JP6871364B2 - 核酸に基づくデータ保存 - Google Patents

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Description

＜相互参照＞
本出願は、２０１７年６月９日出願の米国仮特許出願第６２／５１７，６７１号；２０１７年１月１３日出願の米国仮特許出願第６２／４４６，１７８号；および２０１６年９月２１日出願の米国仮特許出願第６２／３９７，８５５号の利益を主張し、その各々は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
＜配列表＞
本出願は、ＡＳＣＩＩフォーマットで電子的に提出され、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる配列表を含んでいる。２０１７年９月１８日に作成されたＡＳＣＩＩのコピーは、４４８５４＿７２８＿６０１＿ＳＬ．ｔｘｔのファイル名であり、１，６１２バイトのサイズである。
生体分子に基づく情報記憶システム、例えばＤＮＡに基づくものは、経時的に大きな記憶容量と安定性を有する。しかしながら、情報記憶用の生体分子を生成するための、スケーラブルで、自動化され、非常に正確かつ非常に効果的なシステムが求められる。
本明細書で提供されるのは、情報を保存し、および情報にアクセスするための方法であって、該方法は以下の工程を含む：（ａ）少なくとも１つのデジタル配列の形態の情報の少なくとも１項目を、少なくとも１つの核酸配列に変換する工程；（ｂ）面を含む構造を提供する工程；（ｃ）共同して少なくとも１つの核酸配列をコードする、あらかじめ決定された配列を有する複数のポリヌクレオチドを合成する工程であって、各ポリヌクレオチドは面から伸長する、工程；（ｄ）複数のポリヌクレオチドを保存する工程；および（ｅ）受信ユニットに複数のポリヌクレオチドを選択的に転写する工程であって、選択的に転写する工程は力の適用を含み、該力は層状の圧力、毛細血管圧、すべり流圧、磁力、静電力、ぜん動力、音波、震動力、向心力、遠心力、またはそれらの任意の組み合わせであり、および複数のポリヌクレオチドは共同して少なくとも１つの核酸配列をコードする、工程。さらに本明細書において提供される方法において、力の適用は伝導性部材、および構造と伝導性部材の間に適用されるボルテージポテンシャルを含む。さらに本明細書において提供される方法において、力の適用は、構造の面を固いまたは柔らかい滑りに接触させる工程を含む。さらに本明細書において提供される方法において、力の適用は、圧力解放または圧力ノズルを含む。さらに本明細書において提供される方法は、工程（ｃ）の間に圧力ノズルを使用する工程をさらに含む。さらに本明細書において提供される方法は、圧力ノズルを通じてポリヌクレオチドを充満させる工程をさらに含む。さらに本明細書において提供される方法は、圧力ノズルを通じてヌクレオチドを沈着する工程をさらに含む。さらに本明細書において提供される方法は：複数のポリヌクレオチドを配列する工程；および、少なくとも１つのデジタル配列をアセンブルする工程、をさらに含む。さらに本明細書において提供される方法において、アセンブルされた少なくとも１つのデジタル配列は、最初の少なくとも１つのデジタル配列と比較して１００％の精度である。
本明細書で提供されるのは情報を保存するための方法であって、該方法は以下の工程を含む：（ａ）少なくとも１つのデジタル配列の形態の情報の少なくとも１項目を、少なくとも１つの核酸配列に変換する工程；（ｂ）共同して少なくとも１つの核酸配列をコードする、あらかじめ決定された配列を有する複数のポリヌクレオチドを合成する工程であって、各ポリヌクレオチドは；（ｉ）各コード領域が同一である、複数のコード領域；および（ｉｉ）切断領域を含む少なくとも１つの非コード領域を含む、工程；および（ｃ）複数のポリヌクレオチドを保存する工程。さらに本明細書で提供される方法において、切断領域は制限酵素認識部位を含む。さらに本明細書で提供される方法において、切断領域は光に感受性のある核酸塩基を含む。さらに本明細書において提供される方法は、切断領域の切断への、制限酵素、電磁放射線またはガス状試薬の適用をさらに含み、それによって複数のコード領域の少なくとも１つを除去する。さらに本明細書で提供される方法において、各コード領域は２５〜５００塩基の長さを含む。さらに本明細書で提供される方法において、各コード領域は１００〜２０００塩基の長さを含む。さらに本明細書で提供される方法において、各非コード領域は１〜１００塩基の長さを含む。さらに本明細書で提供される方法において、各非コード領域は最大で２００の塩基を含む。さらに本明細書で提供される方法において、複数のポリヌクレオチドは少なくとも１００，０００のポリヌクレオチドを含む。さらに本明細書で提供される方法において、複数のポリヌクレオチドは少なくとも１００億のポリヌクレオチドを含む。さらに本明細書で提供される方法において、ポリヌクレオチドの９０％より多くが、あらかじめ決定された配列と差異のない配列をコードする。さらに本明細書で提供される方法において、情報の少なくとも１項目は、テキスト情報、オーディオ情報またはビジュアル情報である。さらに本明細書で提供される方法において、各ポリヌクレオチド内の第１の非コード領域は、各ポリヌクレオチド内の第２の非コード領域とは異なる配列を有する。さらに本明細書で提供される方法において、各ポリヌクレオチド内の各非コード領域は異なる配列を有する。さらに本明細書で提供される方法において、各ポリヌクレオチド内の第１の切断領域は、各ポリヌクレオチド内の第２の切断領域とは異なる配列を有する。さらに本明細書で提供される方法において、各ポリヌクレオチド内の各切断領域は異なる配列を有する。さらに本明細書で提供される方法において、各ポリヌクレオチド内の切断領域の数は、少なくとも１、２、３、４、または５である。さらに本明細書で提供される方法において、切断領域の数に対する配列は異なっている。さらに本明細書で提供される方法において、各ポリヌクレオチドはテザー領域を含む。
本明細書で提供されるのは情報を暗号化するための方法であって、該方法は以下の工程を含む：（ａ）少なくとも１つのデジタル配列の形態の情報の少なくとも１項目を、少なくとも１つの核酸配列に変換する工程；（ｂ）少なくとも１つの核酸配列の各々を、複数の非同一のマーキングの１つと関連付ける工程；（ｃ）面を有する構造を提供する工程であって、面は複数の非同一のマーキングを含む、工程；（ｄ）少なくとも１つの核酸配列を共同してコードするあらかじめ決定された配列を有する複数のポリヌクレオチドを合成する工程であって、複数のポリヌクレオチドは少なくとも１００，０００のポリヌクレオチドを含み、および各ポリヌクレオチドは、非同一のマーキングの１つによって分離される分離領域の面から伸長する、工程；および（ｅ）複数のポリヌクレオチドを保存する工程。さらに本明細書で提供される方法において、複数のポリヌクレオチドは少なくとも１，０００，０００のポリヌクレオチドを含む。さらに本明細書で提供される方法において、ポリヌクレオチドの９０％より多くが、あらかじめ決定された配列と差異のない配列をコードする。さらに本明細書で提供される方法において、情報の少なくとも１項目は、テキスト情報、オーディオ情報またはビジュアル情報である。さらに本明細書で提供される方法において、非同一のマーキングの１つによって別々に分離されたポリヌクレオチドのサブセットは、同じ配列を含む。さらに本明細書で提供される方法は、非同一のマーキングの１つによって別々に分離されたポリヌクレオチドのサブセットを選択する工程、ポリヌクレオチドのサブセットを放出する工程、複数のポリヌクレオチドを配列する工程、複数のポリヌクレオチドを解読する工程、および少なくとも１つのデジタル配列をアセンブルする工程をさらに含む。さらに本明細書で提供される方法は、非同一のマーキングの１つによって別々に分離されたポリヌクレオチドのサブセットを選択する工程、ポリヌクレオチドのサブセットを増幅する工程、ポリヌクレオチドのサブセットを配列する工程、複数のポリヌクレオチドを解読する工程、および少なくとも１つのデジタル配列をアセンブルする工程をさらに含む。さらに本明細書で提供される方法において、アセンブルされた少なくとも１つのデジタル配列は、最初の少なくとも１つのデジタル配列と比較して１００％の精度である。さらに本明細書で提供される方法において、少なくとも１つのデジタル配列は、少なくとも１ギガバイトのデジタル情報量を含む。さらに本明細書で提供される方法において、少なくとも１つのデジタル配列は、少なくとも１テラバイトのデジタル情報量を含む。さらに本明細書で提供される方法において、少なくとも１つのデジタル配列は、少なくとも１ペタバイトのデジタル情報量を含む。
本明細書で提供されるのは情報を収集するための方法であって、該方法は以下の工程を含む：（ａ）面を含む構造を提供する工程であって、該構造は：少なくとも１つの核酸配列を共同してコードする、あらかじめ決定された配列を有する第１の複数のポリヌクレオチド；および、少なくとも１つの核酸配列を共同してコードする、あらかじめ決定された配列を有する第２の複数のポリヌクレオチドを含み、ここで第１の複数のポリヌクレオチドと第２の複数のポリヌクレオチドの両方が面から伸長し、同じ少なくとも１つの核酸配列を共にコードする、工程；（ｂ）第１の複数のポリヌクレオチドを含む構造の領域を選択的に分離し、および面から第１の複数のポリヌクレオチドを除去する工程；および（ｃ）情報の１項目をコードする少なくとも１つのデジタル配列を形成するために、少なくとも１つのデジタル配列を配列し、かつ解読する工程。さらに本明細書で提供される方法において、第１の複数のポリヌクレオチドを含む構造の領域は、チャネルまたはウェルのクラスタを含む。さらに本明細書で提供される方法において、該構造は固い構造である。さらに本明細書で提供される方法において、該構造は柔らかい構造である。さらに本明細書で提供される方法において、第１の複数のポリヌクレオチドを欠いている構造の残りの部分のみを含む構造の領域は、元通りになるよう一緒にスプライシングされる。さらに本明細書で提供される方法において、選択的に除去する工程は、第１の複数のポリヌクレオチドを含む構造の領域への力の適用を含む。さらに本明細書で提供される方法において、力の適用は、層状の圧力、毛細血管圧、すべり流圧、磁力、静電力、ぜん動力、音波、震動力、向心力、遠心力、またはそれらの任意の組み合わせである。さらに本明細書で提供される方法において、力の適用は伝導性部材、および構造と伝導性部材の間に適用されるボルテージポテンシャルを含む。さらに本明細書で提供される方法において、力の適用は、構造の面を固いまたは柔らかい滑りに接触させる工程を含む。さらに本明細書で提供される方法において、力の適用は、圧力解放または圧力ノズルを含む。さらに本明細書で提供される方法において、第１の複数のヌクレオチドの各ポリヌクレオチドは、最大で５００塩基の長さを含む。さらに本明細書で提供される方法において、第１の複数のヌクレオチドの各ポリヌクレオチドは、最大で２００塩基の長さを含む。さらに本明細書で提供される方法において、第２の複数のヌクレオチドの各ポリヌクレオチドは、最大で５００塩基の長さを含む。さらに本明細書で提供される方法において、第２の複数のヌクレオチドの各ポリヌクレオチドは、最大で２００塩基の長さを含む。さらに本明細書で提供される方法において、情報の項目の量は少なくとも１ギガバイトである。さらに本明細書で提供される方法において、情報の項目の量は少なくとも１テラバイトである。さらに本明細書で提供される方法において、情報の項目の量は少なくとも１ペタバイトである。
本明細書において提供されるのは、複数のポリヌクレオチドを含む核酸ライブラリであって、ポリヌクレオチドの各々は：（ｉ）各コード領域が同一である、複数のコード領域；および（ｉｉ）切断領域を含む、少なくとも１つの非コード領域を含み、およびデジタル配列を形成するために複数のポリヌクレオチドが配列され、解読され、アセンブルされる場合、デジタル配列は、あらかじめ選択されたデジタル配列と比較して９０％を超える精度を有する。さらに本明細書で提供される核酸ライブラリにおいて、切断領域は制限酵素認識部位を含む。さらに本明細書で提供される核酸ライブラリにおいて、切断領域は光に感受性のある核酸塩基を含む。さらに本明細書において提供される核酸ライブラリは、切断領域の切断への制限酵素、電磁放射線またはガス状試薬の適用をさらに含み、それによって複数のコード領域の少なくとも１つを除去する。さらに本明細書で提供される核酸ライブラリにおいて、各コード領域は２５〜５００塩基の長さを含む。さらに本明細書で提供される核酸ライブラリにおいて、各コード領域は１００〜２０００塩基の長さを含む。さらに本明細書で提供される核酸ライブラリにおいて、各非コード領域は１〜１００塩基の長さを含む。さらに本明細書で提供される核酸ライブラリにおいて、各非コード領域は最大で２００の塩基を含む。さらに本明細書で提供される核酸ライブラリにおいて、複数のポリヌクレオチドは少なくとも１００，０００のポリヌクレオチドを含む。さらに本明細書で提供される核酸ライブラリにおいて、複数のポリヌクレオチドは少なくとも１００億のポリヌクレオチドを含む。さらに本明細書で提供される核酸ライブラリにおいて、ポリヌクレオチドの９０％より多くが、あらかじめ決定された配列と差異のない配列をコードする。さらに本明細書で提供される核酸ライブラリにおいて、各ポリヌクレオチド内の第１の非コード領域は、各ポリヌクレオチド内の第２の非コード領域とは異なる配列を有する。さらに本明細書で提供される核酸ライブラリにおいて、各ポリヌクレオチド内の各非コード領域は異なる配列を有する。さらに本明細書で提供される核酸ライブラリにおいて、各ポリヌクレオチド内の第１の切断領域は、各ポリヌクレオチド内の第２の切断領域とは異なる配列を有する。さらに本明細書で提供される核酸ライブラリにおいて、各ポリヌクレオチド内の各切断領域は異なる配列を有する。さらに本明細書で提供される核酸ライブラリにおいて、各ポリヌクレオチド内の切断領域の数は、少なくとも１、２、３、４、または５である。さらに本明細書で提供される核酸ライブラリにおいて、切断領域の数に対する配列は異なっている。
本明細書で提供されるのは情報を保存するためのデバイスであって、該デバイスは：（ａ）面を有する構造；および（ｂ）少なくとも１つの核酸配列を共同してコードするあらかじめ決定された配列を有する複数のポリヌクレオチドを合成するための、面上の複数の分離領域であって、各ポリヌクレオチドは：（ｉ）各コード領域が同一である、複数のコード領域；および（ｉｉ）切断領域を含む、少なくとも１つの非コード領域を含む、分離領域；を含み、および少なくとも１つの核酸配列は、情報の少なくとも１項目をコードする。
本明細書で提供されるのは情報を暗号化するためのデバイスであって、該デバイスは：（ａ）面を有する構造であって、面は複数の非同一のマーキングを含む、構造；（ｄ）少なくとも１つの核酸配列を共同してコードするあらかじめ決定された配列を有する複数のポリヌクレオチドを合成するための、面上の複数の分離領域であって、複数のポリヌクレオチドは少なくとも１００，０００のポリヌクレオチドを含み、および各ポリヌクレオチドは、非同一のマーキングの１つによって分離される分離領域の面から伸長する、分離領域；を含み、および少なくとも１つの核酸配列は、情報の少なくとも１つの項目をコードする。
本明細書で提供されるのは情報を保存するための方法であって、該方法は以下の工程を含む：（ａ）少なくとも１つのデジタル配列の形態の情報の少なくとも１項目を、少なくとも１つの核酸配列に変換する工程；（ｂ）共同して少なくとも１つの核酸配列をコードする、あらかじめ決定された配列を有する複数のポリヌクレオチドを合成する工程であって、各ポリヌクレオチドは；（ｉ）最大で約５００塩基の長さの少なくとも１つのコード配列；および（ｉｉ）コード配列のアイデンティティに関連する配列を含む、少なくとも１つのバーコード配列；を含む、工程；および（ｃ）複数のポリヌクレオチドを保存する工程。さらに本明細書で提供される方法において、各ポリヌクレオチドは、最大で約３００塩基の長さの少なくとも１つのコード配列を含む。さらに本明細書で提供される方法において、複数のポリヌクレオチドは少なくとも約１００，０００のポリヌクレオチドを含む。さらに本明細書で提供される方法において、複数のポリヌクレオチドは少なくとも約１００億のポリヌクレオチドを含む。さらに本明細書で提供される方法において、ポリヌクレオチドの９０％より多くが、あらかじめ決定された配列と差異のない配列をコードする。さらに本明細書で提供される方法において、情報の少なくとも１項目は、テキスト情報、オーディオ情報またはビジュアル情報である。
＜引用による組み込み＞
本明細書で言及される全ての刊行物、特許、および特許出願は、個々の刊行物、特許、または特許出願が参照により組み込まれるように、具体的かつ個々に示されているかのような程度で、参照により本明細書に組み込まれる。
本発明の新規な特徴は、特に添付の特許請求の範囲内に明記される。本発明の特徴および利点のより良い理解は、本発明の原理が利用される実施形態を例示する以下の詳細な説明と、添付図面とを参照することによって得られる。
核酸に基づくデータ保存に関する典型的なワークフローを例示する。 様々なポリヌクレオチド配列設計スキームを表す。 様々なポリヌクレオチド配列設計スキームを表す。 様々なポリヌクレオチド配列設計スキームを表す。 様々なポリヌクレオチド配列設計スキームを表す。 様々なポリヌクレオチド配列設計スキームを表す。 様々なポリヌクレオチド配列設計スキームを表す。 様々なポリヌクレオチド配列設計スキームを表す。 バーコード設計スキームを表す。 バーコード設計スキームを表す。 各々が２５６のクラスタのアレイを有する、２４の領域またはサブフィールドを含むポリヌクレオチド合成のために構成されたプレートを例示する。 １６×１６のクラスタを有する図５のサブフィールドのより接近した図を例示し、各クラスタは１２１の別個の座を有する。 図５のクラスタの詳細な図を例示し、クラスタは１２１の座６を有する。 複数のチャネルを有するプレートの正面図を例示する。 複数のチャネルを有するプレートの断面図を例示する。 柔らかい構造のための連続ループおよびオープンリール式の構成を表す。 柔らかい構造のための連続ループおよびオープンリール式の構成を表す。 合成ポリヌクレオチドの放出と抽出のためのスキームを表す。 合成ポリヌクレオチドの放出と抽出のためのスキームを表す。 スポットを有する柔らかい構造のズームインを表す。 チャネルを有する柔らかい構造のズームインを表す。 ウェルを有する柔らかい構造のズームインを表す。 本明細書に記載される構造上の座のズームインを例示する。 本明細書に記載される構造上のマーキングを例示する。 本明細書に記載される構造上のマーキングを例示する。 ポリヌクレオチド合成材料沈着デバイスを例示する。 ポリヌクレオチド合成のワークフローを例示する。 複数のチャネルへのポリヌクレオチドの静電沈着のための方法を例示する。 複数のチャネルへのポリヌクレオチドの静電沈着のための方法を例示する。 複数のチャネルからのポリヌクレオチドの静電転写のための典型的な方法を例示する。 複数のチャネルからのポリヌクレオチドの静電転写のための典型的な方法を例示する。 滑りメカニズムを介して、複数のチャネルからポリヌクレオチドを転写するための方法を例示する。 滑りメカニズムを介して、複数のチャネルからポリヌクレオチドを転写するための方法を例示する。 圧力解放メカニズムを介して、複数のチャネルからポリヌクレオチドを転写するための方法を例示する。 圧力解放メカニズムを介して、複数のチャネルからポリヌクレオチドを転写するための方法を例示する。 ノズルメカニズムを介して、柔らかい構造内の複数のチャネルからポリヌクレオチドを転写するための方法を例示する。 ピンを介して、複数のチャネルからポリヌクレオチドを捕捉するための方法を例示する。 ピンを介して、複数のチャネルからポリヌクレオチドを捕捉するための方法を例示する。 複数のチャネルからポリヌクレオチドを静電捕捉するための方法を例示する。 複数のチャネルからポリヌクレオチドを静電捕捉するための方法を例示する。 複数のチャネルから受信ユニットへのポリヌクレオチドの静電閉込法を例示する。 複数のチャネルから受信ユニットへのポリヌクレオチドの静電閉込法を例示する。 コンピュータシステムの例を示す。 コンピュータシステムのアーキテクチャを例示するブロック図である。 複数のコンピュータシステム、複数の携帯電話と個人用携帯情報端末、およびネットワークアタッチトストレージ（ＮＡＳ）を組み込むように構成されたネットワークを明示する図表である。 共有の仮想アドレスメモリ容量を使用するマルチプロセッサコンピュータシステムのブロック図である。
生成され保存される情報量が指数関数的に増加するため、より大きな容量の記憶システムが求められる。従来の記憶媒体の容量は制限されており、経時的に変化する専門技術を必要とし、しばしば多くの費用をかけて新しい媒体に絶え間なくデータを転写する必要がある。ＤＮＡ分子などの生体分子は、その経時的な安定性と、従来の二進情報符号化とは対照的な４ビット情報符号化のための容量ゆえに、部分的に、情報記憶のための適切なホストを提供する。したがって、大量のデータは、市販の情報記憶装置によって使用されるよりも比較的小さい物理的空間内でＤＮＡにおいて符号化される。本明細書において提供されるのは、配列密度の増加とターンアラウンドタイムの減少によりＤＮＡ合成処理能力を高める方法である。
＜定義＞
他に定義されない限り、本明細書で使用される全ての技術的および科学的用語は、これらの発明が属する当技術分野の当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有する。
本開示の全体にわたって、数的な特徴は範囲のフォーマットで提示される。範囲のフォーマットでの記載が、単に利便性と簡潔性のためのものであることを理解すべきであり、実施形態の範囲に対する柔軟性を欠いた限定として解釈されるべきではない。したがって、範囲の記載は、文脈が他で明確に指示しない限り、下限の単位の１０分の１までのその範囲内の個々の数値と共に、すべての可能性のある部分範囲を具体的に開示していると考えるべきである。例えば、１〜６などの範囲の記載は、１〜３、１〜４、１〜５、２〜４、２〜６、３〜６などの部分範囲と共に、例えば１．１、２、２．３、５、および５．９などの、その範囲内の個々の値を具体的に開示していると考えるべきである。これは範囲の幅に関わらず適用される。これらの介在範囲の上限および下限は、より小さな範囲に独立して含まれてもよく、また、定められた範囲の具体的に除外された限度に従って、本発明内に包含される。定められた範囲が上限および下限の１つまたはその両方を含む場合、これらの含まれた上限および下限のいずれかまたは両方を除く範囲もまた、文脈が他で明確に指示しない限り、本発明に包含される。
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを記載するためのものであり、実施形態を限定するようには意図されない。本明細書で使用されるように、単数形の「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が他で明確に指示しない限り、複数形も同様に含むことが意図される。用語「含む」および／または「含んでいる」は、本明細書で使用される場合、定められた特徴、整数、工程、動作、要素、および／または構成要素の存在を規定するが、１つ以上の他の特徴、整数、工程、動作、要素、構成要素、および／またはそれらのグループの存在または追加を妨げないことが、さらに理解される。本明細書において使用されるように、用語「および／または」は、リストされた関連する項目の１つ以上の任意の、および全ての組み合わせを含む。
具体的に規定されない限り、または文脈から明白でない限り、本明細書で使用されるように、数または数の範囲に関する用語「約」は、定められた数の＋／−１０％、または、範囲に関してリストされた値のリストされた下限より１０％下、およびリストされた上限の１０％上を意味すると理解される。
本明細書において使用されるように、用語「あらかじめ選択された配列」、「あらかじめ規定された配列」または「あらかじめ決定された配列」は、区別なく使用される。該用語は、ポリマーの配列が、ポリマーの合成またはアセンブリの前に既知であり、かつ選択されていることを意味する。特に、本発明の様々な態様は主として、核酸分子の調製に関連して本明細書に記載され、オリゴヌクレオチドまたはポリヌクレオチドの配列は、核酸分子の合成またはアセンブリ前に既知であり、かつ選択されている。
本明細書において提供されるのは、合成の（すなわち、新たに合成された、または化学的に合成された）ポリヌクレオチドの生成のための方法と組成物である。ポリヌクレオチドは、オリゴヌクレオチドまたはオリゴと呼ばれる場合もある。本明細書に記載されるポリヌクレオチド配列は、別段の定めのない限り、ＤＮＡまたはＲＮＡを含む。
＜核酸に基づく情報記憶＞
本明細書において提供されるのは、核酸に基づく情報（データ）記憶のためのデバイス、組成物、システムおよび方法である。典型的なワークフローは図１に提供される。第一の工程において、情報の項目（すなわちコンピュータによって処理するための二進コード内のデジタル情報）をコードするデジタル配列が受信される（１０１）。暗号化（１０３）スキームは、デジタル配列を二進コードから核酸配列（１０５）に変換するために適用される。核酸拡張のための面材料、核酸拡張のための座の設計（ａｋａスポットの配置）、核酸合成用の試薬が選択される（１０７）。構造の面は、核酸合成のために調製される（１０８）。新規ポリヌクレオチド合成が行なわれる（１０９）。合成されたポリヌクレオチドが保存され（１１１）、続く放出（１１３）に、全体または部分的に利用可能である。一旦、放出されると、ポリヌクレオチドは全体または部分的に配列され（１１５）、各配列をデジタル配列に逆変換するために解読（１１７）に供される。デジタル配列はその後、情報の元々の項目をコードする整列を得るために、アセンブルされる（１１９）。
＜情報の項目＞
随意に、本明細書に開示されるＤＮＡデータ記憶プロセスの初期工程は、情報の１つ以上の項目を始符号の形で取得または受信することを含む。情報の項目として、限定されないがテキスト情報、オーディオ情報、およびビジュアル情報があげられる。情報の項目のための典型的なソースとして、限定されないが、本、定期刊行物、電子データベース、医療記録、手紙、フォーマット、音声記録、動物の記録、生物学的プロフィール、放送番組、映画、短いビデオ、電子メール、簿記通話履歴（ｂｏｏｋｋｅｅｐｉｎｇ ｐｈｏｎｅ ｌｏｇ）、インターネットアクティビティログ、図面、絵画、印刷物、写真、ピクセル処理された図形、およびソフトウェアコードがあげられる。情報の項目のための生物学的プロフィールのソースとして、限定されないが、遺伝子ライブラリ、ゲノム、遺伝子発現データ、およびタンパク質活性データがあげられる。情報の項目のための典型的なフォーマットとして、限定されないが、．ｔｘｔ、．ＰＤＦ、．ｄｏｃ、．ｄｏｃｘ、．ｐｐｔ、．ｐｐｔｘ、．ｘｌｓ、．ｘｌｓｘ、．ｒｔｆ、．ｊｐｇ、．ｇｉｆ、．ｐｓｄ、．ｂｍｐ、．ｔｉｆｆ、．ｐｎｇ、および．ｍｐｅｇがあげられる。情報の項目をコードする個々のファイルサイズの大きさ、または情報の項目をコードする複数のファイルの大きさは、デジタルフォーマットで、限定されないが最大で１０２４バイト（１ＫＢ相当）、１０２４ＫＢ（１ＭＢ相当）、１０２４ＭＢ（１ＧＢ相当）、１０２４ＧＢ（１ＴＢ相当）、１０２４ＴＢ（１ＰＢ相当）、１エクサバイト、１ゼタバイト、１ヨタバイト、１ゼノタバイト、またはそれ以上である。いくつかの例では、デジタル情報の量は少なくとも１ギガバイト（ＧＢ）である。いくつかの例では、デジタル情報の量は、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、５０、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、またはより大きいギガバイトである。いくつかの例では、デジタル情報の量は少なくとも１テラバイト（ＴＢ）である。いくつかの例では、デジタル情報の量は、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、５０、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、またはより大きいテラバイトである。いくつかの例では、デジタル情報の量は少なくとも１ペタバイト（ＰＢ）である。いくつかの例では、デジタル情報の量は、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、５０、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、またはより大きいペタバイトである。
＜暗号化＞
＜二進コード変換＞
一般的に、始符号は、典型的にはコンピュータによって使用される二進コードの形態のデジタル情報である。汎用コンピュータは、「０」と「１」の数によって表される「オン」または「オフ」状態を読み取る電子装置である。この二進コードは、多数のタイプの情報の項目を読み取る、コンピュータのためのアプリケーションである。二進算術演算では、２という数は１０という数で書かれる。例えば、「１０」は、「１×２＋０」を示す。「３」という数は「１１」として書かれ、「１×２＋１」を意味する。数「４」は「１００」、数「５」は「１０１」、「６」は「１１０」等々と書かれる。二進コードに関する米国標準コードＩＩ（ＡＳＣＩＩ）の一例は、表１に小文字と大文字のアルファベットで提供される。
Figure 0006871364
本明細書において提供されるのは、第１のコードの形式、例えば二進配列の情報を、核酸配列に変換する方法である。そのプロセスは、基２コード（すなわち二進法）からより高い基コードへの直接変換を含んでもよい。典型的な基のコードには、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、またはより多くが含まれる。表２は、様々な基の命番スキーム間の典型的な整列を例示する。変換のための機械命令を受信するコンピュータは、配列情報を自動的にあるコードから他のコードに変換することができる。
Figure 0006871364
標準的なＤＮＡは、４つの異なる有効なヌクレオチドを有する、４基の符号化システムである：Ａ、Ｔ、ＣまたはＧ（アデニン、チミン、シトシンおよびグアニン）。したがってこれらの４つの塩基は、３基（すべての基は使用しない）、または４基の符号化スキームを可能にする。加えて、ＲＮＡに見られるウラシル（Ｕ）の使用は、５番目の基を提供し、５基の符号化スキームを可能にする。加えて、修飾された核酸塩基は、４より多い、核酸に基づく符号化に使用され得る。標準的なＤＮＡ核酸塩基または修飾された核酸塩基ではない核酸塩基として、限定されないが、ウラシル、３−ｍｅＡ（３−メチルアデニン）、ヒポキサンチン、８−ｏｘｏＧ（７，８−ジヒドロ−８−オキソグアニン）、ＦａｐｙＧ、ＦａｐｙＡ、Ｔｇ（チミングリコール）、ｈｏＵ（ヒロドキシウラシル）、ｈｍＵ（ヒロドキシメチルウラシル）、ｆＵ（ホルミルウラシル）、ｈｏＣ（ヒドロキシシトシン）、ｆＣ（ホルミルシトシン）、５−ｍｅＣ（５−メチルシトシン）、６−ｍｅＧ（Ｏ６−メチルグアニン）、７−ｍｅＧ（Ｎ７−メチルグアニン）、εＣ（エテノシトシン）、５−ｃａＣ（５−カルボキシルシトシン）、２−ｈＡ、εＡ（エテノアデニン）、５−ｆＵ（５−フルオロウラシル）、３−ｍｅＧ（３−メチルグアニン）、およびイソジアルル酸があげられる。さらに本明細書において提供されるのは符号化システムであって、最終的な核酸配列に最終的に変換される前に、二進配列の形のデジタル情報を中間コードに変換するために機械命令が提供される、符号化システムである。
いくつかの例では、ＤＮＡの配列にデータを保存するために、情報は、二進コードの１と０から、ＤＮＡの塩基Ａ、Ｔ、ＧおよびＣのコードに変換される。いくつかの例では、情報の項目は、デジタル情報形式でまずコードされる。ある場合には、デジタル情報の二進コードは、コードによって表される情報を維持しながら、生体分子に基づいた（例えばＤＮＡに基づいた）コードへと変換される。この変換されたコード（デジタル二進コードから生体分子コード）は、本明細書に開示される面上で、本明細書に開示される生体分子の沈着に関して「あらかじめ決定された」配列に帰結するものとして、本明細書で言及される。あらかじめ決定された配列は、複数のポリヌクレオチドの配列をコードする。
＜核酸配列＞
本明細書において提供されるのは、核酸配列が情報の項目の少なくとも一部をコードするように、本明細書に記載されるポリヌクレオチド用の配列を設計する方法である。いくつかの例では、各ポリヌクレオチド配列は、続くアセンブリ工程中に配列整列で促進し、さらにエラー訂正のための手段を提供するために、設計機能を有する。いくつかの構成では、ポリヌクレオチド配列は、重なり合いが、各ポリヌクレオチド配列と集団内の他の配列との間に存在するように、設計される。いくつかの例では、各ポリヌクレオチド配列は、ポリヌクレオチド配列の一部とだけ重なり合う（図２Ａ）。代替的な構成では、各ポリヌクレオチド配列領域は、２つより多くの配列と重なり合い、その結果として２つのコピーが、単一のポリヌクレオチド内の各配列ごとに生成される（図２Ｂ）。さらに別の構成では、各ポリヌクレオチド配列領域は、２つより多くの配列と重なり合い、その結果として３つのコピーが、単一のポリヌクレオチド内の各配列ごとに生成される（図２Ｃ）。本明細書に記載されるポリヌクレオチドのための配列は、１０−２０００、１０−５００、３０−３００、５０−２５０、または７５−２００塩基の長さをコードする場合もある。いくつかの例では、各ポリヌクレオチドの配列は、少なくとも１０、１５、２０、２５、３０、５０、１００、１５０、２００、５００、またはそれ以上の塩基の長さである。
いくつかの構成では、本明細書に記載される各ポリヌクレオチド配列は、複数のコード領域および複数の非コード領域を含むように設計されている（図３Ａ）。そのような構成では、各コード領域（例えば３０１、３０３、３０５）は、情報の項目の少なくとも一部をコードする。随意に、同じポリヌクレオチドにある各コード領域は、情報の同じ項目からの配列をコードし、および重なり合いスキームは随意に、本明細書に記載されるように使用される（図３Ｂ）。さらなる例では、同じポリヌクレオチドにある各コード領域は、同じ配列をコードする（図３Ｃ−３Ｄ）。本明細書に記載されるポリヌクレオチドのための配列は、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、またはそれ以上のコード領域をコードし得る。本明細書に記載されるポリヌクレオチドのための配列は、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７の、１８、１９、２０、またはそれ以上の同じコード領域をコードし得る。いくつかの例では、多数のコード領域の各々は、１０−１０００、２０−５００、３０−３００、５０−２５０、または７５−２００塩基の長さである。いくつかの例では、多数のコード領域の各々は、２５−５００、２５−２００、５０−３００、５０−２００、７５−１５０、１０−２０００、２０−１０００、または２５−５００塩基の長さである。いくつかの例では、多数のコード領域の各々は、少なくとも１０、１５、２０、２５、３０、５０、１００、１５０、２００、またはそれ以上の塩基の長さである。いくつかの例では、多数のコード領域の各々は、少なくとも１０、５０、１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０、４００、４５０、５００、５５０、６００、６５０、７００、７５０、８００、９００、１０００、または１０００より多くの塩基である。いくつかの例では、多数のコード領域の各々は、多くとも１０、５０、１００、１５０、２００、２５０、３００、３５０、４００、４５０、５００、５５０、６００、６５０、７００、７５０、８００、９００、１０００、または１０００より多くの塩基である。いくつかの例では、各ポリヌクレオチドは、分子を構造の面（３０２）に連結するテザー領域（３１１）を含む。
多数のコード配列が同じポリヌクレオチドにある構成では、切断領域（３０７）が、各コード領域間に随意に存在する。切断領域（３０７）は、各コード領域間の交点に存在する場合もあり、または各コード領域間の配列のストリングを有するアダプタ領域内に存在する場合もある。切断領域（３０７）は、配列機構をコードする場合もあり、一旦合成されると、それは切断信号の適用後に鎖から分かれる。切断領域（３０７）は、制限酵素認識部位、光に感受性があり電磁放射線（例えば＞３００ｎｍの発光波長に感度のある、塩基感受性Ｓ−ピバロイルチオエチル（ｔ−Ｂｕ−ＳＡＴＥ）リン酸トリエステル結合を運ぶ、オリゴデオキシヌクレオチドヘテロポリマー）の適用下で壊れる修飾された核酸、またはアンモニアガスの適用後に壊れる、特定の化学薬品、例えばチミジンスクシニルヘキサンアミドＣＥＤホスホロアミダイト（ＣｈｅｍＧｅｎｅｓからのＣＬＰ−２２４４）の適用に感受性のある修飾された核酸を、コードする場合もある。特定の切断スキームを有するような配列の設計は、合成ポリヌクレオチドの配列から容易に明らかにはならないであろうから、切断スキームは、合成された核酸ライブラリによってコードされた配列に安全レベルを加えるための手段を提供する。本明細書に記載されるポリヌクレオチドのための配列は、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、またはそれ以上の切断領域をコードする場合もある。本明細書に記載されるポリヌクレオチドのための配列は、少なくとも１、２、３、４、または５の切断領域をコードする場合もある。いくつかの例では、切断領域の各々は、１−１００、１−５０、１−２０、１−１０、５−２５、または５−３０塩基の長さをコードする。いくつかの例では、切断領域の各々は、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２５、３０、４０、５０、１００、またはそれ以上の塩基をコードする。いくつかの構成では、各ポリヌクレオチドについて、各コード領域は同一であり、および各コード領域間の各切断領域は異なる。例えば、第１の切断領域（３０７）は、第２の切断領域（３０９）とは異なる。いくつかの構成では、面（３０２）に最も近い切断領域（３０７）は、次の遠位の切断領域（３０７）と同一である。いくつかの例では、各コード領域は、他のコード領域の各々とは異なる。例えば、第１の切断領域（３０７）は、第２の切断領域（３０９）および第３の切断領域（３０８）とは異なる。
本明細書において提供されるのは、複数のコード領域および複数の非コード領域を含むように設計されたポリヌクレオチド配列であって、非コード領域の長さと数は異なる。例えば、本明細書に記載されるポリヌクレオチドのための配列は、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、またはそれ以上の非コード領域を含み得る。本明細書に記載されるポリヌクレオチドのための配列は、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、またはそれ以上の同じ非コード領域を含み得る。いくつかの例では、多数の非コード領域の各々は、１０−１０００、２０−５００、３０−３００、５０−２５０、または７５−２００塩基の長さである。いくつかの例では、多数の非コード領域の各々は、少なくとも１−１００、５−９０、１０−８０、１５−７０、２０−６０、２５−５０、または３０−４０塩基の長さである。いくつかの例では、多数の非コード領域の各々は、少なくとも１０、１５、２０、２５、３０、５０、１００、１５０、２００、またはそれ以上の塩基の長さである。いくつかの例では、多数の非コード領域の各々は、多くとも１０、１５、２０、２５、３０、５０、１００、１５０、２００、またはそれ以上の塩基の長さである。いくつかの例では、非コード領域はバーコードである。
バーコードは、典型的に知られている核酸配列であり、バーコードに関連するポリヌクレオチドのいくつかの特徴を識別できるようにする。図４Ａ−４Ｂは、例示的なバーコード配置を提供する。図４Ａでは、第１のポリヌクレオチド（３０１）、第２のポリヌクレオチド（３０３）、および第３のポリヌクレオチド（３０５）のための各コード領域は、以下の機構を有している（面（３０２）から外に）：テザー領域（３０２）、切断領域（３０７）、第１のプライマー結合領域（４０１）、バーコード領域（４０３）、コード領域（３０１）と（３０３）と（３０５）、および第２のプライマー結合領域（４０４）。ポリヌクレオチドは、第１および／または第２のプライマー結合領域を認識するプライマーを使用して増幅され得る。増幅は、面に取り付けられた、または面から解放された（すなわち切断領域（３０７）で切断）ポリヌクレオチドに生じ得る。配列後、バーコード領域（４０３）は、コード領域に関係する特徴を特定するための指標を提供する。いくつかの実施形態では、バーコードは、標的ポリヌクレオチドに連結した時に、標的ポリヌクレオチドが抽出されるサンプルの識別子としての役割を果たす核酸配列を含む。バーコードは、十分な度合の識別を可能にするために、例えば少なくとも３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、５１、５２、５３、５４、５５、またはそれ以上の塩基の長さの、適切な長さで設計することができる。２、３、４、５、６、７、８、９、１０、またはそれ以上のバーコード等の多数のバーコードは、非バーコード配列によって随意に分離された同じ分子上で使用されてもよい。いくつかの実施形態では、バーコードは、１０、９、８、７、６、５、または４塩基よりも短い長さである。いくつかの実施形態では、いくつかのポリヌクレオチドに関係するバーコードは、他のポリヌクレオチドに関係するバーコードとは異なる長さである。一般に、バーコードは十分な長さであり、それが関係するバーコードに基づいたサンプルの識別を可能にするのに十分なだけ異なる配列を含む。いくつかの構成では、バーコード、およびそれが関係するサンプルソースは、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、またはそれ以上の塩基の突然変異、挿入または欠失等の、バーコード配列における１つ以上の塩基の突然変異、挿入または欠失後に、正確に識別することができる。いくつかの実施形態では、複数のバーコードにある各バーコードは、３つの塩基位置、少なくとも３、４、５、６、７、８、９、１０、またはそれ以上の位置等において、複数のうちの他のバーコードごとに異なっている。本明細書において提供される構成は、デジタル配列の特定の領域に関する配列をコードするために、核酸配列に対応するバーコード配列を含み得る。例えば、バーコード配列は、大きなファイル内で特定のポリヌクレオチド配列がどこをコードするのかを示し得る。いくつかの例では、バーコード配列は、特定のポリヌクレオチド配列がどのファイルに関係しているのかを示し得る。いくつかの例では、バーコード配列は、特定の配列のための変換スキームに関係する情報を含み、追加の安全層を提供する。
本明細書において提供されるのは、ポリヌクレオチド配列設計のスキームであって、集団内の各ポリヌクレオチド配列酸は、その集団内のポリヌクレオチド配列間で共通する少なくとも１つの領域を有するように設計される。例えば、同じ集団内のすべてのポリヌクレオチドは、１つ以上のプライマー領域を含み得る。配列特異的なプライマー領域の設計は、選択されたポリヌクレオチドが、多数のポリヌクレオチドの大きなライブラリから選択されたバッチにおいて増幅されることを可能にする。各ポリヌクレオチド配列は、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、またはそれ以上のプライマー結合配列を含み得る。ポリヌクレオチド配列の集団は、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２５、５０、１００、２００、５００、１０００、５０００、１００００、５００００、１０００００、またはそれ以上の非同一の結合配列を含み得る。プライマー結合配列は、５−１００、１０−７５、７−６０、８−６０、１０−５０、または１０−４０塩基の長さを含み得る。
＜ポリヌクレオチド合成のための構造＞
本明細書において提供されるのは、ポリヌクレオチド合成のための固いまたは柔らかい構造である。固い構造の場合、ポリヌクレオチドのライブラリ生成のための構造（例えばプレート）を有するデバイスが本明細書において提供される。典型的な構造（５００）は図５に例示され、ここで構造（５００）は標準的な９６ウェルプレートと同じサイズディメンションを有している：１４０ｍｍ×９０ｍｍ。構造（５００）は、２４の領域またはサブフィールド（５０５）を含み、各サブフィールド（５０５）は２５６のクラスタ（５１０）のアレイを含む。典型的なサブフィールド（５０５）の拡大図は図６に示される。４つのクラスタの拡大図において（図６）、単一のクラスタ（５１０）は、１０７９．２１０ｕｍまたは１１４２．６９４ｕｍのＹ軸クラスタピッチ（隣接するクラスタの中心から中心までの距離）と、１１２５ｕｍのＸ軸クラスタピッチを有する。例示的なクラスタ（５１０）は図７に描かれ、ここでＹ軸座のピッチ（隣接する座の中心から中心までの距離）は、６３．４８３ｕｍであり、およびＸ軸座のピッチは７５ｕｍである。最長部の座の幅、例えば環状の座の直径は、５０ｕｍであり、および座の間の距離は２４ｕｍである。図７の典型的なクラスタの座（７０５）の数は、１２１である。座は平面、ウェルまたはチャネルであり得る。典型的なチャンネル構成は図８Ａ−８Ｂに例示され、ここで例示されるプレート（８０５）は、メインチャンネル（８１０）と、メインチャンネル（８１０）に連結された複数のチャネル（８１５）を含んでいる。メインチャンネル（８１０）と複数のチャネル（８１５）の間の連結は、メインチャンネル（８１０）から複数のチャネル（８１５）の各々までの流路のための流体連結を提供する。本明細書に記載されるプレート（８０５）は、多数のメインチャンネル（８１０）を含むことができる。複数のチャネル（８１５）は、メインチャンネル（８１０）内に共同してクラスタを形成する。
柔らかい構造の場合、デバイスが本明細書において提供され、ここで柔らかい構造は、１つ以上の固定された構造、例えば一組のローラー（９０３）のまわりを包む連続ループ（９０１）、または別個の固定された構造、例えばペアリール（９０５）のまわりを包む非連続的な柔らかい構造（９０７）を含む。図９Ａ−９Ｂを参照されたい。いくつかの例では、構造は、ポリヌクレオチド合成用の多数の領域を含む。典型的な構造は図９Ｃに例示され、ここでプレートは、ポリヌクレオチド合成のための別個の領域（９０９）を含む。別個の領域（９０９）は、破壊または切断によって分離されてもよい（９１１）。別個の領域の各々はさらに、解放され、配列され、解読され、および読み取られ（９１３）、または保存され（９１５）てもよい。代替的な構造は、図９Ｄに例示され、ここではテープが、ポリヌクレオチド合成用の別個の領域（９１７）を含んでいる。別個の領域（９１７）は、破壊または切断によって分離されてもよい（９１９）。別個の領域の各々はさらに、解放され、配列され、解読され、および読み取られ（９２１）、または保存され（９２３）てもよい。ポリヌクレオチド拡張用の複数の座を有する面を持つ柔らかい構造が、本明細書において提供される。図１０Ａ−１０Ｃは、柔らかい構造にある座のズームインを示す。柔らかい構造（１００１）の一部にある各座は、実質的に平面のスポット（１００３）（例えば平面）、チャネル（１００５）、またはウェル（１００７）であり得る。１つの典型的な配置では、構造の各座は、幅約１０ｕｍ、および約２１ｕｍの各構造の中心間の距離を有する。図１１Ａを参照されたい。座は、限定されないが、環状、長方形、テーパ状、または丸い形状を含んでもよい。代替的に、または組み合わせて、構造は固い。いくつかの例では、固い構造は、ポリヌクレオチド合成用の座、チャネルまたはウェルを含む。
いくつかの例では、本明細書に記載されるチャネルは、１対０．０１の幅対深度（または高さ）の比率を有し、幅は、マイクロチャネルの最も狭い部分で測定された幅である。いくつかの例では、本明細書に記載されるチャネルは、０．５対０．０１の幅対深度（または高さ）の比率を有し、幅は、マイクロチャネルの最も狭い部分で測定された幅である。いくつかの例では、本明細書に記載されるチャネルは、約０．０１、０．０５、０．１、０．１５、０．１６、０．２、０．５または１の幅対深度（または高さ）の比率を有する。
本明細書に記載される構造は、ポリヌクレオチド合成用の複数の分離した座、チャネルまたはウェルを含む。いくつかの例では、本明細書に記載される構造は、クラスタ内の複数の座に対応する複数のチャネルを含み、チャネルの高さまたは深さは、約５ｕｍから約５００ｕｍ、約５ｕｍから約４００ｕｍ、約５ｕｍから約３００ｕｍ、約５ｕｍから約２００ｕｍ、約５ｕｍから約１００ｕｍ、約５ｕｍから約５０ｕｍ、または約１０ｕｍから約５０ｕｍであるように提供される。いくつかの場合には、チャネルの高さは、１００ｕｍ未満、８０ｕｍ未満、６０ｕｍ未満、４０ｕｍ未満、または２０ｕｍ未満である。ある場合には、チャネル高さは、約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２００、３００、４００、５００ｕｍ、またはそれ以上である。いくつかの例では、チャネルの高さまたは深度は、少なくとも１０、２５、５０、７５、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、または１０００ｎｍ以上である。いくつかの例では、チャネルの高さまたは深度は、約１０ｎｍから約１０００ｎｍ、約２５ｎｍから約９００ｎｍ、約５０ｎｍから約８００ｎｍ、約７５ｎｍから約７００ｎｍ、約１００ｎｍから約６００ｎｍ、または約２００ｎｍから約５００の範囲にある。
いくつかの例では、座（例えば、実質的に平らなスポット、ウェル、またはチャネル）の幅は、約０．１ｕｍから約５００ｕｍ、約０．５ｕｍから５００ｕｍ、約１ｕｍから約２００ｕｍ、約１ｕｍから約１００ｕｍ、約５ｕｍから約１００ｕｍ、または約０．１ｕｍから約１００ｕｍ、例えば約９０ｕｍ、８０ｕｍ、７０ｕｍ、６０ｕｍ、５０ｕｍ、４０ｕｍ、３０ｕｍ、２０ｕｍ、１０ｕｍ、５ｕｍ、１ｕｍ、または０．５ｕｍである。いくつかの例では、座（例えばマイクロチャネル）の幅は、約１００ｕｍ、９０ｕｍ、８０ｕｍ、７０ｕｍ、６０ｕｍ、５０ｕｍ、４０ｕｍ、３０ｕｍ、２０ｕｍまたは１０ｕｍ未満である。いくつかの例では、座の幅は、少なくとも１０、２５、５０、７５、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、または１０００ｎｍ以上である。いくつかの例では、座の幅は、約１０ｎｍから約１０００ｎｍ、約２５ｎｍから約９００ｎｍ、約５０ｎｍから約８００ｎｍ、約７５ｎｍから約７００ｎｍ、約１００ｎｍから約６００ｎｍ、または約２００ｎｍから約５００の範囲にある。いくつかの例では、２つの隣接座の中心間の距離は、約０．１ｕｍから約５００ｕｍ、約０．５ｕｍから約５００ｕｍ、約１ｕｍから約２００ｕｍ、約１ｕｍから約１００ｕｍ、約５ｕｍから約２００ｕｍ、約５ｕｍから約１００ｕｍ、約５ｕｍから約５０ｕｍ、または約５ｕｍから約３０ｕｍ、例えば約２０ｕｍである。いくつかの例では、座の合計幅は、約５ｕｍ、１０ｕｍ、２０ｕｍ、３０ｕｍ、４０ｕｍ、５０ｕｍ、６０ｕｍ、７０ｕｍ、８０ｕｍ、９０ｕｍまたは１００ｕｍである。いくつかの例では、座の合計幅は、約１ｕｍから１００ｕｍ、３０ｕｍから１００ｕｍ、または５０ｕｍから７０ｕｍである。
いくつかの例では、各座は、別の座で成長したポリヌクレオチドの集団とは異なる配列を有するポリヌクレオチドの集団の合成を支持する。本明細書において、少なくとも１０、１００、２５６、５００、１０００、２０００、３０００、４０００、５０００、６０００、７０００、８０００、９０００、１００００、１１０００、１２０００、１３０００、１４０００、１５０００、２００００、３００００、４００００、５００００、またはより多くのクラスタを含む面が提供される。本明細書において提供される面は、２，０００；５，０００；１０，０００；２０，０００；３０，０００；５０，０００；１００，０００；２００，０００；３００，０００；４００，０００；５００，０００；６００，０００；７００，０００；８００，０００；９００，０００；１，０００，０００；５，０００，０００；または１０，０００，０００以上の別個の座を含む。いくつかの場合には、各クラスタは、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１２０、１３０、１５０、２００、５００、またはより多くの座を含む。ある場合には、各クラスタは、５０〜５００、５０〜２００、５０〜１５０、または１００〜１５０の座を含む。いくつかの場合には、各クラスタは約１００〜１５０の座を含む。典型的な構成では、各クラスタは、約１０９、１２１、１３０または１３７の座を含む。
本明細書において提供される座は、最長部分で５〜１００ｕｍの幅を有する。ある場合には、座は、最長部分で約３０、３５、４０、４５、５０、５５または６０ｕｍの幅を有する。ある場合には、座は、多数のセグメントを有するチャネルであり、各セグメントは中心間の距離が５〜５０ｕｍ離れている。ある場合には、各セグメントごとの中心間の距離は、約５、１０、１５、２０または２５ｕｍである。
いくつかの例では、本明細書に記載される構造の面上で合成された別個のポリヌクレオチドの数は、基質において利用可能な別個の座の数に依存する。いくつかの例では、基質のクラスタ内の座の密度は、１ｍｍ２当たり少なくともまたは約１の座、１ｍｍ２当たり１０の座、１ｍｍ２当たり２５の座、１ｍｍ２当たり５０の座、１ｍｍ２当たり６５の座、１ｍｍ２当たり７５の座、１ｍｍ２当たり１００の座、１ｍｍ２当たり１３０の座、１ｍｍ２当たり１５０の座、１ｍｍ２当たり１７５の座、１ｍｍ２当たり２００の座、１ｍｍ２当たり３００の座、１ｍｍ２当たり４００の座、１ｍｍ２当たり５００の座、１ｍｍ２当たり１，０００の座、またはそれ以上である。いくつかの場合には、基質は、１ｍｍ２から約５００ｍｍ２当たり約１０の座、１ｍｍ２から約４００ｍｍ２当たり約２５の座、１ｍｍ２から約５００ｍｍ２当たり約５０の座、１ｍｍ２から約５００ｍｍ２当たり約１００の座、１ｍｍ２から約５００ｍｍ２当たり約１５０の座、１ｍｍ２から約２５０ｍｍ２当たり約１０の座、１ｍｍ２から約２５０ｍｍ２当たり約５０の座、１ｍｍ２から約２００ｍｍ２当たり約１０の座、１ｍｍ２から約２００ｍｍ２当たり約５０の座を含む。いくつかの例では、クラスタ内の２つの隣接する座の中心間の距離は、約１０ｕｍから約５００ｕｍ、約１０ｕｍから約２００ｕｍ、または約１０ｕｍから約１００ｕｍである。いくつかの場合には、隣接する座の２つの中心間の距離は、約１０ｕｍ、２０ｕｍ、３０ｕｍ、４０ｕｍ、５０ｕｍ、６０ｕｍ、７０ｕｍ、８０ｕｍ、９０ｕｍまたは１００ｕｍより長い。いくつかの場合には、２つの隣接する座の中心間の距離は、約２００ｕｍ、１５０ｕｍ、１００ｕｍ、８０ｕｍ、７０ｕｍ、６０ｕｍ、５０ｕｍ、４０ｕｍ、３０ｕｍ、２０ｕｍまたは１０ｕｍ未満である。いくつかの場合には、２つの隣接する座の中心間の距離は、約１００００ｎｍ、８０００ｎｍ、６０００ｎｍ、４０００ｎｍ、２０００ｎｍ、１０００ｎｍ、８００ｎｍ、６００ｎｍ、４００ｎｍ、２００ｎｍ、１５０ｎｍ、１００ｎｍ、８０ｎｍ、７０ｎｍ、６０ｎｍ、５０ｎｍ、４０ｎｍ、３０ｎｍ、２０ｎｍまたは１０ｎｍ未満である。いくつかの実施形態では、本明細書に記載される構造の各平方メートルは、少なくとも約１０７、１０８、１０９、１０１０、１０１１の座を可能にし、各座は１つのポリヌクレオチドを支持する。いくつかの実施形態では、１０９のポリヌクレオチドが、約６、５、４、３、２または１ｍ２未満の本明細書に記載される構造の上で支持される。
いくつかの例では、本明細書に記載される構造は、２，０００；５，０００；１０，０００；２０，０００；３０，０００；５０，０００；１００，０００；２００，０００；３００，０００；４００，０００；５００，０００；６００，０００；７００，０００；８００，０００；９００，０００；１，０００，０００；１，２００，０００；１，４００，０００；１，６００，０００；１，８００，０００；２，０００，０００；２，５００，０００；３，０００，０００；３，５００，０００；４，０００，０００；４，５００，０００；５，０００，０００；１０，０００，０００、またはより多くの非同一のポリヌクレオチドの合成のための支持を提供する。いくつかの場合には、基質は、別個の配列をコードする２，０００；５，０００；１０，０００；２０，０００；５０，０００；１００，０００；２００，０００；３００，０００；４００，０００；５００，０００；６００，０００；７００，０００；８００，０００；９００，０００；１，０００，０００；１，２００，０００；１，４００，０００；１，６００，０００；１，８００，０００；２，０００，０００；２，５００，０００；３，０００，０００；３，５００，０００；４，０００，０００；４，５００，０００；５，０００，０００；１０，０００，０００、またはより多くのポリヌクレオチドの合成のための支持を提供する。いくつかの例では、オリゴ核酸の少なくとも一部は、同一の配列を有し、または同一の配列で合成されるように構成される。いくつかの例では、構造は、少なくとも約５０、６０、７０、７５、８０、８５、９０、９５、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７５、２００、２２５、２５０、２７５、３００、３２５、３５０、３７５、４００、４２５、４５０、４７５、５００、またはより多くの塩基を有するポリヌクレオチドの成長のために、面環境を提供する。いくつかの構成では、本明細書に記載されるポリヌクレオチド合成のための構造は、ポリヌクレオチド合成のための座を均一の構成に含む。
いくつかの例では、ポリヌクレオチドは、基質の別個の座において合成され、各座はポリヌクレオチドの集団の合成を支持する。いくつかの場合には、各座は、別の座において成長させたポリヌクレオチドの集団とは異なる配列を有するポリヌクレオチドの集団の合成を支持する。いくつかの例では、構造の座は、複数のクラスタ内に位置する。いくつかの例では、構造は、少なくとも１０、５００、１０００、２０００、３０００、４０００、５０００、６０００、７０００、８０００、９０００、１００００、１１０００、１２０００、１３０００、１４０００、１５０００、２００００、３００００、４００００、５００００、またはより多くのクラスタを含む。いくつかの例では、構造は、２，０００；５，０００；１０，０００；１００，０００；２００，０００；３００，０００；４００，０００；５００，０００；６００，０００；７００，０００；８００，０００；９００，０００；１，０００，０００；１，１００，０００；１，２００，０００；１，３００，０００；１，４００，０００；１，５００，０００；１，６００，０００；１，７００，０００；１，８００，０００；１，９００，０００；２，０００，０００；３００，０００；４００，０００；５００，０００；６００，０００；７００，０００；８００，０００；９００，０００；１，０００，０００；１，２００，０００；１，４００，０００；１，６００，０００；１，８００，０００；２，０００，０００；２，５００，０００；３，０００，０００；３，５００，０００；４，０００，０００；４，５００，０００；５，０００，０００；または１０，０００，０００、またはより多くの別個の座を含むいくつかの場合には、各クラスタは、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１２０、１３０、１５０、またはより多くの座を含む。いくつかの例では、各クラスタは、５０〜５００、１００〜１５０または１００〜２００の座を含む。いくつかの例では、各クラスタは、約１０９、１２１、１３０または１３７の座を含む。いくつかの例では、各クラスタは、５、６、７、８、９、１０、１１または１２の座を含む。いくつかの例では、１つのクラスタ内の別個の座からのポリヌクレオチドは、アセンブルされた時にあらかじめ決定された配列の、近接するより長いポリヌクレオチドをコードする配列を有する。
＜構造サイズ＞
いくつかの例では、本明細書に記載される構造は、例えば、約１００〜２００ｍｍ×約５０〜１５０ｍｍの、およそのサイズの標準的な９６ウェルプレートである。いくつかの例では、本明細書に記載される構造は、約１０００ｍｍ、５００ｍｍ、４５０ｍｍ、４００ｍｍ、３００ｍｍ、２５０ｎｍ、２００ｍｍ、１５０ｍｍ、１００ｍｍ、または５０ｍｍ以下の直径を有している。いくつかの例では、基質の直径は、約２５ｍｍ〜１０００ｍｍ、約２５ｍｍ〜約８００ｍｍ、約２５ｍｍ〜約６００ｍｍ、約２５ｍｍ〜約５００ｍｍ、約２５ｍｍ〜約４００ｍｍ、約２５ｍｍ〜約３００ｍｍ、または約２５ｍｍ〜約２００である。基質サイズの非限定的な例として、約３００ｍｍ、２００ｍｍ、１５０ｍｍ、１３０ｍｍ、１００ｍｍ、７６ｍｍ、５１ｍｍ、および２５ｍｍがあげられる。いくつかの例では、基質は、少なくとも約１００ｍｍ２；２００ｍｍ２；５００ｍｍ２；１，０００ｍｍ２；２，０００ｍｍ２；５，０００ｍｍ２；１０，０００ｍｍ２；１２，０００ｍｍ２；１５，０００ｍｍ２；２０，０００ｍｍ２；３０，０００ｍｍ２；４０，０００ｍｍ２；５０，０００ｍｍ２、またはより大きな平面面積を有している。いくつかの例では、厚さは、約５０ｍｍ〜約２０００ｍｍ、約５０ｍｍ〜約１０００ｍｍ、約１００ｍｍ〜約１０００ｍｍ、約２００ｍｍ〜約１０００ｍｍ、または約２５０ｍｍ〜約１０００ｍｍである。厚さの非限定的な例として、約２７５ｍｍ、３７５ｍｍ、５２５ｍｍ、６２５ｍｍ、６７５ｍｍ、７２５ｍｍ、７７５ｍｍ、および９２５ｍｍがあげられる。いくつかの場合には、厚さは直径によって変わり、かつ基質の組成に左右される。例えば、シリコン以外の物質を含む構造は、同じ直径のシリコン構造とは異なる厚さを有する場合もある。構造の厚さは、使用される物質の機械強度によって決定される場合もあり、および構造は、使用中に割れることなく自身の重量を支えるのに十分な厚さでなければならない。いくつかの例では、構造は、任意の一寸法において約１、２、３、４、５、１０、１５、３０、４０、５０フィート以上である。
＜材料＞
本明細書において提供されるのは、面を含むデバイスであって、面は、あらかじめ決定された位置でのポリヌクレオチド合成を支持するように修飾され、および結果として生じる低エラー率、低いドロップアウト率、高い収率、および高いオリゴ再現を伴う。いくつかの実施形態では、本明細書で提供されるポリヌクレオチド合成用のデバイスの面は、新規ポリヌクレオチド合成反応を支持するために修飾可能な様々な材料から製造される。いくつかの場合には、デバイスは十分に導電性であり、例えば、デバイスのすべてまたは一部にわたって均一な電場を形成することができる。本明細書に記載されるデバイスは、可撓性材料を含み得る。典型的な可撓性材料として、限定されないが、改質ナイロン、非改質ナイロン、ニトロセルロース、およびポリプロピレンがあげられる。本明細書に記載されるデバイスは、剛性材料を含み得る。典型的な剛性材料として、限定されないが、ガラス、石英ガラス（ｆｕｓｅ ｓｉｌｉｃａ）、シリコン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、プラスチック（例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、およびそれらの混合物など）、および金属（例えば、金、白金など）があげられる。本明細書に開示されるデバイスは、シリコン、ポリスチレン、アガロース、デキストラン、セルロース系ポリマー、ポリアクリルアミド、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ガラス、またはそれらの任意の組み合わせを含む材料から作られてもよい。いくつかの場合には、本明細書に開示されるデバイスは、本明細書にリストされる材料または当技術分野において既知の他の適切な材料を組み合わせて製造される。
本明細書に記載されるデバイスは、様々な引張強度を有する物質を含み得る。様々な引張強度を有する典型的な物質として、限定されないが、ナイロン（７０ＭＰａ）、ニトロセルロース（１．５ＭＰａ）、ポリプロピレン（４０ＭＰａ）、シリコン（２６８ＭＰａ）、ポリスチレン（４０ＭＰａ）、アガロース（１−１０ＭＰａ）、ポリアクリルアミド（１−１０ＭＰａ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）（３．９−１０．８ＭＰａ）があげられる。本明細書に記載される個体支持体は、１〜３００、１〜４０、１〜１０、１〜５、または３〜１１ＭＰａの引張強度を有し得る。本明細書に記載される個体支持体は、約１、１．５、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、２０、２５、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１５０、２００、２５０、２７０、またはより多くのＭＰａの引張強度を有し得る。いくつかの例では、本明細書に記載されるデバイスは、テープまたは軟質シート等の、連続したループまたはリールに保存することができる可撓性材料の形態の、ポリヌクレオチド合成用の個体支持体を含む。
ヤング率は、弾性の（復元可能な）荷重変形に対する物質の抵抗を測定する。様々なヤング率剛度を有する典型的な物質として、限定されないが、ナイロン（３ＧＰａ）、ニトロセルロース（１．５ＧＰａ）、ポリプロピレン（２ＧＰａ）、シリコン（１５０ＧＰａ）、ポリスチレン（３ＧＰａ）、アガロース（１−１０ＧＰａ）、ポリアクリルアミド（１−１０ＧＰａ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）（１−１０ＧＰａ）があげられる。本明細書に記載される個体支持体は、１〜５００、１〜４０、１〜１０、１〜５、または３〜１１ＧＰａのヤング率を有し得る。本明細書に記載される個体支持体は、約１、１．５、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、２０、２５、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１５０、２００、２５０、４００、５００ＧＰａ、またはより多くのＧＰａのヤング率を有し得る。可撓性と剛性は真逆の関係にあるため、可撓性材料は低いヤング率を有し、その形状は負荷を受けてかなり変化する。いくつかの例では、本明細書に記載される個体支持体は、少なくともナイロンの柔軟性を有する面を持つ。
いくつかの場合には、本明細書に開示されるデバイスは、二酸化ケイ素の基部と酸化シリコンの表層面を含む。代替的に、デバイスは、シリコン酸化物の基部を含んでもよい。本明細書に提供されるデバイスの面は織り込まれてもよく、結果としてポリヌクレオチド合成のための面の総面積を増加させる。本明細書に開示されるデバイスは、少なくとも５％、１０％、２５％、５０％、８０％、９０％、９５％、または９９％のシリコンを含み得る。本明細書に開示されるデバイスは、ＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハから製造されてもよい。
構造は、本明細書に記載される発明の方法と組成物に適した様々な材料から製造されてもよい。特定の実施形態では、本発明の基質／個体支持体を製造するための材料は、低レベルのオリゴヌクレオチド結合を示す。いくつかの状況では、可視光および／またはＵＶ光に対して透過性である材料を使用することができる。十分な導電性の材料、例えば、本明細書に記載される基質／個体支持体のすべてまたは一部にわたって均一な電場を形成することができるものを利用することができる。いくつかの実施形態では、そのような材料は、電気接地（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｇｒｏｕｎｄ）に接続されてもよい。ある場合には、基質または個体支持体は、熱伝導性または熱絶縁性であり得る。その材料は、一連のオリゴヌクレオチド合成反応等の化学的または生化学的反応を支持するために、化学薬品に耐性があり、かつ熱に耐性があってもよい。可撓性材料として、対象となる材料は以下を含み得る：ナイロン、修飾の有無に関わらないニトロセルロース、ポリプロピレンなど。
剛性材料として、対象となる特定の材料は以下を含む：ガラス；石英ガラス；シリコン、プラスチック（例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、およびそれらの混合物など）；金属（例えば金、白金など）。構造は、シリコン、ポリスチレン、アガロース、デキストラン、セルロースポリマー、ポリアクリルアミド、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、およびガラスから成る群から選択された材料から製造することができる。基質／個体支持体またはミクロ構造、そのリアクターは、本明細書にリストされる材料を組み合わせて、または当技術分野の他の適切な材料で製造されてもよい。
用語「柔らかい」は、曲げることができる、折り重ねられる、または破損することなく同様の操作が可能な構造を指し、本明細書で使用される。ある場合には、柔らかい構造は、ローラーのまわりで少なくとも３０度曲がっている。ある場合には、柔らかい構造が、ローラーのまわりで少なくとも１８０度曲がっている。ある場合には、柔らかい構造が、ローラーのまわりで少なくとも２７０度曲がっている。いくつかの例では、柔らかい構造は、ローラーのまわりで約３６０度曲がっている。ある場合には、ローラーは、約１０ｃｍ、５ｃｍ、３ｃｍ、２ｃｍまたは１ｃｍ未満の半径である。いくつかの例では、柔らかい構造は、欠陥（例えば亀裂）または２０℃での変形なしに、一方の方向に少なくとも１００回、繰り返し曲げてはまっすぐにされている。いくつかの例では、本明細書に記載される柔らかい構造は、ローラーをかけるのに適した厚さである。ある場合には、本明細書に記載される柔らかい構造の厚さは、約５０ｍｍ、１０ｍｍ、１ｍｍ、または０．５ｍｍ未満である。
本明細書に記載される構造用の典型的な可撓性材料として、限定されないが、ナイロン（未修飾のナイロン、修飾されたナイロン、透明なナイロン）、ニトロセルロース、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリウレタン、ポリスチレン、アセタール、アクリル樹脂、アクリロニトリル、ブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリエチレンテレフタレート等のフィルム、ポリメタクリル酸メチルまたは他のアクリル樹脂、ポリ塩化ビニルまたは他のビニル樹脂、プリンター用の透明なＰＶＣ箔、ポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）、メタクリル酸共重合体、スチレンポリマー、高屈折率ポリマー、フッ素含有高分子、ポリエーテルスルフォン、脂環式構造を含むポリイミド、ゴム、ファブリック、金属フォイル、およびそれらの任意の組み合わせがあげられる。様々な可塑剤および調製剤を、選択された可撓性特性を達成するために高分子基質材料と共に使用してもよい。
本明細書に記載される柔らかい構造は、プラスチック材料を含み得る。いくつかの例では、柔らかい構造は熱可塑性の物質を含む。熱可塑性材料の非限定的な例として、アクリル樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ナイロン、ポリ乳酸、ポリベンズイミダゾール、ポリカーボネート、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエチレン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、およびポリテトラフルオロエチレンがあげられる。いくつかの実施形態では、基質は、ポリアリールエーテルケトン（ＰＥＡＫ）ファミリーの熱可塑性材料を含む。ＰＥＡＫ熱可塑性物質の非限定的な例として、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリ（エーテルエーテルケトンケトン）（ＰＥＥＫＫ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、およびポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ）があげられる。いくつかの例では、柔らかい構造は、トルエンと互換性のある熱可塑性材料を含む。いくつかの例では、プラスチック材料の可撓性は、可塑剤の付加によって増加する。可塑剤の一例は、フタル酸塩等のエステルベースの可塑剤である。フタル酸エステル系可塑剤は、ビス（２−エチルヘキシル）フタル酸塩（ＤＥＨＰ）、フタル酸ジイソノニル（ＤＩＮＰ）、ジ−ｎ−ブチルフタル酸塩（ＤｎＢＰ、ＤＢＰ）、フタル酸ブチルベンジル（ＢＢｚＰ）、フタル酸ジイソデシル（ＤＩＤＰ）、フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ、ＤｎＯＰ）、フタル酸ジイソオクチル（ＤＩＯＰ）、フタル酸ジエチル（ＤＥＰ）、フタル酸ジイソブチル（ＤＩＢＰ）、およびジ−ｎ−ヘキシルフタル酸塩を含む。いくつかの例では、共重合による、または重合前にモノマーに非反応性側鎖を付加することによる、熱可塑性ポリマーの修飾もまた、可撓性を高める。
本明細書において提供されるのは、フッ素ゴムをさらに含み得る柔らかい構造である。約８０％のフッ素ゴムを含む物質は、ＦＫＭとして指示される。フッ素ゴムは、パーフルオロ−エラストマー（ＦＦＫＭ）およびテトラフロオルエチレン／プロピレンゴム（ＦＥＰＭ）を含む。フッ素ゴムには５つの既知のタイプがある。タイプ１ ＦＫＭは、フッ化ビニリデン（ＶＤＦ）およびヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）から成り、それらのフッ素含量は典型的には約６６重量％である。タイプ２ ＦＫＭは、ＶＤＦ、ＨＦＰおよびテトラフロオルエチレン（ＴＦＥ）から成り、典型的には約６８％から６９％のフッ素を含む。タイプ３ ＦＫＭは、ＶＤＦ、ＴＦＥおよびパーフルオロメチルビニルエーテル（ＰＭＶＥ）から成り、典型的には約６２％から６８％のフッ素を含む。タイプ４ ＦＫＭは、プロピレン、ＴＦＥおよびＶＤＦから成り、典型的には約６７％のフッ素を含む。タイプ５ ＦＫＭは、ＶＤＦ、ＨＦＰ、ＴＦＥ、ＰＭＶＥ、およびエチレンから成る。
いくつかの例では、本明細書に開示される基質は、コンピュータ可読物質を含む。コンピュータ可読物質として、限定されないが、磁気メディア、オープンリール式テープ、カートリッジテープ、カセットテープ、フレキシブルディスク、紙媒体、フィルム、マイクロフィッシュ、連続テープ（例えばベルト）、および電子命令を保存するのに適した任意の媒体があげられる。ある場合には、基質は、磁気オープンリール式テープまたは磁気ベルトを含む。いくつかの例では、基質は、可撓性印刷回路基板を含む。
本明細書に記載される構造は、可視光および／またはＵＶ光に対して透過性であり得る。いくつかの例では、本明細書に記載される構造は、構造のすべてまたは一部にわたって均一な電場を形成するのに十分な導電性である。いくつかの例では、本明細書に記載される構造は、熱伝導性または熱絶縁性である。いくつかの例では、該構造は、ポリヌクレオチド合成反応等の化学反応を支持するために、化学薬品に耐性があり、かつ熱に耐性がある。いくつかの実施形態では、基質は磁性である。いくつかの例では、構造は金属または金属合金を含む。
ポリヌクレオチド合成用の構造は、任意の寸法において１、２、５、１０、３０、５０フィート、またはより長い場合もある。柔らかい構造の場合、柔らかい構造が、巻かれた状態で、例えばリール状で、随意に保存される。大きな固い構造、例えば長さが１フィートを超える場合には、固い構造は、垂直または水平に保存することができる。
＜構造の面上の暗号鍵マーキング＞
本明細書において提供されるのは、マーキング（１１０１）を有する構造であって、マーキングは、近くのポリヌクレオチド集団、近くのポリヌクレオチド集団の配列を解読するための暗号化スキーム、近くのポリヌクレオチド集団に関するコピー数、またはそれらの任意の組み合わせ、に関連する情報のソース項目に関する情報を提供する。例えば、図１１Ｂ−１１Ｃを参照されたい。マーキングは、肉眼で見える場合もあり、または顕微鏡を使用した拡大表示で見ることができるだろう。いくつかの例では、面上のマーキングは、熱、化学薬品、または光処理（例えばマーキングを照らすためのＵＶ光またはＩＲ光）等の、マーキングを暴露するための処理状態の後にのみ見ることができる。熱により発現するインクの例として、限定されないが、塩化コバルト（熱せられると青くなる）があげられる。化学反応により発現するインクの例として、限定されないが、フェノールフタレイン、硫酸銅、鉛（ＩＩ）硝酸塩、コバルト（ＩＩ）塩化物、および硫酸マンガンと過酸化水素により発現するシュウ酸セリウムがあげられる。
＜面の調製＞
本明細書において提供されるのは、基質上の生体分子の不動化を支持する方法であって、本明細書に記載される構造の面はアタッチメント用の生体分子とのカップリング反応を促進する物質を含み、および／または該物質でコーティングされる。生体分子不動化のための構造を調製するために、基質面または選択された部位または面領域の化学的および／または物理的な特性の１つ以上を変化させるために、付加的または減算的なプロセスによって、化学的および／または物理的に基質面を変質させる面の修飾を使用してもよい。例えば面の修飾は、（１）面の湿潤性を変化させる、（２）面を官能基化する、つまり面官能基を提供する、修飾する、または置換する、（３）面を脱官能基化する、つまり面官能基を除去する、（４）そうでなければ、例えばエッチングによって面の化学組成を変更する、（５）面の粗さを増加または減少させる、（６）面上にコーティングする、例えば面の湿潤性とは異なる湿潤性を示すコーティングを提供する、および／または（７）面上に粒子を沈着させることを含む。いくつかの例では、構造の面は、面上に２つ以上の別個の領域を作り出すために選択的に官能基化され、少なくとも１つの領域は、同じ構造の別の領域とは異なる面または化学特性を有する。そのような特性として、限定されないが、界面エネルギー、化学的停止（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ）、化学的部分の面濃度などがあげられる。
いくつかの例では、本明細書に開示される構造の面は、基質の面と生体分子の両方に結合するように構成された１つ以上の能動的に官能基化された面を含むように修飾され、それによって面へのカップリング反応を支持する。いくつかの例では、面もまた、効率的に生体分子を結合しない受動的な物質で官能基化され、それによって、受動的な官能基化因子が結合される部位での生体分子アタッチメントを妨げる。ある場合には、面は、生体分子支持のための別個の座を画定する活性層のみを含む。
いくつかの実施形態では、面は、任意の異なる比率の官能基化基の混合物と接触する。いくつかの実施形態では、混合物は、少なくとも２、３、４、５、またはより多くの種類の官能基化因子を含む。ある場合には、混合物中の少なくとも２種類の面官能基化因子の比率は、２つの基の望ましい面発現を達成するために、１：１、１：２、１：５、１：１０、２：１０、３：１０、４：１０、５：１０、６：１０、７：１０、８：１０、９：１０、または他の任意の比率である。いくつかの実施形態では、望ましい面張力、湿潤性、水接触角、および／または他の適切な溶媒に対する接触角は、基質面に適切な比率の官能基化因子を提供することにより達成される。ある場合には、混合物中の因子は、適切な反応性および非活性の部分から選ばれ、したがって反応基の面密度を、下流の反応に関する望ましいレベルへと薄める。いくつかの実施形態では、官能基化試薬の混合物は、生体分子と結合する１つ以上の試薬、または生体分子と結合しない１つ以上の試薬を含む。したがって、試薬の調節は、官能基化の別個の領域で起こる生体分子結合の量の制御を可能にする。
いくつかの例では、基質の官能基化法は、基質の面上でのシラン分子の沈着を含む。シラン分子は、基質の高エネルギー面上に沈着されてもよい。いくつかの例では、高界面エネルギー領域は、受動的な官能基化試薬を含む。本明細書に記載される方法は、面に結合するためのシラン基を提供し、他方で分子の残りは面から離れており、および生体分子が付いている末端に遊離した水酸基を提供する。いくつかの例では、シランは有機官能性アルコキシシラン分子ある。有機官能性アルコキシシラン分子の非限定的な例として、ジメチルクロロ−オクタデシル−シラン、メチルジクロロ−オクタデシル−シラン、トリクロロ−オクタデシル−シラン、およびトリメチル−オクタデシル−シラン、トリエチル−オクタデシル−シランがあげられる。いくつかの例では、シランはアミノシランである。アミノシランの例として、限定されないが、１１−アセトキシウンデシルトリエトキシシラン、ｎ−デシルトリエトキシシラン、（３−アミノプロピル）トリメトキシシラン、（３−アミノプロピル）トリエトキシシラン、グリシジルオキシプロピル／トリメトキシシラン、およびＮ−（３−トリエトキシシリルプロピル）−４−ヒドロキシブチルアミドがあげられる。いくつかの例では、シランは、１１−アセトキシウンデシルトリエトキシシラン、ｎ−デシルトリエトキシシラン、（３−アミノプロピル）トリメトキシシラン、（３−アミノプロピル）トリエトキシシラン、グリシジルオキシプロピル／トリメトキシシラン、およびＮ−（３−トリエトキシシリルプロピル）−４−ヒドロキシブチルアミド、またはそれらの組み合わせを含む。いくつかの例では、能動的な官能基化因子は１１−アセトキシウンデシルトリエトキシシランを含む。いくつかの例では、能動的な官能基化因子はｎ−デシルトリエトキシシランを含む。ある場合には、能動的な官能基化因子は、グリシジルオキプロピルトリエトキシシラン（ＧＯＰＳ）を含む。いくつかの実施形態では、シランはフルオロシランである。いくつかの実施形態では、シランはヒドロカルボンシランである。ある場合には、シランは３−ヨード−プロピルトリメトキシシランである。いくつかの場合には、シランはオクチルクロロシランである。
いくつかの実施形態では、シラン化は、有機官能性アルコキシシラン分子を用いた自己組織化を通じて面上で行なわれる。有機官能性アルコキシシランは、それらの有機的機能に従って分類される。シロキサン官能基化試薬の非限定的な例として、ヒドロキシアルキルシロキサン（シリル化面、ジボランで官能基化し、および過酸化水素によってアルコールを酸化させる）、ジオール（ジヒドロキシアルキル）シロキサン（シリル化面、およびジオールへと加水分解）、アミノアルキルシロキサン（アミンは中間の官能基化工程を必要としない）、グリシドキシシラン（３−グリシドキシプロピル−ジメチル−エトキシシラン、グリシドキシ−トリメトキシシラン）、メルカプトシラン（３−メルカプトプロピル−トリメトキシシラン，３−４，エポキシシクロヘキシル−エチルトリメトキシシラン、または３−メルカプトプロピル−メチル−ジメトキシシラン）、ビシクロヘプタヘニル−三塩化シラン、ブチル−アルデヒド−トリメトキシシラン、または二量体型二次アミノアルキルシロキサンがあげられる。典型的なヒドロキシアルキルシロキサンには、３−ヒドロキシプロピルに変わるアリルトリクロロクロロシラン、または８−ヒドロキシオクチルに変わる７−オクタ−１−エニルトリクロロクロロシランが含まれる。ジオール（ジヒドロキシアルキル）シロキサンは、グリシジルトリメトキシシラン由来（２，３−ジヒドロキシプロピルオキシ）プロピル（ＧＯＰＳ）を含む。アミノアルキルシロキサンは、３−アミノプロピル（３−アミノプロピル−トリエトキシシラン、３−アミノプロピル−ジエトキシ−メチルシラン、３−アミノプロピル−ジメチル−エトキシシラン、または３−アミノプロピル−トリメトキシシランに変わる、３−アミノプロピルトリメトキシシランを含む。いくつかの場合には、二量体型二次アミノアルキルシロキサンは、ビス（シリルオキシルプロピル）アミンに変わるビス（３−トリメトキシシリルプロピル）アミンである。
能動的な官能基化領域は、１つ以上の異なる種のシラン、例えば１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、またはより多くのシランを含む場合もある。ある場合には、１つ以上のシランの１つが、他のシランより大きな量で官能基化組成物中に存在する。例えば、２つのシランを含む混合シラン溶液は、９９：１、９８：２、９７：３、９６：４、９５：５、９４：６、９３：７、９２：８、９１：９、９０：１０、８９：１１、８８：１２、８７：１３、８６：１４、８５：１５、８４：１６、８３：１７、８２：１８、８１：１９、８０：２０、７５：２５、７０：３０、６５：３５、６０：４０、５５：４５の比率の、１つのシランと別のシランを含む。いくつかの例では、能動的な官能基化因子は、１１−アセトキシウンデシルトリエトキシシランおよびｎ−デシルトリエトキシシランを含む。いくつかの例では、能動的な官能基化因子は、約２０：８０から約１：９９、または約１０：９０から約２：９８、または約５：９５の比率で、１１−アセトキシウンデシルトリエトキシシランおよびｎ−デシルトリエトキシシランを含む。
いくつかの例では、官能基化は、限定されないが、化学蒸着（ＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、プラズマ増強ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、プラズマ増強ＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ）、金属有機ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）、熱線ＣＶＤ（ＨＷＣＶＤ）、ｉＣＶＤ（ｉｎｉｔｉａｔｅｄ ＣＶＤ）、化学的気相堆積法（ＭＣＶＤ）、気相軸付け法（ＶＡＤ）、外部蒸着（ＯＶＤ）、物理蒸着（例えばスパッタ蒸着、蒸着）、および分子層体積法（ＭＬＤ）を含む、任意の蒸着技術によって、構造に官能基化因子を沈着させることを含む。
以下の官能基化プロセスの任意の工程または構成要素は、最終的な官能基化基質に望ましい特性に従って、省略または変更される。いくつかの場合には、追加の構成要素および／または処理工程が、本明細書において具現される処理ワークフローに加えられる。いくつかの例では、基質は、例えばピラニア溶液を使用して、まず洗浄される。洗浄工程の一例には、温度を上げて（例えば１２０°Ｃ）ピラニア溶液（例えば９０％のＨ２ＳＯ４、１０％のＨ２Ｏ２）に基質を浸し、洗浄し（例えば水）、そして基質を乾燥させる（例えば窒素ガス）工程が含まれる。そのプロセスは随意に、基本的な溶液（例えばＮＨ４ＯＨ）にピラニア処理された基質を浸し、その後に水性洗浄する（例えば水）工程を含む、ピラニア処理の後処理を含む。いくつかの例では、構造の面は、随意に、ピラニアに浸して随意のピラニア処理の後処理をした後に、プラズマ洗浄される。プラズマ洗浄プロセスの一例として、酸素プラズマエッチングがあげられる。いくつかの例では、面は、有効な官能基化因子を用いて沈着され、その後に気化される。いくつかの例では、基質は、例えばピラニア処理および／またはプラズマ洗浄による浄化に先立って、能動的に官能基化される。
面の官能基化のプロセスは、随意にレジスト塗布およびレジストストリップを含む。いくつかの例では、能動的な官能基化に続いて、基質は、レジスト、例えばＳＰＲ（商標）３６１２正フォトレジストを用いてスピンコートされる。面の官能基化のプロセスは、様々な例において、パターン化された官能基化を伴うリソグラフィを含む。いくつかの例では、レジスト塗布後にフォトリソグラフィが行われる。いくつかの例では、リソグラフィ後に、面は、リソグラフィの欠陥に関して視覚的に検査される。いくつかの例では、面の官能基化のプロセスは洗浄工程を含み、ここで基質の残留物は、例えばプラズマ洗浄またはプラズマエッチングによって除去される。いくつかの例では、プラズマ洗浄工程は、リソグラフィ工程後、いくつかの工程で行なわれる。
いくつかの例では、レジストでコーティングされた面は、例えば官能基化の後および／またはリソグラフィの後に、レジストを除去するために処理される。ある場合には、レジストは、溶媒、例えばＮ−メチル−２−ピロリドンを含むストリップ溶液を用いて、除去される。ある場合には、レジストストリプは音波処理または超音波処理を含む。いくつかの例では、レジスト塗布とレジストストリップが行われ、その後に、望ましい差異のある官能基化パターンを生成するために、暴露領域の能動的な官能基化が行われる。
いくつかの例では、本明細書に記載される方法および組成物は、選択的領域における修飾された面特性の生成のためのフォトレジストの適用に関し、フォトレジストの適用は、フォトレジストの空間的分布を規定する面の流体特性に依存する。理論に縛られることなく、適用された流体に関連する面張力効果は、フォトレジストの流れを定義し得る。例えば、レジスト溶媒が蒸発する前に、面張力および／または毛管作用の効果は、制御された方法で小さな構造へのフォトレジストの引き込みを促進し得る。いくつかの例では、レジスト接触点は、鋭い先端によってピン留めされ、それによって流体の前進を制御する。下位構造は、製造および官能基化のプロセスの間にフォトレジストを適用するために使用される、望ましいフローパターンに基づいて設計され得る。溶媒が蒸発した後に残された固体の有機層は、続く製造プロセスの工程を進めるために使用され得る。構造は、隣接する流路へのウィッキング効果（ｗｉｃｋｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ）を促進または阻害することによって、流体の流れを制御するように設計され得る。例えば、構造は、上縁と底縁との間の重なりを避けるように設計され、これは、レジストの特定の配置を可能にする上部構造内での流体の維持を促進する。代替的な例では、上縁と底縁は重なり、適用された流体の底部構造へのウィッキングをもたらす。適切な設計は、レジストの望ましい適用に応じて適宜選択され得る。
いくつかの例では、本明細書に記載される構造は、ヌクレオシドを結合することができる反応基を含む、少なくともまたは少なくとも約０．１ｎｍ、０．５ｎｍ、１ｎｍ、２ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、または２５ｎｍの厚さの物質を含む面を有する。典型的には、限定されないが、ガラス、および二酸化ケイ素と窒化ケイ素等のシリコンが含まれる。ある場合には、典型的な面はナイロンとＰＭＭＡを含む。
いくつかの例では、ＵＶ光の形態の電磁放射線は、面のパターニングに使用される。いくつかの例では、ランプは、面パターニングに使用され、およびマスクは、面へのＵＶ光の暴露位置を仲介する。いくつかの例では、レーザーは、面パターニングに使用され、およびシャッターが開いた／閉じた状態は、面へのＵＶ光の暴露を制御する。レーザー配置は、移動可能な柔らかい構造と組み合わせて使用されてもよい。そのような配置では、レーザー暴露と柔らかい構造の移動の協調は、異なるヌクレオシド結合性能を有する１つ以上の因子のパターンを生成するために使用される。
＜材料沈着システム＞
本明細書において提供されるのは、本明細書に記載される構造上での生体分子の沈着と保存のためのシステムとデバイスである。いくつかの実施形態では、生体分子は、それらの配列にコードされた情報を保存するポリヌクレオチドである。いくつかの実施形態では、システムは、生体分子のアタッチメントを支持するための構造の面、および／または基質の面への生体分子の適用のためのデバイスを含む。一例では、生体分子の適用のためのデバイスは、ポリヌクレオチドシンセサイザである。いくつかの実施形態では、システムは、流体、例えばフローセルで基質を処理するためのデバイスを含む。いくつかの実施形態では、システムは、アプリケーションデバイスと処理デバイスの間の基質を動かすためのデバイスを含む。基質がオープンリール式テープである例では、システムは、別の時間に、基質の異なる部分がアプリケーションと随意の処置デバイスにアクセスできるようにする、２つ以上のリールを含み得る。
ポリヌクレオチド合成用のポリヌクレオチド物質沈着システムの第１の例は、図１２に示される。システムは、基質の位置で整列させるためにＸ−Ｙ方向に動く材料沈着デバイスを含む。材料沈着デバイスはまた、基質で封をするためにＺ方向に動くことができ、分解されたリアクターを形成する。分解されたリアクターは、ポリヌクレオチドおよび／または試薬を含む流体が基質からキャッピング要素に移動し、および／またはその逆に移動するのを可能にするように構成される。図１２に示されるように、流体は、基質とキャッピング要素のいずれかまたは両方を通過する場合もあり、および限定されないが、カップリング試薬、キャッピング試薬、酸化剤、デブロッキング剤、アセトニトリルおよび窒素ガスを含む。高解像度の液滴付着が可能なデバイスの例として、インクジェットプリンターとレーザープリンターの印字ヘッドがあげられる。本明細書に記載されるシステムと方法に有用なデバイスは、約１００ドット／インチ（ＤＰＩ）から約５０，０００ＤＰＩ；約１００ＤＰＩから約２０，０００ＤＰＩ；約１００ＤＰＩから約１０，０００ＤＰＩ；約１００ＤＰＩから約５，０００ＤＰＩ；約１，０００ＤＰＩから約２０，０００ＤＰＩ；または約１，０００ＤＰＩから約１０，０００ＤＰＩの解像度を達成する。いくつかの例では、デバイスは、少なくとも１，０００；２，０００；３，０００；４，０００；５，０００；１０，０００；１２，０００ＤＰＩ、または２０，０００ＤＰＩの解像度を有する。デバイスによって行なわれた高解像度付着は、基質の特徴に対応した各ノズルの数と密度に関係する。
ポリヌクレオチドシンセサイザを使用する基質上でのポリヌクレオチドの新規合成用の典型的な処理ワークフローは、図１３に示される。ポリヌクレオチド合成試薬を含む液滴は、漸次方式で材料沈着デバイスから基質へと放出され、材料沈着デバイスは、液滴の放出のために電気信号を機械信号に変換するための圧電性セラミック材と電極を有している。液滴は基質面上の特定位置に放出され、データを符号化するあらかじめ決定された配列を有する複数の合成ポリヌクレオチドを生成するために核酸塩基は一度に１つである。ある場合には、合成ポリヌクレオチドは基質に保存される。核酸試薬は、非連続的な方法またはドロップ・オン・デマンド法で、基質上に沈着される。そのような方法の例として、電気機械的転写法、電気熱転写法、および静電引力法があげられる。電気機械的転写法では、電気パルスによって歪んだ圧電気要素が液滴の排出をもたらす。電気熱転写法では、デバイスのチャンバで泡が作られ、泡が広がる力によって液滴の排出がもたらされる。静電引力法では、静電引力の力を使用して基質上に液滴を排出する。ある場合には、滴りの周波数は、約５ｋＨｚから約５００ｋＨｚ；約５ＫＨｚから約１００ＫＨｚ；約１０ＫＨｚから約５００ＫＨｚ；約１０ＫＨｚから約１００ＫＨｚ；または約５０ｋＨｚから約５００ｋＨｚである。ある場合には、周波数は、約５００ｋＨｚ、２００ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、または５０ｋＨｚ未満である。
分配される液滴のサイズは、デバイスの解像度と相関する。いくつかの例では、デバイスは、約０．０１ｐｌから約２０ｐｌ、約０．０１ｐｌから約１０ｐｌ、約０．０１ｐｌから約１ｐｌ、約０．０１ｐｌから約０．５ｐｌ、約０．０１ｐｌから約０．０１ｐｌ、または約０．０５ｐｌから約１ｐｌのサイズで、試薬の液滴を沈着する。いくつかの例では、液滴サイズは、約１ｐｌ、０．５ｐｌ、０．２ｐｌ、０．１ｐｌ、または０．０５ｐｌ未満である。デバイスによって分配される液滴のサイズは、沈着ノズルの直径と関係し、ここで各ノズルは、基質の機構上に試薬を沈着させることができる。いくつかの例では、ポリヌクレオチドシンセサイザの沈着デバイスは、約１００〜約１０，０００のノズル；約１００から約５，０００のノズル；約１００から約３，０００のノズル；約５００から約１０，０００のノズル；または約１００〜約５，０００のノズルを含む。ある場合には、沈着デバイスは、１，０００；２，０００；３，０００；４，０００；５，０００；または１０，０００より多くのノズルを含む。いくつかの例では、各材料沈着デバイスは、複数のノズルを含み、各ノズルは随意に、基質上の機構に対応するように構成される。各ノズルは、他のノズルとは異なる試薬の構成要素を沈着する場合もある。いくつかの例では、各ノズルは、基質の１つ以上の機構を覆うように、液滴を沈着する。いくつかの実施形態では、１つ以上のノズルが曲げられている。いくつかの実施形態では、多数の沈着デバイスが、スループットの倍増を達成すべく並べて積み重ねられる。ある場合には、増加は２ｘ、４ｘ、８ｘ、またはより多い。沈着デバイスの一例は、Ｓａｍｂａ Ｐｒｉｎｔｈｅａｄ（Ｆｕｊｉｆｉｌｍ）である。Ｓａｍｂａ Ｐｒｉｎｔｈｅａｄは、Ｓａｍｂａ Ｗｅｂ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｔｏｏｌ（ＳＷＡＴ）と共に使用されてもよい。
沈着部位の数は、特定の度またはサーベル角度（ｓａｂｅｒ ａｎｇｌｅ）で、同じ沈着デバイスを使用し回転させることにより増加する場合もある。沈着デバイスを回転させることによって、各ノズルは、サーベル角度に対応する特定の遅延時間で噴出する。このような同期していない噴出は、ノズル間にクロストークを作り出す。したがって、液滴が０度とは異なる特定のサーベル角度で噴出される場合、ノズルからの液滴量は異なるであろう。
いくつかの構成では、ポリヌクレオチド合成システムの構成は、オープンリール式プロセスでの移動に基質の柔軟性を利用する連続的なポリヌクレオチド合成プロセスを可能にする。この合成プロセスは、基質の位置を回転させるために１つ以上のリールを使用して、基質をポリヌクレオチド合成の様々な段階に通す、基質の一貫生産ライン方式で行われる。典型的な実施形態では、ポリヌクレオチド合成反応は、ホスホラミダイト沈着用の沈着デバイス下で溶媒浴を介して、酸化剤浴を介して、アセトニトリル洗浄浴を介して、およびデブロック浴を介して、基質をロールする工程を含む。随意に、テープもまた、キャッピング浴を通過する。オープンリール式プロセスは、巻き取りリールに容易に集めることができる合成ポリヌクレオチドを含む基質の最終製品を可能にし、それはさらなる処理または保存のために輸送することができる。
いくつかの構成では、ポリヌクレオチド合成は、連続的な柔らかいテープがコンベヤベルトシステム伝いに運ばれるにつれて、連続プロセスで進む。オープンリール式プロセスと同様に、連続テープでのポリヌクレオチド合成は、生産ライン方式で行われ、基質は運搬の間にポリヌクレオチド合成の様々な段階を経る。しかしながら、コンベヤベルトプロセスでは、オープンリール式プロセスでのように、ロールされるかどうかに関わらず連続テープは再度ポリヌクレオチド合成工程を経る。いくつかの構成では、ポリヌクレオチド合成工程はゾーンに分割され、および連続テープは、サイクル内で１回以上、各ゾーンを通って運ばれる。例えば、ポリヌクレオチド合成反応は、（１）サイクル内で、溶媒浴を介して、ホスホラミダイト沈着用の沈着デバイスの下で、酸化剤浴を介して、アセトニトリル水洗浴を介して、および遮断浴を介して、基質を運ぶ工程：次に（２）あらかじめ決定された長さの合成ポリヌクレオチドを達成するためにサイクルを繰り返す工程、を含んでもよい。ポリヌクレオチド合成の後、柔らかい基質をコンベヤベルトシステムから取り出し、随意に保存のためにロール化する。ロール化は、保存のためにリールに巻くことでもよい。
典型的な配置では、熱可塑性材料を含む柔らかい基質は、ヌクレオシドカップリング試薬でコーティングされる。コーティングは、各座の直径が約１０ｕｍであり、２つの隣接する座の間の中心間の距離が約２１ｕｍであるように、座へとパターン化される。この例では、座のサイズは、ポリヌクレオチド合成沈着工程中に、０．２ｐｌの液滴量を収容するのに十分である。ある場合には、座の密度は、１ｍ２あたり２２億の座である（１座／４４１×１０−１２ｍ２）。ある場合には、４．５ｍ２の基質は約１０億の座を含み、各々が１０ｕｍの直径である。
本明細書で記載される材料沈着デバイスは、約２，０４８のノズルを含んでもよく、その各々は、１滴あたり１核酸塩基で、毎秒約１００，０００の液滴を沈着する。各沈着デバイスごとに、１日当たり少なくとも約１．７５×１０１３の核酸塩基が基質上に沈着される。いくつかの例では、１００〜５００の核酸塩基ポリヌクレオチドが合成される。ある場合には、２００の核酸塩基ポリヌクレオチドが合成される。随意に、３日間にわたり、１日当たり１．７５×１０１３塩基の比率で、少なくとも約２６２．５×１０９ポリヌクレオチドが合成される。
いくつかの構成では、合成反応中の基質への１つ以上の試薬の適用のためのデバイスは、ヌクレオシドホスホラミダイトに基づく合成のために、試薬および／またはヌクレオチドモノマーを沈着するように構成される。ポリヌクレオチド合成用の試薬は、ポリヌクレオチドの伸張のための試薬と洗浄緩衝液を含む。非限定的な例として、デバイスは、洗浄試薬、カップリング試薬、キャッピング試薬、酸化剤、デブロッキング剤、アセトニトリル、窒素ガス等のガス、およびそれらの任意の組み合わせを沈着する。加えて、デバイスは随意に、基質の完全性の調製および／または保全のための試薬を沈着する。いくつかの実施形態では、ポリヌクレオチドシンセサイザは、約１０００、５００、１００、５０、または２０ｐｌ未満の量で、直径が約２００ｕｍ、１００ｕｍまたは５０ｕｍ未満の滴りを沈着する。いくつかの場合には、ポリヌクレオチドシンセサイザは、１秒あたり約１から１００００、１から５０００、１００から５０００、または１０００から５０００の液滴を沈着する。
いくつかの配置では、ポリヌクレオチド合成中に、基質はフローセル内に配置され、および／または密封される。フローセルは、基質内の反応に必要な試薬、例えば酸化剤および／または溶媒を含むもの等の液体の連続的または非連続的な流れを提供し得る。フローセルは、典型的には揮発性基質の蒸発を強化することで基質を乾燥させるために、窒素等のガスの連続的または非連続的な流れを提供してもよい。様々な補助デバイスが、乾燥を向上させ、および基質の面上の残りの水分を減らすのに有用である。そのような補助乾燥デバイスの例として、限定されないが、真空ソース、減圧ポンプ、および真空タンクがあげられる。ある場合には、ポリヌクレオチド合成システムは、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、または２０等の１つ以上のフローセル、および、２、３、４、５、６、７、８、９、１０または２０等の１つ以上の基質を含む。ある場合には、フローセルは、合成反応中の１つ以上の工程の間、試薬を保持して基質に提供するように構成される。いくつかの実施形態では、フローセルは、基質の上部の上でスライドする蓋を含み、および基質の端部のまわりにきつい圧力の封をするための場所にクランプされ得る。適切な封として、限定されないが、約１、２、３、４、５、６、７、８、９または１０の圧力雰囲気を許容する封があげられる。ある場合には、フローセルの蓋は、ポリヌクレオチドシンセサイザ等の適用デバイスへのアクセスを可能にするために開かれる。ある場合には、ポリヌクレオチド合成方法の１つ以上の工程は、基質の輸送なしに、フローセル内の基質上で行なわれる。
いくつかの構成では、流体で基質を処理するためのデバイスは、スプレーバーを含む。ヌクレオチドモノマーが基質面上に適用されてもよく、次にスプレーバーが、スプレーバーのスプレーノズルを使用して１つ以上の処理試薬を基質面に吹きかける。いくつかの構成では、スプレーノズルは、ポリヌクレオチド合成中に種々の処理工程と相関するように連続して順序づけられる。異なる処理工程に使用される化学物質は、合成方法における、または合成方法の工程間での変化に容易に適用するように、スプレーバーにおいて変化させられ得る。いくつかの実施形態では、基質がスプレーバーを通り越すにつれて、スプレーバーは、基質の面上の任意の化学作用を連続的に噴霧する。いくつかの場合には、スプレーバーは、ちょうどスプリンクラーで使用されるように、基質の広範囲にわたって沈着を行う。いくつかの実施形態では、スプレーバーノズルは、基質の任意の領域に処理物質を均一にコーティングするように位置づけられる。
いくつかの実施形態では、ポリヌクレオチド合成システムは、合成ポリヌクレオチドの下流のプロセシングのために有用な１つ以上の要素を含む。例として、システムは、熱循環デバイス等の温度制御要素を含む。いくつかの実施形態では、ＰＣＡ等の核酸アセンブリおよび／またはＰＣＲ等の核酸増幅を行なうために、温度制御要素は、複数の分解されたリアクターと共に使用される。
＜新規ポリヌクレオチド合成＞
本明細書において提供されるのは、短期間に基質上で高品質のポリヌクレオチドを合成するためのシステムと方法である。いくつかの例では、基質は柔らかい基質である。いくつかの例では、少なくとも約１０１０、１０１１の、１０１２、１０１３、１０１４、または１０１５の塩基が１日で合成される。いくつかの例では、少なくとも約１０×１０８、１０×１０９、１０×１０１０、１０×１０１１、または１０×１０１２のポリヌクレオチドが１日で合成される。ある場合には、合成された各ポリヌクレオチドは、少なくとも約２０、５０、１００、２００、３００、４００または５００核酸塩基を含む。ある場合には、これらの塩基は、１００分の１；２００分の１；３００分の１；４００分の１；５００分の１；１０００分の１；２０００分の１；５，０００分の１；１０，０００分の１；１５，０００分の１；２０，０００分の１の塩基未満の合計平均値エラー率で合成される。いくつかの例では、これらのエラー率は、少なくとも５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％、９８％、９９％、９９．５％、またはより多くの合成されたポリヌクレオチドに関するものである。いくつかの例では、これらの少なくとも９０％、９５％、９８％、９９％、９９．５％、またはより多くの合成されたポリヌクレオチドは、それがコードするあらかじめ決定された配列とは異ならない。いくつかの例では、本明細書に記載される方法とシステムを使用した基質上の合成ポリヌクレオチドに関するエラー率は、約２００分の１未満である。いくつかの例では、本明細書に記載される方法とシステムを使用した基質上の合成ポリヌクレオチドに関するエラー率は、約１０００分の１未満である。いくつかの例では、本明細書に記載される方法とシステムを使用した基質上の合成ポリヌクレオチドに関するエラー率は、約２０００分の１未満である。いくつかの例では、本明細書に記載される方法とシステムを使用した基質上の合成ポリヌクレオチドに関するエラー率は、約３０００分の１未満である。いくつかの例では、本明細書に記載される方法とシステムを使用した基質上の合成ポリヌクレオチドに関するエラー率は、約５０００分の１未満である。個々のタイプのエラー率は、基質上で合成されたポリヌクレオチドに関するミスマッチ、欠失、挿入、基質、および／または置換を含む。用語「エラー率」は、あらかじめ決定されたポリヌクレオチド配列の集合との、合成ポリヌクレオチドの集合量の比較を指す。いくつかの例では、本明細書に開示される合成ポリヌクレオチドは、１２〜２５塩基のテザーを含む。いくつかの実施形態では、テザーは、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、またはより多くの塩基を含む。
本開示の基質上のポリヌクレオチド合成に適した方法は、ホスホラミダイトの構成要素と基質に結合したヌクレオシドとの間の亜リン酸塩トリエステル結合を形成するカップリング工程において、成長しているポリヌクレオチド鎖への、ホスホラミダイトの構成要素、すなわちヌクレオシドホスホラミダイトの制御された付加を含むホスホラミダイト法である。いくつかの例では、ヌクレオシドホスホラミダイトは、活性化された基質に提供される。いくつかの例では、ヌクレオシドホスホラミダイトは、活性化因子を伴う基質に提供される。いくつかの例では、ヌクレオシドホスホラミダイトは、基質結合ヌクレオシドよりも１．５、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２５、３０、３５、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００倍、またはそれ以上の過剰量で、基質に提供される。いくつかの例では、ヌクレオシドホスホラミダイトの追加は、無水環境において、例えば、無水アセトニトリルにおいて行われる。カップリング工程でのヌクレオシドホスホラミダイトの付加と結合に続いて、基質は随意に洗浄される。いくつかの実施形態では、カップリング工程は、基質へのヌクレオシドホスホラミダイトの追加の間に随意の洗浄工程を用いて、追加で１回以上繰り返される。いくつかの例では、本明細書で使用されるポリヌクレオチド合成法は、１、２、３、またはより多くの連続したカップリング工程を含む。カップリング前に、多くの場合では、基質に結合されたヌクレオシドは、保護基の除去によって脱保護され、保護基は重合を防ぐために機能する。一般的な保護基は、４，４’−ジメトキシトリチル（ＤＭＴ）である。
カップリングに続いて、ホスホラミダイトポリヌクレオチド合成法は、随意にキャッピング工程を含む。キャッピング工程では、成長しているポリヌクレオチドはキャッピング剤で処理される。キャッピング工程は一般的に、さらなる鎖伸長からカップリング後に未反応の基質に結合した５’−ＯＨ基を遮断するのに有用であり、これによって、内部塩基欠失（ｉｎｔｅｒｎａｌ ｂａｓｅ ｄｅｌｅｔｉｏｎｓ）を有するポリヌクレオチドの形成を防ぐ。さらに、１Ｈ−テトラゾールで活性化されたホスホラミダイトは、しばしば少しだけ、グアノシンのＯ６位置と反応する。理論に縛られることなく、Ｉ２／水での酸化に際して、この副産物は、恐らくＯ６−Ｎ７遊走を介して、脱プリン化を受ける。プリン塩基のない部位は、オリゴヌクレオチドの最終的な脱保護の過程で最終的に切断されてもよく、したがって完全長の生成部の収率が低下する。Ｏ６修飾は、Ｉ２／水での酸化前にキャッピング試薬による処理によって除去され得る。いくつかの実施形態では、ポリヌクレオチド合成の間にキャッピング工程を含めることで、キャッピングなしでの合成と比較して、エラー率は低下する。一例として、キャッピング工程は、無水酢酸と１−メチルイミダゾールとの混合物で基質に結合したポリヌクレオチドを処理することを含む。キャッピング工程に続いて、基質は随意に洗浄される。
ヌクレオシドホスホラミダイトの付加後、および随意にキャッピングと１つ以上の洗浄工程後に、成長している核酸に結合した基質が酸化され得る。酸化工程は、亜リン酸塩トリエステルを、自然発生のリン酸ジエステルのヌクレオシド結合の保護された前駆体である、四配位リン酸トリエステルへと酸化することを含む。いくつかの例では、成長しているポリヌクレオチドの酸化は、ヨウ素および水による処理によって、随意にピリジン、ルチジン、またはコリジン等の弱塩基の存在下で達成される。酸化は時には、ｔｅｒｔ−ブチルヒドロペルオキシドまたは（１Ｓ）−（＋）−（１０−カンファースルホニル）−オキサジリジン（ＣＳＯ）を使用して、無水条件下で実行される。いくつかの方法では、キャッピング工程は、酸化に続いて行われる。持続し得る酸化からの残留水が続くカップリングを阻害できるため、第２のキャッピング工程は基質の乾燥を可能にする。酸化の後に、基質および成長しているポリヌクレオチドは、随意に洗浄される。いくつかの実施形態では、酸化の工程は、オリゴヌクレオチドホスホロチオエートを得る硫化工程と置き換えられ、ここでキャッピング工程は硫化後に実行され得る。限定されないが、３−（ジメチルアミノメチリデン）アミノ）−３Ｈ−１，２，４−ジチアゾール−３−チオン、ＤＤＴＴ、Ｂｅａｕｃａｇｅ試薬としても知られる３Ｈ−１，２−ベンゾジチオール−３−オン１，１−ジオキシド、およびＮ，Ｎ，Ｎ’Ｎ’テトラエチルチウラムジスルフィド（ＴＥＴＤ）を含む多くの試薬により、効率的な硫黄移動が可能である。
カップリングを通じて続くヌクレオシド取り込みサイクルを生じさせるために、基質に結合した成長しているポリヌクレオチドの保護された５’末端は除去されなければならず、その結果、一次ヒドロキシル基は次のヌクレオシドホスホラミダイトと反応することができる。いくつかの例では、保護基はＤＭＴであり、ジクロロメタン中でトリクロロ酢酸によりデブロッキングが生じる。時間を延長して、または推奨されるよりも強い酸の溶液を用いて脱トリチル化を行うことは、個体支持体に結合したオリゴヌクレオチドの脱プリン化の増大につながる場合もあり、したがって望ましい完全長の生成物の収率は低下する。本明細書に記載される方法と組成物は、望ましくない脱プリン化反応を制限する制御されたデブロッキング条件を提供する。いくつかの例では、基質に結合したポリヌクレオチドは、デブロッキング後に洗浄される。いくつかの場合には、デブロッキング後の効率的な洗浄は、低いエラー率を有する合成ポリヌクレオチドに寄与する。
本明細書に記載される基質上のポリヌクレオチド合成のための方法は、典型的に、以下の工程の反復配列を含む：面、リンカー、または事前に脱保護されたモノマーのいずれかと連結させるために、保護モノマーを基質機構の面に適用する工程；続いて適用される保護モノマーと反応できるように、適用されたモノマーを脱保護する工程；および、連結のための別の保護モノマーを適用する工程。１つ以上の中間工程は、酸化および／または硫化を含む。いくつかの例では、１つ以上の洗浄工程は、工程の１つまたはすべての前または後に行われる。
いくつかの実施形態では、ポリヌクレオチドは感光性の保護基で合成され、面上で生成された水酸基は、感光性の保護基によって遮断される。面がフォトリソグラフィマスク等を介してＵＶ光に曝されると、面上の遊離した水酸基のパターンが生成され得る。これらの水酸基は、ホスホラミダイトの化学的性質に従い、光防護されたヌクレオシドホスホラミダイトと反応することができる。第２のフォトリソグラフィマスクを適用することも可能であり、面がＵＶ光に曝されて水酸基の第２のパターンを生成し、その後に５’−光防護ヌクレオシドホスホラミダイトとカップリングする。同様に、パターンを生成することができ、およびオリゴマー鎖を伸長させることができる。理論に縛られることなく、光切断可能な基の不安定性は、使用される溶媒の波長と極性により左右され、および光切断の速度は、暴露期間と光の強度に影響され得る。この方法は、マスクの整列の精度、光防護基の除去の効率、およびホスホラミダイトカップリング工程の収率等の、多くの因子にてこ入れすることができる。さらに、隣接部位への意図しない光の漏出を最小限にすることができる。１スポット当たりの合成オリゴマーの密度は、合成面上で先頭のヌクレオシドの充填を調節することによりモニタリングすることができる。
ポリヌクレオチド合成に支持を提供する基質の面は、合成ポリヌクレオチド鎖が面から切断され得るように化学的に修飾されてもよい。いくつかの例では、ポリヌクレオチドが脱保護されると同時に、ポリヌクレオチド鎖は切断される。ある場合には、ポリヌクレオチドが脱保護された後に、ポリヌクレオチド鎖が切断される。典型的なスキームでは、（ＣＨ３ＣＨ２Ｏ）３Ｓｉ−（ＣＨ２）２−ＮＨ２等のトリアルコキシシリルアミンは、基質のＳｉＯＨ基の面と反応し、続いて無水コハク酸とアミンと反応して、アミド結合および遊離したＯＨを生成し、そこで核酸鎖の成長が支持される。切断は、アンモニアまたはメチルアミンによるガス切断を含む。いくつかの例では、一旦、面から放出されると、ポリヌクレオチドは、保存された情報を抽出するために配列されて解読されるより大きな核酸へとアセンブルされる。
＜アセンブリ＞
ポリヌクレオチドは、情報を符号化するあらかじめ決定された配列の大きな領域に総体として及ぶように設計され得る。いくつかの例では、より大きなポリヌクレオチドが、合成ポリヌクレオチドを結合するためのライゲーション反応により生成される。ライゲーション反応の１つの例は、ポリメラーゼ鎖アセンブリ（ＰＣＡ）である。いくつかの例では、ポリヌクレオチドの少なくとも一部が、ユニバーサルなプライマー結合用の基質である、添付された領域を含むように設計されている。ＰＣＡ反応については、あらかじめ合成されたポリヌクレオチドは、互いとの重複（例えば、重複配列を伴う４、２０、４０、またはより多くの塩基）を含む。ポリメラーゼサイクル中に、ポリヌクレオチドは相補的なフラグメントにアニール化され、次にポリメラーゼによって満たされる。各サイクルはこのように、ポリヌクレオチドが互いを発見するかどうかに依存して、無作為に様々なフラグメントの長さを増加させる。フラグメント間の相補性は、二本鎖ＤＮＡの完全で大きなスパンを形成することを可能にする。ある場合には、ＰＣＡ反応の完了後に、配列内のミスマッチを取り除くために、ミスマッチ修復検出酵素を使用してエラー修正工程が行われる。一旦、標的配列のより大きなフラグメントが生成されると、それらは増幅可能である。例えば、いくつかの例では、５’および３’末端アダプタ配列を含む標的配列は、アダプタ配列にハイブリダイズする修飾されたプライマーを含むポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）で増幅される。ある場合には、修飾されたプライマーは１つ以上のウラシル塩基を含む。修飾されたプライマーの使用は、フラグメントから修飾された塩基対を切断する酵素によって残された、修飾された塩基および／または間隙の標的化に集中した酵素反応を通じたプライマーの除去を可能にする。残るのは、アダプタ配列の残りを欠く二本鎖の増幅産物である。このように、多数の増幅産物は、二本鎖ＤＮＡの異なるフラグメントを生成するためにプライマーの同じセットと平行して生成され得る。
エラー修正は、合成ポリヌクレオチドおよび／またはアセンブリ生成物上で行なわれてもよい。エラー修正のための例となる方略は、エラーを修正するために伸張ＰＣＲをオーバーラップさせることによる特定部位の突然変異誘発を含み、それは随意に、２以上のクローニングと配列決定に結び付けられる。特定の実施形態では、ミスマッチ、膨張と小さなループ、化学的に変質した塩基および／または他のヘテロ二本鎖を伴う二本鎖核酸は、正確に合成された核酸の集団から選択的に除去される。いくつかの実施形態では、エラー修正は、一本鎖または二本鎖切断を生み出すために、または鎖転位事象を開始するために、二本鎖核酸内のミスマッチ塩基または不対塩基を認識し結合する、またはそれに隣接するタンパク質／酵素を使用して行なわれる。エラー修正用タンパク質／酵素の非限定的な例として、エンドヌクレアーゼ（Ｔ７エンドヌクレアーゼＩ、大腸菌エンドヌクレアーゼＶ、Ｔ４エンドヌクレアーゼＶＩＩ、緑豆ヌクレアーゼ、細胞、大腸菌エンドヌクレアーゼＩＶ、ＵＶＤＥ）、制限酵素、グリコシラーゼ、リボヌクレアーゼ、ミスマッチ修復酵素、リゾルバーゼ、ヘリカーゼ、リガーゼ、ミスマッチに特異的な抗体、およびそれらの変異体があげられる。具体的なエラー修正酵素の例として、Ｔ４エンドヌクレアーゼ７、Ｔ７エンドヌクレアーゼ１、Ｓ１、緑豆エンドヌクレアーゼ、ＭｕｔＹ、ＭｕｔＳ、ＭｕｔＨ、ＭｕｔＬ、クリベース、ＣＥＬＩおよびＨＩＮＦ１があげられる。ある場合には、ＤＮＡミスマッチ結合タンパク質ＭｕｔＳ（テルムス・アクウァーティクス）を使用して、合成された生成物の集団から欠陥のある生成物を取り除く。いくつかの実施形態では、エラー修正は、酵素Ｃｏｒｒｅｃｔａｓｅを使用して行なわれる。ある場合には、エラー修正は、ＳＵＲＶＥＹＯＲエンドヌクレアーゼ（Ｔｒａｎｓｇｅｎｏｍｉｃ）、既知および未知の突然変異をスキャンするミスマッチ特異的なＤＮＡエンドヌクレアーゼ、およびヘテロニ本鎖ＤＮＡの多型を使用して行なわれる。
＜放出、抽出およびアセンブリ＞
本明細書において提供されるのは、複製可能な情報記憶のための方法とデバイスである。いくつかの例では、同じコード領域、ポリヌクレオチド、同じクラスタ、ポリヌクレオチドを含む構造の同じ部分、またはポリヌクレオチドを含む構造全体の複数のコピーが合成される。同じポリヌクレオチドの複数のコピーが合成される場合、ポリヌクレオチドの各々は、面の別個の領域に付けられてもよい。別個の領域は、破壊または切断によって分離されてもよい。代替的に、ポリヌクレオチドの各々は、スポット、ウェル、またはチャネルの形態の座に存在してもよく、および個々にアクセス可能である。例えば、切断試薬、次に水に座を接触させることで、ポリヌクレオチドの１つのコピーを自由にし、一方で他のコピーはそのままにしておく。同様に、全領域または全プレートに及ぶポリヌクレオチドの切断は、複製集団のフラクションへのアクセスを可能にする。複製集団は、別個のリール、プレート、ベルト等に存在する場合もある。テープ等の可撓性材料の場合、複製領域は切断されてもよく、およびテープの残りの領域はスプライシングされて元通りにされてもよい。代替的に、合成され保存されたポリヌクレオチドの核酸情報は、プライマーとＤＮＡポリメラーゼを使用して、構造の面に付けられたポリヌクレオチドの増幅を行なうことにより、取得されてもよい。
いくつかの例では、ポリヌクレオチドを構造から受信ユニットに転写するために、水性またはガスの転写媒体を構造内の１つ以上のチャネル上に沈着させる。例えば、転写媒体は、構造内のチャネルを通過して、付着し、構造内のチャネルからポリヌクレオチドを回収して転写し、ユニットを受信し得る。いくつかの例では、構造内のチャネルへと、またはそれを通して、転写媒体を引き付ける、または退けるために、荷伝導機構および印加電圧が使用される。いくつかの例では、転写媒体を構造内のチャネルの中へと向ける、またはそれに通すために、スリップが使用される。ある場合には、転写媒体を構造内のチャネルの中へと向ける、またはそれに通すために、圧力解放が使用される。ある場合には、ノズルは、転写媒体を構造内のチャネルの中に入れる、またはそれに通す高圧の局所領域を形成するために使用される。いくつかの例では、ピンは、構造内のチャネルから容器、受信ユニットへとポリヌクレオチドを転写するために使用される。そのような例では、ピンは、転写媒体の接着を促進するための因子を含んでもよい。ある場合には、荷伝導機構は、導電性機構と構造との間に電位を形成することによって、構造内のチャネルへと、またはそれを通して転写媒体を引き付ける、または退けるために利用される。ある場合には、ピペットチップ、または構造を誘導する他の毛管流を使用して、毛管流を介して流体とポリヌクレオチドを転写する。いくつかの例では、容器は１つ以上の区画を含み、その各々が、転写媒体の一部、およびその中にある、単一の各チャネルから排出された１つ以上のポリヌクレオチドを受け入れる。いくつかの例では、容器は、各々がその中に、１つ以上の構造チャネルから排出された１つ以上のポリヌクレオチドを含む、転写媒体の１つ以上の部分を受け入れる単一の区画を含む。
図１４Ａと１４Ｂを参照すると、ポリヌクレオチド（１４１７）は、ポリヌクレオチド（１４１７）に付着する、水性またはガスの転写媒体（１４１９）の沈着を通じて構造（１４０５）内のチャネル（１４１５）から転写され、および１つ以上の相互に連結した導電性プレート（１４２０）と電力ユニット（１４２２）は、転写媒体（１４１９）をそれぞれ１つ以上のチャネルに配向する。この配置では、一連の１つ以上の相互に連結した導電性プレート（１４２０）は各々が、それぞれのチャネル（１４１５）の近位端の上に位置付けられ、かつそれを囲み、および相互に連結した導電性プレート（１４２０）と構造（１４０５）の間の電力ユニット（１４２２）によって与えられた電位は、１つ以上のチャネル（１４１５）の近位開口部に転写媒体（１４１９）を引きつける。そのため、この例において、１つ以上のチャネル（１４１５）の近位開口部に転写媒体（１４１９）を引きつける典型的な方法は、構造（１４０５）のメインチャンネル（１４１０）に転写媒体（１４１９）を沈着する工程、および電力ユニット（１４２２）を介して、相互に連結した導電性プレート（１４２０）と構造（１４０５）との間に電位を適用する工程、を含む。さらにこの場合、転写媒体（１４１９）は、構造（１４０５）およびチャネル（１４１５）を通過するにつれ、静電場または磁場、または電力ユニット（１４２２）によって生成された電位差に反応する正電荷または負電荷を含み得る。付加的に、１つ以上の導電性プレート（１４２０）と構造（１４０５）の帯電性は、構造内のチャネル（１４１５）を通じて転写媒体（１４１９）内のポリヌクレオチド（１４１７）の転写を最適化するために調整することができる。最後に、非導電性セパレータは、静電場または磁場、またはそこで形成される電位差を調整または最適化するために、構造（１４０５）と１つ以上の導電性プレート（１４２０）との間に配置されてもよい。さらに、この事例は付加的に、より効率的に転写媒体（１４１９）をチャネル（１４１５）内に配向するために、メインチャンネル（１４１０）の１つ以上の面、または相互に連結した導電性プレート（１４２０）上の親水性または疎水性の構造を使用してもよい。
図１５Ａと１５Ｂを参照すると、ポリヌクレオチド（１５１７）は、１つ以上のポリヌクレオチド（１５１７）に付着する、水性またはガスの転写媒体（１５１９）の沈着を通じて、構造（１５０５）内のチャネル（１５１５）から転写され、および転写媒体（１５１９）は、１つ以上の導電性シート（１５２４）および電力ユニット（１５２２）によって１つ以上のチャネル（１５１５）を介して引きつけられる。この配置では、チャネル（１５１５）の遠位端の下でそれを取り囲む導電性シート（１５２４）、および電力ユニット（１５２２）は、チャネル（１５１５）の近位開口部から（図１５Ａ参照）、そのチャネル（１５１５）の遠位開口部へと（図１５Ｂ参照）、転写媒体（１５１９）を引き付けるために使用される。そのため、この例において、チャネル（１５１５）の遠位開口部に転写媒体（１５１９）を引きつける典型的な方法は、電力ユニット（１５２２）を通じて、導電性シート（１５２４）と構造（１５０５）との間に電位を適用する工程を含む。さらにこの場合、転写媒体（２０１９）は、構造（２００５）およびシート（２０２４）を通過するにつれ、静電場または磁場、電力ユニット（２０２２）によって生成された電位差に反応する正電荷または負電荷を含み得る。付加的に、１つ以上の導電性シート（１５２４）と構造（１５０５）の帯電性は、構造（１５０５）内のチャネル（１５１５）を通じて転写媒体（１５１９）のポリヌクレオチド（１５１７）の転写を最適化するために調整することができる。非導電性セパレータは、静電場または磁場、またはそこで形成される電位差を調整または最適化するために、構造（１５０５）と１つ以上の導電性シート（１５２４）との間に配置されてもよい。
図１６Ａと１６Ｂを参照すると、ポリヌクレオチド（１６１７）は、ポリヌクレオチド（１６１７）に付着する水性またはガスの転写媒体（１６１９）の沈着を通じて、構造（１６０５）内のチャネル（１６１５）から転写され、およびスリップ（１６３０）は、静止しているプレート構造（１６０５）または動いている非連続的な柔らかい構造の面と平面接触し、およびそれらに対して鋭い迎角（１６３２）で位置づけられており、構造のチャネル内に転写媒体を配向するために使用される。この配置では、スリップ（１６３０）は、１つ以上のチャネル（１６１５）の近位開口部（図１６Ａ参照）から、各チャネル（１６１５）の遠位開口部へと（図１６Ｂ参照）、転写媒体（１６１９）を配向するために使用される。そのため、この例における、１つ以上のチャネル（１６１５）を通じて転写媒体（１６１９）を配向する典型的な方法は、構造（１６０５）に対して１つ以上のスリップ（１６３０）を変換または回転させる工程、を含む。これらの例では、鋭い迎角（１６３２）は、約１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°、７０°、または約８０°に等しい場合もある。ある場合には、単一のスリップ（１６３０）または１つ以上のスリップ（１６３０）の固いアセンブリは、１つ以上のチャネル（１６１５）を通じて転写媒体（１６１９）を配向するために使用される。ある場合には、スリップ（１６３０）と構造（１６０５）の間の相対速度は、約１センチメートル／秒以内である。ある場合には、スリップ（１６３０）と構造（１６０５）の間の相対速度は、１センチメートル／秒を超える。ある場合には、構造（１６０５）に対するスリップ（１６３０）の相対的な角運動速度は、約１回転／秒以内である。ある場合には、スリップ（１６３０）と構造（１６０５）の間の相対的な角運動速度は、１回転／秒を超える。ある場合には、スリップ（１６３０）は、部分的にチャネル（１６１５）に入るように歪めることができる。最後に、この例では、スリップ（１６３０）は、プラスチック、ゴム、木材、金属、ガラス、繊維ガラス、炭素繊維、またはそれらの任意の組み合わせを含む任意の防水材料から構成されてもよい。
ポリヌクレオチド（１７１７）に付着する水性またはガスの転写媒体（１７１９）の沈着を通じて、ポリヌクレオチド（１７１７）が構造（１７０５）内のチャネル（１７１５）から転写される場合、およびガスまたは流体内の適用された圧力（１７４０）と、圧力解放（１７４２）が、構造（１７０５）内のチャネル（１７１５）に転写媒体（１７１９）を通すのに使用される場合が、図１７Ａと１７Ｂに示される。この例では、圧力解放（１７４２）は、適用された圧力（１７４０）を遮断し、したがって図１７Ａを参照すると、チャネル（１７１５）の遠位端と圧力解放（１７４２）の近位面との間に圧力を形成し、図１７Ｂを参照すると、圧力解放（１７４２）の開口部によって解放された時に、転写媒体（１７１９）をチャネルに通す。ある場合には、単一の圧力解放（１７４２）は、一度に転写媒体（１７１９）を１つ以上のチャネル（１７１５）に通すように配向するのに使用される。そのため、この例において、チャネル（１７１５）を通して転写媒体（１７１９）を配向する典型的な方法は、ガスまたは流体内に適用された圧力（１７４０）を形成する工程、および構造（１７０５）に対して圧力解放（１７４２）を変換または回転させる工程を含む。ある場合には、１つ以上の圧力解放（１７４２）と構造（７０５）との間の相対速度は、約１センチメートル／秒以内である。ある場合には、１つ以上の圧力解放（１７４２）と構造（１７０５）との間の相対速度は、１センチメートル／秒より大きい。いくつかの構成では、１つ以上の圧力解放（１７４２）と構造（１７０５）との間の相対回転速度は、約１回転／秒以内である。ある場合には、１つ以上の圧力解放（１７４２）と構造（１７０５）との間の相対回転速度は、１回転／秒より大きい。いくつかの例では、適用された圧力（１７４０）によって生み出された、構造（１７０５）を取り巻くガスまたは流体内の圧力差は、１ａｔｍより少ない。いくつかの例では、適用された圧力（１７４０）によって生み出された、構造（１７０５）を取り巻くガスまたは流体内の圧力差は、１ａｔｍを超える。
図１８を参照すると、ポリヌクレオチド（１８１７）は、ポリヌクレオチド（１８１７）に付着する水性またはガスの転写媒体（１８１９）の沈着を介して、移動する非連続的な柔らかい構造（１８０７）内のチャネル（１８１５）から転写され、およびノズル（１８４４）と適用された圧力（１８４０）は、構造（１８０７）内のチャネル（１８１５）に転写媒体（１８１９）を押し込むために使用される。そのため、この例における、チャネル（１８１５）を通じて転写媒体（１８１９）を配向する典型的な方法は、チャネル（１８１５）がノズル（１８４４）の下に整列するように連続的な柔らかい構造（１８０７）をローラー（１８０３）のまわりで変換する工程、およびチャネル（１８１５）の方へと適用された圧力（１８４０）を配向するためにノズル（１８４４）を誘導する工程を含む。いくつかの例では、ノズル（１８４４）によって与えられた構造（１８０７）を取り巻くガスまたは流体内の圧力差は、１ａｔｍより少ない。いくつかの例では、ノズル（１８４４）によって与えられた構造（１８０７）を取り巻くガスまたは流体内の圧力差は、１ａｔｍを超える。
図１９Ａおよび１９Ｂを参照すると、ポリヌクレオチド（１９１７）は、水性またはガスの転写媒体（１９１９）の沈着により、構造（１９０５）内のチャネル（１９１５）から転写され、および構造（１９０５）内のチャネル（１９１５）から転写媒体（１９１９）を取り出すために、ピン（１９５０）は転写媒体（１９１９）に付着し、中にあるポリヌクレオチド（１９１７）が図１９Ａと１９Ｂに示される。この例では、ピン（１９５０）は、転写媒体（１９１９）に接触してそれを引きつけ、図１９Ａを参照すると、ピン（１９５０）に対する転写媒体（１９１９）の引力は、チャネル（１９１５）の遠位端に対する転写媒体（１９１９）の引力よりも大きく、およびピン（１９５０）と構造（１９０５）の間の相対的な垂直運動は、図１９Ｂを参照すると、構造（１９０５）から転写媒体（１９１９）を転位させる。そのような例では、ピン（１９５０）は、親水性またはガスに親和性のある構造またはコーティング、または結合のための化学コーティングを含む転写媒体の接着を促進するための機能を含み得る。いくつかの例では、ピン（１９５０）は、金属、プラスチック、ゴム、炭素繊維、木材、繊維ガラス、またはそれらの任意の組み合わせを含む、任意の固い物質で構成される。他の例では、ピン（１９５０）は、電荷、静電荷、磁荷、または転写媒体（１９１９）を引きつけるための場を伝導することができる伝導性材料で構成される。ある場合には、ピン（１９５０）と構造（１９０５）の間の相対速度は、約１センチメートル／秒以内である。ある場合には、ピン（１９５０）と構造（１９０５）の間の相対速度は、１センチメートル／秒を超える。
図２０Ａと２０Ｂを参照すると、ポリヌクレオチド（２０１７）は、水性またはガスの転写媒体（２０１９）の沈着を通じて構造（２００５）内のチャネル（２０１５）から転写され、および転写媒体（２０１９）は、電力ユニット（２０２２）から導電性シート（２０２４）に適用された電圧によって、構造（２００５）内のチャネルから受信ユニット（２０６０）まで退けられる。この例では、チャネル（２０１５）の遠位端の下でそれを取り囲む導電性シート（２０２４）、および電力ユニット（２０２２）は、チャネル（２０１５）の遠位開口部から（図２０Ａ参照）、受信ユニット（２０６０）へと（図２０Ｂ参照）、転写媒体（２０１９）を退けるために使用される。そのため、この例において、１つ以上のチャネル（２０１５）の遠位開口部から転写媒体（２０１９）を退ける典型的な方法は、電力ユニット（２０２２）を通じて、１つ以上の導電性シート（２０２４）と構造（２００５）の間に電位を適用する工程を含む。さらにこの場合、転写媒体（２０１９）は、構造（２００５）およびシート（２０２４）を通過するにつれ、静電場または磁場、電力ユニット（２０２２）によって生成された電位差に反応する正電荷または負電荷を含み得る。付加的に、１枚以上の導電性シート（２０２４）と構造（２００５）の帯電性は、構造内のチャネル（２０１５）を通じて転写媒体（２０１９）内のポリヌクレオチド（２０１７）の転写を最適化するために調整することができる。最後に、静電場または磁場、またはそこで形成される電位差を調整または最適化するために、非導電性セパレータを構造（２００５）と導電性シート（２０２４）の間に配置してもよい。
いくつかの構成では、チャネルに、またはチャネルから転写媒体を引きつけるための手段の組み合わせは、限定されないが以下を含む流体またはガスの転写メカニズムを使用する：層状の圧力、毛細血管圧、すべり流圧、磁力、静電力、ぜん動力、音波、震動力、向心力、遠心力、またはそれらの任意の組み合わせ。
いくつかの例において、例えば図２１を参照すると、受信ユニット（２１６０）は、２つ以上の区画（２１６２ａ）（２１６２ｂ）を含み、各区画（２１６２ａ）（２１６２ｂ）は、ポリヌクレオチド（２１１７）を含むガスまたは流体の転写媒体（２１１９）の単一の各部分を受信し、かつ一時的に保存することができる。他の配置では、例えば図２２を参照すると、受信ユニット（２２６０）は、ポリヌクレオチド（２２１７）を含むガスまたは流体の転写媒体（２２１９）の１つ以上の部分を受信し、かつ一時的に保存することができる一つの区画（２２６２）を有する。
＜配列＞
構造の面からポリヌクレオチドを抽出および／または増幅した後、適切な配列決定技術を使用してポリヌクレオチドを配列してもよい。ある場合には、ＤＮＡ塩基配列が、基質上または構造の機構内で読み取られる。ある場合には、基質に保存されたポリヌクレオチドが抽出され、より長い核酸へと随意にアセンブルされ、その後に配列される。
本明細書に記載される構造上で合成され、かつ保存されたポリヌクレオチドは、合成されたポリヌクレオチドの配列を読み取り、そしてその配列を読取り可能な二進コードにコンピュータで変換することによって解釈することができる。ある場合には、配列はアセンブリを必要とし、およびアセンブリ工程は、核酸配列ステージまたはデジタル配列ステージにある必要がある場合もある。
本明細書において提供される検出システムは、構造上で直接に、および／または主構造からの取り出し後に、保存されたポリヌクレオチドを配列することができるデバイスを含む。構造が可撓性材料のオープンリール式テープである場合、検出システムは、構造を保持して検知位置を通して前進させるためのデバイスと、テープのある部分が検出位置にある場合にそこから発生した信号を検出するための、検出位置の近位に配された検出器を含む。いくつかの例では、信号はポリヌクレオチドの存在を示す。いくつかの実施形態では、信号はポリヌクレオチド（例えば蛍光性の信号）の配列を示す。いくつかの例では、連続テープのポリヌクレオチド内にコードされた情報は、テープがコンピュータに動作可能に接続された検出器によって連続的に送られるように、コンピュータによって読み取られる。いくつかの例では、検出器は、ポリヌクレオチド配列デバイス、ポリヌクレオチド配列に関するデータの記憶と検索用のデータベース、ポリヌクレオチド配列のＤＮＡコードを二進コードに変換するためのソフトウェア、二進コードを読み取るためのコンピュータ、またはそれらの任意の組み合わせを含む、コンピュータシステムを含む。
＜コンピュータシステム＞
様々な態様では、本明細書に記載されるシステムのいずれかが、コンピュータに動作可能に接続され、および随意に、ローカルまたは遠隔のいずれかでコンピュータを介して自動化される。様々な実施形態では、本発明の方法とシステムはさらに、コンピュータシステムのソフトウェアプログラムとその使用を含む。したがって、材料沈着デバイスの動き、分配動作、および真空発動の組織化と同期等の、分配／真空／再補充機能の同期のためのコンピュータ制御は、本発明の範囲内にある。いくつかの例では、コンピュータシステムは、ユーザーに特異的な塩基配列と、基質の所定領域に適正な試薬を送達するための材料沈着デバイスの位置をインターフェースで接続するようにプログラムされる。
図２３に例示されるコンピュータシステム（２３００）は、固定媒体（１４１２）を有するサーバー（２３０９）に随意に接続され得る、媒体（２３１１）および／またはネットワークポート（２３０５）からの命令を読み取ることができる論理装置として理解され得る。図４に示されるシステムなどのシステムは、ＣＰＵ（２３０１）、ディスクドライブ（２３０３）、キーボード（２３１５）および／またはマウス（２３１６）などの随意の入力デバイス、および随意のモニタ（２３０７）を含むことができる。データ通信は、示された通信媒体を通って、ローカル位置または遠隔位置のサーバーへと達成され得る。通信媒体は、データを送信および／または受信するあらゆる手段を含むことができる。例えば、通信媒体は、ネットワーク接続、無線接続またはインターネット接続であり得る。そのような接続は、ワールドワイドウェブを通じた通信を提供することができる。本開示に関連するデータは、当事者（２３２２）による受信および／またはレビューのためのそのようなネットワークまたは接続を介して送信され得ることが想定される。
図２４Ｂは、本発明の例となる実施形態に関して使用することができるコンピュータシステム（１５００）の第１例であるアーキテクチャを例示するブロック図である。図５で示されるように、例となるコンピュータシステムは、命令を処理するためのプロセッサ（２４０２）を含むことができる。プロセッサの非限定的なもの例として、以下があげられる：Ｉｎｔｅｌ Ｘｅｏｎ（商標）プロセッサ、ＡＭＤ Ｏｐｔｅｒｏｎ（商標）プロセッサ、Ｓａｍｓｕｎｇ ３２−ｂｉｔ ＲＩＳＣ ＡＲＭ １１７６ＪＺ（Ｆ）−Ｓ ｖ１．０（商標）プロセッサ、ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ−Ａ８ Ｓａｍｓｕｎｇ Ｓ５ＰＣ１００（商標）プロセッサ、ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ−Ａ８ Ａｐｐｌｅ Ａ４（商標）プロセッサ、Ｍａｒｖｅｌｌ ＰＸＡ ９３０（商標）プロセッサ、または機能的に同等なプロセッサ。実行の多数のスレッドが、並列処理に使用され得る。いくつかの実施形態では、多数のプロセッサ、または多数のコアを備えたプロセッサはまた、単一コンピュータシステムにおいて、またはクラスタにおいて使用することができ、または複数のコンピュータ、携帯電話、および／またはパーソナルデータアシスタントデバイスを含むネットワークを通じてシステム全体に分配され得る。
図２４に例示されるように、プロセッサ（２４０２）によって最近使用された、または頻繁に使用される命令またはデータのための高速メモリを提供するために、高速キャッシュ（２４０４）がプロセッサ（２４０２）に接続され、または組み込まれ得る。プロセッサ（５０２）は、プロセッサバス（２４０８）によってノースブリッジ（２４０６）に接続される。ノースブリッジ（５０６）は、メモリバス（２４１２）によってランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）（２４１０）に接続され、プロセッサ（２４０２）によってＲＡＭ（２４１０）に対するアクセスを管理する。ノースブリッジ（２４０６）はまた、チップセットバス（２４１６）によってサウスブリッジ（２４１４）に接続される。サウスブリッジ（２４１４）は、順に、周辺バス（２４１８）に接続される。周辺バスは、例えば、ＰＣＩ、ＰＣＩ−Ｘ、ＰＣＩ Ｅｘｐｒｅｓｓ、または他の周辺バスであり得る。ノースブリッジとサウスブリッジは、しばしばプロセッサチップセットと呼ばれ、プロセッサ、ＲＡＭ、および周辺バス（２４１８）にある周辺コンポーネントの間のデータ転送を管理する。いくつかの代替的なアーキテクチャでは、ノースブリッジの機能性は、別個のノースブリッジチップを使用する代わりに、プロセッサに組み込むことができる。
いくつかの実施形態では、システム（２４００）は、周辺バス（２４１８）に付けられたアクセラレータカード（２４２２）を含むことができる。アクセラレータは、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、または特定の処理を加速するための他のハードウェアを含むことができる。例えば、アクセラレータは、適応データの再構成のために、または拡張された設定処理に使用される代数式を評価するために使用され得る。
ソフトウェアとデータは外部ストレージ（２４２４）に保存され、プロセッサによる使用のためにＲＡＭ（２４１０）および／またはキャッシュ（２４０４）にロードされ得る。システム（２４００）は、システム資源を管理するためのオペレーティングシステムを含み、オペレーティングシステムの非限定的な例として以下があげられる：Ｌｉｎｕｘ、Ｗｉｎｄｏｗｓ（商標）、ＭＡＣＯＳ（商標）、ＢｌａｃｋＢｅｒｒｙ ＯＳ（商標）、ｉＯＳ（商標）、および他の機能的に同等なオペレーティングシステム、および本発明の例となる実施形態に従ってデータの記憶と最適化を管理するためのオペレーティングシステム上で動作するアプリケーションソフトウェア。
この例において、システム（２４００）はまた、ネットワークアタッチトストレージ（ＮＡＳ）、および分散並列処理に使用可能な他のコンピュータシステムなどの、外部ストレージにネットワークインターフェースを提供するための周辺バスに接続されたネットワークインターフェースカード（ＮＩＣ）（２４２０）および（５２１）を含むことができる。
図２５は、複数のコンピュータシステム（６０２ａ）および（６０２ｂ）、複数の携帯電話とパーソナルデータアシスタント（２００２ｃ）、およびネットワークアタッチトストレージ（ＮＡＳ）（２５０４ａ）および（２５０４ｂ）を備えるネットワーク（２５００）を示す図である、例となる実施形態では、システム（２５０２ａ）、（２５０２ｂ）および（２５０２ｃ）は、データ記憶を管理し、ネットワークアタッチトストレージ（ＮＡＳ）（２５０４ａ）および（２５０４ｂ）に保存されたデータのためのデータアクセスを最適化することができる。数学的モデルをデータに使用することができ、およびコンピュータシステム（２５０２ａ）と（２５０２ｂ）、および携帯電話とパーソナルデータアシスタントシステム（２５０２ｃ）にわたる分散並列処理を使用して評価することができる。コンピュータシステム（２５０２ａ）と（２５０２ｂ）、および携帯電話とパーソナルデータアシスタントシステム（２５０２ｃ）はまた、ネットワークアタッチトストレージ（ＮＡＳ）（２５０４ａ）および（２５０４ｂ）に保存されたデータの適応データ再構成に並列処理を提供することができる。図２５は単に一例を例示するものであり、種々様々な他のコンピュータアーキテクチャとシステムが、本発明の様々な実施形態と共に使用され得る。例えば、並列処理を提供するためにブレードサーバーを使用することができる。並列処理を提供するために、プロセッサブレードをバックプレーンを介して接続することができる。ストレージもまたバックプレーンに接続することができ、または別のネットワークインターフェースを介してネットワークアタッチトストレージ（ＮＡＳ）として接続することができる。
いくつかの例となる実施形態では、プロセッサは、別個のメモリ空間を維持することができ、ネットワークインターフェース、バックプレーン、または他のプロセッサによる並列処理のための他のコネクタを介してデータを送信することができる。他の実施形態では、プロセッサのいくつかまたはすべては、共有の仮想アドレスメモリ空間を使用することができる。
図２６は、例となる実施形態に係る共有の仮想アドレスメモリ空間を使用するマルチプロセッサコンピュータシステム（２６００）のブロック図である。システムは、共有メモリサブシステム（２６０４）にアクセス可能な複数のプロセッサ（２６０２ａ−ｆ）を含む。システムは、複数のプログラム可能なハードウェアメモリアルゴリズムプロセッサ（ＭＡＰ）（２６０２ａ−ｆ）をメモリサブシステム（２６０４）に組み込む。各ＭＡＰ（２６０６ａ−ｆ）は、メモリ（２６０８ａ−ｆ）と、１つ以上のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）（２６１０ａ−ｆ）を含むことができる。ＭＡＰは、設定可能な機能ユニットを提供し、特定のアルゴリズムまたはアルゴリズムの部分が、それぞれのプロセッサと密に協働した処理のためにＦＰＧＡ（２６１０ａ−ｆ）に提供され得る。例えば、ＭＡＰは、データモデルに関する代数式を評価するために、および例となる実施形態において適応データ再構成を実行するために、使用することができる。本実施例では、各ＭＡＰは、これらの目的のためにすべてのプロセッサによって地球規模でアクセス可能である。１つの構成では、各ＭＡＰは、関連するメモリ（２６０８ａ−ｆ）にアクセスするためにダイレクトメモリアクセス（ＤＭＡ）を使用することができ、これによって、それぞれのマイクロプロセッサ（２６０２ａ−ｆ）から独立して、およびそれらとは非同期的にタスクを実行することができる。この構成では、ＭＡＰは、アルゴリズムのパイプライン処理および並列実行のために別のＭＡＰに結果を直接供給することができる。
上記のコンピュータアーキテクチャおよびシステムは単なる例であり、一般的なプロセッサ、コプロセッサ、ＦＰＧＡおよび他のプログラマブルロジックデバイス、システムオンチップ（ＳＯＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、および他の処理素子と論理素子のあらゆる組み合わせを使用するシステムを含む、種々様々な他のコンピュータ、携帯電話、パーソナルデータアシスタントのアーキテクチャおよびシステムが、例となる実施形態に関連して使用され得る。いくつかの実施形態では、コンピュータシステムのすべてまたは一部は、ソフトウェアまたはハードウェアに実装され得る。ランダムアクセスメモリ、ハードドライブ、フラッシュメモリ、テープドライブ、ディスクアレイ、ネットワークアタッチトストレージ（ＮＡＳ）、他のローカルまたは分散型のデータストレージデバイスおよびシステムを含む、あらゆる種類のデータストレージメディアが、例となる実施形態に関連して使用され得る。
例となる実施形態では、コンピュータシステムは、上記または他のコンピュータアーキテクチャおよびシステムのいずれかにおいて実行されるソフトウェアモジュールを使用して実装され得る。他の実施形態では、システムの機能は、ファームウェア、図７で言及されるようなフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等のプログラマブルロジックデバイス、システムオンチップ（ＳＯＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、または他の処理素子および論理素子において、部分的または完全に実装され得る。例えば、セットプロセッサ（Ｓｅｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）およびオプティマイザー（Ｏｐｔｉｍｉｚｅｒ）は、図１８に例示されるアクセラレータカード（１８２２）等のハードウェアアクセラレータカードの使用によって、ハードウェアアクセラレーションを用いて実装され得る。
本明細書で提供されるのは情報を保存するための方法であって、該方法は以下の工程を含む：少なくとも１つのデジタル配列の形態の情報の項目を、少なくとも１つの核酸配列に変換する工程；面を有する柔らかい構造を提供する工程；少なくとも１つの核酸配列を共同してコードするあらかじめ決定された配列を有する複数のポリヌクレオチドを合成する工程であって、複数のポリヌクレオチドは、少なくとも約１００，０００のポリヌクレオチドを含み、および複数のポリヌクレオチドは柔らかい構造の面から伸長する、工程；および複数のポリヌクレオチドを保存する工程。さらに本明細書で提供される方法において、合成する工程は：あらかじめ決定された位置で面上にヌクレオシドを沈着する工程；および、浴槽またはスプレーバーからの放出を通じて柔らかい構造の少なくとも一部を動かす工程、を含む。さらに本明細書で提供される方法において、浴槽またはスプレーバーからの放出は、構造の面を酸化剤またはデブロッキング試薬に曝す。さらに本明細書で提供される方法において、合成する工程は、面上に沈着されたヌクレオシドをキャッピングする工程をさらに含む。さらに本明細書で提供される方法において、ヌクレオシドはヌクレオシドホスホラミダイトを含む。さらに本明細書で提供される方法において、柔らかい構造は、オープンリール式テープまたは連続テープを含む。さらに本明細書で提供される方法において、柔らかい構造は熱可塑性材料を含む。さらに本明細書で提供される方法において、熱可塑性材料はポリアリールエーテルケトンを含む。さらに本明細書で提供される方法において、ポリアリールエーテルケトンは、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリ（エーテルエーテルケトンケトン）、ポリエーテルエーテルケトン、またはポリエーテルケトンエーテルケトンケトンである。さらに本明細書で提供される方法において、柔らかい構造は、ナイロン、ニトロセルロース、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリウレタン、ポリスチレン、アセタール、アクリル樹脂、アクリロニトリル、ブタジエンスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、透明なＰＶＣ箔、ポリ（メタクリル酸メチル）、スチレンポリマー、フッ素含有高分子、ポリエーテルスルフォンまたはポリイミドを含む。さらに本明細書で提供される方法において、複数のヌクレオチドの各ポリヌクレオチドは、５０から５００塩基の長さを含む。さらに本明細書で提供される方法において、複数のポリヌクレオチドは少なくとも約１００億のポリヌクレオチドを含む。さらに本明細書で提供される方法において、少なくとも約１．７５×１０１３の核酸塩基が２４時間以内に合成される。さらに本明細書で提供される方法において、少なくとも約２６２．５×１０９のポリヌクレオチドが７２時間以内に合成される。さらに本明細書で提供される方法において、情報の項目は、テキスト情報、オーディオ情報またはビジュアル情報である。さらに本明細書で提供される方法において、ヌクレオシドはヌクレオシドホスホラミダイトを含む。
本明細書で提供されるのは情報を保存するための方法であって、該方法は以下の工程を含む：少なくとも１つのデジタル配列の形態の情報の項目を、少なくとも１つの核酸配列に変換する工程；面を有する柔らかい構造を提供する工程；少なくとも１つの核酸配列を共同してコードするあらかじめ決定された配列を有する複数のポリヌクレオチドを合成する工程であって、複数のポリヌクレオチドは、少なくとも約１００，０００のポリヌクレオチドを含み、および複数のポリヌクレオチドは構造の面から伸長し、かつ合成する工程は；構造の面を浄化する工程；あらかじめ決定された位置で面上にヌクレオシドを沈着する工程；面に残されたヌクレオシドを酸化、デブロッキング、および随意にキャッピングする工程、を含み；ここで浄化、酸化、デブロッキング、およびキャッピングする工程は、浴槽またはスプレーバーからの放出を通じて柔らかい構造の少なくとも一部を移動させる工程を含む、工程；および複数のポリヌクレオチドを保存する工程。さらに本明細書で提供される方法において、ヌクレオシドはヌクレオシドホスホラミダイトを含む。
本明細書で提供されるのは情報を保存するための方法であって、該方法は以下の工程を含む：少なくとも１つのデジタル配列の形態の情報の項目を、少なくとも１つの核酸配列に変換する工程；少なくとも１つの核酸配列を共同してコードするあらかじめ決定された配列を有する複数のポリヌクレオチドを合成する工程であって、複数のポリヌクレオチドは少なくとも約１０，０００のポリヌクレオチドを含み、複数のポリヌクレオチドは、あらかじめ決定された配列とわずか１０００分の１の塩基だけ異なる配列を共同してコードし、および複数のポリヌクレオチドの各ポリヌクレオチドは、５０〜５００塩基の長さを含む、工程；および少なくとも約１０，０００のポリヌクレオチドを保存する工程。さらに本明細書で提供される方法において、複数のポリヌクレオチドは少なくとも約１００，０００のポリヌクレオチドを含む。さらに本明細書で提供される方法において、複数のポリヌクレオチドは少なくとも約１，０００，０００のポリヌクレオチドを含む。さらに本明細書で提供される方法において、複数のポリヌクレオチドは少なくとも約１００億のポリヌクレオチドを含む。さらに本明細書で提供される方法において、ポリヌクレオチドの９０％より多くが、あらかじめ決定された配列と差異のない配列をコードする。さらに本明細書で提供される方法において、情報の項目は、テキスト情報、オーディオ情報またはビジュアル情報である。さらに本明細書で提供される方法において、構造は固いまたは柔らかく、構造は面を含み、および複数のポリヌクレオチドは面から伸長する。さらに本明細書で提供される方法において、ヌクレオシドはヌクレオシドホスホラミダイトを含む。
本明細書で提供されるのは情報を保存するための方法であって、該方法は以下の工程を含む：少なくとも１つのデジタル配列の形態の情報の項目を、少なくとも１つの核酸配列に変換する工程；少なくとも１つの核酸配列を共同してコードするあらかじめ決定された配列を有する複数のポリヌクレオチドを合成する工程であって、複数のポリヌクレオチドは少なくとも約１０，０００のポリヌクレオチドを含み、複数のポリヌクレオチドの各ポリヌクレオチドは５０〜５００塩基の長さを有し、および複数のポリヌクレオチドは柔らかい構造の面から伸長する、工程；および複数のポリヌクレオチドを保存する工程。さらに本明細書で提供される方法において、柔らかい構造は、オープンリール式テープまたは連続テープを含む。さらに本明細書で提供される方法において、各ヌクレオチドは柔らかい構造の面上の座から伸長し、座は約１ｕｍから約５００ｕｍの直径である。さらに本明細書で提供される方法において、座は約１ｕｍから約５０ｕｍの直径である。さらに本明細書で提供される方法において、座は約１０ｕｍの直径である。さらに本明細書で提供される方法において、柔らかい構造は熱可塑性材料を含む。さらに本明細書で提供される方法において、熱可塑性材料はポリアリールエーテルケトンを含む。さらに本明細書で提供される方法において、ポリアリールエーテルケトンは、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリ（エーテルエーテルケトンケトン）、ポリエーテルエーテルケトン、またはポリエーテルケトンエーテルケトンケトンである。さらに本明細書で提供される方法において、柔らかい構造は、ナイロン、ニトロセルロース、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリウレタン、ポリスチレン、アセタール、アクリル樹脂、アクリロニトリル、ブタジエンスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、透明なＰＶＣ箔、ポリ（メタクリル酸メチル）、スチレンポリマー、フッ素含有高分子、ポリエーテルスルフォンまたはポリイミドを含む。さらに本明細書で提供される方法において、柔らかい構造の厚さは約１０ｍｍ未満である。さらに本明細書で提供される方法において、各ポリヌクレオチドは約２００塩基の長さである。さらに本明細書で提供される方法において、少なくとも約１．７５×１０１３の核酸塩基が２４時間以内に合成される。さらに本明細書で提供される方法において、少なくとも約２６２．５×１０９のポリヌクレオチドが７２時間以内に合成される。さらに本明細書で提供される方法において、ヌクレオシドはヌクレオシドホスホラミダイトを含む。
本明細書で提供されるのは情報を保存するための方法であって、該方法は以下の工程を含む：少なくとも１つのデジタル配列の形態の少なくとも１項目の情報を、少なくとも１つの核酸配列に暗号化する工程；少なくとも１つの核酸配列を共同してコードするあらかじめ決定された配列を有する複数のポリヌクレオチドを合成する工程であって、複数のポリヌクレオチドは、少なくとも約１０，０００のポリヌクレオチドを含み、および複数のポリヌクレオチドの各ポリヌクレオチドは、約５０から５００塩基の長さを含む、工程；複数のポリヌクレオチドを保存する工程；複数のポリヌクレオチドを配列する工程；核酸配列からデジタル配列へと複数のポリヌクレオチドを解読する工程；および、少なくとも１つのデジタル配列を形成するために、デジタル配列をアセンブルする工程であって、少なくとも１つのデジタル配列は、最初の少なくとも１つのデジタル配列と比較して、１００％の精度でアセンブルされる、工程。さらに本明細書で提供される方法は、複数のポリヌクレオチドを放出する工程をさらに含む。さらに本明細書で提供される方法において、ヌクレオシドはヌクレオシドホスホラミダイトを含む。
本明細書で提供されるのは、情報を保存するためのデバイスであって、該デバイスは：面を有する柔らかい構造；および面上の複数の座を含み、ここで各座の幅は約１〜約５００ｕｍであり、および複数の座の各座は、面へ結合している部分でコーティングされ、かつヌクレオシドカップリングに利用可能な水酸基を含む。さらに本明細書で提供されるデバイスにおいて、柔らかい構造は湾曲した位置にある。さらに本明細書で提供されるデバイスにおいて、湾曲した位置は３０度より大きい曲線を含む。さらに本明細書で提供されるデバイスにおいて、湾曲した位置は１８０度より大きい曲線を含む。さらに本明細書で提供されるデバイスにおいて、柔らかい構造は少なくとも約１００万の座を含む。さらに本明細書で提供されるデバイスにおいて、柔らかい構造の面の合計面積は約４．５ｍ２未満である。さらに本明細書で提供されるデバイスにおいて、柔らかい構造は、１ｍ２につき２０億より多い座を含む。さらに本明細書で提供されるデバイスにおいて、柔らかい構造は熱可塑性材料を含む。さらに本明細書で提供されるデバイスにおいて、熱可塑性材料はポリアリールエーテルケトンを含む。さらに本明細書で提供されるデバイスにおいて、ポリアリールエーテルケトンは、ポリエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリ（エーテルエーテルケトンケトン）、ポリエーテルエーテルケトン、またはポリエーテルケトンエーテルケトンケトンである。さらに本明細書で提供されるデバイスにおいて、柔らかい構造は、ナイロン、ニトロセルロース、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリウレタン、ポリスチレン、アセタール、アクリル樹脂、アクリロニトリル、ブタジエンスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメタクリル酸メチル、ポリ塩化ビニル、透明なＰＶＣ箔、ポリ（メタクリル酸メチル）、スチレンポリマー、フッ素含有高分子、ポリエーテルスルフォンまたはポリイミドを含む。さらに本明細書で提供されるデバイスにおいて、柔らかい構造の厚さは約１０ｍｍ未満である。さらに本明細書で提供されるデバイスにおいて、各座は約１ｕｍから約５０ｕｍの幅である。さらに本明細書で提供されるデバイスにおいて、各座の直径は約１０ｕｍである。さらに本明細書で提供されるデバイスにおいて、第１の座の中心は第２の座の中心から約２１ｕｍであり、および第１の座と第２の座。さらに本明細書で提供されるデバイスにおいて、柔らかい構造は、オープンリール式テープまたは連続テープを含む。さらに本明細書で提供されるデバイスにおいて、各座はチャネルを含む。
本明細書において提供されるのは、複数のポリヌクレオチドを含む情報記憶用のポリヌクレオチドライブラリであり、複数のポリヌクレオチドは少なくとも約１０，０００のポリヌクレオチドを含み、複数のポリヌクレオチドは、あらかじめ決定された配列の集団とわずか１０００分の１塩基だけ異なる配列を共同してコードし、および複数のポリヌクレオチドの各ポリヌクレオチドは、解読された時にデジタル情報をコードする、あらかじめ決定された配列を含む。さらに本明細書で提供されるライブラリにおいて、複数のポリヌクレオチドは少なくとも約１００，０００のポリヌクレオチドを含む。さらに本明細書で提供されるライブラリにおいて、複数のポリヌクレオチドは少なくとも約１００億のポリヌクレオチドを含む。さらに本明細書で提供されるライブラリにおいて、複数のポリヌクレオチドの各ポリヌクレオチドは、テザーによって構造の面に付けられる。さらに本明細書で提供されるライブラリにおいて、テザーは、切断試薬の存在下においてポリヌクレオチドから分離するように化学的に修飾された少なくとも１つのヌクレオチドを有する切断領域を含む。さらに本明細書で提供されるライブラリにおいて、テザーは約１０〜約５０塩基を含む。さらに本明細書で提供されるライブラリにおいて、ポリヌクレオチドの９０％より多くが、あらかじめ決定された配列と差異のない配列をコードする。さらに本明細書で提供されるライブラリにおいて、デジタル情報は、テキスト情報、オーディオ情報またはビジュアル情報をコードする。さらに本明細書で提供されるライブラリにおいて、ライブラリは３日未満で合成される。さらに本明細書で提供されるライブラリにおいて、ライブラリは２４時間未満で合成される。
さらに本明細書で提供されるのは、様々な量のデジタル情報をコードするポリヌクレオチドを合成する方法である。いくつかの例では、デジタル情報の量は少なくとも１ギガバイト（ＧＢ）である。いくつかの例では、デジタル情報の量は、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、５０、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、または１０００以上のギガバイトである。いくつかの例では、デジタル情報の量は少なくとも１テラバイト（ＴＢ）である。いくつかの例では、デジタル情報の量は、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、５０、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、または１０００以上のテラバイトである。いくつかの例では、デジタル情報の量は少なくとも１ペタバイト（ＰＢ）である。いくつかの例では、デジタル情報の量は、少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、５０、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、または１０００以上のペタバイトである。
以下の実施例は、本明細書に開示される実施形態の原則と実施を当業者により明確に例示するように明記され、請求される実施形態の範囲を制限するものとして解釈されはしない。別記されない限り、すべてのパーツと割合は重量単位である。
実施例１：デバイス面の官能基化
ポリヌクレオチドのライブラリのアタッチメントと合成を支持するために、デバイスを官能基化した。デバイス面をまず、９０％のＨ２ＳＯ４と１０％のＨ２Ｏ２を含むピラニア溶液を使用して２０分間、湿式洗浄（ウェットクリーニング）した。デバイスをＤＩ水を用いていくつかのビーカー内ですすぎ、５分間、ＤＩ水のグースネック型の栓下で保持し、そしてＮ２で乾燥させた。デバイスをその後に５分間、ＮＨ４ＯＨ（１：１００；３ｍＬ：３００ｍＬ）に浸し、ピストルを使用してＤＩ水ですすぎ、ＤＩ水を用いてこれらの３つの連続したビーカーにそれぞれ１分間浸し、次に再びピストルを使用してＤＩ水ですすいだ。次に、デバイス面をＯ２にさらすことによってデバイスをプラズマ洗浄した。ＳＡＭＣＯ ＰＣ−３００器具を使用して、下流モードで１分間、２５０ワットでＯ２のプラズマエッチングを行った。
浄化したデバイス面を、以下のパラメータで、ＹＥＳ−１２２４Ｐ蒸着オーブンシステムを使用して、Ｎ−（３−トリエトキシシリルプロピル）−４−ヒドロキシブチルアミドを含む溶液で能動的に官能基化した：０．５〜１トール、６０分間、７０℃、１３５℃の気化器。デバイス面を、Ｂｒｅｗｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ２００Ｘスピンコーターを使用してレジスト塗布した。ＳＰＲ（商標）３６１２フォトレジストを、４０秒間、２５００ｒｐｍでデバイス上にスピンコーティングした。Ｂｒｅｗｅｒホットプレート上で３０分間、９０℃でデバイスをあらかじめ焼いた。Ｋａｒｌ Ｓｕｓｓ ＭＡ６ マスクアライナ器具を使用して、デバイスをカール・イノシシＭＡ６、フォトリソグラフィにさらした。デバイスを２．２秒間、露出させ、ＭＳＦ ２６Ａで１分間、現像した。残りの現像液をピストルですすぎ、デバイスを５分間、水に浸した。デバイスをオーブンで３０分間、１００℃で焼き、続いてＮｉｋｏｎ Ｌ２００を使用してリソグラフィの欠陥を目視検査した。２５０ワットで１分間、Ｏ２プラズマエッチングを行うためにＳＡＭＣＯ ＰＣ−３００器具を使用し、残りのレジストを取り出すためにデスカム処理を使用した。
デバイス面を、１０ｕＬの軽油と混合した１００ｕｌのパーフルオロオクチルトリクロロシラン溶液を用いて受動的に官能基化した。デバイスをチャンバに置き、１０分間、ポンプでくみ上げ、その後にバルブをポンプに対して閉じ、１０分間静置させたままにした。チャンバを空気に通気させた。最大出力（クレストシステム上で９）の超音波処理を用いて、デバイスを７０℃で５分間、５００ｍＬのＮＭＰに２回漬けることによって、レジストストリップを行った。次に、最大出力の超音波処理を用いて、デバイスを室温で５分間、５００ｍＬのイソプロパノールに漬けた。デバイスを３００ｍＬの２００プルーフエタノールに漬け、Ｎ２を吹き付けて乾かした。官能基化された面を、ポリヌクレオチド合成の支持の役割を果たすように活性化させた。
実施例２：５０量体配列オリゴヌクレオチドの合成
２次元のオリゴヌクレオチド合成デバイスをフローセルにアセンブルし、それをフローセル（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ（ＡＢＩ３９４ ＤＮＡ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ））に接続した。２次元のオリゴヌクレオチド合成デバイスを、Ｎ−（３−トリエトキシシリルプロピル）−４−ヒドロキシブチルアミド（Ｇｅｌｅｓｔ）で均一に官能基化し、本明細書に記載されるオリゴヌクレオチド合成方法を使用して５０ｂｐ（「５０量体オリゴヌクレオチド」）の典型的なオリゴヌクレオチドを合成するために使用した。
５０量体の配列は、ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．：１．５’ＡＧＡＣＡＡＴＣＡＡＣＣＡＴＴＴＧＧＧＧＴＧＧＡＣＡＧＣＣＴＴＧＡＣＣＴＣＴＡＧＡＣＴＴＣＧＧＣＡＴ＃＃ＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴ３’（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．：１）に記載されるものであり、ここで＃は、チミジンスクシニルヘキサンアミドＣＥＤホスホラミダイト（ＣｈｅｍＧｅｎｅｓからのＣＬＰ−２２４４）を意味し、これは脱保護中に面からのポリヌクレオチドの放出を可能にする切断リンカーである。
表３のプロトコルに従い、およびＡＢＩＡＢＩシンセサイザにおいて、標準的なＤＮＡ合成化学（カップリング、キャッピング、酸化およびデブロッキング）を使用して、合成を行った。
Figure 0006871364
Figure 0006871364
ホスホラミダイト／活性化因子の組み合わせを、フローセルを通る大量の試薬の送達と同様に送達した。環境が試薬でずっと「湿った」ままであるため、乾燥工程は行わなかった。
より速いフローを可能にするために、フローレストリクタをＡＢＩ ３９４シンセサイザから取り除いた。フローレストリクタがないと、アミダイト（ＡＣＮ中に０．１Ｍ）、活性化剤（ＡＣＮ中に０．２５Ｍのベンゾイルチオテトラゾール（ＧｌｅｎＲｅｓｅａｒｃｈからの“ＢＴＴ”；３０−３０７０−ｘｘ））、およびＯＸ（２０％のピリジン中に０．０２ＭのＩ２、１０％の水、および７０％のＴＨＦ）に関するフロー速度は、およそ〜１００ｕＬ／秒であり、アセトニトリル（“ＡＣＮ”）およびキャッピング試薬（１：１のＣａｐＡとＣａｐＢの混合物、ＣａｐＡはＴＨＦ／ピリジン中の無水酢酸であり、ＣａｐＢはＴＨＦ中の１６％の１−メチルイミジゾール（ｍｅｔｈｙｌｉｍｉｄｉｚｏｌｅ）である）に関してはおよそ〜２００ｕＬ／秒であり、およびデブロック（トルエン中の３％のジクロロ酢酸）に関してはおよそ〜３００ｕＬ／秒であった（フローレストリクタがある場合のすべての試薬の〜５０ｕＬ／秒と比較）。酸化剤が完全に押し出されるまでの時間を観察し、化学物質のフロー時間のタイミングを適宜、調整し、および余分なＡＣＮ洗浄を異なる化学物質間に導入した。オリゴヌクレオチド合成の後、７５ｐｓｉで一晩、チップをガス状アンモニアで脱保護した。ポリヌクレオチドをアセンブルするために水を５滴、面に適用した。次に、アセンブルしたポリヌクレオチドを、ＢｉｏＡｎａｌｙｚｅｒ小型ＲＮＡチップで分析した（データは示さず）。
実施例３：１００量体配列オリゴヌクレオチドの合成
５０量体配列の合成に関して実施例２に記載されたのと同じプロセスを使用して、１００量体のオリゴヌクレオチドを合成した（“１００量体オリゴヌクレオチド”；５’ＣＧＧＧＡＴＣＣＴＴＡＴＣＧＴＣＡＴＣＧＴＣＧＴＡＣＡＧＡＴＣＣＣＧＡＣＣＣＡＴＴＴＧＣＴＧＴＣＣＡＣＣＡＧＴＣＡＴＧＣＴＡＧＣＣＡＴＡＣＣＡＴＧＡＴＧＡＴＧＡＴＧＡＴＧＡＴＧＡＧＡＡＣＣＣＣＧＣＡＴ＃＃ＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴ３’、ここで＃は、チミジンスクシニルヘキサンアミドＣＥＤホスホラミダイト（ＣｈｅｍＧｅｎｅｓからのＣＬＰ−２２４４）を意味する；ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．：２）２つの異なるシリコンチップ上におけるもの、１つ目は、Ｎ−（３−トリエトキシシリルプロピル）−４−ヒドロキシブチルアミドで均一に官能基化され、２つ目は１１−アセトキシウンデシルトリエトキシシランとｎ−デシルトリエトキシシランの５／９５の混合物で官能基化され、そして面から抽出されたポリヌクレオチドをＢｉｏＡｎａｌｙｚｅｒ器具で分析した（データは示さず）。
２つのチップからの１０のサンプルはすべて、以下の熱サイクルプログラムを用いて、順方向プライマー（５’ＡＴＧＣＧＧＧＧＴＴＣＴＣＡＴＣＡＴＣ３’；ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．：３）と逆方向プライマー（５’ＣＧＧＧＡＴＣＣＴＴＡＴＣＧＴＣＡＴＣＧ３’；ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ．：４）を使用し、５０ｕＬのＰＣＲ混合物中（２５ｕＬのＮＥＢ Ｑ５マスターミックス、２．５ｕＬ １０ｕＭの順方向プライマー、２．５ｕＬ １０ｕＭの逆方向プライマー、面から抽出された１ｕＬのポリヌクレオチド、および５０ｕＬ以下の水）で、さらにＰＣＲ増幅された：９８Ｃ、３０秒；９８Ｃ、１０秒；６３Ｃ、１０秒；７２Ｃ、１０秒；１２サイクルを繰り返す；７２Ｃ、２分。
ＰＣＲ生成物もまた、ＢｉｏＡｎａｌｙｚｅｒで分析され（データは示さず）、１００量体位置で鋭いピークを実証した。次に、ＰＣＲ増幅サンプルをクローニングし、およびサンガーシーケンシングを行った。表４は、チップ１からのスポット１−５から採取されたサンプル、およびチップ２からのスポット６−１０から採取されたサンプルに関する、サンガーシーケンシングの結果を概説する。
Figure 0006871364
したがって、合成オリゴヌクレオチドの高い品質と均一性は、異なる面化学的性質を伴う２つのチップ上で繰り返された。全体として、配列された２６２の１００量体のうち２３３に対応する８９％が、エラーのない完全な配列であった。
表５は、スポット１−１０からのオリゴヌクレオチドサンプルから得られた配列に関するエラー特性を概説する。
Figure 0006871364
実施例４：高精度のＤＮＡに基づく情報記憶とアセンブリ
デジタル情報は、合計約０．２ＧＢの１００を超える言語での世界人権宣言、プロジェクト・グーテンベルクの上位１００の書籍、およびシードデータベースに関するコンテンツを含む、二進データの形態で選ばれた。デジタル情報は核酸に基づく配列に暗号化され、ストリングに分けられた。各々がストリングに対応する、１０００万を超える非同一のポリヌクレオチドを、実施例２に記載のものと同様の方法で固いシリコン面上で合成した。非同一のポリヌクレオチドの各々は、２００以下の塩基の長さであった。合成ポリヌクレオチドを収集し、配列し、デジタルコードへと解読し直し、最初の少なくとも１つのデジタル配列と比較して、ソースデジタル情報に関して精度は１００％であった。
実施例５：核酸配列へのデジタル情報の変換
コンピュータｔｘｔファイルはテキスト情報を含む。汎用コンピュータは、受信した命令に依存して、塩基３、４または５の配列への配列の変換のための機械命令を有するソフトウェアプログラムを使用する。塩基３の各数は、核酸を指定する（例えばＡ＝０、Ｔ＝１、Ｃ＝２）。塩基４の各数は、核酸を指定する（例えばＡ＝０、Ｔ＝１、Ｃ＝２、Ｇ＝３）。代替的に、塩基５の５進法配列が使用され、塩基５の各数は核酸を指定する（例えばＡ＝０、Ｔ＝１、Ｃ＝２、Ｇ＝３、Ｕ＝４）。配列は、表６に表されるように生成される。次に、核酸配列をコードするポリヌクレオチドの新規合成に、機械命令を提供する。
Figure 0006871364
実施例６：高密度の座を有する柔らかい面
熱可塑性材料を含む柔らかい構造は、ヌクレオシドカップリング試薬でコーティングされる。コーティング剤は高密度の座に関してパターン化される。柔らかい面の一部は図１１Ａに例示される。各座の直径は１０ｕｍであり、２つの隣接した座の間の中心間の距離は２１ｕｍである。座のサイズは、ポリヌクレオチド合成沈着工程中に、０．２ｐｌの液滴量を収容するのに十分である。小さな座の寸法は、高密度のポリヌクレオチドが基質の面の上で合成されることを可能にする。座の密度は、２２億座／ｍ２である（１座／４４１×１０−１２ｍ２）。４．５ｍ２の基質は、１００億の座を有し、各々が１０ｕｍの直径であるように製造される。柔らかい構造は、ポリヌクレオチド合成のために、連続的なループシステム（図９Ａ）またはオープンリール式システム（図９Ｂ）に随意に配置される。
実施例７：柔らかい構造上でのポリヌクレオチド合成
柔らかい構造は、熱可塑性の柔らかい物質上に複数の座を含むように調製される。構造は、沈着デバイスを含むポリヌクレオチド合成デバイスを使用するポリヌクレオチド合成の支持として役立つ。柔らかい構造は、磁気オープンリール式テープのような柔らかい媒体の形態である。
新規合成は一貫生産ライン方式で行われ、ここで構造は溶媒浴を通り、次に積み重ねられたプリントヘッドの下を通り、ここでホスホラミダイトが構造の面上に印刷される。液滴を面上に沈着させた柔らかい構造を、酸化剤の槽に丸めて入れ、次にテープを酸化浴から取り出してアセトニトリル洗浄槽に浸し、その後にデブロッキング槽に沈めた。随意に、テープをキャッピング浴に通す。代替的なワークフローでは、柔らかい構造を酸化浴から取り出し、洗浄工程においてアセトニトリルを吹きかける。
代替的に、スプレーバーは流体浴の代わりに使用される。このプロセスでは、ヌクレオチドは依然としてインクジェットデバイスで面上に沈着されるが、ここでは充満工程はスプレーノズルを用いてチャンバで行われる。例えば、沈着デバイスは２，０４８のノズルを有し、その各々は、１滴あたり１つの核酸塩基に毎秒１００，０００滴を沈着する。標準的なホスホラミダイト化学作用における充満工程の順序を模倣するために、スプレーノズルの連続した順序がある。この技術は、異なる処理工程に適合するために、スプレーバーに装填された化学物質を容易に変更できるようにする。ポリヌクレオチドは、実施例２に記載されるのと同じ方法で脱保護され、または切断される。
各沈着デバイスごとに、１日当たり約１．７５×１０１３より多くの核酸塩基が基質上に沈着される。複数の２００核酸塩基のポリヌクレオチドが合成される。３日間で、１日当たり１．７５×１０１３塩基の比率で、少なくとも約２６２．５×１０９ポリヌクレオチドが合成される。各オリゴヌクレオチド配列は、より長いポリヌクレオチドに埋め込まれた少なくとも１５塩基のポリヌクレオチドを含む。１つの例では、ポリヌクレオチドは、５’〜３’の順序で少なくとも：リンカー領域、切断領域、第１のプライマー結合領域、バーコード領域、標的配列領域、および第２のプライマー領域を有するように設計される。
実施例８：新規合成に続くポリヌクレオチドの静電転写
ポリヌクレオチドは実施例２−３と同様に合成される。ポリヌクレオチド合成に続いて、ポリヌクレオチドは、静電力を使用して構造内のチャネルから１つ以上のチャネルまたは受信ユニットに転写される。
ポリヌクレオチドに付着する水性またはガスの転写媒体が沈着される。チャネルは、チャネルの上に位置する相互に連結した導電性プレートに囲まれる。転写媒体は、導電性プレートによって作り出された静電場と反応する荷（正または負）を含む。電位が、相互に連結した導電性プレート間に適用され、結果として転写媒体の引きつけと、チャネルの開放を通じたポリヌクレオチドの転写をもたらす。
チャネルからポリヌクレオチドを退けるために、チャネルは、チャネルの下に位置する相互に連結した導電性プレートに囲まれる。電位が相互に連結した導電性プレート間に適用されると、転写媒体がチャネルから、１つ以上のチャネルまたは受信ユニットへと退けられる。
実施例９：振動力を使用した新規合成に続くポリヌクレオチドの転写
ポリヌクレオチドは実施例２−３と同様に合成される。ポリヌクレオチド合成に続いて、ポリヌクレオチドは、振動力を使用して構造内のチャネルから１つ以上のチャネルまたは受信ユニットに転写される。
ポリヌクレオチドに付着する水性またはガスの転写媒体が沈着される。チャネルは振動エネルギーアプリケータに囲まれている。振動エネルギーは、振動エネルギーアプリケータを介して適用され、結果として、チャネルの開口部を介した１つ以上のチャネルまたは受信ユニットへのポリヌクレオチドの転写をもたらす。
実施例１０：スリップを使用した新規合成に続くポリヌクレオチドの転写
ポリヌクレオチドは実施例２−３と同様に合成される。ポリヌクレオチド合成に続いて、ポリヌクレオチドは、スリップを使用して構造内のチャネルから１つ以上のチャネルまたは受信ユニットに転写される。
ポリヌクレオチドに付着する水性またはガスの転写媒体が沈着される。スリップは角度をつけて構造に接するように配置される。例えば１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°、７０°または８０°のいずれかで、構造に対してスリップを回転させることによって、転写媒体は１つ以上のチャネルまたは受信ユニットに転写される。
実施例１１：適用された圧力を使用した新規合成に続くポリヌクレオチドの転写
ポリヌクレオチドは実施例２−３と同様に合成される。ポリヌクレオチド合成に続いて、ポリヌクレオチドは、適用された圧力を使用して構造内のチャネルから１つ以上のチャネルまたは受信ユニットに転写される。
ポリヌクレオチドに付着する水性またはガスの転写媒体が沈着される。ガスまたは流体内の適用された圧力および圧力解放は、転写媒体を構造内のチャネルに通すために使用される。圧力差の生成によって、圧力解放の開放が、転写媒体をチャネルに通させる。
実施例１２：適用された圧力とノズルを使用した新規合成に続くポリヌクレオチドの転写
ポリヌクレオチドは実施例２−３と同様に合成される。ポリヌクレオチド合成に続いて、ポリヌクレオチドは、適用された圧力とノズルを使用して柔らかい構造内のチャネルから１つ以上のチャネルまたは受信ユニットまで移される。
ポリヌクレオチドに付着する水性またはガスの転写媒体が沈着される。柔らかい構造は、チャネルがノズルの下に整列するようにローラーを使用して動かされる。次にノズルは、チャネルに圧力を加え、転写媒体をチャネルに通させる。
実施例１３：ピンを使用した新規合成に続くポリヌクレオチドの転写
ポリヌクレオチドは実施例２−３と同様に合成される。ポリヌクレオチド合成に続いて、ポリヌクレオチドは、ピンを使用して構造内のチャネルから１つ以上のチャネルまたは受信ユニットまで転写される。
ポリヌクレオチドに付着する水性またはガスの転写媒体が沈着される。ピンは転写媒体に接触し、およびそれを引き付け、ピンと構造との間の相対的な垂直運動は、構造から１つ以上のチャネルまたは受信ユニットへと転写媒体を転写する。
本発明の好ましい実施形態が本明細書に示され、記載されたが、そのような実施形態が単なる例として提供されていることは、当業者にとって明白だろう。多数の変形、変更、および置き換えが、本発明から逸脱することなく、当業者によって想到されるだろう。本明細書に記載される本発明の実施形態の様々な代案が、本発明の実施において利用され得ることを理解されたい。以下の特許請求の範囲は本発明の範囲を定義するものであり、この特許請求の範囲内の方法と構造、およびそれらの同等物を包含することが意図されている。

Claims (22)

  1. 情報を保存し、および情報にアクセスするための方法であって、該方法は：
    ａ）少なくとも１つのデジタル配列の形態の情報の少なくとも１項目を、少なくとも１
    つの核酸配列に変換する工程；
    ｂ）面を含む構造を提供する工程；
    ｃ）共同して少なくとも１つの核酸配列をコードする、あらかじめ決定された配列を有
    する複数のポリヌクレオチドを合成する工程であって、各ポリヌクレオチドは面から伸長
    する、工程；
    ｄ）複数のポリヌクレオチドを保存する工程；および
    ｅ）受信ユニットに複数のポリヌクレオチドを選択的に転写する工程であって、選択的
    に転写する工程は静電力の適用を含み、および複数のポリヌクレオチドは共同して少なく
    とも１つの核酸配列の単一の核酸配列をコードする、工程、
    を含む、方法。
  2. 受信ユニットに複数のポリヌクレオチドを選択的に転写する工程は、伝導性部材および、構造と伝導性部材の間にボルテージポテンシャルを適用する工程をさらに含む、請求項１に記載
    の方法。
  3. 受信ユニットに複数のポリヌクレオチドを選択的に転写する工程は、圧力解放または圧
    力ノズルを使用する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  4. 共同して少なくとも１つの核酸配列をコードする、あらかじめ決定された配列を有する
    複数のポリヌクレオチドを合成する工程は、圧力ノズルを使用する工程をさらに含む、請
    求項３に記載の方法。
  5. 共同して少なくとも１つの核酸配列をコードする、あらかじめ決定された配列を有する
    複数のポリヌクレオチドを合成する工程は、圧力ノズルを通じてポリヌクレオチドを充満
    させる工程をさらに含む、請求項３に記載の方法。
  6. 共同して少なくとも１つの核酸配列をコードする、あらかじめ決定された配列を有する
    複数のポリヌクレオチドを合成する工程は、圧力ノズルを通じてヌクレオチドを沈着させる工程をさらに含む、請求項３に記載の方法。
  7. 複数のポリヌクレオチドを配列する工程；および
    少なくとも１つのデジタル配列をアセンブルする工程、
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
  8. アセンブルした少なくとも１つのデジタル配列は、最初の少なくとも１つのデジタル配
    列と比較して１００％の精度である、請求項７に記載の方法。
  9. 情報を収集するための方法であって、該方法は：
    ａ）面を含む構造を提供する工程であって、該構造は：
    少なくとも１つの核酸配列を共同してコードする、あらかじめ決定された配列を有す
    る第１の複数のポリヌクレオチド；および少なくとも１つの核酸配列を共同してコードす
    る、あらかじめ決定された配列を有する第２の複数のポリヌクレオチドを含み、ここで、
    第１の複数のポリヌクレオチドと第２の複数のポリヌクレオチドの両方が面から伸長し、
    同じ少なくとも１つの核酸配列を共にコードする、工程；
    ｂ）第１の複数のポリヌクレオチドを含む前記構造の領域を選択的に分離し、および面
    から第１の複数のポリヌクレオチドを除去する工程であって、面から第１の複数のポリヌ
    クレオチドを除去する工程が静電力の適用を含む、工程；および、
    ｃ）情報の１項目をコードする少なくとも１つのデジタル配列を形成するために、少な
    くとも１つの核酸配列を配列し、かつ解読する工程、
    を含む、方法。
  10. 第１の複数のポリヌクレオチドを含む構造の領域は、チャネルまたはウェルのクラスタ
    を含む、請求項９に記載の方法。
  11. 構造は、ガラス、石英ガラス（ｆｕｓｅ ｓｉｌｉｃａ）、シリコン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、プラスチック（例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、およびそれらの混合物など）、および金属（例えば、金、白金など）の剛性材料を含む固い構造である、請求項９に記載の方法。
  12. 構造は、ナイロン（未修飾のナイロン、修飾されたナイロン、透明なナイロン）、ニトロセルロース、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリウレタン、ポリスチレン、アセタール、アクリル樹脂、アクリロニトリル、ブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリエチレンテレフタレート等のフィルム、ポリメタクリル酸メチルまたは他のアクリル樹脂、ポリ塩化ビニルまたは他のビニル樹脂、プリンター用の透明なＰＶＣ箔、ポリ（メタクリル酸メチル）（ＰＭＭＡ）、メタクリル酸共重合体、スチレンポリマー、高屈折率ポリマー、フッ素含有高分子、ポリエーテルスルフォン、脂環式構造を含むポリイミド、ゴム、ファブリック、金属フォイル、およびそれらの任意の組み合わせ等の熱可塑性材料を含む柔らかい構造である、請求項９に記載の方法。
  13. 第１の複数のポリヌクレオチドを欠いている構造の残りの部分のみを含む構造の領域は
    、元通りになるよう一緒にスプライシングされる、請求項９に記載の方法。
  14. 面から第１の複数のポリヌクレオチドを除去する工程は、伝導性部材および、構造と伝導性部材の間にボルテージポテンシャルを適用する工程を含む、請求項９に記載の方法。
  15. 面から第１の複数のポリヌクレオチドを除去する工程は、圧力解放または圧力ノズルを
    使用する工程をさらに含む、請求項９に記載の方法。
  16. 第１の複数のヌクレオチドの各ポリヌクレオチドは、最大で５００塩基の長さを含む、
    請求項９に記載の方法。
  17. 第１の複数のヌクレオチドの各ポリヌクレオチドは、最大で２００塩基の長さを含む、
    請求項９に記載の方法。
  18. 第２の複数のヌクレオチドの各ポリヌクレオチドは、最大で５００塩基の長さを含む、
    請求項９に記載の方法。
  19. 第２の複数のヌクレオチドの各ポリヌクレオチドは、最大で２００塩基の長さを含む、
    請求項９に記載の方法。
  20. 情報の項目の量は少なくとも１ギガバイトである、請求項９に記載の方法。
  21. 情報の項目の量は少なくとも１テラバイトである、請求項９に記載の方法。
  22. 情報の項目の量は少なくとも１ペタバイトである、請求項９に記載の方法。
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