JP5519088B2 - 核酸分子塩基配列の決定方法及び決定装置 - Google Patents

核酸分子塩基配列の決定方法及び決定装置 Download PDF

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Description

本発明は、核酸分子の塩基配列を決定するための技術に関する。より詳しくは、切断処理を施した核酸分子の質量変化情報に基づいて、核酸分子の塩基配列を決定するための方法及び装置に関する。
近年、DNAなどの核酸分子の塩基配列を決定する技術が幾つか提案されており、その自動化、高速化、並びに高精度化などが進展している。以下、主要な塩基配列決定技術を簡潔に説明する。
まず、サンガーらによって提案されたジデオキシ法(NeiNeoxy chain termination methoN)は、サンガー法あるいはチェーンターミネーター法とも称される方法である。この方法は、一本鎖DNA分子の配列を決定する方法であり、目的の1本鎖DNAを鋳型としてクレノー断片(Klenow fragment)と4種のデオキシリボヌクレオチドを用いて相補DNAを合成する際、4種のうち1種のジデオキシリボヌクレオチドを加えてDNA合成を阻害し、様々な長さのフラグメントを合成する。この反応をそれぞれ上記の4種類について行って、1塩基の差で分けられる分解能を有するポリアクリルアミド電気泳動装置で分離して、DNA配列を決定するという技術である。この技術は、数百塩基程度の長さのDNA断片の塩基配列決定に適していると考えられている。
次に、全ゲノムショットガン法(Whole-Genome Shotgun Sequencing , whole genome shotgun sequencing )は、ゲノムの長鎖DNAの塩基配列決定法であり、すべてのDNAを制限酵素によって適当な断片に切断する。各々のDNA断片の両端の塩基配列を読んで、わずかな配列の重なりをコンピューターでつなぎ合わせていく方法である。現在、微生物のゲノム塩基配列決定では主流の方法になっており、最近では、この方法によって、Celera Genomic社がショウジョウバエのゲノム解析を達成したとの報告がある。
階層化ショットガン法(clone-by-clone shotgun sequencing)もゲノムの長鎖DNAの塩基配列決定法の一つであり、DNAを切断して断片化し、複数の制限酵素による切断部位の位置を決定して、ゲノムDNAの地図を作成し、これらのDNA断片をさらに細かくして配列を決定するという方法である。この方法は、解読速度が全ゲノムショットガン法よりも遅く、また、労力もかかるという課題を抱えるが、解読精度が高いので、ヒトゲノム解析、イネゲノム解析などに用いられている。
その他、核酸分子が係わる反応などを質量変化に基づいて検出する技術が開示された文献として、次の特許文献1〜3がある。より詳しくは、特許文献1は、供給されたdNTPがDNAサンプルに結合したときの質量変化を圧電素子の共振数変化として検出し、プライマーが伸長した否かを分析する技術であり、特許文献2は、ハイブリダイゼーションの有無をカンチレバーの固有振動数変化で検出する技術である。また、特許文献3には、読み取り目的のDNAとのハイブリダイゼーションによって生ずる弾性波素子特性の変化を測定して、当該DNA中の塩基配列を読み取る装置が開示されている。
特開2004−16171号公報。 特開2004−125706号公報。 特開平6−245754号公報。
本発明は、従来の塩基配列決定技術とは、全く異なる手法によって、核酸分子の塩基配列を確実に決定可能な新規技術を提供することを課題とする。
本発明の核酸分子の塩基配列決定方法では、圧電素子に一末端部位が固定化された対象核酸分子を、遊離末端側から一核酸分子単位で切断する第1工程と、第1工程前の核酸分子の質量(M )と切断後の核酸分子の質量(M )との質量差分(Δm=M −M )に対応する前記圧電素子の振動数変化(ΔF)を測定する第2工程と、前記第2工程で求めた振動数変化(ΔF)を、塩基種ごとのリファレンスデータと比較又は照合して、前記第1工程で切断された一核酸分子の塩基種を特定する第3工程と、を少なくとも行う。
なお、本発明において、「対象核酸分子」とは、塩基配列解読の対象とされるヌクレオチド鎖を意味し(以下、同様)、この対象核酸分子は、一本鎖、二本鎖のどちらか一方に狭く限定されず、鎖長(塩基数)も限定されない。
本発明に係る上記方法は、塩基種の異なる核酸一分子が、それぞれに特有の質量を持つことに基づいて、対象核酸分子の質量(Mとする)と核酸分子が切断された後の核酸分子の質量(Mとする)の質量変化(質量差分)Δm(=M−M)を検出可能な測定を実行し、この測定データ(Δm)から当該核酸分子の塩基種あるいは塩基配列に係わる情報を得ることを基本的な特徴としている。
本発明では、特に長いヌクレオチド鎖の対象核酸分子(例えば、オリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチド)について、上記の第1工程から第3工程を必要回数繰り返すことによって、対象核酸分子の全塩基配列を効率よく決定することが可能となる。
対象核酸分子の切断を担う前記第1工程では、切断部位が制御可能な条件や構成により、対象核酸分子の切断を行うことができる方法であれば採用可能である。例えば、この切断は、酵素分解反応を用いて行うことができ、より具体的には、末端側から切断するエキソヌクレアーゼ(exonuclease)などの核酸分解酵素(nuclease)を用いて行うことができる。
上記第1工程での対象核酸分子の切断は、例えば、対象核酸分子の末端側から一核酸分子単位で順次切断していき、逐次その切断前後の質量変化を測定して、各測定で得られた質量差分データΔmから切断された核酸分子の塩基種や塩基配列を決定していくようにする。
次に、本発明では、対象核酸分子を一切断片化せず、初期鎖長のままで第1工程にかけてもよいが、必要に応じて、この対象核酸分子を、たとえば制限酵素等を用いて断片化処理した後に前記第1工程へ移行したり、断片化処理しながら前記第1工程を行ったりするようにしてもよい。
更には、断片化された複数の核酸分子を同時並行的に測定にかけ、各断片化核酸分子の各塩基配列を同時並行的に決定していくことによって、塩基配列解読時間の高速化を図ってもよい。このような手法では、最終的には、断片化された各核酸分子の塩基配列を所定の順番に並べて、前記対象核酸分子の全塩基配列を特定する。
本発明に係る方法や装置を実施するに際し、塩基種の異なる核酸一分子のそれぞれに特有の質量に相関する測定データを得ておき、これらの測定データを、対象核酸分子の塩基配列の解読のためのリファレンスデータとして利用することができる。
例えば、同一の塩基種のみからなるオリゴ核酸分子(DNAであれば、AAAA・・・、TTTT・・・、GGGG・・・、CCCC・・・)、あるいはポリ核酸分子をリファレンスデータ作成用の対象核酸分子として採用する。この対象核酸分子を第1工程及び第2工程にかけて得られた測定情報から、それぞれの塩基種に対応する一核酸分子単位の質量差分データを予め得ておき、この質量差分データと測定データ(検出データ)とを比較又は照合することによって、塩基の種類や塩基の組み合わせ等を自動判定する手順を実行することにより、対象核酸分子の塩基配列の解読を行なうことができる。
より具体的には、塩基A,G、C、Tそれぞれのデオキシリボ核酸一分子単位の質量差分データが、それぞれΔma、Δmg、Δmc、Δmtであったと仮定し、さらに、塩基配列が未知である対象核酸分子を一核酸分子単位で切断する毎に得られた質量変化(質量差分)が、時系列でΔma、Δmc、Δmt、Δmg、Δmc、Δmtであったと仮定すれば、当該対象核酸分子の塩基配列は、「ACTGCT」であったと決定することができる。
本発明では、対象核酸分子の一末端部位を固相表面に固定化しておくようにしておけば、例えば、第1工程前後の質量差分の測定を、水晶発振子、表面弾性波素子などの圧電素子(piezoelectric element)の共振周波数変化を測定することによって、対象核酸分子の塩基配列を解読することができる(以下の装置においても同様)。
次に、本発明では、反応領域中に存在する対象核酸分子の切断に用いる物質を、前記反応領域へ供給する物質供給部と、前記対象核酸分子の質量に対する前記切断処理後の核酸分子の質量変化を検出するための検出部と、前記検出部で得られた検出データを解析するデータ解析部と、前記解析部の解析結果を出力する出力部と、を少なくとも備える塩基配列決定装置を提供する。
前記データ解析部は、予め記憶されている塩基種ごとのリファレンスデータと前記検出データとを比較対照し、その結果から、対象核酸分子から切断された核酸分子の塩基種を特定する構成としてもよい。また、前記検出部は、前記対象核酸分子を固定化可能な端面構成を備えるカンチレバーの振動振幅を検出する構成であってもよい。
なお、本発明において「核酸」とは、プリンまたはピリミジン塩基と糖がグリコシド結合したヌクレオシドのリン酸エステルの重合体(ヌクレオチド鎖)を意味し、プローブDNAを含むオリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチド、プリンヌクレオチドとピリミジンヌクレオチオドが重合したDNA(全長あるいはその断片)、逆転写により得られるcDNA(cプローブDNA)、RNA、ポリアミドヌクレオチド誘導体(PNA)等を広く含む。
本発明によれば、切断処理前後の核酸分子(ヌクレオチド鎖)の質量変化を測定することによって、当該核酸分子の塩基配列を正確かつ迅速に決定することができる。
以下、本発明を実施するための好適な形態について、添付図面を参照しながら説明する。なお、添付図面に示された各実施形態は、本発明に係わる物や方法の代表的な概念や実施形態の一例を示したものであって、これにより本発明の範囲が狭く解釈されることはない。
まず、添付した図1は、本発明に係る方法を構成する第1工程の基本的な概念の一例を示す図である。
この第1工程の好適な例は、所定長のヌクレオチド鎖からなる対象核酸分子(ここでは、説明の便宜上10分子)Nの末端部位が、固相表面Fに固定化された状態を、公知の固定化技術を用いて予め形成しておき、続いて、この対象核酸分子Nの遊離末端側から、適宜選択した核酸分解酵素を用いて、切断部位を制御しながら対象核酸分子を切断する。
ここで、前記した公知の固定化技術の例を挙げれば、ストレプトアビジンによって表面処理された検出表面の場合では、ビオチン化されたDNAプローブ末端の固定に適している。あるいは、チオール(SH)基によって表面処理された検出表面の場合では、チオール基が末端に修飾されたプローブDNA等の検出用物質Nをジスルフィド結合(−S−S−結合)により固定することに適している。
図1において符号Nで示された対象核酸分子の切断は、この図1に示されている例のように、核酸分解酵素の一種であるエキソヌクレアーゼ(exonuclease、図示せず。)を用いて、一核酸分子ずつ、遊離末端側から分解していく工程又は手段を採用することができる。
図1中の符号Nは、末端の一核酸分子nが切断(分解)され、開始時の対象核酸分子Nよりも一核酸分子少ない、計9分子から構成された核酸分子残基が生成している様子を模式的に示している。さらに、図1中の符号Nは、さらに一核酸分子Nが切断され、開始時の対象核酸分子Nよりも二核酸分子少ない、計8分子から構成された核酸分子残基を示している。なお、本発明では、対象核酸分子Nの塩基数(分子数)は、特に限定されない。
対象核酸分子Nの切断過程(分解過程)において、開始時の対象核酸分子Nの初期質量Mは、切断された一核酸分子nの質量だけ減少したMN1へ変化し、続いて、切断された核酸分子nとNの質量和分だけ減少したMN2へ変化する。
核酸分子は、その塩基種に応じた固有の質量を有することから、質量変化の各過程で得られる質量差分Δmを、適宜の手段で逐次又は順次測定することによって、切断産物(分解産物)である核酸分子n、nの塩基種を決定することが可能となる。
例えば、対象核酸分子NがDNA(デオキシリボ核酸)である場合を想定すれば、その塩基成分は、基本的には、アデニン(A)、グアニン(G)、シトシン(C)、チミン(T)の4種類である。本発明では、各塩基種に対応する切断産物(分解産物)であるデオキシリボヌクレオチド一分子をdA、dG、dC、dTと便宜上表記する。なお、切断産物であるデオキシリボヌクレオチドdA、dG、dC、dTは、核酸分解酵素の種類によって、5’末端にリン酸基を持つものと、3’末端にリン酸基を持つ場合があるが、本発明では、これらのいずれも排除しない。
また、デオキシリボヌクレオチドdA、dG、dC、dTのそれぞれに固有の質量をMdA、MdG、MdC、MdTと便宜上表記すれば、測定によって取得された質量差分Δmに係わるデータが前記MdAに対応するデータであれば、切断産物であるデオキシリボヌクレオチドはdAであると決定できる。
同様に、測定によって取得された質量差分Δmに係わるデータが前記MdGに対応するデータであれば、切断産物であるデオキシリボヌクレオチドはdGであり、質量差分Δmに係わるデータが前記MdCに対応するデータであれば、切断産物である核酸分子はdCであり、質量差分Δmに係わるデータが前記MdTに対応するデータであれば、切断産物である核酸分子はdTであると決定できる。
対象核酸分子Nの切断処理を、酵素分解処理により行う場合において、核酸分解酵素は、本発明の解釈にあたり、狭く限定されない。対象核酸分子Nの種類、性状(例えば、一本鎖、二本鎖)あるいは切断処理の構成や測定系の内容に応じて、DNAに作用するデオキシリボヌクレアーゼ、RNAに作用するリボヌクレアーゼ、両方に作用するヌクレアーゼ、主として二本鎖のDNAやRNAに作用するNNアーゼI、NNアーゼII、ATP依存性NNアーゼ、RNアーゼIII、あるいは、一本鎖のDNAやRNAに作用するヌクレアーゼS、ヌクレアーゼP、エキソNNアーゼI、RNアーゼII、あるいは、特定の塩基を認識して分解する塩基特異的なRNアーゼT、RNアーゼU、RNアーゼA、T4-エンドヌクレアーゼなど、核酸の高次構造を認識すると考えられるRNアーゼH、RNアーゼP、あるいは制限酵素などを広く利用できる。
また、上記した例では、対象核酸分子Nを一核酸分子ずつ切断(分解)していく方法又は手段を代表例として説明したが、複数の核酸分子を切断単位とする工程や手段を目的に応じて採用するのは自由である。また、対象核酸分子Nの切断方法又は切断手段は、核酸分解酵素を用いる酵素分解の例に限定されず、本発明の目的に沿うように対象核酸分子Nを切断できればよい。
次に、切断処理が施される前後の対象核酸分子Nの質量変化を測定する工程(第2工程)の好適な例を説明する。
この工程は、塩基配列解読対象の対象核酸分子Nの質量変化を高精度に測定することができる方法や手段であれば採用可能であり、特に限定されない。現在において採用可能な代表例を挙げるとすれば、圧電素子(圧力-電気変換を直接に行う素子)の共振周波数変化を測定することによって、対象核酸分子Nの質量変化を測定する方法又は手段である。
水晶、ロッシェル塩、電気石などの結晶に電圧を加えて電気分極させると、その結晶は歪みを生じ、逆に圧力を加えて結晶を歪ませると、電気分極が生じて電圧を発生する。このような現象は、圧電効果(piezoelectric effect)と呼ばれている。特に水晶(石英、quartz ;SiO2)が、圧電特性、化学的性質、熱的安定性に優れていることが知られている。
従って、この圧電効果を利用して水晶板の両面に電極を取り付けたものに電圧をかけてひずみを生じさせた後に印加電圧を解除すると、水晶板はずり振動を生じてから元に戻る現象を示す。このときの印加電圧を交流電場としてずり方向の共振周波数に同期させると、水晶板は発振子としてその水晶板のもつ固有振動数で共振振動する。
このような水晶発振子は、該水晶発振子の電極上への物質の付着が振動数の減少を引き起こし、この振動数変化と付着物質の質量との関係は、以下の数式(数1)の「Sauerbrey式」によって表される。このSauerbrey式に基づけば、電極上での質量変化は、振動数変化と比例関係にあることがわかる。なお、下記数式1中のΔmは質量変化、ΔFは基本振動数の変化量、Fは基本振動数、Aは電極面積、μqは水晶の剪断応力(2.947×1010kgm-1-1)、ρqは水晶の密度(2648kgm−3)を示している。
例えば、基本振動数F(Hz)が27MHzの水晶発振子では、電極1cmあたりに約0.62ngの物質が付着すると1Hz振動数が減少することが確かめられている。この測定原理は、原子の単分子層吸着をも測定できるほどの高感度であることから微量天秤もしくはQCM(Quartz-crystal microbalance)と呼ばれており、原理的に、一核酸分子レベルの質量変化を検出することが可能である。
従って、本発明では、水晶発振子の表面(図1の固相表面Fに対応)に、塩基配列解読のターゲットとなる対象核酸分子Nの末端部位を予め固定化しておき(図1参照)、該表面上の領域において上記第1工程を進行させることによって、該対象核酸分子Mの質量変化Δmを、振動数変化(ΔF)として測定するという方法又は手段を採用できる。
即ち、対象核酸分子Nの質量変化(Δm)は、図2に示すような振動数変化(ΔF)として測定することができる。上記したように、一核酸分子単位で対象核酸分子を切断していくような実施形態の場合では、順次測定される振動数変化(ΔF)は、切断された一核酸分子分の質量変化(質量減少)に対応する振動数変化である。
図2に示したような振動数変化ΔF、ΔF、ΔF、ΔFが、順に、切断されたデオキシリボヌクレオチドdA、dG、dC、dTのそれぞれに固有の質量に相当する振動数変化であると仮定するならば、この測定データ情報によって得られた塩基配列情報は、AGCTである。なお、このように測定データ情報に基づいて、切断されたデオキシリボヌクレオチドなどの核酸分子の塩基情報を取得する工程は、本発明に係る第3工程に相当する。
本発明では、所定のヌクレオチド鎖長の対象核酸分子N(例えば、オリゴヌクレオチド、ポリヌクレオチド)について、上記の第1工程から第3工程を必要回数繰り返すことによって、対象核酸分子Nの全塩基配列を効率よく、決定することができる。
更には、断片化処理を施した複数の核酸分子の各塩基配列を同時並行的に決定していくことによって、塩基配列解読時間の高速化を図ることもできる。このような手法では、最終的には、断片化された各核酸分子の塩基配列を所定の順番につなぎ合わせて、前記対象核酸分子の全塩基配列を特定する。
次に、図3は、本発明に係る塩基配列決定装置Uの基本構成を示すブロック図である。
この塩基配列決定装置Uは、反応領域(固相表面F上の領域)に存在する対象核酸分子、例えば、固相表面Fにその末端が固定化されている対象核酸分子Nの切断に用いる物質E(例えば、核酸分解酵素)を、前記反応領域Rへ供給する物質供給部1と、前記対象核酸分子Nの質量に対する前記切断処理後の核酸分子の質量変化を検出するための検出部2と、該検出部2で得られた検出データを解析するデータ解析部3と、このデータ解析部3の解析結果を出力する出力部と、を少なくとも備えている。
ここで、前記データ解析部3は、該解析部3の記憶部に予め記憶されている塩基種ごとのリファレンスデータと前記検出データとを比較対照することによって、対象核酸分子Nから切断された核酸分子nの塩基種を特定する。
ここで、同一の塩基種のみからなるオリゴ核酸分子又はポリ核酸分子を対象核酸分子Nとして採用し、これらの対象核酸分子Nから得られた測定情報から各塩基種に対応する一核酸分子単位の質量変化に相関する測定データ(例えば、振動数変化)を予め求めておき、これをリファレンスデータとして、装置Uを構成するデータ解析部3の記憶部に予め記憶しておくようにする。
例えば、デオキシリボヌクレオチドdA、dG、dC、dTのそれぞれに固有の質量に相当する振動数変化である、ΔFdA、ΔFdG、ΔFdC、ΔFdTを求めておき、これらのリファレンスデータと測定によって得られたデータ(ΔF、ΔF、ΔF、ΔF)とを、自動的に比較対照判定することによって、対象核酸分子の塩基配列決定を行うようにしてもよい。
また、本発明では、対象核酸分子の質量変化(Δm)を、固有振動数変化を測定可能なカンチレバー手段を用いて行うようにしてもよい。好適に採用できるカンチレバー5は、図4に示すような形態をなすものであり、その端面51には圧電素子材料からなる振動子を有し、この振動子の表面に対象核酸分子Nを固定化できる構成を備える。さらに、このカンチレバー5を振動励起する駆動源(図示せず。)を設け、該カンチレバー5の振動振幅を検出部2(図3参照)で検出する。
例えば、カンチレバー5の駆動源となる交流電源によって周波数を変化させながらカンチレバー5を振動励起する。そして、共振振幅に関連した電流を抵抗で電圧変換し、この電圧を電圧計(図示せず。)で計測する。なお、カンチレバー5の共振振幅は、交流電源の周波数が該カンチレバー5の固有振動数と一致したときに最大となる。
なお、カンチレバーとしては、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛(PZT)やタンタル酸ストロンチウムビスマス(SBT)等の圧電性を有する強誘電体を用いることができる。
本発明は、核酸分子(ヌクレオチド鎖)の塩基配列を解読するための技術(方法、装置、システム)として利用することができる。
本発明に係る方法を構成する第1工程の基本的な概念の一例を示す図である。 水晶発振子原理を用いた測定の場合の対象核酸分子の切断処理に伴う振動数変化を模式的に示す図である。 本発明に係る装置(U)の基本構成を示すブロック図である。 同装置で採用可能なカンチレバー(1)の構成を簡略に示す図である。
符号の説明
1 物質供給部
2 検出部
3 データ解析部
4 出力部
5 カンチレバー
F 固相表面(例えば、水晶板など)
N 対象核酸分子
n(n,n)切断(分解)された一核酸分子
ΔF 振動数変化
U 塩基配列決定装置

Claims (11)

  1. 圧電素子に一末端部位が固定化された対象核酸分子を、遊離末端側から一核酸分子単位で切断する第1工程と、
    第1工程前の核酸分子の質量(M )と切断後の核酸分子の質量(M )との質量差分(Δm=M −M )に対応する前記圧電素子の振動数変化(ΔF)を測定する第2工程と、
    前記第2工程で求めた振動数変化(ΔF)を、塩基種ごとのリファレンスデータと比較又は照合して、前記第1工程で切断された一核酸分子の塩基種を特定する第3工程と、
    を少なくとも行う核酸分子の塩基配列決定方法。
  2. 前記第1工程から第3工程を繰り返すことによって、前記対象核酸分子の全塩基配列を決定することを特徴とする請求項1記載の塩基配列決定方法。
  3. 前記第1工程を、核酸分解酵素(nuclease)を少なくとも用いて行うことを特徴とする請求項1記載の塩基配列決定方法。
  4. 前記核酸分解酵素は、エキソヌクレアーゼ(exonuclease)であることを特徴とする請求項3記載の塩基配列決定方法。
  5. 前記対象核酸分子は、一本鎖核酸分子であることを特徴とする請求項1記載の塩基配列決定方法。
  6. 前記対象核酸分子を断片化した後に、前記第1工程へ移行することを特徴とする請求項1記載の塩基配列決定方法。
  7. 断片化核酸分子の各塩基配列を、同時並行的に決定することを特徴とする請求項6記載の塩基配列決定方法。
  8. 予め、同一の塩基種のみからなるオリゴ核酸分子又はポリ核酸分子を対象として前記第1工程及び第2工程を行って、各塩基種に対応する一核酸分子単位の質量変化に相関する振動数変化を求めておき、これを塩基種ごとのリファレンスデータとして用いるとを特徴とする請求項1記載の塩基配列決定方法。
  9. 前記圧電素子は、水晶発振子であることを特徴とする請求項1記載の塩基配列決定方法。
  10. 圧電素子の反応領域中に固定化された対象核酸分子を一核酸分子単位で切断する物質を、前記反応領域へ供給する物質供給部と、
    切断前の核酸分子の質量(M )と切断後の核酸分子の質量(M )との質量差分(Δm=M −M )に対応する圧電素子の振動数変化(ΔF)を検出するための検出部と、
    予め記憶されている塩基種ごとのリファレンスデータと、前記検出部で検出された振動数変化(ΔF)とを比較又は照合して、前記対象核酸分子から切断された一核酸分子の塩基種を特定するデータ解析部と、
    前記解析部の解析結果を出力する出力部と、
    を少なくとも備える塩基配列決定装置。
  11. 前記圧電素子は、前記対象核酸分子を固定化可能な端面構成を備えるカンチレバーであり、前記検出部は、該カンチレバーの振動振幅を検出することを特徴とする請求項10記載の塩基配列決定装置。
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JP2020533951A (ja) * 2017-09-15 2020-11-26 イルミナ インコーポレイテッド 配列検出システムの調整および較正の特徴
AU2018331533B2 (en) * 2017-09-15 2021-10-28 Illumina, Inc. Sequence-detection system

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH06245754A (ja) 1993-02-19 1994-09-06 Terumo Corp 塩基配列読み取り装置
US6074823A (en) * 1993-03-19 2000-06-13 Sequenom, Inc. DNA sequencing by mass spectrometry via exonuclease degradation
WO1994021822A1 (en) * 1993-03-19 1994-09-29 Sequenom, Inc. Dna sequencing by mass spectrometry via exonuclease degradation
TWI316964B (ja) * 2000-10-30 2009-11-11 Takara Bio Inc
US6972173B2 (en) * 2002-03-14 2005-12-06 Intel Corporation Methods to increase nucleotide signals by raman scattering
US6982165B2 (en) * 2001-09-24 2006-01-03 Intel Corporation Nucleic acid sequencing by raman monitoring of molecular deconstruction
JP4094289B2 (ja) * 2001-12-26 2008-06-04 オリンパス株式会社 塩基配列決定装置および塩基配列決定方法
US20030215816A1 (en) * 2002-05-20 2003-11-20 Narayan Sundararajan Method for sequencing nucleic acids by observing the uptake of nucleotides modified with bulky groups
JP2004016171A (ja) * 2002-06-19 2004-01-22 Hitachi Ltd Dna分析方法およびdna分析装置
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