JP7493452B2 - オリゴヌクレオチド及び核酸の合成 - Google Patents
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Description
は、核酸配列の長さにわたって増加し、全長遺伝子及びゲノム等のより長いポリヌクレオチドの提供における著しい困難につながり、非常に低い全体的収率、並びに出発材料及び中間体の浪費、並びにオリゴヌクレオチド混合物を最後に形成する可能性をもたらす。
(i)各部位に、5’-OH保護基を含む複数のヌクレオシド又はヌクレオチド(好ましくは、ジ-ヌクレオチド又はトリ-ヌクレオチド)を用意するステップであり、ヌクレオシド又はヌクレオチドが、固体基板の表面上に固定されるステップと;
(ii)固体基板の表面上の選択された部位におけるヌクレオシド又はヌクレオチドの5’-OHにおいて熱的に制御された脱保護を行って、選択された部位のそれぞれにおいて、脱保護された5’-OH基を有するヌクレオシド(又はヌクレオチド)を形成するステップと;
(iii)選択された部位のそれぞれにおいて、脱保護された5’-OH基上に、5’-OH保護基を含むヌクレオシド3’-ホスホロアミダイト(又はジ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイト又はトリ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイト)をカップリングするステップと;得られた亜リン酸トリエステル基を酸化して、リン酸トリエステル基とするステップと;
(iv)基板の表面上の選択された部位におけるヌクレオシド又はヌクレオチドの5’-OHにおいて熱的に制御された脱保護を行うステップであり、選択された部位が、前のステップ(preceeding step)の選択された部位と同じであっても異なっていてもよいステップと、
(v)選択された部位のそれぞれにおいて、脱保護された5’-OH基上に、5’-OH保護基を含むヌクレオシド3’-ホスホロアミダイト(又はジ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイト又はトリ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイト)をカップリングするステップと;得られた亜リン酸トリエステル基を酸化して、リン酸トリエステル基とするステップと;
(vi)ステップ(iv)及び(v)を1又は2回以上繰り返して、固体基板の表面上の各部位において所望のオリゴヌクレオチドを得るステップと
を含む、方法を包括する。
(i)各部位に、5’-OHにおいて熱的に開裂可能な保護基を含む複数のヌクレオシド又はヌクレオチド(好ましくは、ヌクレオチドは、ジ-ヌクレオチド又はトリ-ヌクレオチドである)を用意するステップであり、ヌクレオシドが、熱的に開裂可能なリンカー基を介して3’位において固体基板の表面に結合しているステップと;
(ii)チップの表面上の選択された部位におけるヌクレオシドの5’-OHにおいて熱的に制御された脱保護を行って、選択された部位のそれぞれにおいて、脱保護された5’-OH基を有するヌクレオシド又はヌクレオチド)を形成するステップと;
(iii)選択された部位のそれぞれにおいて、脱保護された5’-OH基上に、熱的に開裂可能な5’-OH保護基を含むヌクレオシド3’-ホスホロアミダイト(又はジ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイト又はトリ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイト)をカップリングするステップと;得られた亜リン酸トリエステル基を酸化して、リン酸トリエステル基とするステップと;
(iv)基板の表面上の選択された部位におけるヌクレオシド又はヌクレオチドの5’-OHにおいて熱的に制御された脱保護を行うステップであり、選択された部位が、前ステップの選択された部位と同じであっても異なっていてもよいステップと、
(v)選択された部位のそれぞれにおいて、脱保護された5’-OH基上に、熱的に開裂可能な5’-OH保護基を含むヌクレオシド3’-ホスホロアミダイト(又はジ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイト又はトリ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイト)をカップリングするステップと;得られた亜リン酸トリエステル基を酸化して、リン酸トリエステル基とするステップと;
(vi)ステップ(iv)及び(v)を1又は2回以上繰り返して、チップの表面上の各部位において所望のオリゴヌクレオチドを得るステップであり、チップが、個々に熱的に対処可能な部位を含むステップと
を含む、方法を提供する。
された、故に脱保護された5’-OH基を有する部位のみで生じ、他の部位は影響を受けないままである。該方法は、各部位における所望のオリゴヌクレオチドの高忠実度並列合成を可能にする。
本明細書において使用される用語は、別段の指示がない限り、当技術分野におけるそれらの普通の意味を有する。
-メチルブチル、2,2-ジメチルプロピル、1-エチルプロピル、ヘキシル、1,1-ジメチルプロピル、1,2-ジメチルプロピル、1-メチルペンチル、2-メチルペンチル、3-メチルペンチル、4-メチルペンチル、1,1-ジメチルブチル、1,2-ジメチルブチル、1,3-ジメチルブチル、2,2-ジメチルブチル、2,3-ジメチルブチル、3,3-ジメチルブチル、1-エチルブチル、2-エチルブチル、1,1,2-トリメチルプロピル、1,2,2-トリメチルプロピル、1-エチル-1-メチルプロピル、1-エチル-2-メチルプロピル、ヘプチル、オクチル、2-エチルヘキシル、ノニル及びデシル並びにそれらの異性体である。より好ましくは、アルキル基は、1~6個の炭素原子、特に、メチル、エチル、プロピル、1-メチルエチル、ブチル、1-メチルプロピル、2-メチルプロピル、1,1-ジメチルエチル、ペンチル、1-メチルブチル、2-メチルブチル、3-メチルブチル、2,2-ジメチルプロピル、1-エチルプロピル、ヘキシル、1,1-ジメチルプロピル、1,2-ジメチルプロピル、1-メチルペンチル、2-メチルペンチル、3-メチルペンチル、4-メチルペンチル、1,1-ジメチルブチル、1,2-ジメチルブチル、1,3-ジメチルブチル、2,2-ジメチルブチル、2,3-ジメチルブチル、3,3-ジメチルブチル、1-エチルブチル、2-エチルブチル、1,1,2-トリメチルプロピル、1,2,2-トリメチルプロピル、1-エチル-1-メチルプロピル及び1-エチル-2-メチルプロピルを含有することができる。アルキルは、単一又は複数の縮合環を有する3~10個の炭素原子を含有することができるシクロアルキル基も包括する。好ましいシクロアルキル基は、アダマンチル、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル又はヘキシルを包含する。
プロペニル、1-ヘキセニル、2-ヘキセニル、3-ヘキセニル、4-ヘキセニル、5-ヘキセニル、1-メチル-1-ペンテニル、2-メチル-1-ペンテニル、3-メチル-1-ペンテニル、4-メチル-1-ペンテニル、1-メチル-2-ペンテニル、2-メチル-2-ペンテニル、3-メチル-2-ペンテニル、4-メチル-2-ペンテニル、1-メチル-3-ペンテニル、2-メチル-3-ペンテニル、3-メチル-3-ペンテニル、4-メチル-3-ペンテニル、1-メチル-4-ペンテニル、2-メチル-4-ペンテニル、3-メチル-4-ペンテニル、4-メチル-4-ペンテニル、1,1-ジメチル-2-ブテニル、1,1-ジメチル-3-ブテニル、1,2-ジメチル-1-ブテニル、1,2-ジメチル-2-ブテニル、1,2-ジメチル-3-ブテニル、1,3-ジメチル-1-ブテニル、1,3-ジメチル-2-ブテニル、1,3-ジメチル-3-ブテニル、2,2-ジメチル-3-ブテニル、2,3-ジメチル-1-ブテニル、2,3-ジメチル-2-ブテニル、2,3-ジメチル-3-ブテニル、3,3-ジメチル-1-ブテニル、3,3-ジメチル-2-ブテニル、1-エチル-1-ブテニル、1-エチル-2-ブテニル、1-エチル-3-ブテニル、2-エチル-1-ブテニル、2-エチル-2-ブテニル、2-エチル-3-ブテニル、1,1,2-トリメチル-2-プロペニル、1-エチル-1-メチル-2-プロペニル、1-エチル-2-メチル-1-プロペニル及び1-エチル-2-メチル-2-プロペニル、並びにシクロペンテン-4-イルを包含する。
Organic Synthesis" , Fifth edition (2014), Peter G.M. Wuts,Wileyから周知である。
(i)各部位に、5’-OH保護基を含む複数のヌクレオシド又はヌクレオチド(好ましくは、ヌクレオチドは、ジ-ヌクレオチド又はトリ-ヌクレオチドである)を用意するステップであり、ヌクレオシド又はヌクレオチドが、固体基板の表面上に固定されるステップと;
(ii)固体基板の表面上の選択された部位におけるヌクレオシド又はヌクレオチドの5’-OHにおいて熱的に制御された脱保護を行って、選択された部位のそれぞれにおいて、脱保護された5’-OH基を有するヌクレオシドを形成するステップと;
(iii)選択された部位のそれぞれにおいて、脱保護された5’-OH基上に、ヌクレオシド3’-ホスホロアミダイト又はヌクレオチド3’-ホスホロアミダイト(好ましくは、ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイトは、ジ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイト又はトリ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイトである)をカップリングするステップであり、ヌクレオシド3’-ホスホロアミダイト又はヌクレオチド3’-ホスホロアミダイトが、5’-OH保護基を含むステップと;得られた亜リン酸トリエステル基を酸化して、リン酸トリエステル基とするステップと;
(iv)基板の表面上の選択された部位におけるヌクレオシド又はヌクレオチドの5’-OHにおいて熱的に制御された脱保護を行うステップであり、選択された部位が、前ステップの選択された部位と同じであっても異なっていてもよいステップと、
(v)選択された部位のそれぞれにおいて、脱保護された5’-OH基上に、ヌクレオシド3’-ホスホロアミダイト又はヌクレオチド3’-ホスホロアミダイト(好ましくは、ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイトは、ジ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイト又はトリ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイトである)をカップリングするステップであり、ヌクレオシド3’-ホスホロアミダイト又はヌクレオチド3’-ホスホロアミダイトが、5’-OH保護基を含むステップと;得られた亜リン酸トリエステル基を酸化して、リン酸トリエステル基とするステップと;
(vi)ステップ(iv)及び(v)を1又は2回以上繰り返して、固体基板の表面上の各部位において所望のオリゴヌクレオチドを得るステップと
を含む、方法を提供する。
には、基板の表面とそれぞれ結合している、複数の同じ出発ヌクレオシドがあってよい。異なる反応部位は、合成される所望のオリゴヌクレオチドに応じて、異なる表面結合したヌクレオシド又はヌクレオチドを含んでよい。反応部位は独立した熱制御下にあるため、各反応部位を使用して、他の反応部位とは独立して、異なるオリゴヌクレオチドを合成してよい。好ましくは、ステップ(i)において、固体基板の表面にヌクレオシド(「出発ヌクレオシド」)を用意する。
チベーター部分を保護する保護基は、すべての部位において除去され得、熱的に開裂可能な保護基によって基板の表面に結合している複数のオリゴヌクレオチドをもたらすことである。これらのオリゴヌクレオチドは、熱的手段下、高度に選択的に放出され得、それにより、いかなるその後のオリゴヌクレオチドハイブリダイゼーションプロセスに関しても高度の制御を可能にする。
ステップ(i)において、固体基板の表面上の各部位に、5’-OH保護基を含む複数のヌクレオシド又はヌクレオチド(好ましくはヌクレオシド)を用意し、ヌクレオシド又はヌクレオチドを固体基板の表面に固定する。上記で指し示した通り、固体基板の表面に、ヌクレオシド(「出発ヌクレオシド」)又はヌクレオチド(「出発ヌクレオチド」-ジ又はトリヌクレオチドであってもよい)を用意し、これらが表面に結合して「反応部位」を形成する。単一の反応部位内に、それぞれ基板の表面に結合している複数の同じ出発ヌクレオシド又はヌクレオチドがあってよい。異なる反応部位は、合成される所望のオリゴヌクレオチドに応じて、異なる表面結合したヌクレオシド又はヌクレオチドを含んでいてよい。
能なリンカー基を介してヌクレオシド3’位(又はヌクレオチド3’位)において固体基板の表面に結合しており、第1のヌクレオシドを表面に結合している熱的に開裂可能なリンカーは、オリゴヌクレオチド合成ステップ中の除去に対して安定である。
[式中、
- L1-A1-P1は、一緒になって、ヌクレオシドの3’-OH基における表面との結合のためのセーフティキャッチリンカーを表し、
- P1は、保護基を表し、
- L1は、熱的に開裂可能なリンカー部分を表し、
- A1は、P1の除去時に、固体表面からの開裂可能なリンカーの開裂を引き起こすことができる、アクチベーター部分を表し;
- P2-A2-L2は、一緒になって、セーフティキャッチ5-OH保護基を表し、
- P2は、保護基を表し、
- L2は、開裂可能なリンカー部分を表し、
- A2は、P2の除去時に、5’-OH保護基の除去を引き起こすことができる、アクチベーター部分を表し;
- mは、各出現において、同じであるか又は異なり、1又は2を表し;
- L0は、第1のヌクレオシドの、開裂可能なリンカー基を介する表面との結合のための部分を表し;
- B1は、保護されていてもよい標準的な又は保護されていてもよい非標準的な核酸塩基を表し、
A1、A2、L1及びL2は、同じであっても異なっていてもよく、P1及びP2は、異なり、異なる条件又は試薬下で除去可能である]。好ましくは、核酸塩基上の保護基は、存在する場合、オリゴヌクレオチド合成中の除去に対して安定である。同じように、ヌクレオシド3’-ホスホロアミダイト上の保護基P4は、オリゴヌクレオチド合成中の除去に対して安定である。核酸塩基保護基は、好ましくは、オリゴヌクレオチド合成の終わりに、ホスフェート保護基(例えば、P4)とともに除去されてよい。
(a)各部位が熱的に不安定なリンカー基で官能基化されている複数の部位を含む固体表面を用意するステップであり、そのそれぞれが、
- L’-A’-P’は、一緒になって、表面とL0を介して結合しているセーフティキャッチリンカーを表し、
- P’は、アクチベーター部分のための保護基を表し、
- L’は、開裂可能なリンカー部分を表し、
- A’は、P’の除去時に、固体表面からの開裂可能なリンカー基の開裂を引き起こすことができる、アクチベーター部分を表し;
- m=1又は2であり;
- L0は、開裂可能なリンカー基の、表面との結合のための部分を表す]
によって表されるステップと;
(b)保護基P’を除去して、それにより、
(c)固体表面上の選択された部位におけるアクチベーター部分A’を介する開裂可能なリンカーL’の熱的に制御された脱保護、及び、脱保護部位を、式:
- L1-A1-P1は、一緒になって、第1のヌクレオシドの3’-OH基における表面との結合のためのセーフティキャッチリンカーを表し、
- P1は、保護基を表し、
- L1は、開裂可能なリンカー部分を表し、
- A1は、P1の除去時に、固体表面からの開裂可能なリンカーの開裂を引き起こすことができる、アクチベーター部分を表し;
- P2-A2-L2は、一緒になって、セーフティキャッチ5’-OH保護基を表し、
- P2は、保護基を表し、
- L2は、開裂可能なリンカー部分を表し、
- A2は、P2の除去時に、5’-OH保護基の除去を引き起こすことができる、アクチベーター部分を表し;
- mは、各出現において、同じであるか又は異なり、1又は2を表し;
- B1は、保護されていてもよい標準的な又は保護されていてもよい非標準的な核酸塩基を表し[好ましくは、核酸塩基は、アデニン(A)、シトシン(C)、グアニン(G)又はチミン(T)のうちの1つである]
によって表されるヌクレオシド(「出発ヌクレオシド」)とカップリングするステップと、
(d)前ステップにおいて脱保護されなかった、選択された部位におけるアクチベーター部分A’を介する開裂可能なリンカーL’の熱的に制御された脱保護、及び、脱保護部位を、別のヌクレオシド、好ましくは他の3つの標準的な核酸塩基のうちの1つを含むヌクレオシドとカップリングするステップと、
(e)他の残りのヌクレオシドを用いてステップ(d)を繰り返し;
それにより、固体表面上に複数の部位を形成するステップであり、固体表面が、核酸塩基を含有する複数の5’-OH保護ヌクレオシド(セーフティキャッチ保護基-L2-A2-P2で保護されている)を含み、核酸塩基が、保護されていてもよい標準的な又は保護されていてもよい非標準的な核酸塩基であり[好ましくは、核酸塩基は、A、C、G及びTである]、ヌクレオシドが、開裂可能なリンカー基-L1-A1-P1-を介して固体表面と3’-OHにおいてそれぞれ結合しているステップと
を含む。
(a)各部位が熱的に不安定なリンカー基で官能基化されている複数の部位を含む固体表面を用意するステップであり、そのそれぞれが、
- L’-A’-P’は、一緒になって、表面とL0を介して結合しているセーフティキャッチリンカーを表し、
- P’は、アクチベーター部分のための保護基を表し、
- L’は、開裂可能なリンカー部分を表し、
- A’は、P’の除去時に、固体表面からの開裂可能なリンカー基の開裂を引き起こすことができる、アクチベーター部分を表し;
- m=1又は2であり;
- L0は、開裂可能なリンカー基の、表面との結合のための部分を表す]
によって表されるステップと;
(b)保護基P’を除去して、それにより、
(c)固体表面上の選択された部位におけるアクチベーター部分A’を介する開裂可能なリンカーL’の熱的に制御された脱保護、及び、脱保護部位を、式:
- L1-A1-P1は、一緒になって、第1のヌクレオシドの3’-OH基における表面との結合のためのセーフティキャッチリンカーを表し、
- P1は、保護基を表し、
- L1は、開裂可能なリンカー部分を表し、
- A1は、P1の除去時に、固体表面からの開裂可能なリンカーの開裂を引き起こすことができる、アクチベーター部分を表し;
- P2-A2-L2は、一緒になって、セーフティキャッチ5’-OH保護基を表し、
- P2は、保護基を表し、
- L2は、開裂可能なリンカー部分を表し、
- A2は、P2の除去時に、5’-OH保護基の除去を引き起こすことができる、アクチベーター部分を表し;
- mは、各出現において、同じであるか又は異なり、1又は2を表し;
- B1は、保護されていてもよい標準的な又は保護されていてもよい非標準的な核酸塩基を表し[好ましくは、核酸塩基は、アデニン(A)、シトシン(C)、グアニン(G)又はチミン(T)のうちの1つである]
によって表されるヌクレオシド(「出発ヌクレオシド」)とカップリングするステップと、
(d)前ステップにおいて脱保護されなかった、選択された部位におけるアクチベーター部分A’を介する開裂可能なリンカーL’の熱的に制御された脱保護、及び、脱保護部位を、別のヌクレオシド、好ましくは他の3つの標準的な核酸塩基のうちの1つを含むヌクレオシドとカップリングするステップと、
(e)他の残りのヌクレオシドを用いてステップ(d)を繰り返し;
それにより、固体表面上に複数の部位を形成するステップであり、固体表面が、核酸塩基を含有する複数の5’-OH保護ヌクレオシド(セーフティキャッチ保護基-L2-A2-P2で保護されている)を含み、核酸塩基が、保護されていてもよい標準的な又は保護されていてもよい非標準的な核酸塩基であり[好ましくは、核酸塩基は、A、C、G及びTである]、ヌクレオシドが、開裂可能なリンカー基-L1-A1-P1-を介して固体表面と3’-OHにおいてそれぞれ結合しているステップと
を含む。
- L1-A1-P1は、一緒になって、第1のヌクレオシドの3’-OH基における表面との結合のためのセーフティキャッチリンカーを表し、
- P1は、保護基を表し、
- L1は、開裂可能なリンカー部分を表し、
- A1は、P1の除去時に、固体表面からの開裂可能なリンカーの開裂を引き起こすことができる、アクチベーター部分を表し;
- P2-A2-L2は、一緒になって、セーフティキャッチ5’-OH保護基を表し、
- P2は、保護基を表し、
- L2は、開裂可能なリンカー部分を表し、
- A2は、P2の除去時に、5’-OH保護基の除去を引き起こすことができる、アクチベーター部分を表し;
- P4は、ホスフェート保護基を表し;
- mは、各出現において、同じであるか又は異なり、1又は2を表し;
B1及びB2は、同じであっても異なっていてもよく、それぞれ独立して、保護されていてもよい標準的な又は保護されていてもよい非標準的な核酸塩基を表し、好ましくは、核酸塩基は、アデニン(A)、シトシン(C)、グアニン(G)又はチミン(T)のうちの1つである]
によって表されるジ-ヌクレオチドであってよいヌクレオチド(「出発ヌクレオチド」)とカップリングさせるステップとを含んでよい。
- L1-A1-P1は、一緒になって、第1のヌクレオシドの3’-OH基における表面との結合のためのセーフティキャッチリンカーを表し、
- P1は、保護基を表し、
- L1は、開裂可能なリンカー部分を表し、
- A1は、P1の除去時に、固体表面からの開裂可能なリンカーの開裂を引き起こすことができる、アクチベーター部分を表し;
- P2-A2-L2は、一緒になって、セーフティキャッチ5’-OH保護基を表し、
- P2は、保護基を表し、
- L2は、開裂可能なリンカー部分を表し、
- A2は、P2の除去時に、5’-OH保護基の除去を引き起こすことができる、アクチベーター部分を表し;
- 各P4は、同じであっても異なっていてもよく、それぞれ独立して、ホスフェート保護基を表し;
- mは、各出現において、同じであるか又は異なり、1又は2を表し;
- B1、B2及びB3は、同じであっても異なっていてもよく、それぞれ独立して、保護されていてもよい標準的な又は保護されていてもよい非標準的な核酸塩基を表し、好ましくは、核酸塩基は、アデニン(A)、シトシン(C)、グアニン(G)又はチミン(T)のうちの1つである]
によって表されるトリ-ヌクレオチドであってよいヌクレオチド(「出発ヌクレオチド」)とカップリングするステップとを含んでよい。
チドを調製するように、選択された部位における脱保護された5’-OH基を、5’-OH保護ヌクレオシド又は5’-OH保護ヌクレオチドとカップリングする[ステップ(c)]。その後のステップにおいて、表面上の他の選択された部位を、5’-OH基の熱的脱保護に供し、得られた脱保護基を、異なる5’-OH保護ヌクレオシド又は5’-OH保護ヌクレオチドと反応させる[ステップ(d)]。基板の表面上のすべての所望の部位が、所望の5’-OH保護ヌクレオシド又は5’-OH保護ヌクレオチドを装着して、オリゴヌクレオチドの独立した並列合成のための出発ヌクレオシド/ヌクレオチドを形成するまで、脱保護/カップリングステップを繰り返す。
オリゴヌクレオチド合成プロセスの種々の段階(第1のヌクレオシド又はヌクレオチドの基板の表面への結合、ヌクレオシド/オリゴヌクレオチドの第1及びその後の5’-OH成長末端の脱保護並びに/又は合成されたオリゴヌクレオチドの放出)において熱制御を提供するために、基板の表面は、好ましくは、金又はシリコン等の導電性材料でコーティングされている。基板は、チップ上に個々に熱的に対処可能な部位を持つ、金又はシリコン表面を備えてよい。シリコン表面を備える基板が特に好ましい。
(A1)水素不動態化シリコンとの結合
1つのアプローチは、水素不動態化した無酸化物シリコン(酸化シリコンは効率的な断熱材であるため、反応部位間の熱制御に有害である)上における自己集合単分子層の形成を使用する。アルキル又はアルケニル単分子層は、熱的条件、光化学的条件下での1-アルケニル又は好ましくは1-アルキニル種のグラフティング[例えば、米国特許第6,465,054B2号明細書において記載されている通り]、又は好ましくは3%HF水溶液又は40%NH4F水溶液への曝露によるネイティブ酸化シリコンの除去後のエレクトログラフティング条件[例えば、Buriak Chem. Rev.2002, 102, 1271、米国特許第6,485,986B1号明細書、米国特許第7,521,262B2号明細書、米国特許第6,846,681B2号明細書において記載されている通り]によって、下記のスキーム1に従って、形成される。
化学的に誘導可能な基を含有する1-アルケン及び1-アルキン単分子層の光化学的形成は、予め合成されたオリゴヌクレオチドの結合のための適切なプラットフォームを提供することが示されている。米国特許第6,677,163B1号は、下記の単分子層形成に従う1-アルケンのH-Si表面との熱及び光化学反応による、保護された化学的に誘導可能な基(OH、NH2、CO2H)を含有する単分子層の形成について記載しており、化学的に誘導可能な末端基は、脱保護されるか又は活性化されるか(例えば、スクシンイミジルエステルの形成によって)のいずれかであり、その後、反応性カップリング基を担持する生体分子(ssDNA等)と反応して、オリゴヌクレオチド及び他の生体分子担持表面を形成する(スキーム2)。
122, 1205]。得られたマレイミド官能基化表面は、チオール化ssDNAを蛍光研究のために捕捉することができる。熱開始膜形成による反応性末端エポキシド基を用いた非生物付着オリゴ(エチレングリコール)(OEG,oligo(ethylene glycol))単分子層の直接設置を使用して、高度に熱的に安定な膜を生成した。エポキシド末端のチオール化ss-DNAとの反応は、Si上でのDNA膜の形成を可能にし、これを、相補的蛍光標識3’-TAMRA ssDNAとのハイブリダイゼーションによって調査した[Langmuir 2006, 22, 3494]。
フィーによって作成された。次いで、これらの領域は、さらなる誘導体化の影響を受けやすく、オリゴヌクレオチド、タンパク質及びアビジンの結合を可能にした。
carbide)膜とのグラフティングである。例として、オリゴヌクレオチド等の生体分子リガンドを導入するための、グラフト鎖末端のさらなる誘導体化が実証される。
オリゴヌクレオチド合成は、無酸化物Si表面上の末端ジメトキシトリチル(DMT,dimethoxytrityl)保護アルキルヒドロキシル単分子層を使用して予め実施した[ACIE. 2002, 41, 615](スキーム3):
イト合成に曝露して、最初に塩基開裂可能なリンカーを設置し、次いで、脱保護中に開裂される17-merオリゴヌクレオチド(5'-CGGCATCGTACGATTAT)を合成した。ssDNA表面密度を、Ru[(NH3)]3+結合研究によって3.19×1012鎖/cm2として測定した。相補的18-merの表面ハイブリダイゼーション、続いて、メチレンブルーのインターカレーションは、dsDNA表面密度の決定を可能にした。1.05×1012鎖/cm2のdsDNA表面密度は、表面結合したssDNAの33%がハイブリダイゼーションを受けたことを示した。この戦略は、3’-末端においてC5-エチニルフェロセン-dCを設置するためにも使用され[Chem.Eur.J. 2005,11, 344; J.Electroanalytical Chem. 2007, 603, 67]、これにより、表面結合したオリゴヌクレオチドの電荷移動研究を可能にした。H-Si上における表面結合したss-及びds-DNAの直接画像化は、この方法論を使用して合成したオリゴヌクレオチドを使用しても実施された[Langmuir 2003, 19, 5457]。
提案される戦略は、単分子層末端におけるセーフティキャッチの熱的に開裂可能な保護基を含有する単分子膜の形成を伴う(スキーム4):
カー-第一塩基コンジュゲートの設置を可能にする[例えば、J.Am.Chem.Soc. 2005, 127, 210; Langmuir 2006, 22, 2457]:
(B)金基板上のカルベン及びチオール
金等の金属は、それらの熱伝導率により、自己集合単分子層(SAM,self-assembled
monolayer)を成長させるための基板として魅力的であるとされてきており、それらの幅広い潜在性について、とりわけバイオセンサーの分野において記載されてきた。特に、カ
ルベン金[Crudden, Nat. Chem., vol. 6, 409-414, 2014]は、それらのチオール対応物と比較したそれらの安定性の向上について記載されてきた[C. Vericat, et al. Chem Soc. Rev. 39, 1805(2010);Johnson、国際公開第2014/160471A2号パンフレット]。
提案される反応スキームは、金基板との結合のための適切な候補化合物の合成について以下で見られる。詳細な戦略は、単分子層末端におけるセーフティキャッチの熱的に開裂可能な保護基を含有するSAMの設置を伴う。塩基性条件下でのセーフティキャッチの除去及び脱保護により、化学的に誘導可能な基Z2を露わにする(スキーム7)。
官能基化チオールの金表面との結合は、下記のスキーム9を介して実現され得る:
上記で説明した通り、第1のヌクレオシド又はヌクレオチドの、反応部位の表面への熱的に制御された付加を可能にするために、各反応部位を、成長中のオリゴヌクレオチドフラグメントの結合を可能にするがDNA合成プロセスに使用されるプロセスのすべてに対
して化学的に不活性である表面でコーティングする。
- P3-A3-L3は、一緒になって、セーフティキャッチ5-OH保護基を表し、
- P3は、保護基を表し、
- L3は、開裂可能なリンカー部分を表し、
- A3は、P3の除去時に、5’-OH保護基の除去を引き起こすことができる、アクチベーター部分を表し;
- m=1又は2であり;
- P4は、ホスホロアミダイト保護基を表し;
- B2は、保護されていてもよい標準的な又は保護されていてもよい非標準的な核酸塩基を表し;
- Ra及びRbは、同じであっても異なっていてもよく、それぞれアルキルを表す]
によって表される熱的に開裂可能な5’-OH保護基を含むヌクレオシド3’-ホスホロアミダイトである。
- P3-A3-L3は、一緒になって、セーフティキャッチ5’-OH保護基を表し、
- P3は、保護基を表し、
- L3は、開裂可能なリンカー部分を表し、
- A3は、P3の除去時に、5’-OH保護基の除去を引き起こすことができる、アクチベーター部分を表し;
- m=1又は2であり;
- 各P4は、同じであっても異なっていてもよく、ホスホロアミダイト又はホスフェート保護基を表し;
- B2及びB3は、同じであっても異なっていてもよく、それぞれ独立して、保護されていてもよい標準的な又は保護されていてもよい非標準的な核酸塩基を表し;
- Ra及びRbは、同じであっても異なっていてもよく、それぞれアルキルを表す]
によって表される熱的に開裂可能な5’-OH保護基を含むジ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイトであってよい。
- P3-A3-L3は、一緒になって、セーフティキャッチ5’-OH保護基を表し、
- P3は、保護基を表し、
- L3は、開裂可能なリンカー部分を表し、
- A3は、P3の除去時に、5’-OH保護基の除去を引き起こすことができる、アクチベーター部分を表し;
- m=1又は2であり;
- 各P4は、同じであっても異なっていてもよく、それぞれホスホロアミダイト又はホスフェート保護基を表し;
- B2、B3及びB4は、同じであっても異なっていてもよく、それぞれ独立して、保護されていてもよい標準的な又は保護されていてもよい非標準的な核酸塩基を表し;
- Ra及びRbは、同じであっても異なっていてもよく、それぞれアルキルを表す]
によって表される熱的に開裂可能な5’-OH保護基を含むトリ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイトである。
- L1-A1-P1は、一緒になって、ヌクレオシドの3’-OH基における表面との結合のためのセーフティキャッチリンカーを表し、
- P1は、保護基を表し、
- L1は、熱的に開裂可能なリンカー部分を表し、
- A1は、P1の除去時に、固体表面からの開裂可能なリンカーの開裂を引き起こすことができる、アクチベーター部分を表し;
- P3-A3-L3は、一緒になって、セーフティキャッチ5-OH保護基を表し、
- P3は、保護基を表し、
- L3は、開裂可能なリンカー部分を表し、
- A3は、P3の除去時に、5’-OH保護基の除去を引き起こすことができる、アクチベーター部分を表し;
- mは、各出現において、同じであるか又は異なり、1又は2を表し;
- L0は、第1のヌクレオシドの、開裂可能なリンカー基を介する表面との結合のための部分を表し;
- 各B1及びB2は、独立して、保護されていてもよい標準的な又は保護されていてもよい非標準的な核酸塩基を表し、
A1、A3、L1及びL3は、同じであっても異なっていてもよく、P1及びP3は、異なり、異なる条件又は試薬下で除去可能であり;
- P4は、ホスホロアミダイト保護基を表す]
によって表される構造を形成する。
ステップ(iii)における5’-OH保護基を含むトリ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイトの、固定されたヌクレオシドの脱保護された5’-OH基へのカップリングとそれに続く酸化は、
- L1-A1-P1は、一緒になって、ヌクレオシドの3’-OH基における表面との結合のためのセーフティキャッチリンカーを表し、
- P1は、保護基を表し、
- L1は、熱的に開裂可能なリンカー部分を表し、
- A1は、P1の除去時に、固体表面からの開裂可能なリンカーの開裂を引き起こすことができる、アクチベーター部分を表し;
- P3-A3-L3は、一緒になって、セーフティキャッチ5’-OH保護基を表し、
- P3は、保護基を表し、
- L3は、開裂可能なリンカー部分を表し、
- A3は、P3の除去時に、5’-OH保護基の除去を引き起こすことができる、アクチベーター部分を表し;
- mは、各出現において、同じであるか又は異なり、1又は2を表し;
- L0は、第1のヌクレオシドの、開裂可能なリンカー基を介する表面との結合のため
の部分を表し;
- 各B1又はB2又はB3又はB4は、独立して、保護されていてもよい標準的な又は保護されていてもよい非標準的な核酸塩基を表し、
A1、A3、L1及びL3は、同じであっても異なっていてもよく、P1及びP3は、異なり、異なる条件又は試薬下で除去可能であり、
- 各P4は、同じであっても異なっていてもよく、それぞれホスフェート保護基を表す]
によって表される構造を形成する。
- Px-Ax-Lxは、一緒になって、入ってくるヌクレオシドの5’-OH基を保護する開裂可能な5’-OH保護基を表し、
- Lxは、開裂可能なリンカー部分を表し、
- Pxは、保護基を表し、
- Axは、Pxの除去時に、5’-OH保護基の除去を引き起こすことができる、アクチベーター部分を表し;
- m=1又は2であり;
- P4は、ホスホロアミダイト保護基を表し;
- Bxは、保護されていてもよい標準的な又は保護されていてもよい非標準的な核酸塩基を表し;
- Ra及びRbは、同じであっても異なっていてもよく、それぞれアルキルを表す]
によって表されるヌクレオシドの5’-OHにおける順次の熱的に制御された脱保護及び入ってくるヌクレオシドのカップリングにより、各部位におけるオリゴヌクレオチドを逐次成長させる。
,又は
- Px-Ax-Lxは、一緒になって、入ってくるヌクレオシド又はヌクレオチドの5’-OH基を保護する開裂可能な5’-OH保護基を表し、
- Lxは、開裂可能なリンカー部分を表し、
- Pxは、保護基を表し、
- Axは、Pxの除去時に、5’-OH保護基の除去を引き起こすことができる、アクチベーター部分を表し;
- m=1又は2であり;
- 各P4は、同じであっても異なっていてもよく、それぞれホスホロアミダイト又はホスフェート保護基を表し;
- 各Bxは、同じであっても異なっていてもよく、それぞれ独立して、保護されていてもよい標準的な又は保護されていてもよい非標準的な核酸塩基を表し、
- Ra及びRbは、同じであっても異なっていてもよく、それぞれアルキルを表す]
によって表されるヌクレオシド/ヌクレオチドの5’-OHにおける順次の熱的に制御された脱保護及び入ってくるヌクレオチドのカップリングにより、各部位におけるオリゴヌクレオチドを逐次成長させる。
表面結合した及び保護された第1のヌクレオシド又は保護された第1のヌクレオチドからのオリゴヌクレオチドフラグメントの熱的に制御された合成は、ホスホロアミダイト化学サイクルの修正版として見ることができる。
けるホスホロアミダイト試薬の5’-ヒドロキシ基との緩酸触媒反応;及びその後の、所望のホスフェートとの新たに作製されたホスファイト結合の酸化である、ホスホロアミダイトサイクルにおいて使用される条件にも安定でなくてはならない。アンロック及び脱保護に使用される加熱又は非加熱条件は、好ましくは、オリゴヌクレオチドフラグメント合成にとって取るに足りないとみなされ得るよりも、成長中のオリゴヌクレオチドフラグメントにこれ以上いかなる損傷も引き起こさないものであるべきである。脱保護の熱制御は、冷たい部位における不要な脱保護又は熱い部位における不十分な脱保護のいずれかによる、成長中のオリゴヌクレオチドフラグメントにおけるヌクレオシド又はヌクレオチドの誤取込を最小化するように、十分なレベルのものでなくてはならない。
- *は、ヌクレオシド又はヌクレオチドの3’-OHとの結合点を表し;
- Xは、水素又はヒドロカルビルを表し;
- Yは、ヒドロカルビル又は
- R1、R2、R3、R4、R5及びR7のそれぞれは、同じであるか又は異なり、それぞれ独立して、水素又はヒドロカルビルを表し;
- PGは、窒素のための開裂可能な保護基を表し;
- nは、0、1、2又は3を表し;
- 環Aは、窒素含有ヘテロ環式基を表し;
各出現において、R1、R2、R3、R4、R5、PG及びAは、同じであっても異なっていてもよく、
これは、R1、R2、R3、R4、R5、R7、X、Y又はAのうちの1つにおいて基板と結合しており、好ましくは、R7又はYにおいて基板と結合しており、好ましくは、Yが
或いは、開裂可能なリンカーは、Yがヒドロカルビルである場合、Yにおいて基板と結合している]
によって表される。
式中、PG’は、水素、又は窒素のための開裂可能な保護基であり、但し、少なくとも1つのPG’は、水素であり;
- Y’は、ヒドロカルビル、又は
式中、X、R1~R5、R7、A及びnは、上記で定義されている通りである。
- *は、ヌクレオシド又はヌクレオチドの5’-OHとの結合点を表し;
- Xは、水素又はヒドロカルビルを表し;
- Yは、ヒドロカルビル又は
- R1、R2、R3、R4、R5及びR7のそれぞれは、同じであるか又は異なり、それぞれ独立して、水素又はヒドロカルビルを表し;
- PGは、式L-1におけるPG基とは異なる窒素のための開裂可能な保護基を表し;- nは、0、1、2又は3を表し;
- 環Aは、窒素含有ヘテロ環式基を表し;
各出現において、R1、R2、R3、R4、R5、PG及びAは、同じであっても異なっていてもよい]
によって表される。
式中、
- PG’は、水素、又は窒素のための開裂可能な保護基であり、但し、少なくとも1つのPG’は、水素であり;
- Y’は、ヒドロカルビル、又は
式中、X、R1~R5、R7、A及びnは、上記で定義されている通りである。
好ましくはリンカー基L0を介して、Yにおいて表面と共有結合している。好ましくは、各R1、R1、R2、R3、R4、R5、PG及びAは、同じである。
1986, 17, 97-100. (d)Hayakawa, Y.; Wakabayashi, S.;Kato, H.; Noyori, R. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112,1691-1696. (e)Hayakawa, Y.; Hirose, M.; Noyori, R. J. Org. Chem. 1993, 58, 5551-5555. (f)Hayakawa, Y.; Hirose, M.; Noyori, R.Nucleosides Nucleotides 1994, 13, 1337-1345. (g)Bergmann,F.; Kueng, E.; Laiza,
P.; Bannwarth, W. Tetrahedron Lett. 1995, 51,6971-6976を参照]等のフッ化物に不安定な基である。好ましくは、保護基は、パラジウムに不安定な保護基である。
’-ヒドロキシ保護基のすべてが同時にアンロックされることになるためである。アンロックされた保護基が、入ってくるホスホロアミダイトと反応することができない場合、熱制御は要されない。プロセスの全体長さの観点から、反応の高レベルの熱制御がより長い反応時間と本質的に関係しているため、熱的に制御されたアンロックステップを有さないことが有利である。したがって、好ましいアクチベーター基は、十分に塩基性、つまり主にプロトン化形態であり、したがって、ホスホロアミダイト反応を触媒するために使用される酸性条件下で非求核性である。
キルからなる群から選択される。好ましくは、Xは、H又はアリールであり、より好ましくは、Xは、H又はフェニルである。
dimethoxybenzyloxycarbonyl)、2-(4-ビフェニル)イソプロポキシカルボニル(Bpoc,2-(4-biphenyl)isopropoxycarbonyl)、2-ニトロフェニルスルフェニル(Nps,2-nitrophenylsulfenyl)、トシル(Ts,tosyl)から選択される。より好ましくは、酸開裂可能な保護基は、Boc及びTrtから選択される。
換されているアラルキルであり、より好ましくは、1つのY基は、CH2-(C6H4)CH≡CHである。
らなる群から選択され、アルキル、アリール及びアリールアルキル(arylkyl)は、上述されている。好ましくは、Xは、アリールであり、より好ましくは、Xは、フェニルである。
,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ-7-エン(DBU,1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene)カップリング系を使用して]、カップリングする。次いで、3’-保護基を除去し、化合物をホスホロアミダイト試薬に変換する。
オチドの調製のためのプロセスを例証するものである。プロセスは、異なる5’-ヒドロキシ保護基及び異なるヌクレオシド又はヌクレオチド又は核酸塩基に合わせて容易に修正され得る。
キーム16において使用してよい。
したがって、本発明は、複数の個々のオリゴヌクレオチドフラグメントからの核酸の合成を可能にする。これを実現するために、プロセスは、2つの別個の熱的に制御された化学プロセスを含むことができる。第一に、所要のオリゴヌクレオチドフラグメントのための各出発ヌクレオシド又はヌクレオチドを、熱的に開裂可能なリンカーを介して反応部位の表面に結合する[ステップ(i)]。第二に、所望のポリヌクレオチドを構成している個々のオリゴヌクレオチドフラグメントを、熱制御(ステップ(ii)及び(iii)-熱的に制御された5’-OH脱保護及び5’-OH脱保護部位におけるカップリング)で合成する。本発明のいずれかの態様において、この相は、複数のポリヌクレオチドの並列合成のために行われてよい。第3の熱的に制御されたプロセスは、オリゴヌクレオチドフラグメント合成の完了時に、完成したオリゴヌクレオチドフラグメントの熱的に制御された放出を含み、これは、逐次輸送、精製及びライゲーションを、それ故、所望の核酸の合成を可能にする。
オリゴヌクレオチド合成及び放出の前述の熱制御を実現するために、基板は、チップ上に個々に熱的に対処可能な部位を含んでよく、それにより、
基板上のそれぞれの場所に位置する複数のアクティブ熱部位であり、各アクティブ熱部位が、前記媒体の対応する部位に可変量の熱を印加するように構成された加熱体、及び加熱体と基板の間に位置する断熱層を備える、複数のアクティブ熱部位と、
基板上の複数のアクティブ熱部位の間に位置する1又は2以上のパッシブ熱領域であり、各パッシブ熱領域が、媒体の対応部から基板へ熱を伝導するように構成された熱伝導層を備える、1又は2以上のパッシブ熱領域と
を含む、基板の複数の部位において温度を制御するための温度制御デバイスを提供し、
前記1又は2以上のパッシブ熱領域の熱伝導層は、前記複数のアクティブ熱部位の断熱層よりも基板の平面に垂直な方向において、より低い熱抵抗を有する。
基板上のそれぞれの場所に位置する複数のアクティブ熱部位及び基板上の複数のアクティブ熱部位間に位置する1又は2以上のパッシブ熱領域を備える温度制御デバイス上に、媒体を用意するステップであり;
各アクティブ熱部位が、前記媒体の対応する部位に可変量の熱を印加するように構成された加熱体、及び加熱体と基板の間に位置する断熱層を備え;
各パッシブ熱領域が、媒体の対応部から基板へ熱を伝導するように構成された熱伝導層を備え;
前記1又は2以上のパッシブ熱領域の熱伝導層が、前記複数のアクティブ熱部位の断熱層よりも基板の平面に垂直な方向において、より低い熱抵抗を有する
ステップと;
複数のアクティブ熱部位の加熱体によって印加される熱の量を制御して、媒体の前記複数の部位において温度を制御するステップと
を含むことができる。
基板上のそれぞれの場所に複数のアクティブ熱部位及び基板上の複数のアクティブ熱部位間に位置する1又は2以上のパッシブ熱領域を形成するステップであり;
各アクティブ熱部位が、前記媒体の対応する部位に可変量の熱を印加するように構成された加熱体、及び加熱体と基板の間に位置する断熱層を備え;
各パッシブ熱領域が、媒体の対応部から基板へ熱を伝導するように構成された熱伝導層を備え;
前記1又は2以上のパッシブ熱領域の熱伝導層が、前記複数のアクティブ熱部位の断熱層よりも基板の平面に垂直な方向において、より低い熱抵抗を有する
ステップを含むプロセスによって製造することができる。
。それ故、パッシブ領域内の熱伝導層は、パッシブ領域がアクティブ熱部位間の領域において媒体の冷却を提供できるようにし、そのため、アクティブ熱部位自体によって提供される冷却の必要性が少ない。これは、アクティブ熱部位を加熱するためにより効率的であるように設計することを可能にし、何故なら、より高い熱抵抗を有する断熱層は、冷却を支持するためにそれほど多くの熱を基板に通過させることをもはや要しないため、加熱体及び基板の間で使用され得るからである。これは、加熱中に基板へ失われる熱が少なくなり、したがって、デバイスによって支持される温度範囲全体がより高くなり得ることを意味する。
もかかわらず、アクティブ部位における媒体への又は媒体からの熱流の量は、加熱体によって提供される熱の量だけでなく、アクティブ部位周辺の温度によっても決まり、これは、加熱体からの熱がどの程度、基板へ又は周囲のパッシブ熱部位へ失われるかに影響し得る。
関数において、ループゲインはアクティブ部位温度の関数となるであろうし、そのため、すべての考えられるアクティブ部位温度にわたって安定性及び正確さを確実にする独自のコントローラー(伝達関数)は存在しないであろう。
qfiは、所与のアクティブ熱部位において媒体に供給される熱の目標量(所与のアクティブ熱部位についての目標温度と所与のアクティブ熱部位の温度センサーによって感知された温度との間の差異の関数として決定される)を表し;
Tiは、所与のアクティブ熱部位の温度センサーによって感知された温度を表し;
THSは、基板(ヒートシンクとして作用する)の温度を表し;
Rizは、基板の平面に垂直な方向におけるアクティブ熱部位の断熱層の熱抵抗を表す];
Rcx及びRcyは、基板の平面に平行な2つの直交性方向におけるパッシブ熱領域の熱伝導層の熱抵抗を表し;
Rczは、基板の平面に垂直な方向におけるパッシブ熱領域の熱伝導層の熱抵抗を表す]にしたがってマッピングし得る。
に従って決定されてよい。
方向に実質的に平行に配向された1又は2以上の列に位置してよい。各列は、2又は3以上のアクティブ熱部位を含んでよく、列の隣接するアクティブ熱部位の各対間にパッシブ冷却領域が位置している。列内に部位を位置させることで、デバイスの製造をより簡潔にすることができる。特に、2又は3以上の列がある場合、アクティブ熱部位をマトリックス構造内に配置することができ、これにより、制御シグナルを各部位に転送し、各部位において測定された温度を読み出すための個々の部位のアドレス指定を単純化することができる(例えば、列/カラムアドレス指定スキームを使用することができる)。
ティブ熱部位6は、該部位上を流れる流体の対応する部分に熱を印加して、流体の温度を制御するための、加熱体を包含する。図17に示される通り、アクティブ熱部位6は、二次元マトリックス(格子)に配置され、列方向が、流体が流体流路4を通って流れる方向に平行である場合には、2又は3以上の列に配置される。アクティブ熱部位6の間にある領域は、いかなる加熱体も含まないが、流体から離れた熱をデバイス2の基板10の方へ伝導することによってパッシブ冷却を提供する、1又は2以上のパッシブ熱領域8を形成する。列方向における各熱部位6の長さxは、同じ列における隣接するアクティブ熱部位6の対の間にある各パッシブ熱領域8の長さyよりも長い。図16に示される通り、基板10を冷却してヒートシンクとして作用するために、冷却機構12が設けられてよい。
合わせたアクティブ及びパッシブ部位の挙動を例証するために、図19は、アクティブ-パッシブ-アクティブ配列を上回る温度の略図を示す。左端のアクティブ部位は、熱をポンプで流体に入れて、その温度を80℃の最大値まで上昇させる。次いで、流体がパッシブ部位の上を通過する際に、20℃まで冷却する。最後に流体が右端のアクティブ部位を通過すると熱が流入し、その温度は40℃に上昇する。これらの温度は恣意的であるが、動作条件を代表するものである。図17に示される通り、アクティブ部位は、パッシブ部位よりも大きい空間広がりを有し得る(長さx>長さy)。アクティブ部位は、化学反応が起こる一定温度の領域を提供するが、パッシブ部位の唯一の要件は、それらがアクティブ部位に入る流体を冷却することである。この予冷は、アクティブ部位の冷却要件を低減させ、それらにより効率的に熱を流体に伝達させることができる。
Cc及びCi- それぞれ導体及び絶縁体の熱容量
Rcx、Rcy、Rcz- x、y、z方向における導体の熱抵抗(zは、基板10の平面に垂直な方向であり、x及びyは、基板の平面に平行な直交性方向である)
Rix、Riy、Riz- x、y、z方向における絶縁体の熱抵抗
THS- ヒートシンクの温度
Tc及びTi- 伝導性及び絶縁部位の温度
である。
q- 加熱器によって生成された熱電流。
qfc、qfi- それぞれ伝導性部位及び絶縁部位を通して流体によって吸収された熱電流。
Cf- 流体のブロックの熱的容量。これは、伝導性(又は絶縁)部位の面積及び流体の高さhfによって与えられた容積を有する。
Rf- 流体のブロックの熱抵抗。これは、伝導性(又は絶縁)部位の面積及び流体の高さhfによって与えられた容積を有する。
Tfc、Tfi- それぞれ伝導性及び絶縁部位よりも上の流体の温度。
として単純化する。R1を通る熱的電流は、R2及びR3への熱的電流の和:
R2>>R3
である。この想定により、絶縁体から流体への熱流は、
である。前の2つの方程式を組み合わせると、リニアライザの形態が得られ、これが、熱需要を所要の電流に変換する:
される媒体を、温度制御デバイス上に用意する。例えば、媒体は、温度制御デバイス上を流れる流体であることができる。ステップ52において、温度Tiをアクティブ熱部位6において測定する。ステップ54において、媒体の対応する部位に送達される熱の目標量を、qfi=C(s).(Ttarget-Ti)に従って決定する。ステップ56において、抵抗加熱器13に供給される電流を、I=f(qfi、Ti、THS)[式中、fは、上記で示したリニアライザ方程式を表す関数である]に従って決定する。ステップ58において、決定された電流の量Iを、電流駆動装置34によって加熱体13に供給して、媒体の対応する部位における温度を制御する。次いで、方法は、ステップ52に戻って、上記で論じた熱的モデルに従い、アクティブ部位6から媒体自体以外の領域への熱流を考慮に入れて、測定された温度Ti及び目標温度Ttargetに基づき、部位における温度を制御し続ける。ステップ52~58を、並行してN回、温度制御デバイス2における各アクティブ部位について1回ずつ実施する。
1- 加熱器によって生成される動力は、ほとんどが流体を加熱するべきであり、ごく一部のみがヒートシンク中へ鉛直に漏れるべきである、すなわち、アクティブ部位は、高い熱力学的効率、ηを有するべきである。
う。z方向におけるアクティブ部位材料についての熱抵抗は、ヒートシンクへ漏れる最大熱の関数:
ハは加工において後で使用されるため、SOIウエハを「一次」と称する。デバイス層106が形成される一次ウエハ100の表面を、以下で「第1の表面」と称する。
基板上のそれぞれの場所に位置する複数のアクティブ熱部位であり、各アクティブ熱部位が、前記媒体の対応する部位に可変量の熱を印加するように構成された加熱体、及び加熱体と基板の間に位置する断熱層を備える、複数のアクティブ熱部位と;
基板上の複数のアクティブ熱部位の間に位置する1又は2以上のパッシブ熱領域であり、各パッシブ熱領域が、媒体の対応部から基板へ熱を伝導するように構成された熱伝導層を備える、1又は2以上のパッシブ熱領域と
を備え;
前記1又は2以上のパッシブ熱領域の熱伝導層が、前記複数のアクティブ熱部位の断熱層よりも基板の平面に垂直な方向において、より低い熱抵抗を有する、
温度制御デバイスを用意する。
各フィードバックループが、対応するアクティブ熱部位の温度センサーによって感知された温度及び媒体の対応する部位のために指定された目標温度に依存して、媒体の対応する部位に印加すべき熱の目標量を決定するための、伝達関数を実装するように構成された、複数のフィードバックループを備える。
各列は、2又は3以上のアクティブ熱部位を備え、列の隣接するアクティブ熱部位の各対間にパッシブ冷却領域が位置している。より特定すれば、各アクティブ熱部位は、列の隣接するアクティブ熱部位間に位置する各パッシブ冷却領域の列方向に沿った長さよりも大きい、列方向に沿った長さを有する。
基板上のそれぞれの場所に位置する複数のアクティブ熱部位及び基板上の複数のアクティブ熱部位間に位置する1又は2以上のパッシブ熱領域を備える温度制御デバイス上に、媒体を用意するステップであり;
各アクティブ熱部位が、前記媒体の対応する部位に可変量の熱を印加するように構成された加熱体、及び加熱体と基板の間に位置する断熱層を備え;
各パッシブ熱領域が、媒体の対応部から基板へ熱を伝導するように構成された熱伝導層を備え;
前記1又は2以上のパッシブ熱領域の熱伝導層が、前記複数のアクティブ熱部位の断熱層よりも基板の平面に垂直な方向において、より低い熱抵抗を有する
ステップと;
複数のアクティブ熱部位の加熱体によって印加される熱の量を制御して、媒体の前記複数の部位において温度を制御するステップと
を含む。
基板上のそれぞれの場所に複数のアクティブ熱部位を及び基板上の複数のアクティブ熱部位間に位置する1又は2以上のパッシブ熱領域を形成するステップであり;
各アクティブ熱部位が、前記媒体の対応する部位に可変量の熱を印加するように構成された加熱体、及び加熱体と基板の間に位置する断熱層を備え;
各パッシブ熱領域が、媒体の対応部から基板へ熱を伝導するように構成された熱伝導層を備え;
前記1又は2以上のパッシブ熱領域の熱伝導層が、前記複数のアクティブ熱部位の断熱層よりも基板の平面に垂直な方向において、より低い熱抵抗を有する
ステップを含む。
(i)基板上のそれぞれの場所に位置する複数のアクティブ熱部位であり、各アクティブ熱部位が、前記媒体の対応する部位に可変量の熱を印加するように構成された加熱体、及び加熱体と基板の間に位置する断熱層を備える、複数のアクティブ熱部位と;
(ii)基板上の複数のアクティブ熱部位の間に位置する1又は2以上のパッシブ熱領域であり、各パッシブ熱領域が、媒体の対応部から基板へ熱を伝導するように構成された熱伝導層を備える、1又は2以上のパッシブ熱領域と
を備え;
前記1又は2以上のパッシブ熱領域の熱伝導層が、前記複数のアクティブ熱部位の断熱層よりも基板の平面に垂直な方向において、より低い熱抵抗を有する。
各フィードバックループが、対応するアクティブ熱部位の温度センサーによって感知された温度及び媒体の対応する部位のために指定された目標温度に依存して、媒体の対応する部位に印加すべき熱の目標量を決定するための、伝達関数を実装するように構成された、複数のフィードバックループを備えてよい。
各列が、2又は3以上のアクティブ熱部位を備え、列の隣接するアクティブ熱部位の各対間にパッシブ冷却領域が位置している、(P)に従う温度制御デバイス。
[実施例]
LC-MS方法
以下で論じる時間経過研究及び反応物の分析は、以下で概説するLC-MSを使用して行った:
Acquity Arcシステム;2498 UV/Vis検出器、QDa検出器
カラム;XSelect CSH C18 XPカラム、130Å、2.5μm、2.1mm×50mm
方法A(酸性)
成分1:H2O+0.1%ギ酸
成分2:MeCN(アセトニトリル)
成分1:H2O+H2O中0.1%~25%ギ酸アンモニウム
成分2:MeCN
成分1:H2O+0.1%ギ酸
成分2:MeCN
フルオロ酢酸(2mL)に溶解し、溶液を室温で1時間にわたって撹拌した。この時間の後、LC-MSにより反応は完了した。溶媒を除去し、ジクロロメタン(100mL)及び飽和NaHCO3水溶液(100mL)を添加し、層を分離した。有機層を乾燥させ(MgSO4)、溶媒を減圧下、20℃で除去した。残留物をシリカクロマトグラフィー(0~10%MeOH-DCM)によって精製して、生成物を無色油状物(63mg、71%)として得た。LC-MS;方法B(塩基性);保持時間=2.20、m/z755.46(MH+)。
-メチル-2,4-ジオキソ-3,4-ジヒドロピリミジン-1(2H)-イル)テトラヒドロフラン-3-イル)オキシ)カルボニル)オキシ)エチル)アミノ)メチル)ピペリジン-1-カルボキシレート(5)
ウ素ナトリウムを添加し、溶液を3時間にわたって撹拌した。飽和NaHCO3水溶液を添加し、層を分離した。有機層を乾燥させ(MgSO4)、溶媒を減圧下で除去した。残留物をシリカクロマトグラフィー(0~10%MeOH-DCM)によって精製して、生成物を無色油状物(3.1g mg、63%)として得た。LC-MS;方法B(塩基性);保持時間=1.53、m/z335.3(MH+)。
一般的な手順-高温における反応
試験される化合物を、0.5mg/mLの濃度の所要の溶液に室温で溶解した。この溶液を十分なLC-MSバイアル間で分割(1バイアル当たり0.5~0.75mL)して、所要の数の時点における反応過程及び室温測定のためのものを測定した。加熱実験用のバイアルを、90℃(±0.1℃)に設定した湯浴に直ちに入れ、それによって、バイアル内の液体のレベルは湯の表面下となった。実験内の各時点で、LC-MSバイアルを取り出し、次いで、3℃の温度のブライン氷浴中で直ちに冷却した。次いで、冷却によって反応物をクエンチして10分以内に、LC-MS実験を行った。LC-MSのUVトレースにおいて対応するピークを積分することによって、出発材料と開裂したTBDPS-チミジンとの比を測定した。
高温実験に使用したのと同じ溶液を含有するLC-MSバイアルを、室温、すなわち、20±3℃に保ち、溶液を適切な時点でLC-MSによって分析した。
高温実験に使用したのと同じ溶液を含有するLC-MSバイアルを、10℃に設定したLC-MSマシンの予め冷やしたオートサンプラーチャンバーに入れ、溶液を適切な時点でLC-MSによって繰り返し分析した。
(i)90℃及び20℃(室温)において(図1)[1:1 pH7.4リン酸緩衝食塩水(PBS,phosphatebuffered saline)及びアセトニトリル];
(ii)異なる溶媒系[pH7.4 PBS(リン酸緩衝食塩水)];アセトニトリル及びpH5緩衝液(酢酸トリエチルアンモニウム(TEEA,triethylammonium acetate)緩衝液]を使用する(図2)
(iii)異なる比のPBS:MeCN(アセトニトリル)を90℃において使用する(図3)
安定性研究は、異なるpH条件下、80℃で行った:
(i)pH7.4リン酸緩衝食塩水;
(ii)pH9リン酸緩衝食塩水
(iii)pH5TEEA(酢酸トリエチルアンモニウム)緩衝液
8)。それ故、異なる保護基を組み込むと、脱保護-開裂条件がさらに制御されることが分かる。加えて、反応条件を調整すると、リンカーの脱保護及び開裂を細かく調節することが簡単になる。
ピロリジン活性化基による研究は、ピロリジン窒素の求核性増大にもかかわらず、ピペリジン活性化と比較して反応スピードの減速があったことを示した(図10)。これらの研究は、環化生成物の配座が、反応スピードを決定する際により重要である可能性が高く、故に、リンカー脱保護-開裂の微細な制御を実現することができるさらなる方法を提供することを指し示す。
反応スピードに対する共溶媒の効果を探究した。図11に示される通り、DMSOによりこのシステムにおいて最速の反応スピードが得られることが分かった。
ブライン-氷浴中でLC-MSバイアルを冷却し、次いで、過剰のトリエチルアミン(50μL、約3当量)を添加することによって、各時点において反応物をクエンチするという変更を加えて、時間経過実験を20℃及び90℃で行うための一般的な手順を使用した。
であった。研究は、活性化基の100%脱保護が生じているにもかかわらず、これらの条件下ではリンカー開裂が観察されないことを実証した(図12)。
0~60%酢酸エチル-ガソリンで溶離するシリカクロマトグラフィーによって精製して、ジアステレオマー生成物を白色泡状物、700mg、63%として得た。LC-MS;方法C(長時間酸性);保持時間=2.88及び2.93、m/z931.6(MH+)。構造と一致する1H NMR(CDCl3)。
。1時間後、中間体及び生成物の両方の混合物がLC-MSによって可視であった。それ故、他の当量のアルデヒド、続いて、別の当量のトリアセトキシ水素化ホウ素ナトリウムを添加し、次いで、溶液を終夜撹拌した。飽和NaHCO3水溶液/DCM後処理を行い、有機溶液を乾燥させ(MgSO4)、溶媒を減圧下で除去した。次いで、粗生成物を、DCM-EtOAc(0~50%)で溶離するシリカクロマトグラフィーによって精製して、生成物を淡黄色油状物、1g、95%として得た。LC-MS;方法A(酸性);保持時間=1.84、m/z456.4(MH+)。
(((tert-ブチルジフェニルシリル)オキシ)メチル)-5-(5-メチル-2,4-ジオキソ-3,4-ジヒドロピリミジン-1(2H)-イル)テトラヒドロフラン-3-イル)オキシ)カルボニル)オキシ)エチル)(4-エチニルベンジル)アミノ)メチル)ピペリジン-1-カルボキシレート
量)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(1g、0.84mmol、0.1当量)、トリエチルアミン(2mL、16.8mmol、2当量)及びヨウ化銅(325mg、1.7mmol、0.2当量)を、N2下、無水DMF(80mL)に溶解し、反応混合物を湯浴(40℃)中で短時間加熱し、次いで、室温で30分間にわたって撹拌した。この時間の後、LC-MSにより反応は完了した。水/EtOAc/ブライン後処理を行い、有機溶液を乾燥させ(MgSO4)、溶媒を減圧下で除去した。得られた油状物をシリカクロマトグラフィー(0~100%EtOAc-ガソリン、次いで0~5%DCM-メタノール)によって精製して、生成物をオフホワイトの固体、3g、60%として得た。LC-MS;方法A(酸性);保持時間=2.45、m/z616.2(MH+)。
2×MeOH及び2×DCM。蛍光顕微鏡による検査により、銅触媒の存在下ではクリック反応が首尾よく起こったが、銅なしでは起こらず、したがって反応したビーズは強く蛍光であったことを確認した。さらに、アルキン及び触媒で処理したビーズは赤色であり、一方で、未処理のビーズは褐色のままであった。
の5’位のための保護基として使用され得ることを実証することであった。この研究は、分子が、この位置における有効なセーフティキャッチ保護基であり、したがって、オリゴヌクレオチド合成において使用するために適切となり得ることを示した。故に、図15に示される通り、化合物は室温において安定であり、3’-O-アセチル-チミジンを放出するための高速及びクリーンな開裂は、90℃において容易に達成される。
Claims (56)
- 固体基板の表面上の複数の部位における1又は同じ若しくは異なる2以上のオリゴヌクレオチドの並列合成のための方法であって、
(i)各部位に、複数のヌクレオシド又はヌクレオチドを用意するステップであって、各ヌクレオシド又はヌクレオチドが、熱的に開裂可能な5’-OH保護基を含み、前記ヌクレオシド又はヌクレオチドが、固体基板の表面上に固定されるステップと;
(ii)前記固体基板の前記表面上の選択された部位における前記ヌクレオシド又はヌクレオチドの5’-OHにおいて熱的に制御された脱保護を行って、前記選択された部位のそれぞれにおいて、脱保護された5’-OH基を有するヌクレオシド又はヌクレオチドを形成するステップと;
(iii)前記選択された部位のそれぞれにおいて、前記脱保護された5’-OH基上に、
ヌクレオシド3’-ホスホロアミダイト又はジ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイト又はトリ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイトをカップリングするステップであって、前記ヌクレオシド3’-ホスホロアミダイト又はジ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイト又はトリ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイトが、熱的に開裂可能な5’-OH保護基を含むステップと;得られた亜リン酸トリエステル基を酸化して、リン酸トリエステル基とするステップと;
(iv)前記基板の前記表面上の選択された部位における前記ヌクレオシド又はヌクレオチドの前記5’-OHにおいて熱的に制御された脱保護を行うステップであって、前記選択された部位が、前ステップの前記選択された部位と同じであっても異なっていてもよいステップと、
(v)前記選択された部位のそれぞれにおいて、前記脱保護された5’-OH基上に、ヌクレオシド3’-ホスホロアミダイト又はジ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイト又はトリ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイトをカップリングするステップであって、前記ヌクレオシド3’-ホスホロアミダイト又はジ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイト又はトリ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイトが、5’-OH保護基を含むステップと、得られた亜リン酸トリエステル基を酸化して、リン酸トリエステル基とするステップと;
(vi)ステップ(iv)及び(v)を1又は2回以上繰り返して、固体基板の表面上の各部位において所望のオリゴヌクレオチドを得るステップとを含み、
前記5’-OH保護基が、式(L-1’)で表され、
*は、前記ヌクレオシドの5’-OH基への接続ポイントを表し、
Xは、水素又はヒドロカルビルを表し、
Yは、ヒドロカルビル又は
R1、R2、R3、R4、R5及びR7のそれぞれは、同一又は異なっており、かつ独立して、水素又はヒドロカルビルを表し、
PGは、窒素のための開裂可能な保護基を表し、
nは、0、1、2、または3を表し、かつ
環Aは、窒素含有複素環基を表し、
それぞれの事象においてR1、R2、R3、R4、R5、PG及びAは、同一又は異なっていてもよい、
前記方法。 - (i)各部位に、複数のヌクレオシドを用意するステップであって、各ヌクレオシドが、熱的に開裂可能な5’-OH保護基を含み、前記ヌクレオシドが、固体基板の表面上に固定されるステップと;
(ii)前記固体基板の前記表面上の選択された部位における前記ヌクレオシドの5’-OHにおいて熱的に制御された脱保護を行って、前記選択された部位のそれぞれにおいて、脱保護された5’-OH基を有するヌクレオシドを形成するステップと;
(iii)前記選択された部位のそれぞれにおいて、前記脱保護された5’-OH基上に、
ヌクレオシド3’-ホスホロアミダイト又はジ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイト又はトリ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイトをカップリングするステップであって、前記ヌクレオシド3’-ホスホロアミダイト又はジ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイト又はトリ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイトが、熱的に開裂可能な5’-OH保護基を含むステップと;得られた亜リン酸トリエステル基を酸化して、リン酸トリエステル基とするステップと;
(iv)前記基板の前記表面上の選択された部位における前記ヌクレオシドの前記5’-OHにおいて熱的に制御された脱保護を行うステップであって、前記選択された部位が、前ステップの前記選択された部位と同じであっても異なっていてもよいステップと、
(v)前記選択された部位のそれぞれにおいて、前記脱保護された5’-OH基上に、ヌクレオシド3’-ホスホロアミダイト又はジ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイト又はトリ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイトをカップリングするステップであって、前記ヌクレオシド3’-ホスホロアミダイト又はジ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイト又はトリ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイトが、5’-OH保護基を含むステップと、得られた亜リン酸トリエステル基を酸化して、リン酸トリエステル基とするステップと;
(vi)ステップ(iv)及び(v)を1又は2回以上繰り返して、固体基板の表面上の各部位において所望のオリゴヌクレオチドを得るステップとを含み、
前記5’-OH保護基が、式(L-1’)で表され、
*は、前記ヌクレオシドの5’-OH基への接続ポイントを表し、
Xは、水素又はヒドロカルビルを表し、
Yは、ヒドロカルビル又は
R1、R2、R3、R4、R5及びR7のそれぞれは、同一又は異なっており、かつ独立して、水素又はヒドロカルビルを表し、
PGは、窒素のための開裂可能な保護基を表し、
nは、0、1、2、または3を表し、かつ
環Aは、窒素含有複素環基を表し、
それぞれの事象においてR1、R2、R3、R4、R5、PG及びAは、同一又は異なっていてもよい、
請求項1に記載の固体基板の表面上の複数の部位における1又は同じ若しくは異なる2以上のオリゴヌクレオチドの並列合成のための方法。 - (i)各部位に、熱的に開裂可能な5’-OH保護基を含む複数のヌクレオシドを用意するステップであって、前記ヌクレオシドが、固体基板の表面上に固定されるステップと;
(ii)前記固体基板の前記表面上の選択された部位における前記ヌクレオシドの5’-OHにおいて熱的に制御された脱保護を行って、前記選択された部位のそれぞれにおいて、脱保護された5’-OH基を有するヌクレオシドを形成するステップと;
(iii)前記選択された部位のそれぞれにおいて、熱的に開裂可能な5’-OH保護基を
含むヌクレオシド3’-ホスホロアミダイトを、前記脱保護された5’-OH基上にカップリングするステップと;得られた亜リン酸トリエステル基を酸化して、リン酸トリエステル基とするステップと;
(iv)前記基板の前記表面上の選択された部位における前記ヌクレオシドの前記5’-OHにおいて熱的に制御された脱保護を行うステップであって、前記選択された部位が、前ステップの前記選択された部位と同じであっても異なっていてもよいステップと;
(v)前記選択された部位のそれぞれにおいて、5’-OH保護基を含むヌクレオシド3’-ホスホロアミダイトを、前記脱保護された5’-OH基上にカップリングするステップと、得られた亜リン酸トリエステル基を酸化して、リン酸トリエステル基とするステップと;
(vi)ステップ(iv)及び(v)を1又は2回以上繰り返して、固体基板の表面上の各部位において所望のオリゴヌクレオチドを得るステップとを含み、
前記5’-OH保護基が、式(L-1’)で表され、
*は、前記ヌクレオシドの5’-OH基への接続ポイントを表し、
Xは、水素又はヒドロカルビルを表し、
Yは、ヒドロカルビル又は
R1、R2、R3、R4、R5及びR7のそれぞれは、同一又は異なっており、かつ独立して、水素又はヒドロカルビルを表し、
PGは、窒素のための開裂可能な保護基を表し、
nは、0、1、2、または3を表し、かつ
環Aは、窒素含有複素環基を表し、
それぞれの事象においてR1、R2、R3、R4、R5、PG及びAは、同一又は異なっていてもよい、
請求項1又は2に記載の固体基板の表面上の複数の部位における1又は同じ若しくは異なる2以上のオリゴヌクレオチドの並列合成のための方法。 - ステップ(i)におけるヌクレオシド又はヌクレオチドが、熱的に開裂可能なリンカー基を介して3’位において固体基板の表面に結合している、請求項1~3のいずれかに記載の方法。
- ステップ(ii)及び(iv)における熱的に制御された脱保護が、選択された部位における局部加熱によって実現される、請求項1~4のいずれかに記載の方法。
- 選択された部位以外の部位において、5’-OH保護基の0.5%未満がステップ(ii)及び(iv)において脱保護される、請求項5に記載の方法。
- カップリングステップ(iii)及び(v)が、5’-OH保護基を含むヌクレオシド3’-ホスホロアミダイト又はジ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイト又はトリ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイトを含有する溶液を、基板の表面と接触させることを含み、前記ヌクレオシド3’-ホスホロアミダイト又はジ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイト又はトリ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイトが、選択された部位において脱保護された5’-OH基と反応する、請求項1~6のいずれかに記載の方法。
- 選択された部位以外の部位の0.5%未満において、ステップ(iii)及び(v)におけるヌクレオシド3’-ホスホロアミダイト又はジ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイト又はトリ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイトと反応する、請求項7に記載の方法。
- ステップ(i)の5’-OH保護ヌクレオシドが、熱的に開裂可能なリンカー基を介して3’位において固体基板の表面に結合しており、第1のヌクレオシドを前記表面に結合している前記熱的に開裂可能なリンカーが、オリゴヌクレオチド合成ステップ中の除去に対して安定である、請求項1~8のいずれかに記載の方法。
- オリゴヌクレオチドの脱保護の熱制御が、チップ上の個々に熱的に対処可能な部位によって提供される、請求項1~9のいずれかに記載の方法。
- 固体基板が、チップを備え、方法が、
(i)各部位に、式(L-1’)で表される前記5’-OHにおいて熱的に開裂可能な保護基を含む複数のヌクレオシドを用意するステップであって、前記ヌクレオシドが、熱的に開裂可能なリンカー基を介して3’位において固体基板の表面に結合しているステップと;
(ii)前記チップの表面上の選択された部位における前記ヌクレオシドの前記5’-OHにおいて熱的に制御された脱保護を行って、前記選択された部位のそれぞれにおいて、脱保護された5’-OH基を有するヌクレオシドを形成するステップと;
(iii)前記選択された部位のそれぞれにおいて、前記脱保護された5’-OH基に、ヌ
クレオシド3’-ホスホロアミダイト、ジ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイト又はトリ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイトをカップリングするステップであって、前記ヌクレオシド3’-ホスホロアミダイト、ジ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイト又はトリ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイトが、式(L-1’)で表される前記熱的に開裂可能な5’-OH保護基を含むステップと;得られた亜リン酸トリエステル基を酸化して、リン酸トリエステル基とするステップと;
(iv)前記基板の前記表面上の選択された部位における前記ヌクレオシドの前記5’-OHにおいて熱的に制御された脱保護を行うステップであって、前記選択された部位が、前ステップの前記選択された部位と同じであっても異なっていてもよいステップと、
(v)前記選択された部位のそれぞれにおいて、前記脱保護された5’-OH基上に、ヌクレオシド3’-ホスホロアミダイト、ジ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイト又はトリ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイトをカップリングするステップであって、前記ヌクレオシド3’-ホスホロアミダイト、ジ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイト又はトリ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイトが、式(L-1’)で表される前記熱
的に開裂可能な5’-OH保護基を含むステップと;得られた亜リン酸トリエステル基を酸化して、リン酸トリエステル基とするステップと;
(vi)ステップ(iv)及び(v)を1又は2回以上繰り返して、前記チップの前記表面上の各部位において所望のオリゴヌクレオチドを得るステップであって、前記チップが、個々に熱的に対処可能な部位を含むステップと
を含む、請求項1又は2に記載の固体基板の表面上の複数の部位における1又は同じ若しくは異なる2以上のオリゴヌクレオチドの並列合成のための方法。 - 固体基板が、チップを備え、方法が、
(i)各部位に、式(L-1’)で表される前記5’-OHにおいて熱的に開裂可能な保護基を含む複数のヌクレオシドを用意するステップであって、前記ヌクレオシドが、熱的に開裂可能なリンカー基を介して3’位において固体基板の表面に結合しているステップと;
(ii)前記チップの表面上の選択された部位における前記ヌクレオシドの前記5’-OHにおいて熱的に制御された脱保護を行って、前記選択された部位のそれぞれにおいて、脱保護された5’-OH基を有するヌクレオシドを形成するステップと;
(iii)前記選択された部位のそれぞれにおいて、ヌクレオシド3’-ホスホロアミダイト、ジ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイト又はトリ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイトであって、式(L-1’)で表される前記熱的に開裂可能な5’-OH保護基を含む前記ヌクレオシド3’-ホスホロアミダイト、ジ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイト又はトリ-ヌクレオチド3’-ホスホロアミダイトを、前記脱保護された5’-OH基上にカップリングするステップと;得られた亜リン酸トリエステル基を酸化して、リン酸トリエステル基とするステップと;
(iv)前記基板の前記表面上の選択された部位における前記ヌクレオシドの前記5’-OHにおいて熱的に制御された脱保護を行うステップであって、前記選択された部位が、前ステップの前記選択された部位と同じであっても異なっていてもよいステップと、
(v)前記選択された部位のそれぞれにおいて、式(L-1’)で表される前記熱的に開
裂可能な5’-OH保護基を含むヌクレオシド3’-ホスホロアミダイトを、前記脱保護された5’-OH基上にカップリングするステップと;得られた亜リン酸トリエステル基を酸化して、リン酸トリエステル基とするステップと;
(vi)ステップ(iv)及び(v)を1又は2回以上繰り返して、前記チップの前記表面上の各部位において所望のオリゴヌクレオチドを得るステップであって、前記チップが、個々に熱的に対処可能な部位を含むステップと
を含む、請求項2に記載の固体基板の表面上の複数の部位における1又は同じ若しくは異なる2以上のオリゴヌクレオチドの並列合成のための方法。 - 固体基板が、前記固体基板の複数の部位において温度を制御するための温度制御デバイスを備え、前記温度制御デバイスが、
(i)前記基板上のそれぞれの場所に位置する複数のアクティブ熱部位であって、各アクティブ熱部位が、前記媒体の対応する部位に可変量の熱を印加するように構成された加熱体、及び前記加熱体と前記基板の間に位置する断熱層を備える、前記複数のアクティブ熱部位と;
(ii)前記基板上の前記複数のアクティブ熱部位間に位置する1又は2以上のパッシブ熱領域であり、各パッシブ熱領域が、前記媒体の対応部から前記基板へ熱を伝導するように構成された熱伝導層を備える、1又は2以上のパッシブ熱の領域とを備え;
前記1又は2以上のパッシブ熱領域の前記熱伝導層が、前記複数のアクティブ熱部位の前記断熱層よりも前記基板の平面に垂直な方向において、より低い熱抵抗を有する、
請求項1~12のいずれかに記載の方法。 - 熱的に開裂可能なリンカー基が、式(L-1):
- *は、ヌクレオシドの3’-OHとの結合点を表し;
- Xは、水素又はヒドロカルビルを表し;
- Yは、ヒドロカルビル又は
- R1、R2、R3、R4、R5及びR7のそれぞれは、同じであるか又は異なり、それぞれ独立して、水素又はヒドロカルビルを表し;
- PGは、窒素のための開裂可能な保護基を表し、式(L-1’)における前記PG基とは異なり、;
- nは、0、1、2又は3を表し;
- 環Aは、窒素含有ヘテロ環式基を表し;
各出現において、R1、R2、R3、R4、R5、PG及びAは、同じであっても異なっていてもよく、
これは、R1、R2、R3、R4、R5、R7、X、Y又はAの1つにおいて前記基板と結合しており、又は、Yが
或いは、前記開裂可能なリンカーは、Yがヒドロカルビルである場合、Yにおいて前記基板と結合している]
によって表される、請求項4~13のいずれかに記載の方法。 - Yが、ヒドロカルビルを表し、又は、Yが、C1-20ヒドロカルビル若しくはC1-10若しくはC1-6ヒドロカルビルを表し、又は、前記C1-20若しくはC1-10若しくはC1-6ヒドロカルビルが、アルキル、アリール、アルカリール及びアリールアルキル、アルケニル若しくはアルキニルであり、又は、Yが、C1-10アルキル又はC6-10アリールである、請求項14又は15に記載の方法。
- R1~R5、PG及びAが、式(IB)における各出現において同じである、請求項18に記載の方法。
- 環Aが、4~12員の単環式、二環式又は三環式窒素含有ヘテロ環式基を表し、これが、窒素に加えて、N、O又はSから選択される1又は2以上の他のヘテロ原子を含有してよい、請求項14~20のいずれかに記載の方法。
- 環Aが、4~8員の単環式ヘテロ環式基を表す、請求項14~21のいずれかに記載の方法。
- 環Aが、5、6又は7員の単環式ヘテロ環式基を表す、請求項14~22のいずれかに記載の方法。
- 環Aが、ピペリジル、モルホリニル、ピロリジニル、チオモルホリニル及びイミダゾリルから選択されるヘテロ環を表す、請求項14~23のいずれかに記載の方法。
- 環Aが、ピペリジル、ピロリジニル又はイミダゾリルを表す、請求項14~24のいずれかに記載の方法。
- 環Aが、ピペリジル又はピロリジニルを表す、請求項14~25のいずれかに記載の方法。
- -C(R3)(R4)の各出現において、R3又はR4の一方がヒドロカルビルであり、他方がHであるか、或いはR3及びR4が、各出現において、Hを表す、請求項14~26のいずれかに記載の方法。
- nが、0、1又は2である、請求項14~27のいずれかに記載の方法。
- nが、1である、請求項14~28のいずれかに記載の方法。
- Xが、H又はヒドロカルビルであって、前記ヒドロカルビルが、アルキル、アリール及びアリールアルキルからなる群から選択され、又は、前記アルキル、アリール若しくはアリールアルキルが、C1-20、C1-10若しくはC1-8であり、又は、Xが、H、C1-10アルキル、C6-10アリール若しくはC7-12アリールアルキルであり;又は、Xが、H、C1-6アルキル、C6-10アリール若しくはC7-12アリールアルキルであり;又は、Xが、Hである、請求項14~29のいずれかに記載の方法。
- Xが、H若しくはアリールであり、又は、Xが、H若しくはフェニルである、請求項30に記載の方法。
- R1及びR2が、H、アルキル、アリール若しくはアリールアルキルから独立して選択され、又は、前記アルキル、アリール若しくはアリールアルキルが、C1-20、C1-10若しくはC1-6であり、又は、Rが、H、C1-10アルキル、C6-10アリール若しくはC7-12アリールアルキルであり、又は、R1及びR2が、Hである、請求項14~31のいずれかに記載の方法。
- R3及びR4が、H、アルキル、アリール若しくはアリールアルキルから独立して選択され、又は、前記アルキル、アリール若しくはアリールアルキルが、C1-20、C1-10若しくはC1-6であり、又は、Rが、H、C1-10アルキル、C6-10アリール若しくはC7-12アリールアルキルであり、又は、R1及びR2が、Hである、請求項14~32のいずれかに記載の方法。
- R5が、Hである、請求項14~33のいずれかに記載の方法。
- 少なくとも1つの保護基PGの開裂が、pH、温度、放射線によって、若しくは化学的活性剤によって、又はそれらの組合せによって活性化され得る、請求項14~34のいずれかに記載の方法。
- 少なくとも1つの保護基PGの開裂が、pH、温度、化学的活性化剤によって、又はそれらの組合せによって活性化され得る、請求項14~35のいずれかに記載の方法。
- 少なくとも1つの保護基PGが、熱的に開裂可能であり、活性剤の存在下であってもよい、請求項14~36のいずれかに記載の方法。
- 少なくとも1つの保護基PGが、活性剤の非存在下で熱的に開裂可能ではない、請求項14~37のいずれかに記載の方法。
- 活性剤が、酸又は塩基である、請求項14~38のいずれかに記載の方法。
- PGが、tert-ブチルオキシカルボニル(Boc)、トリチル(Trt)、ベンジルオキシカルボニル、α,α-ジメチル-3,5-ジメトキシベンジルオキシカルボニル(Ddz)、2-(4-ビフェニル)イソプロポキシカルボニル(Bpoc)、2-ニトロフェニルスルフェニル(Nps)、トシル(Ts)から選択される、請求項14~39のいずれかに記載の方法。
- PGが、(1,1-ジオキソベンゾ[b]チオフェン-2-イル)メチルオキシカルボニル(Bsmoc)、9-フルオレニルメトキシカルボニル(Fmoc)、(1,1-ジオキソナフト[1,2-b]チオフェン-2-イル)メチルオキシカルボニル(α-Nsmoc)、2-(4-ニトロフェニルスルホニル)エトキシカルボニル(Nsc)、2,7-ジ-tert-ブチル-Fmoc、2-フルオロ-Fmoc、2-モノイソオクチル-Fmoc(mio-Fmoc)及び2,7-ジイソオクチル-Fmoc(dio-Fmoc)、2-[フェニル(メチル)スルホニオ]エチルオキシカルボニルテトラフルオロボレート(Pms)、エタンスルホニルエトキシカルボニル(Esc)、2-(4-スルホフェニルスルホニル)エトキシカルボニル(Sps)、アセチル(Ac)、ベンゾイル(Bz)、CF3C(=O)-トリフルオロアセトアミドから選択される、請求項14~40のいずれかに記載の方法。
- PGが、Boc、Fmoc及びBsmocからなる群から選択される、請求項14~41のいずれかに記載の方法。
- PGが、Allocである、請求項14~42のいずれかに記載の方法。
- 少なくとも1つのY基が、ヒドロカルビルであり、又は、少なくとも1つのYが、アルキル、アルケニル、アリール、アラルキル、アルカリールであり、前記アルキル、アルケニル、アリール、アラルキル若しくはアルカリール基が、末端アルキン基で置換されている、請求項14~43のいずれかに記載の方法。
- 少なくとも1つのY基が、末端アルキニル基で置換されている、アルキル、アルケニル、アリール、アラルキル、アルカリールであり、末端アルキン基が、C2-C6アルキニル基である、請求項14~44のいずれかに記載の方法。
- 少なくとも1つのY基が、アルキニル基で置換されているアラルキルであって、又は、1つのY基が、CH2-(C6H4)CH≡CHである、請求項14~45のいずれかに記載の方法。
- 表面が、導電性材料を含む、又は、表面が、金若しくはシリコンを含む、請求項1~46のいずれかに記載の方法。
- ヌクレオシドの、表面との結合が、官能基化カルベン又は官能基化アルキンとの会合を介する、ものである、請求項1~47のいずれかに記載の方法。
- キャッピングステップを伴わない、請求項1~48のいずれかに記載の方法。
- オリゴヌクレオチド合成の終わりにオリゴヌクレオチドを脱保護して、各部位において複数の固定されたオリゴヌクレオチドを形成するステップであって、前記オリゴヌクレオチドが、熱的に開裂可能なリンカー基を介して3’位において固体基板の表面に結合しているステップをさらに含む、請求項1~49のいずれかに記載の方法。
- 熱的に開裂可能なリンカー基の開裂をさらに含み、それにより、オリゴヌクレオチドを表面から放出する、請求項50に記載の方法。
- 熱的に開裂可能なリンカー基の開裂が、固体基板の表面上の選択された部位において行われ、それにより、オリゴヌクレオチドの選択的放出を提供する、請求項51に記載の方法。
- オリゴヌクレオチドを放出及びハイブリダイズして核酸を形成するステップと、前記核酸を表面から放出するステップとをさらに含む、請求項1~52のいずれかに記載の方法。
- 固体基板の表面上の複数の部位において、1又は2以上のヌクレオチド、オリゴヌクレオチド又は核酸を含むマイクロアレイであって、
前記ヌクレオチド、オリゴヌクレオチド又は二本鎖核酸が、熱的に開裂可能なリンカーによって前記表面に結合している、
前記熱的に開裂可能なリンカーが、式(L-1)で表される、
*は、前記ヌクレオシドの3’-OH基への接続ポイントを表し、
Xは、水素又はヒドロカルビルを表し、
Yは、ヒドロカルビル又は
R1、R2、R3、R4、R5及びR7のそれぞれは、同一又は異なっており、かつ独立して、水素又はヒドロカルビルを表し、
PGは、窒素のための開裂可能な保護基を表し、
nは、0、1、2、または3を表し、かつ
環Aは、窒素含有複素環基を表し、
それぞれの事象においてR1、R2、R3、R4、R5、PG及びAは、同一又は異なっていてもよい、
マイクロアレイ。 - オリゴヌクレオチド、核酸、若しくは、DNA又はXNAを調製するための、請求項1~53のいずれかに記載の方法の使用。
- オリゴヌクレオチド、核酸、若しくは、DNA又はXNAを調製するための、請求項54に記載のマイクロアレイの使用。
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