JP2020524271A - ナノポアシーケンサー - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2017年6月20日に出願された米国仮出願第62/522,628号の利益を主張し、その内容はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
第1の態様では、ナノポアシーケンサーは、シスウェル;トランスウェル;シスウェルとトランスウェルとを流体的に接続するナノポア;ならびにシスウェル内、もしくはトランスウェル内、またはシスウェル内およびトランスウェル内の修飾電解質であって、電解質とカチオン錯化剤とを含む修飾電解質を含む。
TCNQ(固体)+e−+K+ (水溶液)→(K+TCNQ−)(固体) (式1)
(K+TCNQ−)(固体)→TCNQ(固体)+e−+K+ (水溶液) (式2)。
これらの反応が適切な電位の印加により誘発されることで、カチオン(例えば、K+)はトランスウェル(単数または複数)16’で放出され、シスウェル14’で消費される。これにより、トランスウェル(単数または複数)16’におけるアニオンの枯渇が解消される。
(実施例1)
単一のシスウェルおよび単一のトランスウェルを有する2つのナノポアシーケンサー(本明細書ではそれぞれ「1」または「ポア1」および「2」または「ポア2」と呼ぶ)を調製した。クラウンエーテルを添加していない塩化カリウムを、シーケンサー1、2のシスおよびトランスウェルに導入した。ナノポアシーケンサー1、2のそれぞれには、シスウェルとトランスウェルとの間の脂質二重層膜に配置されたMspAナノポアが含まれていた。
移行実験では、87ヌクレオチド塩基と66℃の融解温度のヘアピン構造を持つオリゴマーを使用した。2つのナノポアシーケンサーを使用した。それぞれには、単一のシスウェルと単一のトランスウェル、およびシスウェルとトランスウェルとの間の脂質二重層膜に配置されたMspAナノポアがあった。
前述の概念および以下でより詳細に説明する追加の概念の全ての組み合わせは(そのような概念が相互に矛盾しない限り)、本明細書で開示される本発明の主題の一部であることが理解されるであろう。特に、本開示の最後に現れる特許請求される主題の全ての組み合わせは、本明細書で開示される本発明の主題の一部であると考えられる。また、本明細書で明示的に使用される用語は、参照により組み込まれる任意の開示に現れる場合もあり、本明細書で開示される特定の概念と最も一致する意味が与えられるべきであることも理解されたい。
Claims (20)
- 以下を含む、ナノポアシーケンサー:
シスウェル;
トランスウェル;
前記シスウェルと前記トランスウェルとを流体的に接続するナノポア;ならびに
前記シスウェル内、もしくは前記トランスウェル内、または前記シスウェルおよび前記トランスウェル内の修飾電解質であって、電解質とカチオン錯化剤とを含む修飾電解質。 - 請求項1に記載のナノポアシーケンサーであって、
前記修飾電解質が前記シスウェル内にあり、前記ナノポアシーケンサーが前記トランスウェル内に非修飾電解質をさらに含み、前記非修飾電解質が前記電解質を前記カチオン錯化剤なしで含む;または
前記修飾電解質が前記トランスウェル内にあり、前記ナノポアシーケンサーが前記シスウェル内に前記非修飾電解質をさらに含み、前記非修飾電解質が前記電解質を前記カチオン錯化剤なしで含む、ナノポアシーケンサー。 - 基板内に画定された複数の前記トランスウェルをさらに備え、その各々が、それぞれのナノポアによって前記シスウェルに流体的に接続されており、前記複数のトランスウェルの密度が、前記基板のmm2あたり約10個のトランスウェル〜前記基板のmm2あたり約1,000,000個のトランスウェルである、請求項1に記載のナノポアシーケンサー。
- 請求項1に記載のナノポアシーケンサーであって、
前記電解質が、カリウムカチオンと結合アニオン、ナトリウムアニオンと結合アニオン、またはそれらの組み合わせを含み;
前記カチオン錯化剤が、クラウンエーテル、カリキサレン、およびバリノマイシンからなる群より選択される、ナノポアシーケンサー。 - 前記修飾電解質が、0mM超〜約500mMの前記カチオン錯化剤を含む、請求項1に記載のナノポアシーケンサー。
- 請求項1に記載のナノポアシーケンサーを使用する方法であって、
前記ナノポアシーケンサーの前記シスウェルと前記ナノポアシーケンサーの前記トランスウェルとの間に約−1V〜約1Vの電圧バイアスを印加することにより、前記ナノポアシーケンサーにおける前記電解質の酸化還元試薬の枯渇を制御することを含む、方法。 - 前記ナノポアシーケンサーに以下を供給する工程をさらに含む、請求項6に記載の方法:
前記シスウェル内に前記修飾電解質、および前記トランスウェル内に前記カチオン錯化剤のない前記電解質;または
前記トランスウェル内に前記修飾電解質、および前記シスウェル内に前記カチオン錯化剤のない前記電解質。 - 以下をさらに含む、請求項6に記載の方法:
前記カチオン錯化剤を前記電解質に組み込んで前記修飾電解質を作る工程と;
前記修正電解質を前記シスウェル内に、もしくは前記トランスウェル内に、または前記シスウェル内および前記トランスウェル内に導入する工程。 - 請求項6に記載の方法であって:
前記電解質が、カリウムカチオンと結合アニオン、ナトリウムアニオンと結合アニオン、またはそれらの組み合わせを含み;
前記カチオン錯化剤が、クラウンエーテル、カリキサレン、およびバリノマイシンからなる群より選択される、方法。 - 以下を含む、ナノポアシーケンサー:
シスウェル;
トランスウェル;
前記シスウェルと前記トランスウェルとを流体的に接続するナノポア;および
前記シスウェル内、もしくは前記トランスウェル内、または前記シスウェルおよび前記トランスウェル内のゲル状高分子電解質。 - 請求項10に記載のナノポアシーケンサーであって、
前記高分子電解質が前記シスウェル内にあり、前記ナノポアシーケンサーが前記トランスウェル内に電解質をさらに含む;または
前記高分子電解質が前記トランスウェル内にあり、前記ナノポアシーケンサーが前記シスウェル内に電解質をさらに含む、ナノポアシーケンサー。 - 請求項11に記載のナノポアシーケンサーであって、
前記高分子電解質が、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド、ポリエチレンイミンのイオン型、直鎖ポリエチレンイミンのイオン型、ポリ(アリルアミン塩酸塩)、およびポリ(4−ビニルピリジン)のイオン型からなる群より選択され;
前記電解質が、カリウムカチオンと結合アニオン、ナトリウムアニオンと結合アニオン、またはそれらの組み合わせを含む、ナノポアシーケンサー。 - 基板内に画定された複数の前記トランスウェルをさらに備え、その各々が、それぞれのナノポアによって前記シスウェルに流体的に接続されており、前記複数のトランスウェルの密度が、前記基板のmm2あたり約10個のトランスウェル〜前記基板のmm2あたり約1,000,000個のトランスウェルである、請求項10に記載のナノポアシーケンサー。
- 請求項10に記載のナノポアシーケンサーであって、
前記高分子電解質が、前記シスウェルと前記トランスウェル内の両方に存在し;
前記高分子電解質が、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライド、ポリエチレンイミンのイオン型、直鎖ポリエチレンイミンのイオン型、ポリ(アリルアミン塩酸塩)、およびポリ(4−ビニルピリジン)のイオン型からなる群より選択される、ナノポアシーケンサー。 - 請求項10に記載のナノポアシーケンサーを使用する方法であって、
前記ナノポアシーケンサーの前記シスウェルと前記ナノポアシーケンサーの前記トランスウェルとの間に約−1V〜約1Vの電圧バイアスを印加することにより、前記ナノポアシーケンサーにおける前記高分子電解質の酸化還元試薬の枯渇を制御することを含む、方法。 - 以下を含む、ナノポアシーケンサー:
シスウェル;
トランスウェル;
前記シスウェルと前記トランスウェルとを流体的に接続するナノポア;
前記シスウェルに接するシスウェル電極構造であって、第1ベース電極と、前記第1ベース電極に固定された酸化還元固体とを含むシスウェル電極構造;
前記トランスウェルに接するトランスウェル電極構造であって、第2ベース電極と、前記第2ベース電極に固定された酸化還元固体とを含むトランスウェル電極構造;ならびに
前記シスウェル電極構造および前記トランスウェル電極構造でのそれぞれの酸化還元反応に応じて消費または放出されるカチオンを含む電解質。 - 前記酸化還元固体が、テトラシアノキノジメタン(TCNQ)、プルシアンブルー、およびポリピロールからなる群より選択される、請求項16に記載のナノポアシーケンサー。
- 前記第1および第2ベース電極が、独立して、グラファイト、白金、金、銀、銅、炭素繊維、ダイヤモンド、およびパラジウムからなる群より選択される、請求項16に記載のナノポアシーケンサー。
- 請求項16に記載のナノポアシーケンサーを使用する方法であって、
前記ナノポアシーケンサー内の前記電解質の酸化還元試薬の枯渇を以下によって制御することを含む、方法:
前記シスウェル電極構造に第1電圧を印加することにより、前記ナノポアシーケンサー内の前記電解質のカチオンを消費するカソード反応を開始すること;および
前記トランスウェル電極構造に第2電圧を印加することにより、前記電解質の前記カチオンを放出するアノード反応を開始すること。 - 前記酸化還元固体が、テトラシアノキノジメタン(TCNQ)、プルシアンブルー、およびポリピロールからなる群より選択される、請求項19に記載の方法。
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