otro modo, una secuencia de ácido nucleico particular también engloba implícitamente variantes modificadas de forma conservadora de la misma (por ejemplo, sustituciones de codones degenerados) y secuencias complementarias, así como la secuencia indicada explícitamente. Específicamente, las sustituciones de codones degenerados se pueden lograr generando secuencias en las que la tercera posición de uno o más codones seleccionados (o todos) se sustituye con residuos de base mixta y/o desoxiinosina (Batzeret al., Nucleic Acid Res.19:5081 (1991); Ohtsukaet al., J. Biol. Chem.260:2605-2608 (1985); Rossoliniet al., Mol. Cell. Probes8:91-98 (1994)). El término ácido nucleico se usa de manera intercambiable con gen, ADN, ARN, oligonucleótido y polinucleótido.

El término"nucleótido",además de referirse a los monómeros de ribonucleótido o desoxirribonucleótido naturales, se puede entender que se refiere a variantes estructurales relacionadas del mismo, incluyendo derivados y análogos, que son funcionalmente equivalentes con respecto al contexto particular en el que se usa el nucleótido (por ejemplo, hibridación a una base complementaria), a menos que el contexto lo indique claramente de otro modo.

El término"oscilar'se puede referir al movimiento de un objeto en un fluido como resultado del movimiento browniano u otras fuerzas. Un objeto puede oscilar sin la intervención activa de una persona o una máquina. En algunos casos, un objeto puede oscilar como resultado de un campo eléctrico aplicado o un flujo impulsado por presión.

El término"poner en contacto"se puede referir a acercar un objeto en proximidad a otro objeto de modo que los electrones pueden atravesar de un objeto al otro objeto. A nivel subatómico, dos objetos pueden no tocarse nunca físicamente ya que las fuerzas repulsivas de las nubes de electrones en los objetos pueden evitar que los objetos se acerquen en estrecha proximidad.

El término"resto"puede incluir un grupo funcional, como se usa el término técnico en química. Además, un resto también se puede referir a un átomo o grupo de átomos unidos entre sí que pueden formar parte de un compuesto más grande.

El término"longitud de Debye"puede ser una medida del efecto eléctrico de un compuesto o parte de un compuesto. La longitud de Debye puede ser la distancia a la que se pueden separar las cargas. Una longitud de Debye más larga puede indicar efectos eléctricos más fuertes.

Descripción detallada

Los procedimientos convencionales de secuenciación incluyen marcar nucleótidos con un tinte fluorescente. Debido a los límites de los tintes disponibles y los límites ópticos para distinguir entre diferentes tintes, los tintes se deben eliminar periódicamente, incluyendo después de cada uso de un nucleótido marcado. A continuación se puede introducir un tinte diferente para un nucleótido diferente. Eliminar los tintes puede reducir la eficacia de la secuenciación.

Los transistores de estado sólido proporcionan un sistema prometedor para analizar moléculas, incluyendo la secuenciación de moléculas de ácido nucleico. Estos transistores de estado sólido pueden ser de la escala de nanómetros o inferiores a 0,1 micrómetros, que se denominan nanotransistores. Como ejemplos, los nanotransistores pueden incluir transistores de nanotubos de carbono, transistores de grafeno, transistores de cristales 2D de dicalcogenuros de metales de transición semiconductores (por ejemplo, MoS<2>, MoSe<2>, WS<2>, WSe<2>, MoTe<2>, WTe<2>, TeS<2>, SnSe<2>, TeSe<2>) o transistores de nanocables de silicio. Se pueden situar uno o más nanotransistores sobre un sustrato, usándose cada nanotransistor para secuenciar una molécula de ácido nucleico.

Las moléculas cercanas a o en contacto con un nanotransistor pueden afectar a la corriente de drenaje u otras características eléctricas del nanotransistor. Cuando se analizan moléculas de ácido nucleico y otras moléculas, típicamente se usa agua como medio. El agua es un disolvente polar y tiene una longitud de Debye inferior a 1 nm. Por lo tanto, el agua puede reducir la influencia de una molécula sobre un nanotransistor a una distancia dada en comparación con otros medios. Como resultado, cualquier molécula que se va a analizar puede tener que estar en muy estrecha proximidad del nanotransistor. La molécula puede estar en contacto directo con el nanotransistor. En un medio líquido, la probabilidad de que una molécula libre esté en estrecha proximidad o en contacto con un nanotransistor estacionario durante una duración suficiente para medir una señal apreciable es baja, lo que dificulta hacer la identificación incluso de una única molécula pequeña.

Las moléculas más grandes pueden tener diferentes efectos sobre un nanotransistor, dependiendo de qué porción de la molécula está más cerca del nanotransistor. Los nanotransistores se podrían usar para identificar porciones específicas de una molécula. Para secuenciar una molécula de ácido nucleico, es necesario identificar varios nucleótidos en la molécula de ácido nucleico, no solo un nucleótido. Como resultado, varios nucleótidos en la misma molécula de ácido nucleico, no solo un nucleótido, tienen que estar en estrecha proximidad del nanotransistor para identificarse por el nanotransistor. Por lo tanto, identificar varios nucleótidos en la misma molécula de ácido nucleico por el nanotransistor tendría una probabilidad incluso menor que identificar un único nucleótido o molécula pequeña. Además, cuando un nucleótido se hibrida a la molécula de ácido nucleico, el marcador se puede separar del nucleótido, reduciendo la probabilidad de que el marcador se pueda detectar por el nanotransistor. La tecnología descrita en el presente documento incrementa la duración y probabilidad de que una molécula esté en proximidad con el nanotransistor uniendo la molécula de ácido nucleico a un compuesto de anclaje fijado al transistor.

Secuenciación con nanotransistores

LaFIG. 1muestra un nanotransistor 100. El nanotransistor 100 incluye un electrodo fuente 102 y un electrodo de drenaje 104. El electrodo fuente 102 y el electrodo de drenaje 104 se conectan por un material semiconductor 106. El material semiconductor 106 no permite que la corriente fluya entre el electrodo fuente 102 y el electrodo de drenaje 104 a menos que se aplique un voltaje al electrodo de puerta 108. El voltaje se puede suministrar por un suministro de voltaje 109. El material semiconductor puede incluir un nanotubo de carbono, grafeno, un cristal 2D de dicalcogenuro de metal de transición semiconductor (por ejemplo, MoS<2>, MoSe<2>, WS<2>, WSe<2>, MoTe<2>, WTe<2>, TeS<2>, SnSe<2>, TeSe<2>) o un nanocable de silicio. A continuación, puede fluir una corriente, proporcionada por la fuente de alimentación 110, entre el electrodo fuente 102 y el electrodo de drenaje 104. Una característica eléctrica, tal como corriente o voltaje, a través del material semiconductor se puede medir por el medidor 112. La característica eléctrica puede cambiar en base a la presencia de compuestos cerca del material semiconductor 106. Los datos de características eléctricas se analizan por un sistema informático 114.

LaFIG. 2muestra una ilustración simplificada de la corriente a través del nanotransistor 100. Una característica eléctrica se muestra en el eje y y el tiempo en el eje x. La característica eléctrica permanece constante a lo largo del tiempo ya que no hay compuestos cerca del material semiconductor 106.

LaFIG.3muestra el nanotransistor 100, con un compuesto 116 sobre el material semiconductor 106. El compuesto 116 puede tener dimensiones del mismo orden que las dimensiones del material semiconductor 106. El compuesto 116 puede tener un tamaño característico del orden de 1 nm, 10 nm, 100 nm o 1 |jm. El compuesto 116 puede ser un compuesto con efectos de campo electrostático fuertes. Por estos u otros motivos, el compuesto 116 puede afectar a la característica eléctrica entre el electrodo fuente 102 y el electrodo de drenaje 104.

LaFIG. 4muestra una ilustración simplificada de la corriente a través del nanotransistor 100, con la adición instantánea del compuesto 116 sobre el material semiconductor 106. En esta ilustración, el compuesto 116 tiene el efecto de incrementar instantáneamente la característica eléctrica a través del nanotransistor 100. En algunos modos de realización, un compuesto puede disminuir la característica eléctrica a través del nanotransistor 100.

La corriente a través del nanotransistor 100 u otras características eléctricas del nanotransistor 100 pueden depender de la identidad del compuesto 116. Diferentes compuestos pueden tener diferentes efectos sobre la corriente u otras características eléctricas a través del nanotransistor 100. Además, diferentes compuestos se pueden mover a diferentes velocidades acercándose o alejándose del nanotransistor 100, lo que puede ser el resultado de fuerzas electrostáticas o fluídicas u otras actuando sobre el compuesto. En la práctica, el compuesto 116 no aparecería instantáneamente sobre el material semiconductor 106 y, como resultado, la característica eléctrica no cambiaría de inmediato como una función escalonada como se muestra en la FIG. 4.

Debido a que diferentes compuestos pueden dar como resultado diferentes características eléctricas medidas a través del nanotransistor 100, el nanotransistor 100 se puede usar para identificar diferentes compuestos. En particular, se podría usar un nanotransistor para secuenciar una molécula de ácido nucleico. Una molécula de ácido nucleico incluye una combinación de nucleótidos. Cada nucleótido de la molécula de ácido nucleico se podría identificar usando un nanotransistor si cada nucleótido estuviera lo suficientemente cerca del nanotransistor durante una duración suficiente y el efecto del nucleótido sobre el nanotransistor se pudiera distinguir de los efectos de nucleótidos vecinos. A continuación, se podría determinar la secuencia en base a la identidad de los nucleótidos. Como se describe a continuación, la secuencia también se puede determinar a partir de un compuesto marcador que se une a un nucleótido, donde diferentes tipos de nucleótidos (por ejemplo, C, T, A y G) tienen diferentes compuestos marcadores, permitiendo de este modo que la secuencia se determine.

Secuenciación de ácido nucleico con una polimerasa anclada

Para incrementar la probabilidad y la duración de que un nucleótido permanezca en la proximidad de un nanotransistor, se puede anclar una ácido nucleico polimerasa al nanotransistor. El anclaje permite que los nucleótidos se incorporen en una hebra naciente mientras están lo suficientemente cerca del nanotransistor para afectar a la característica eléctrica a través del nanotransistor (como en las FIGS. 3 y 4). Un compuesto puede anclar la polimerasa al nanotransistor.

Anclar una polimerasa sola puede no permitir que el nucleótido esté lo suficientemente cerca del nanotransistor como para afectar a la característica eléctrica del nanotransistor. En lugar de mover el nucleótido cerca del nanotransistor, el nucleótido se puede marcar con un polímero, con el polímero unido a un resto. El resto induce una fuerte interrupción del campo en el nanotransistor en una proximidad suficientemente estrecha. El polímero puede incluir un ácido nucleico monocatenario que se hibrida al menos parcialmente con el compuesto que ancla la polimerasa al nanotransistor. De esta manera, después de que un trifosfato del nucleótido se hidroliza, el polímero y el resto se separan del nucleótido. El polímero se puede unir con el compuesto anclando la polimerasa al nanotransistor. La unión del polímero al compuesto (es decir, el compuesto de anclaje) acerca más el resto al nanotransistor, afectando a la conductancia del nanotransistor. A continuación, se puede medir un cambio en una característica eléctrica. El resto puede no solo afectar a la amplitud de corriente a través del nanotransistor, sino que, debido a la unión particular implicada, también puede oscilar a una determinada frecuencia. La amplitud y frecuencia de la corriente a través del nanotransistor pueden ayudar a identificar el nucleótido.

A. Sistema con polimerasa anclada

LasFIG. 5y6muestran un sistema de análisis de ácido nucleico 500 de acuerdo con modos de realización de la presente tecnología. Como se muestra, el sistema 500 incluye una ácido nucleico polimerasa 502 fijada a un compuesto de anclaje 504 que une la ácido nucleico polimerasa 502 a un transistor 506. La ácido nucleico polimerasa 502 se puede unir covalentemente al compuesto de anclaje 504. El transistor 506 puede ser un nanotransistor 100 o cualquier transistor descrito en el presente documento. La ácido nucleico polimerasa 502 se configura para alargar una hebra naciente 516. La hebra naciente 516 se hibrida a una hebra original de molde 514. La hebra naciente 516 y la hebra original de molde 514 forman la molécula de ácido nucleico intermedia 512. El compuesto de anclaje 504 incluye una hebra de ácido nucleico 503 (es decir, una primera hebra de ácido nucleico) y un polímero 505.

En la FIG. 5, el polímero 505 se representa como la porción del compuesto de anclaje 504 en contacto con el transistor 506, y la hebra de ácido nucleico 503 se representa como la porción del compuesto de anclaje 504 con líneas horizontales fuera de la línea principal del compuesto de anclaje 504. El polímero 505 puede incluir polietilenglicol, un péptido o un polímero biológico. El polímero 505 puede tener una afinidad específica por otro polímero de naturaleza similar. Por ejemplo, el polímero 505 puede ser un péptido corto que tiene una afinidad conocida por otro péptido. El péptido puede tener una determinada secuencia y se puede usar para interactuar con un oligonucleótido de una secuencia específica. La hebra de ácido nucleico 503 puede ser un oligonucleótido.

El sistema 500 puede incluir nucleótidos, tales como el nucleótido 520, que se pueden hibridar con la hebra original de molde 514 y se pueden incorporar en la hebra naciente 516. El nucleótido 520 se une al primer compuesto marcador 518, que incluye una hebra de ácido nucleico 522 (es decir, una segunda hebra de ácido nucleico) y un resto 524. El resto 524 puede tener un campo eléctrico fuerte o de otro modo un efecto de campo fuerte en el transistor 506 cuando está dentro de la longitud de Debye del transistor 506. Por ejemplo, el resto 524 puede ser un grupo metálico, un halógeno o un agente redox. Un grupo metálico puede incluir un compuesto organometálico multimetálico o una nanopartícula metálica. El resto 524 se puede limitar a una de estas categorías, puede excluir cualquiera de estas categorías o puede ser una combinación de estas categorías. Al menos uno del resto 524 o la hebra de ácido nucleico 522 puede servir para marcar el tipo particular de nucleótido. Por ejemplo, el sistema también puede incluir un nucleótido 528 unido a un segundo compuesto marcador 526, que incluye una hebra de ácido nucleico 530 y un resto 532, pero con el nucleótido 528 y el resto 532 diferentes del nucleótido 520 y el resto 524, respectivamente, en el primer compuesto marcador 518. Se pueden usar diferentes restos para ayudar a identificar diferentes nucleótidos. En algunos modos de realización, se pueden marcar diferentes nucleótidos con restos idénticos pero diferentes hebras de ácido nucleico. En estos modos de realización, las diferentes hebras de ácido nucleico pueden afectar a la oscilación o movimiento del resto y, como resultado, afectar al cambio en la característica eléctrica en el transistor 506.

La hebra de ácido nucleico 522 en el primer compuesto marcador 518 y la hebra de ácido nucleico 530 en el segundo compuesto marcador 526 pueden ser las mismas para diferentes nucleótidos 520 y 528, o en algunos casos, pueden ser diferentes para diferentes nucleótidos 520 y 528. Diferentes hebras de ácido nucleico pueden incluir secuencias con un número diferente de emparejamientos erróneos, que a continuación pueden afectar a la unión del compuesto marcador con el compuesto de anclaje. Un mayor número de emparejamientos erróneos puede incrementar las oscilaciones del resto. Si las hebras de ácido nucleico son diferentes para diferentes nucleótidos, los restos pueden ser iguales o diferentes para diferentes nucleótidos. Con cuatro nucleótidos diferentes para el ADN (A, T, C, G), el sistema puede incluir cuatro compuestos diferentes con cuatro restos diferentes, uno para cada tipo de nucleótido. El sistema puede incluir una pluralidad de estos compuestos, y cada tipo de compuesto puede ser uno de una pluralidad de estos compuestos. En algunos casos, cualquiera o ambos del compuesto de anclaje y el compuesto marcador pueden no incluir hebras de ácido nucleico, en particular si una porción del compuesto de anclaje tiene afinidad por una porción del compuesto marcador. Por ejemplo, ambos compuestos de anclaje pueden tener un péptido que tenga afinidad por un péptido en el compuesto marcador.

El transistor 506 puede estar en comunicación eléctrica con una fuente de alimentación 534. El compuesto de anclaje 504 se puede fijar al transistor 506, y el compuesto de anclaje 504 puede poner en contacto el transistor 506 con la porción polimérica del compuesto de anclaje 504. La fuente de alimentación 534 puede ser una fuente de alimentación de corriente continua o una fuente de alimentación de corriente alterna.

Además, el sistema 500 puede incluir un dispositivo medidor 536 configurado para medir una característica eléctrica del transistor 506 del resto 524 después de que el nucleótido 520 se hibrida con la hebra naciente 514. El primer compuesto marcador 518 se desprende del nucleótido 520 y la hebra de ácido nucleico 522 se hibrida con la hebra de ácido nucleico 503.

LaFIG. 6muestra el sistema 500 después de que el compuesto de anclaje 504 se ha hibridado con una porción del primer compuesto marcador 518. El nucleótido 520 se ha incorporado en la hebra naciente 516 y el nucleótido 520 se ha hibridado con la hebra original de molde 514. La hidrólisis de un trifosfato en el nucleótido 520 da como resultado la separación del nucleótido 520 del primer compuesto marcador 518. Después de la separación del nucleótido 520, la hebra de ácido nucleico 522 se hibrida con el compuesto de anclaje 504 porque la hebra de ácido nucleico 503 y la hebra de ácido nucleico 522 pueden tener secuencias complementarias o sustancialmente complementarias. Hibridar el compuesto de anclaje 504 al resto del primer compuesto marcador 518 puede acercar más el resto 524 al transistor 506. En algunos casos, el resto 524 se puede poner en contacto con el transistor 506. El resto 524 puede no estar fijo en una localización. El resto 524 se puede mover acercándose y alejándose del transistor 506. En otras palabras, el resto 524 puede oscilar. El compuesto de anclaje 504 se puede deshibridar parcial o totalmente, y en algunos casos rehibridar, con el resto del primer compuesto marcador 518. Este proceso de hibridar y deshibridar también puede dar como resultado que el resto 524 oscile hacia y desde el transistor 506. Finalmente, el resto del primer compuesto marcador 518 se puede deshibridar totalmente, formando un sistema similar a la FIG. 5. La hebra naciente 516 puede aceptar otro nucleótido para un alargamiento adicional. Por ejemplo, el nucleótido 528 se puede incorporar en la hebra naciente 516.

El sistema de análisis de moléculas de ácido nucleico puede incluir una pluralidad de transistores. La fuente de alimentación puede estar en comunicación eléctrica con la pluralidad de transistores, lo que puede incluir enviar corriente a cada transistor. Se puede medir una característica eléctrica, tal como corriente o voltaje, a través de los transistores por un único dispositivo medidor equipado para medir la característica eléctrica de muchos transistores en paralelo, o se puede medir la característica eléctrica a través de los transistores por una pluralidad de dispositivos medidores, con un respectivo dispositivo medidor para cada transistor. Millones o cientos de millones de transistores pueden constituir la pluralidad de transistores. La pluralidad de transistores puede permitir la multiplexación, que puede ser más eficaz y más exacta que los sistemas y procedimientos convencionales. Los procedimientos de fabricación de semiconductores pueden hacer nanotransistores de bajo coste, incluso si se incluyen cientos de millones de nanotransistores en un sistema.

B. Procedimiento con polimerasa anclada

LaFIG. 7muestra un procedimiento para analizar una hebra de ácido nucleico de acuerdo con modos de realización de la presente tecnología. La secuencia de ácido nucleico puede ser una secuencia parcial o total de ADN. El sistema 500 se puede usar con el procedimiento 700.

En el bloque 702, el procedimiento 700 incluye alargar una hebra naciente por una ácido nucleico polimerasa unida a un transistor por un compuesto de anclaje. La hebra naciente se puede hibridar a una hebra original de molde.

El bloque 702a incluye incorporar un primer nucleótido en la hebra naciente y puede ser una parte del alargamiento de la hebra naciente. El nucleótido puede ser el nucleótido 520 en la FIG. 5.

El bloque 702b incluye hibridar el primer nucleótido a la hebra original de molde. El bloque 702b puede ser una operación para alargar la hebra naciente. El primer nucleótido se puede unir a un primer compuesto marcador que comprende un resto. El compuesto marcador también puede incluir una primera hebra de ácido nucleico que se une a un resto. El resto puede ser cualquier resto descrito en el presente documento, incluyendo el resto 524. El primer compuesto marcador puede incluir el primer compuesto marcador 518 en la FIG. 5.

La ácido nucleico polimerasa se puede unir al transistor por un compuesto, tal como el compuesto de anclaje 504. El compuesto de anclaje puede incluir una segunda hebra de ácido nucleico. El compuesto de anclaje puede incluir un polímero. El polímero se puede poner en contacto y fijarse al transistor. El polímero puede ser cualquier polímero descrito en el presente documento.

En el bloque 704, el primer nucleótido se puede escindir del primer compuesto marcador, que incluye el primer resto. La ácido nucleico polimerasa puede escindir el nucleótido del primer compuesto marcador porque el primer compuesto marcador se puede unir a un grupo trifosfato del nucleótido. Cuando el trifosfato se hidroliza a medida que el nucleótido se añade a la hebra naciente, el primer compuesto marcador se puede separar del nucleótido. Una porción o todo de la segunda hebra de ácido nucleico del compuesto de anclaje se puede unir o hibridar con la primera hebra de ácido nucleico del primer compuesto marcador. Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 6, el nucleótido 520 se puede añadir a la hebra naciente 516. El compuesto de anclaje 504 y una porción del primer compuesto marcador 518 se pueden unir entre sí. Esta unión puede permitir que el resto 524 esté en contacto con o dentro de la longitud de Debye del transistor 506 durante un período de tiempo más largo que sin dicha unión. El resto 524 se puede mover acercándose más o alejándose del nanotransistor, lo que puede afectar a la característica eléctrica. El resto 524 se puede mover en contacto o fuera de contacto con el nanotransistor. En algunos casos, el resto puede oscilar cerca del nanotransistor.

En el bloque 706, el procedimiento 700 incluye además medir un primer cambio en una característica eléctrica de un transistor resultante del resto. La característica eléctrica puede ser corriente o voltaje. La característica eléctrica puede incluir al menos una de una amplitud o frecuencia de la corriente o voltaje. La frecuencia se puede medir mientras el resto oscila cerca del nanotransistor. En algunos casos, la oscilación puede ser el resultado de al menos uno de los campos eléctricos o del movimiento browniano. La oscilación también puede ser un resultado de la hibridación temporal de la secuencia de ácido nucleico en el primer compuesto marcador a la secuencia de ácido nucleico del compuesto de anclaje, como se muestra en la FIG. 6. La hibridación y deshibridación puede ser un resultado de las características eléctricas del transistor, incluyendo el potencial de transistor, y/o las características del fluido. El cambio medido en la característica eléctrica puede resultar de que el resto inicie el contacto con el transistor, se ponga en contacto con el transistor, finalice el contacto con el transistor o cualquier combinación de los mismos. El cambio medido en la característica eléctrica se puede relacionar con la cantidad (por ejemplo, área de superficie) o fuerza de contacto entre el resto y el transistor.

En el bloque 708, el procedimiento 700 incluye identificar el nucleótido en base al primer cambio medido en la característica eléctrica. Se puede usar un sistema informático para analizar el patrón de característica eléctrica e identificar el nucleótido.

Debido a que el nucleótido incorporado por la polimerasa en la hebra naciente es complementario al nucleótido en la hebra original de molde, también se puede identificar el nucleótido complementario en la hebra original de molde. Por ejemplo, en la FIG. 6, se puede identificar el nucleótido 520, lo que también daría lugar a la identificación del nucleótido complementario en la hebra original de molde 514. Cualquier nucleótido puede ser parte de la secuencia de ácido nucleico que se determina por los procedimientos descritos en el presente documento.

La primera hebra de ácido nucleico del primer compuesto marcador se puede separar de la segunda hebra de ácido nucleico del compuesto de anclaje. El potencial de transistor puede tener el efecto de fundir las dos hebras hibridadas, lo que da como resultado una separación. A continuación, el primer compuesto marcador se puede mover o difundir alejándose del nanotransistor hacia el fondo, de modo que ya no se pueda medir el efecto del resto sobre el nanotransistor. En otras palabras, el resto se puede mover alejándose más que la longitud de Debye del nanotransistor. Después de que el primer compuesto marcador se separa y se mueve alejándose, la segunda hebra de ácido nucleico del compuesto de anclaje puede quedar libre para hibridarse con otra hebra de ácido nucleico.

En el bloque 710, la hebra naciente se alarga además por la ácido nucleico polimerasa. La ácido nucleico polimerasa incorpora un segundo nucleótido en la hebra naciente. El segundo nucleótido se puede unir a un segundo compuesto marcador, que puede incluir una tercera hebra de ácido nucleico que se une a un segundo resto. El segundo nucleótido puede ser diferente del primer nucleótido. Como se analiza anteriormente, se puede usar un compuesto marcador diferente, que incluye un resto diferente y/o una hebra de ácido nucleico diferente, en procedimientos para ayudar a identificar diferentes nucleótidos. La tercera hebra de ácido nucleico del segundo compuesto marcador puede incluir la misma secuencia que la primera hebra de ácido nucleico del primer compuesto marcador. La misma secuencia puede permitir hibridar al compuesto de anclaje.

En el bloque 712, se puede escindir un segundo nucleótido del segundo compuesto marcador. La ácido nucleico polimerasa puede escindir el segundo nucleótido después de que se hidroliza un trifosfato. Al igual que con el primer compuesto marcador anterior, a continuación el segundo compuesto marcador puede quedar libre para moverse para hibridarse con el compuesto de anclaje. Hibridar con el compuesto de anclaje puede permitir a continuación que el segundo resto afecte a la característica eléctrica del transistor.

En el bloque 714, se puede medir un segundo cambio en la característica eléctrica del transistor resultante del segundo resto. El cambio en la característica eléctrica puede ser cualquier cambio descrito en el presente documento.

En el bloque 716, el procedimiento 700 puede incluir identificar el segundo nucleótido en base al segundo cambio medido en la característica eléctrica. El segundo cambio en la característica eléctrica resultante del segundo resto puede ser diferente del primer cambio en la característica eléctrica resultante del primer resto. Se puede usar un sistema informático para identificar los nucleótidos en la secuencia de ácido nucleico.

Se puede unir una segunda ácido nucleico polimerasa al transistor por un segundo compuesto (por ejemplo, un segundo compuesto de anclaje) fijado al transistor. El segundo compuesto de anclaje puede incluir otra hebra de ácido nucleico y un segundo polímero. El segundo polímero se puede fijar al transistor. La segunda ácido nucleico polimerasa puede permitir que se hibride un nucleótido adicional de compuestos marcadores, lo que puede incrementar el efecto sobre la característica eléctrica. Además, se puede unir al transistor una pluralidad de ácido nucleico polimerasas, incluyendo más de dos ácido nucleico polimerasas, por una pluralidad de compuestos de anclaje.

LaFIG. 8muestra una ilustración de cómo diferentes restos pueden dar como resultado diferentes cambios en las características eléctricas. Un nucleótido diferente se puede marcar con un resto diferente. Por ejemplo, un nucleótido A siempre se puede asociar con el resto 802, un nucleótido C siempre se puede asociar con el resto 804, un nucleótido G siempre se puede asociar con el resto 806 y un nucleótido T siempre se puede asociar con el resto 808. Cada resto puede tener un efecto diferente sobre la corriente o el voltaje a través del transistor. Como se muestra en la FIG. 8, las diferencias en la característica eléctrica se pueden manifestar como diferencias en amplitud, frecuencia y/o duración. La característica eléctrica puede ser corriente o voltaje. Las diferencias en amplitud, frecuencia o duración de la característica eléctrica pueden ser un resultado de la hebra de ácido nucleico del compuesto marcador, con cambios en la secuencia para diferentes nucleótidos que afectan a la fuerza de unión entre el compuesto de anclaje y el compuesto marcador. Las características eléctricas de los diferentes compuestos marcadores y/o restos pueden formar una huella eléctrica para los nucleótidos. Un sistema informático puede analizar el cambio en las características eléctricas frente a un cambio de referencia en la característica eléctrica para identificar el resto y por lo tanto el nucleótido. El cambio de referencia en la característica eléctrica se puede determinar empíricamente o se puede calcular en base a propiedades atómicas y moleculares.

C. Ejemplo

Se usa un sistema de análisis de ácido nucleico, similar al sistema 500, para secuenciar moléculas de ácido nucleico. Los diferentes tipos de nucleótidos se marcan con diferentes restos. Los diferentes restos, cuando están en proximidad del nanotransistor, muestran diferentes firmas de corriente. Como resultado, los nucleótidos se identifican por los patrones de corriente en el nanotransistor.

Múltiples ácidos nucleicos en el nanotransistor

En algunos modos de realización, se pueden unir (anclar) múltiples copias de una hebra de ácido nucleico u oligonucleótido monocatenario a un nanotransistor. Las múltiples copias de la hebra de ácido nucleico permiten la adición simultánea o casi simultánea de múltiples nucleótidos, donde cada uno se puede marcar con los mismos restos. Por lo tanto, el efecto del resto sobre el nanotransistor se puede multiplicar y concentrar, permitiendo una señal más fuerte en la característica eléctrica del nanotransistor que si se usara solo un único resto.

Se pueden usar múltiples polimerasas para cada una de las múltiples copias de la hebra de ácido nucleico. Con las múltiples copias de la hebra de ácido nucleico unidas al nanotransistor, puede no ser necesario que las polimerasas se anclen al nanotransistor. Sin un compuesto de anclaje para anclar la polimerasa al nanotransistor, no es necesario que los compuestos marcadores con los restos se configuren para hibridarse con un compuesto de anclaje. Como resultado, los nucleótidos y restos puede que no se unan a una hebra de ácido nucleico.

A. Sistemas con ácidos nucleicos anclados

LaFIG. 9muestra un modo de realización de un sistema de análisis de moléculas de ácido nucleico 900. El sistema 900, como puede observar un experto, puede ser similar al sistema 500, descrito previamente. El sistema 900 puede incluir hebras originales de molde 902 fijadas a un nanotransistor 904. El nanotransistor 904 puede ser el nanotransistor 100 o cualquier transistor descrito en el presente documento. Las hebras originales de molde 902 se pueden poner en contacto directamente con el nanotransistor 904 o, como se muestra en la FIG. 9, las hebras originales de molde 902 se pueden fijar a una partícula 906. La partícula 906 se puede fijar al nanotransistor 904. En algunos modos de realización, la partícula 906 se puede fijar a un polímero, que se puede fijar al nanotransistor 904. Aunque la FIG. 9 muestra múltiples hebras originales de molde 902, el sistema 900 puede incluir solo una única hebra original de molde fijada al nanotransistor 904.

La partícula 906 puede ser una microesfera o puede ser esférica. La partícula 906 también se puede considerar un compuesto de anclaje. Si la partícula 906 no es esférica, la partícula 906 puede tener una dimensión característica. La partícula 906 puede tener un diámetro o dimensión característica en un intervalo de 10 nm a 15 nm, de 15 nm a 20 nm, de 20 nm a 30 nm, de 30 nm a 40 nm, de 40 nm a 50 nm o 50 nm o más en los modos de realización.

Las hebras originales de molde 902 pueden incluir una primera hebra original de molde 908 y una segunda hebra original de molde 910. Las hebras originales de molde pueden incluir 3, 4, 5 o más hebras originales de molde. Cada hebra original de molde puede incluir una secuencia de nucleótidos idéntica. La secuencia de nucleótidos idéntica puede incluir todos los nucleótidos en cada hebra original de molde o puede incluir un subconjunto de los nucleótidos en cada hebra original de molde.

El sistema 900 también puede incluir una polimerasa 912 configurada para promover el alargamiento de hebras nacientes 916 usando hebras originales de molde 902. En algunos casos, la ácido nucleico polimerasa 912 se puede anclar al nanotransistor 904 o la partícula 906 con un compuesto similar a cualquier compuesto de anclaje descrito en el presente documento. En algunos casos, la ácido nucleico polimerasa 912 puede que no se ancle al nanotransistor 904 y en cambio se puede mover libremente dentro del medio acuoso. En casos donde la ácido nucleico polimerasa 912 se ancla al nanotransistor 904 o la partícula 906, el compuesto de anclaje puede comprender una hebra de ácido nucleico que se une o se hibrida con al menos una porción del compuesto marcador, similar a modos de realización descritos anteriormente y en las FIGS. 5 y 6. Sin embargo, no anclar la ácido nucleico polimerasa al nanotransistor puede simplificar el sistema al no requerir un compuesto de anclaje para la ácido nucleico polimerasa y no configurar un compuesto marcador para unirse con el compuesto de anclaje.

El sistema 900 puede incluir además una pluralidad de compuestos marcadores. El nucleótido 920 se puede unir a un compuesto marcador 918, que incluye un resto 922. Al igual que con las FIGS. 5 y 6, un resto diferente se puede asociar con un nucleótido diferente, y cada tipo de nucleótido puede tener unido el mismo resto. Por ejemplo, el nucleótido 926, que es diferente del nucleótido 920, se marca con un compuesto que incluye el resto 924, que es diferente del resto 922. El compuesto marcador 918 puede ser cualquier compuesto marcador descrito en el presente documento, y el nucleótido 920 puede ser cualquier nucleótido descrito en el presente documento. El resto 932, que es el mismo que el resto 922, se muestra como marcando el nucleótido 934, que es el mismo nucleótido que el nucleótido 920.

Además, el sistema 900 puede incluir una fuente de alimentación 928 en comunicación eléctrica con el nanotransistor 904. La fuente de alimentación 928 puede ser cualquier fuente de alimentación descrita en el presente documento.

El sistema 900 puede incluir además un dispositivo medidor 930 configurado para medir una característica eléctrica del nanotransistor 904 de una pluralidad de restos después de que la pluralidad de restos se une a y a continuación se separa de las hebras nacientes. El dispositivo medidor 930 puede ser cualquier dispositivo medidor descrito en el presente documento.

LaFIG. 10muestra el sistema 900 después de que el nucleótido 920 y el nucleótido 934 se hibridan con las hebras originales de molde 902. El resto 922 y el resto 932 se separan de los nucleótidos y se mueven en estrecha proximidad o en contacto con el nanotransistor 904. El dispositivo medidor 930 a continuación puede medir el cambio en la característica eléctrica resultante de los restos. A continuación, se pueden identificar los nucleótidos que se hibridaron con la pluralidad de hebras de ácido nucleico.

El sistema de análisis de moléculas de ácido nucleico puede incluir una pluralidad de nanotransistores. Al igual que con el sistema 500, el sistema 900 puede incluir una pluralidad de nanotransistores en comunicación eléctrica con una única fuente de alimentación. La pluralidad de nanotransistores puede permitir la multiplexación.

B. Procedimientos con ácidos nucleicos anclados

Como se muestra en laFIG. 11, los modos de realización pueden incluir un procedimiento 1100 para determinar una secuencia de ácido nucleico. El procedimiento 1100 puede incluir el uso del sistema 900.

En el bloque 1102, el procedimiento 1100 incluye fijar una hebra original de molde a un transistor. En algunos modos de realización, el procedimiento 1100 puede incluir fijar una pluralidad de hebras originales de molde al transistor. Cada hebra original de molde de la pluralidad de hebras originales de molde puede incluir una secuencia de nucleótidos idéntica. En algunos modos de realización, la pluralidad de hebras originales de molde se puede fijar a una partícula y a continuación la partícula se puede fijar al nanotransistor. La partícula puede ser cualquier partícula descrita en el presente documento. En otros modos de realización, las hebras originales de molde se pueden poner en contacto con el transistor.

En el bloque 1104, el procedimiento 1100 también puede incluir alargar una hebra naciente por una ácido nucleico polimerasa. En modos de realización con una pluralidad de hebras originales de molde, los procedimientos pueden incluir alargar una pluralidad de hebras nacientes por una pluralidad de ácido nucleico polimerasas.

En el bloque 1104a, el procedimiento 1100 puede incluir la ácido nucleico polimerasa que incorpora un nucleótido unido a un compuesto marcador que incluye un resto. El compuesto marcador puede ser cualquier compuesto marcador descrito en el presente documento, y el resto puede ser cualquier resto descrito en el presente documento. Algunos modos de realización pueden incluir la pluralidad de ácido nucleico polimerasas que incorporan una pluralidad de nucleótidos unidos a una pluralidad de compuestos marcadores, incluyendo cada compuesto marcador un resto. La pluralidad de nucleótidos puede ser de nucleótidos idénticos. Cada nucleótido de la pluralidad de nucleótidos se puede añadir a cada hebra naciente de la pluralidad de hebras nacientes simultáneamente o casi simultáneamente. Casi simultáneamente puede querer decir que cada nucleótido se puede añadir a la pluralidad de hebras nacientes antes de que se añada un nucleótido diferente a cualquiera de las otras hebras nacientes en la pluralidad de hebras nacientes.

En el bloque 1104b, el procedimiento 1100 puede incluir hibridar el nucleótido a la hebra original de molde. El bloque 1104b puede ser una operación para alargar la hebra naciente. En algunos modos de realización, los procedimientos pueden incluir hibridar la pluralidad de nucleótidos a la pluralidad de hebras originales de molde.

En el bloque 1106, el nucleótido se escinde del compuesto marcador por la ácido nucleico polimerasa durante el alargamiento de la hebra naciente. La hebra naciente se hibrida a la hebra original de molde. En algunos modos de realización, la pluralidad de nucleótidos se puede escindir de la pluralidad de compuestos marcadores por la pluralidad de ácido nucleico polimerasas. Después de la escisión, el resto o la pluralidad de restos se puede mover acercándose al nanotransistor. Por ejemplo, como se representa en la FIG. 10, el resto 922 y el resto 932 pueden estar en estrecha proximidad con el nanotransistor 904 al mismo tiempo. En algunos casos, el resto 922 y el resto 932 se pueden poner en contacto con el nanotransistor 904 al mismo tiempo. Una pluralidad de compuestos marcadores, y por lo tanto una pluralidad de restos, cerca del nanotransistor puede incrementar la probabilidad de que los restos estén en proximidad del nanotransistor. La pluralidad de compuestos marcadores también puede incrementar el efecto sobre el nanotransistor ya que múltiples restos pueden combinar sus efectos de campo sobre el transistor.

En el bloque 1108, el procedimiento 1100 puede incluir medir un cambio en una característica eléctrica de un nanotransistor resultante del resto. Los modos de realización también pueden incluir medir un cambio en una característica eléctrica resultante de la pluralidad de restos. La característica eléctrica puede ser cualquier característica eléctrica descrita en el presente documento.

En el bloque 1110, el procedimiento 1100 puede incluir además identificar el nucleótido en base al cambio medido en la característica eléctrica. Los procedimientos pueden incluir identificar la pluralidad de nucleótidos en base al cambio medido en la característica eléctrica. Identificar el nucleótido o la pluralidad de nucleótidos puede incluir cualquier operación de identificación descrita en el presente documento.

Una pluralidad de segundos nucleótidos se puede incorporar por la pluralidad de ácido nucleico polimerasas. Cada segundo nucleótido de la pluralidad de segundos nucleótidos se puede unir a un segundo compuesto marcador que incluye un segundo resto. La pluralidad de segundos compuestos marcadores se puede escindir del segundo nucleótido por la pluralidad de ácido nucleico polimerasas después de que se incorpore el segundo nucleótido. La pluralidad de segundos restos puede inducir a continuación un cambio en una característica eléctrica del transistor, lo que puede permitir que se identifique el segundo resto y por lo tanto el segundo nucleótido. De esta manera, se puede determinar la secuencia de ácido nucleico de la hebra naciente. En consecuencia, también se puede determinar la secuencia de ácido nucleico de la hebra original de molde, que es complementaria a la hebra naciente.

C. Ejemplo con ácidos nucleicos anclados

Se usa un sistema de análisis de ácido nucleico, similar al sistema 900, para secuenciar moléculas de ácido nucleico. Los diferentes tipos de nucleótidos se marcan con diferentes restos. Los diferentes restos, cuando están en proximidad del nanotransistor, muestran diferentes firmas de corriente. Como resultado, los nucleótidos se identifican por los patrones de corriente en el nanotransistor.

Sistema informático

Cualquiera de los sistemas informáticos mencionados en el presente documento puede utilizar cualquier número adecuado de subsistemas. Los ejemplos de dichos subsistemas se muestran en laFIG. 12en el sistema informático 10. En algunos modos de realización, un sistema informático incluye un único aparato informático, donde que los subsistemas pueden ser los componentes del aparato informático. En otros modos de realización, un sistema informático puede incluir múltiples aparatos informáticos, siendo cada uno un subsistema, con componentes internos. Un sistema informático puede incluir ordenadores de escritorio y portátiles, tabletas, teléfonos móviles y otros dispositivos móviles.

Los subsistemas mostrados en la FIG. 12 se interconectan por medio de un bus de sistema 75. Se muestran subsistemas adicionales tales como una impresora 74, teclado 78, dispositivo(s) de almacenamiento 79, monitor 76, que se acopla al adaptador de pantalla 82, y otros. Los periféricos y dispositivos de entrada/salida (E/S), que se acoplan al controlador de E/S 71, se pueden conectar al sistema informático por cualquier número de medios conocidos en la técnica tales como el puerto de entrada/salida (E/S) 77 (por ejemplo, USB, FireWire®, Thunderbolt). Por ejemplo, se puede usar el puerto de E/S 77 o interfaz externa 81 (por ejemplo, Ethernet, wifi, etc.) para conectar el sistema informático 10 a una red de área amplia tal como Internet, un dispositivo de entrada de ratón o un escáner. La interconexión por medio del bus de sistema 75 permite que el procesador central 73 se comunique con cada subsistema y controle la ejecución de instrucciones desde la memoria de sistema 72 o el/los dispositivo(s) de almacenamiento 79 (por ejemplo, un disco fijo, tal como un disco duro, o disco óptico), así como el intercambio de información entre subsistemas. La memoria de sistema 72 y/o el/los dispositivo(s) de almacenamiento 79 pueden incorporar un medio legible por ordenador. Otro subsistema es un dispositivo de recopilación de datos 85, tal como una cámara, micrófono, acelerómetro y similares. Cualquiera de los datos mencionados en el presente documento se puede enviar de un componente a otro componente y se puede enviar al usuario.

Un sistema informático puede incluir una pluralidad de los mismos componentes o subsistemas, por ejemplo, conectados conjuntamente por una interfaz externa 81 o por una interfaz interna. En algunos modos de realización, los sistemas, subsistemas o aparatos informáticos se pueden comunicar a través de una red. En dichos casos, un ordenador se puede considerar un cliente y otro ordenador un servidor, donde cada uno puede formar parte de un mismo sistema informático. Un cliente y un servidor pueden incluir cada uno múltiples sistemas, subsistemas o componentes.

Se debe entender que cualquiera de los modos de realización de la presente invención se puede implementar en forma de lógica de control usandohardware(por ejemplo, un circuito integrado específico de la aplicación o un conjunto de puertas programables en campo) y/o usandosoftwarecon un procesador en general programable de manera modular o integrada. Como se usa en el presente documento, un procesador incluye un procesador de un único núcleo, un procesador de múltiples núcleos en un mismo chip integrado o múltiples unidades de procesamiento en una única placa de circuito o en red. En base a la divulgación y las enseñanzas proporcionadas en el presente documento, un experto en la técnica conocerá y apreciará otras formas y/o procedimientos para implementar los modos de realización de la presente invención usandohardwarey una combinación dehardwareysoftware.

Cualquiera de los componentes o funciones desoftwaredescritos en esta solicitud se puede implementar como código desoftwarepara ejecutarse por un procesador usando cualquier lenguaje informático adecuado tal como, por ejemplo, Java, C, C++, C#, Objective-C, Swift, o lenguaje de programación tal como Perl o Python usando, por ejemplo, técnicas convencionales u orientadas a objetos. El código desoftwarese puede almacenar como una serie de instrucciones o comandos en un medio legible por ordenador para su almacenamiento y/o transmisión. Un medio legible por ordenador no transitorio adecuado puede incluir memoria de acceso aleatorio (RAM), una memoria de solo lectura (ROM), un medio magnético tal como un disco duro o un disquete, o un medio óptico tal como un disco compacto (CD) o DVD (disco versátil digital), memoriaflashy similares. El medio legible por ordenador puede ser cualquier combinación de dichos dispositivos de almacenamiento o transmisión.

Dichos programas también se pueden codificar y transmitir usando señales portadoras adaptadas para su transmisión por medio de redes cableadas, ópticas y/o inalámbricas que se ajustan a una variedad de protocolos, incluyendo Internet. Como tal, se puede crear un medio legible por ordenador de acuerdo con un modo de realización de la presente invención usando una señal de datos codificada con dichos programas. Los medios legibles por ordenador codificados con el código de programa se pueden empaquetar con un dispositivo compatible o proporcionar por separado desde otros dispositivos (por ejemplo, por medio de una descarga de Internet). Cualquier medio legible por ordenador de este tipo puede residir en o dentro de un único producto informático (por ejemplo, un disco duro, un CD o un sistema informático completo) y puede estar presente en o dentro de diferentes productos informáticos dentro de un sistema o red. Un sistema informático puede incluir un monitor, impresora u otra pantalla adecuada para proporcionar cualquiera de los resultados mencionados en el presente documento a un usuario.

Cualquiera de los procedimientos descritos en el presente documento se puede realizar total o parcialmente con un sistema informático que incluye uno o más procesadores, que se pueden configurar para realizar las etapas. Por tanto, los modos de realización se pueden referir a sistemas informáticos configurados para realizar las etapas de cualquiera de los procedimientos descritos en el presente documento, potencialmente con diferentes componentes que realizan las respectivas etapas o un respectivo grupo de etapas. Aunque se presentan como etapas numeradas, las etapas de los procedimientos en el presente documento se pueden realizar al mismo tiempo o en un orden diferente. Adicionalmente, partes de estas etapas se pueden usar con partes de otras etapas de otros procedimientos. Además, la totalidad o partes de una etapa pueden ser opcionales. Adicionalmente, cualquiera de las etapas de cualquiera de los procedimientos se puede realizar con módulos, unidades, circuitos u otros medios para realizar estas etapas.

LaFIG. 13muestra un sistema de secuenciación ejemplar. El sistema representado en la FIG. 13 comprende un dispositivo de secuenciación 1302 y un módulo de inteligencia 1304 que forma parte del sistema informático 1306. El dispositivo de secuenciación 1302 puede incluir el sistema 500 o el sistema 900. El sistema informático 1306 puede incluir partes o la totalidad del sistema informático 10. Los conjuntos de datos (conjuntos de datos de características eléctricas) se transfieren desde el dispositivo de secuenciación 1302 al módulo de inteligencia 1304 o viceversa por medio de una conexión de red o una conexión directa. Los conjuntos de datos se pueden procesar, por ejemplo, para identificar nucleótidos. Las etapas de identificación se pueden implementar porsoftwarealmacenado en elhardwaredel sistema informático 1306. Los conjuntos de datos se pueden procesar por un código informático que se ejecuta en el procesador y se almacena en el dispositivo de almacenamiento del módulo de inteligencia y después del procesamiento se transfiere de nuevo al dispositivo de almacenamiento del módulo de análisis, donde los datos modificados se pueden mostrar en un dispositivo de visualización. En algunos modos de realización, el módulo de inteligencia también se puede implementar en el dispositivo de secuenciación.

LaFIG. 14muestra que el sistema informático 1400 puede comprender medios de recepción 1410, que pueden incluir, por ejemplo, datos de características eléctricas de recepción obtenidos de un dispositivo de secuenciación. El sistema informático 1400 también puede incluir medios de identificación 1420 para identificar un resto que provoca un cambio en la característica eléctrica en los datos. El sistema informático 1400 también puede incluir medios de identificación 1430 para identificar un nucleótido asociado con el resto. El sistema informático 1400 puede incluir además medios de identificación 1440 para identificar un nucleótido complementario del nucleótido identificado con los medios de identificación 1430.

Los detalles específicos de modos de realización particulares se pueden combinar de cualquier manera adecuada sin apartarse del espíritu y alcance de los modos de realización de la invención. Sin embargo, otros modos de realización de la invención se pueden referir a modos de realización específicos relacionados con cada aspecto individual, o combinaciones específicas de estos aspectos individuales.

La descripción anterior de modos de realización de ejemplo de la invención se ha presentado para los propósitos de ilustración y descripción. No se pretende que sea exhaustiva o que limite la invención a la forma precisa descrita, y son posibles muchas modificaciones y variaciones en vista de la enseñanza anterior.

En la descripción precedente, para los propósitos explicativos, se han establecido numerosos detalles para proporcionar una comprensión de diversos modos de realización de la presente tecnología. Sin embargo, será evidente para un experto en la técnica que determinados modos de realización se pueden practicar sin algunos de estos detalles o con detalles adicionales.

Habiendo descrito varios modos de realización, se reconocerá por los expertos en la técnica que se pueden usar diversas modificaciones, construcciones alternativas y equivalentes sin apartarse del espíritu de la invención. Adicionalmente, un número de procesos y elementos bien conocidos no se han descrito para evitar confundir innecesariamente la presente invención. Adicionalmente, los detalles de cualquier modo de realización específico pueden no estar siempre presentes en las variaciones de ese modo de realización o se pueden añadir a otros modos de realización.

Cuando se proporciona un intervalo de valores, se entiende que cada valor intermedio, hasta la décima parte de la unidad del límite inferior a menos que el contexto lo indique claramente de otro modo, entre los límites superior e inferior de ese intervalo también se divulga específicamente. Se engloba cada intervalo más pequeño entre cualquier valor establecido o valor intermedio en un intervalo establecido y cualquier otro valor establecido o intermedio en ese intervalo establecido. Los límites superior e inferior de estos intervalos más pequeños se pueden incluir o excluir independientemente en el intervalo, y cada intervalo donde cualquiera, ninguno o ambos límites se incluyen en los intervalos más pequeños también se engloba dentro de la invención, sujeto a cualquier límite específicamente excluido en el intervalo establecido. Cuando el intervalo establecido incluye uno o ambos de los límites, los intervalos que excluyen cualquiera o ambos de esos límites incluidos también están incluidos.

Como se usa en el presente documento y en las reivindicaciones adjuntas, las formas singulares "un", "una" y "el/la" incluyen referencias en plural a menos que el contexto lo indique claramente de otro modo. Por tanto, por ejemplo, la referencia a "un procedimiento" incluye una pluralidad de dichos procedimientos y la referencia a "la partícula" incluye la referencia a una o más partículas y equivalentes de los mismos conocidos por los expertos en la técnica, etc. La invención se ha descrito ahora en detalle para los propósitos de claridad y comprensión. Sin embargo, se apreciará que se pueden practicar determinados cambios y modificaciones dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para determinar una secuencia de ácido nucleico, comprendiendo el procedimiento: alargar una hebra naciente por una ácido nucleico polimerasa unida a un transistor por un compuesto de anclaje, en el que el compuesto de anclaje comprende un polímero, y una hebra de ácido nucleico unida al polímero, en el que la ácido nucleico polimerasa:

incorpora un nucleótido unido a un compuesto marcador que comprende un resto, y

escinde el nucleótido del compuesto marcador durante el alargamiento de la hebra naciente, hibridándose la hebra naciente a una hebra original de molde;

medir un cambio en una característica eléctrica del transistor resultante del resto; e

identificar el nucleótido en base al cambio medido en la característica eléctrica,

en el que dicha característica eléctrica es corriente.

2. Un sistema o instrumento para analizar moléculas de ácido nucleico, comprendiendo el sistema o instrumento: una ácido nucleico polimerasa unida a un compuesto de anclaje, la ácido nucleico polimerasa configurada para alargar una hebra naciente,

un nucleótido unido a un compuesto marcador que comprende un resto,

un transistor en comunicación eléctrica con una fuente de alimentación;

un dispositivo medidor configurado para medir una característica eléctrica del transistor a partir del resto después de que la ácido nucleico polimerasa incorpora el nucleótido y después de que la ácido nucleico polimerasa escinde el nucleótido del compuesto marcador, en el que:

el compuesto de anclaje comprende un polímero y una hebra de ácido nucleico unida al polímero,

el polímero se fija al transistor,

en el que dicha característica eléctrica es corriente.

3. El sistema o instrumento de la reivindicación 2, en el que:

el nucleótido es un primer nucleótido,

el resto es un primer resto, y

el compuesto marcador es un primer compuesto marcador,

comprendiendo además:

un segundo nucleótido unido a un segundo compuesto marcador que comprende un segundo resto, en el que: el segundo nucleótido es diferente del primer nucleótido, y

el segundo resto es diferente del primer resto.

4. El sistema o instrumento de la reivindicación 3, en el que:

el primer compuesto marcador es uno de una pluralidad de primeros compuestos marcadores, y

el segundo compuesto marcador es uno de una pluralidad de segundos compuestos marcadores.

5. El sistema o instrumento de la reivindicación 2, en el que:

el sistema comprende una pluralidad de transistores,

la fuente de alimentación está en comunicación eléctrica con la pluralidad de transistores.

6. El sistema o instrumento de la reivindicación 2, en el que el resto comprende un metal.