KR102078892B1 - 접합된 중합체성 입자 및 그의 제조 방법 - Google Patents

접합된 중합체성 입자 및 그의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

기재의 접합 방법은 생체분자와 회합된 반대 이온을 친지성 반대 이온과 교환시켜 생체분자 착물을 형성하는 단계, 생체분자 착물을 비수성 용매에 분산시키는 단계, 및 생체분자 착물을 비수성 용매의 존재 하에서 기재에 커플링시키는 단계를 포함한다. 기재 또는 고체 지지체는 중합체성 입자이고, 입자 상에 고정화되는 생체분자는 올리고뉴클레오티드이고, 친지성 반대 이온은 테트라부틸암모늄 이온이고, 비수성 용매는 N-메틸피롤리돈 (NMP)이다. 올리고뉴클레오티드 코팅된 입자는 핵산 단리 또는 핵산 서열분석 반응에서 사용된다.

Description

접합된 중합체성 입자 및 그의 제조 방법 {CONJUGATED POLYMERIC PARTICLE AND METHOD OF MAKING SAME}
본 출원은 2012년 2월 9일자로 출원된 미국 가출원 번호 61/597,064의 우선권을 주장하며, 이 가출원은 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
본 개시내용은 일반적으로 기재의 접합 방법 및 이러한 방법을 통해서 형성된 기재에 관한 것이다.
기재에 대한 폴리뉴클레오티드의 접합은 각종 산업에서 흥미로운 것이다. 접합된 폴리뉴클레오티드를 포함하는 기재는 분리 기술, 유전자 마커의 검출 및 서열분석에서 유용하다.
예를 들어, 폴리뉴클레오티드 프로브와 접합된 기재는 검출을 위해서 유전자 마커를 포획하는데 사용될 수 있다. 예시적인 유전자 마커는 유전자 내의 질환 변이체, 질환 유발 박테리아 또는 바이러스, 또는 인간 식별에 유용한 대립유전자에 관련될 수 있다. 유전자 마커에 상보적인 접합된 프로브를 포함하는 기재는 이러한 유전자 마커를 포획할 수 있으며, 다양한 기술을 사용하여 포획된 유전자 마커의 존재를 검출할 수 있다.
또다른 예에서, 폴리뉴클레오티드와 접합된 기재는 유전자 물질을 포획하고, 분리하는데 유용할 수 있다. 한 예에서, 기재 상의 프로브는 목적하는 폴리뉴클레오티드에 상보적일 수 있다. 프로브는 목적하는 폴리뉴클레오티드를 포획하고, 이후에 폴리뉴클레오티드를 방출시켜서 폴리뉴클레오티드의 회수를 허용하도록 구성될 수 있다. 또다른 예에서, 표적 폴리뉴클레오티드에 상보적인 폴리뉴클레오티드 프로브와 접합된 중합체성 입자를 사용하여 용액으로부터 표적 폴리뉴클레오티드를 포획하고 분리할 수 있다. 이어서, 표적 폴리뉴클레오티드를 상이한 용액 중에서 접합된 입자로부터 방출시킬 수 있다.
추가의 예에서, 폴리뉴클레오티드에 접합된 기재는 다양한 서열분석 기술에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 폴리뉴클레오티드 또는 폴리뉴클레오티드의 다수의 카피에 접합된 중합체성 입자는 서열분석 기술, 예컨대 형광-기반 서열분석 기술 또는 이온-기반 서열분석 기술에서 사용될 수 있다.
상기 접합된 기재의 사용 각각이 각종 산업에서 특히 흥미롭지만, 기재, 예컨대 중합체성 기재에 대한 폴리뉴클레오티드의 신뢰할 수 있는 접합은 보통 비효율적이다. 이러한 비효율성은 접합된 폴리뉴클레오티드 또는 목적하는 폴리뉴클레오티드가 없는 랜덤 영역의 밀도를 낮춘다. 이러한 비효율성은 불량한 분리, 검출 방법의 낮은 정확성 및 서열분석 기술에서 낮은 신호 또는 높은 신호-대-잡음 비율을 유발할 수 있다.
따라서, 개선된 접합 방법이 바람직할 것이다.
제1 측면에서, 기재의 접합 방법은 생체분자와 회합된 반대 이온을 친지성 반대 이온과 교환시켜 생체분자 착물을 형성하는 단계, 생체분자 착물을 비수성 용매에 분산시키는 단계, 및 생체분자 착물을 비수성 용매의 존재 하에서 기재에 커플링시키는 단계를 포함한다.
제2 측면에서, 중합체성 입자의 접합 방법은 폴리뉴클레오티드와 회합된 양이온성 반대 이온을 친지성의 양이온성 반대 이온과 교환시켜 폴리뉴클레오티드 착물을 형성하는 단계이며, 상기 폴리뉴클레오티드는 친핵성 반응성 기 또는 친전자성 반응성 기를 포함하는 것인 단계를 포함한다. 방법은 폴리뉴클레오티드 착물을 비반응성의 비수성 용매에 분산시키는 단계, 및 친핵성 치환 또는 친전자성 치환에 의해서 폴리뉴클레오티드를 중합체성 입자에 커플링시키는 단계이며, 상기 중합체성 입자는 친전자성 기 또는 친핵성 기를 포함하는 것인 단계를 포함한다.
제3 측면에서, 중합체성 입자는 상기 측면 또는 예 중 임의의 하나의 방법을 사용하여 폴리뉴클레오티드에 접합시킨 중합체를 포함한다.
제4 측면에서, 서열분석 방법은 표적 폴리뉴클레오티드를 올리고뉴클레오티드 접합된 중합체성 입자의 존재 하에서 증폭시켜 폴리뉴클레오티드 접합된 중합체성 입자를 형성하는 단계를 포함한다. 올리고뉴클레오티드는 표적 폴리뉴클레오티드에 적어도 부분적으로 상보적이다. 올리고뉴클레오티드 접합된 중합체성 입자는 상기 측면 또는 예 중 임의의 방법에 의해서 형성된다. 방법은 폴리뉴클레오티드 접합된 중합체성 입자를 서열분석 장치에 적용하는 단계, 프라이머를 폴리뉴클레오티드 접합된 중합체성 입자에 적용하는 단계, 뉴클레오티드를 도입하는 단계, 및 도입을 검출하는 단계를 추가로 포함한다.
제5 측면에서, 표적 폴리뉴클레오티드를 단리하는 방법은 표적 폴리뉴클레오티드를 포함하는 제1 용액을 프로브 접합된 기재와 접촉시키는 단계를 포함한다. 프로브 접합된 기재의 프로브는 표적 폴리뉴클레오티드에 적어도 부분적으로 상보적이다. 프로브 접합된 기재는 상기 측면 또는 예 중 임의의 방법에 의해서 형성된다. 방법은 표적 폴리뉴클레오티드를 프로브에 커플링시키는 동안, 프로브 접합된 기재를 세척하는 단계, 및 표적 폴리뉴클레오티드를 제2 용매 중에 방출시키는 단계를 추가로 포함한다.
추가 측면에서, 올리고뉴클레오티드를 중합체에 접합시키는 방법은 아민 관능기를 포함하는 중합체를 비스-NHS 에스테르 또는 디숙신이미딜 카르보네이트로 처리하여 관능화된 중합체를 형성하는 단계, 및 관능화된 중합체를 아민 종결 올리고뉴클레오티드로 처리하여 올리고뉴클레오티드를 포함하는 접합된 중합체를 형성하는 단계를 포함한다.
첨부된 도면을 참조로 본 개시내용은 보다 쉽게 이해될 수 있으며, 그의 다수의 특징부 및 이점은 당업자에게 자명할 수 있다.
도 1은 폴리뉴클레오티드를 처리하기 위한 예시적인 방법의 도시를 포함한다.
도 2는 예시적인 접합 방법의 도시를 포함한다.
도 3은 예시적인 서열분석 방법의 도시를 포함한다.
도 4는 예시적인 직접 접합 방법의 도시를 포함한다.
도 5는 예시적인 간접 접합 방법의 도시를 포함한다.
도 6은 예시적인 접합 방법의 도시를 포함한다.
상이한 도면에서 동일한 참조 부호의 사용은 유사하거나 또는 동일한 항목을 나타낸다.
한 실시양태에서, 접합 방법은 생체분자와 회합된 반대 이온을 친지성 반대 이온과 교환시켜 생체분자 착물을 형성하는 단계를 포함한다. 한 예에서, 반대 이온은 양이온성이다. 생체분자 착물, 예컨대 폴리뉴클레오티드 착물을 비수성 용매에 분산시키고, 비수성 용매의 존재 하에서 기재에 접합시킬 수 있다. 예시적인 기재는 표면, 예컨대 세라믹, 금속 또는 중합체성 표면을 포함한다. 또다른 예에서, 기재는 팽윤성(swellable) 중합체성 입자를 포함한다. 특히, 생체분자는 중합체성 입자 전체에서 팽윤성 중합체의 관능기에 접합될 수 있다.
한 예에서, 접합된 기재는 표적 폴리뉴클레오티드를 포획하는데 사용될 수 있다. 특정 예에서, 접합된 폴리뉴클레오티드는 포획된 표적 폴리뉴클레오티드를 기재로 하여 연장될 수 있다. 접합된 폴리뉴클레오티드의 다수의 카피를 포함하는 중합체성 입자의 경우, 접합된 폴리뉴클레오티드의 카피는 표적 폴리뉴클레오티드와 부합되게 연장되어 표적 폴리뉴클레오티드에 대한 상보체의 다수의 카피를 제공할 수 있다. 이러한 입자는 서열분석 기술, 예컨대 이온 또는 pH-기반 서열분석 기술에 유용할 수 있다.
특히, 본 방법은 비수성 용액 내에서 접합을 수행한다. 물은 다양한 접합 화학과 경쟁하거나 또는 접합 화학을 방해하여 접합 효율을 감소시킬 수 있다는 것이 밝혀져 있다. 예를 들어, 물은 친핵성 치환 또는 친전자성 치환을 방해할 수 있다. 물은 친전자체를 접합에 대한 비활성 모어이티로 가수분해시킴으로써 친전자체에 대해서 친핵체와 경쟁할 수 있다. 비수성 용액 또는 용매 중에서 접합시킴으로써, 접합 방법, 예컨대 친핵성 치환 또는 친전자성 치환이 보다 효율적이 된다. 또한, 새로운 접합 화학이 비수성 환경에서 사용될 수 있다.
생체분자는 뉴클레오시드, 뉴클레오티드, 핵산 (올리고뉴클레오티드 및 폴리뉴클레오티드), 폴리펩티드, 사카라이드, 폴리사카라이드, 지질, 및 이들의 유도체 또는 유사체를 포함할 수 있다. 특정 예에서, 생체분자는 폴리펩티드 또는 핵산, 예컨대 폴리뉴클레오티드이다. 예를 들어, 생체분자는 폴리뉴클레오티드 또는 그의 유사체일 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 생체분자의 반대 이온을 친지성 반대 이온과 교환시켜 보다 친지성인 생체분자 착물을 제공할 수 있다. 도시된 생체분자는 폴리뉴클레오티드 (102)이다. 도시된 바와 같이, 폴리뉴클레오티드 (102)는 다수의 중합된 뉴클레오티드로 형성된다. 뉴클레오티드의 탄수화물 모이어티 (X)가 이웃하는 뉴클레오티드의 포스페이트 기에 결합되어 있다. 각각의 포스페이트 기는 양이온성 반대 이온 (M)과 회합되어 있다. 한 예에서, 양이온성 반대 이온 (M)은 금속 이온일 수 있다. 또다른 예에서, 양이온성 반대 이온 (M)은 암모늄 또는 양성자일 수 있다. 또한, 폴리뉴클레오티드 (102)는 반응성 기 (P)를 뉴클레오티드 쇄에 연결하는 링커 기 (L)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 생체분자는 유사한 링커 기/반응성 기 구조를 갖는 폴리뉴클레오티드 유사체일 수 있고, 폴리뉴클레오티드는 탄수화물 (X)에 더하여 또는 탄수화물 (X) 대신에 염기 중 하나 이상에서 연장되는 반응성 기 (P)를 가질 수 있다.
한 예에서, 링커 기 (L)는 탄화수소, 에테르 또는 폴리에테르 기, 또는 이들의 조합을 포함한다. 반응성 기 (P)는 기재, 예컨대 중합체성 기재 상에 형성된 관능기와 반응하도록 기능할 수 있다. 특정 예에서, 반응성 기 (P)는 아민, 티올, 말레이미드, 아세틸렌, 아지드, 또는 이들의 조합일 수 있다. 예를 들어, 반응성 기 (P)는 아민 또는 티올일 수 있다. 특히, 반응성 기 (P)는 아민일 수 있다. 한 예에서, 반응성 기 (P)는 말레이미드일 수 있다. 추가 예에서, 반응성 기 (P)는 아세틸렌일 수 있다. 추가 예에서, 반응성 기 (P)는 아지드일 수 있다.
폴리뉴클레오티드 (102)를 친지성 반대 이온 (104)에 노출시킨다. 친지성 반대 이온 (104)은 하나 이상의 탄화수소 기 (R1, R2, R3, R4)에 커플링되고, 대향(opposing) 이온 (Z)과 회합된 양으로 하전된 구성원 (Y)을 포함할 수 있다. 한 예에서, 양으로 하전된 구성원 (Y)은 질소, 인, 황, 비소, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 특히, 양으로 하전된 구성원 (Y)은 질소, 인, 황, 또는 이들의 조합이다. 예를 들어, 양으로 하전된 구성원 (Y)은 질소 또는 인일 수 있다. 특히, 양으로 하전된 구성원 (Y)은 탄화수소 기 (R1, R2, R3, 또는 R4)를 갖는 아민을 형성하는 질소이다.
양으로 하전된 구성원 (Y)은 하나 이상의 탄화수소 기, 예컨대 적어도 2개의 탄화수소 기, 적어도 3개의 탄화수소 기, 또는 적어도 4개의 탄화수소기를 포함한다. 도시된 바와 같이, 양으로 하전된 구성원 (Y)은 4개의 탄화수소 기 (R1, R2, R3, 또는 R4)를 포함한다. 탄화수소 기 (R1, R2, R3, 또는 R4)는 독립적으로 알킬 기, 아릴 기, 이들의 에테르 유도체, 또는 이들의 조합일 수 있다. 한 예에서, 알킬 탄화수소 기는 메틸, 에틸, 프로필, 또는 부틸 기, 이들의 에테르 유도체, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로필은 n-프로필, 이소-프로필, 또는 이들의 조합일 수 있다. 한 예에서, 부틸 기는 n-부틸, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 예시적인 아릴 기는 페닐, 톨릴, 크실릴, 또는 폴리-아릴, 예컨대 나프틸, 이들의 에테르 유도체, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다
특히, 친지성 기 [Y(R1)(R2)(R3)(R4)]는 친지성 암모늄 이온, 친지성 포스포늄 이온, 친지성 아르소늄 이온, 친지성 술포늄 이온, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예시적인 친지성 암모늄 이온은 테트라알킬암모늄, 테트라아릴암모늄, 혼합 알킬 및 아릴 암모늄, 또는 이들의 조합을 포함한다. 예를 들어, 예시적인 친지성 암모늄 이온은 테트라메틸암모늄, 테트라에틸암모늄, 테트라프로필암모늄, 테트라부틸암모늄, 테트라펜틸암모늄, 테트라헥실암모늄, 테트라헵틸암모늄, 테트라옥틸암모늄, 이들의 알킬 및 아릴 혼합물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 예시적인 친지성 포스포늄 이온은 테트라페닐포스포늄을 포함한다. 예시적인 친지성 아르소늄 이온은 테트라알킬아르소늄, 테트라아릴아르소늄, 혼합 알킬 및 아릴 아르소늄 이온, 또는 이들의 조합이다. 예를 들어, 친지성 아르소늄 이온은 테트라페닐아르소늄이다. 예시적인 친지성 술포늄 이온은 트리알킬술포늄 이온이다. 이온 (Z)은 친지성 기 [Y(R1)(R2)(R3)(R4)]에 대향하는 전하의 이온, 예컨대 히드록시드, 할로겐, 니트레이트, 카르보네이트, 술페이트, 퍼클로레이트, 페놀레이트, 테트라알킬보레이트, 테트라아릴보레이트, 포스페이트 이온 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다.
교환의 결과로서, 폴리뉴클레오티드 착물 (106)은 친지성 거동을 나타내고, 비수성 용매에 분산될 수 있다. 한 예에서, 비수성 용매는 극성이다. 추가 예에서, 비수성 용매는 기재 상의 커플링 기 또는 중합체의 관능기, 예컨대 폴리뉴클레오티드 착물 (106)의 반응성 기 (P)와 반응하지 않는다. 한 예에서, 용매는 아미드, 우레아, 카르보네이트, 에테르, 술폭시드, 술폰, 장애(hindered) 알콜, 또는 이들의 조합을 포함한다. 예시적인 아미드 또는 우레아는 포름아미드, N,N-디메틸포름아미드, 아세트아미드, N,N-디메틸아세트아미드, 헥사메틸포스포르아미드, 피롤리돈, N-메틸피롤리돈, N,N,N',N'-테트라메틸우레아, N,N'-디메틸-N,N'-트리메틸렌우레아, 또는 이들의 조합을 포함한다. 예시적인 카르보네이트는 디메틸 카르보네이트, 프로필렌 카르보네이트, 또는 이들의 조합을 포함한다. 예시적인 에테르는 테트라히드로푸란을 포함한다. 예시적인 술폭시드 또는 술폰은 디메틸술폭시드, 디메틸술폰, 또는 이들의 조합을 포함한다. 예시적인 장애 알콜은 tert-부틸 알콜을 포함한다.
교환 이후에, 또는 교환의 일부로서, 폴리뉴클레오티드 착물 (106)을 비수성 용매에 분산시킬 수 있다. 분산된 폴리뉴클레오티드 착물 (106)을 기재의 접합에 사용할 수 있다.
기재는 고체 표면, 입자 또는 이들의 조합일 수 있다. 한 예에서, 기재는 고체 표면일 수 있다. 기재는 평탄한 표면, 오목한 표면 또는 볼록한 표면, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 기재는 에칭(etching), 공동화(cavitation) 또는 범프(bump)를 비롯한 텍스쳐 또는 특징부를 포함할 수 있다. 대안적으로, 기재는 임의의 텍스쳐 또는 특징부가 존재하지 않을 수 있다. 기재는 모세관 구조, 채널, 홈, 웰 또는 저장소를 포함할 수 있다. 한 예에서, 기재는 메시일 수 있다. 기재는 다공성, 반-다공성 또는 비다공성일 수 있다. 추가 예에서, 기재는 필터 또는 겔일 수 있다. 기재는 핀(pin) (예를 들어, 핀 어레이)의 상부를 포함할 수 있다. 기재는 물질, 예컨대 유리, 보로실리케이트 유리, 실리카, 석영, 용융 석영(fused quartz), 운모, 폴리아크릴아미드 및 N-치환된 폴리아크릴아미드, 가소성 폴리스티렌, 폴리카르보네이트, 폴리메타크릴레이트 (PMA), 폴리메틸 메타크릴레이트 (PMMA), 폴리디메틸실록산 (PDMS), 규소, 게르마늄, 흑연, 세라믹, 규소, 반도체, 고굴절률 유전체, 결정, 겔, 중합체 또는 필름 (예를 들어, 금, 은, 알루미늄 또는 다이아몬드 필름)으로부터 제조될 수 있다. 특히, 기재는 금속 필름 또는 금속 코팅을 갖는 고체 기재를 포함할 수 있다.
특정 예에서, 기재는 폴리뉴클레오티드 착물 (106)이 중합체성 입자 내로 확산되는 것을 가능하게 하는 다공도를 갖는 중합체성 입자를 포함한다. 특히, 중합체성 입자는 폴리뉴클레오티드 착물 (106)의 반응성 기 (P)에 반응성인 반응성 관능기를 포함할 수 있다. 한 예에서, 중합체성 입자는 친수성이다. 중합체성 입자는 팽윤성일 수 있다. 예를 들어, 중합체성 입자는 히드로겔일 수 있다. 친수성 중합체성 입자는 관능기, 예컨대 히드록실 기 또는 아민 기를 노출시킬 수 있다. 이러한 기를 다른 관능기로 대체시켜서 폴리뉴클레오티드 착물 (106)과의 접합을 용이하게 할 수 있다.
한 예에서, 중합체성 입자는 스티렌 중합체, 아크릴레이트 중합체, 아크릴아미드 중합체, 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 중합체성 입자는 중합된 단량체로부터 형성될 수 있다. 단량체는 라디칼 중합성 단량체, 예컨대 비닐계 단량체일 수 있다. 특히, 단량체는 친수성 단량체를 포함할 수 있다. 한 예에서, 친수성 단량체는 아크릴아미드, 비닐 아세테이트, 히드록시알킬메타크릴레이트, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 친수성 단량체는 아크릴아미드, 예컨대 히드록실 기, 아미노 기, 또는 이들의 조합을 포함하는 아크릴아미드이다. 한 예에서, 친수성 단량체는 아미노알킬 아크릴아미드이다. 또다른 예에서, 아크릴아미드는 히드록시알킬 아크릴아미드, 예컨대 히드록시에틸 아크릴아미드일 수 있다. 특히, 히드록시알킬 아크릴아미드는 N-[트리스(히드록시메틸)메틸)아크릴아미드, N-(히드록시메틸)아크릴아미드, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 특정 예에서, 단량체는 히드록실 기를 포함한다. 추가 예에서, 공단량체에는, 예컨대 아미노아크릴아미드, 예를 들어 아민 종결 폴리에틸렌 글리콜로 관능화된 아크릴아미드 또는 아크릴로피페라진이 포함될 수 있다.
한 예에서, 중합체성 입자의 중합체는 단량체 및 가교제를 중합시킴으로써 형성될 수 있다. 한 예에서, 가교제는 15:1 내지 1:2 범위, 예컨대 10:1 내지 1:1 범위, 6:1 내지 1:1 범위, 또는 심지어는 4:1 내지 1:1 범위의 단량체 대 가교제의 질량비로 포함된다. 특히, 가교제는 디비닐 가교제일 수 있다. 예를 들어, 디비닐 가교제는 디아크릴아미드, 예컨대 N,N'-(에탄-1,2-디일)비스(2-히드록실 에틸)아크릴아미드, N,N'-(2-히드록시프로판-1,3-디일)디아크릴아미드, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 또다른 예에서, 디비닐 가교제는 에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 디비닐벤젠, 헥사메틸렌 비스아크릴아미드, 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트, 에틸렌 디메타크릴레이트, 또는 이들의 조합을 포함한다.
한 예에서, 중합체성 입자는 친수성 입자, 예컨대 히드로겔 입자일 수 있다. 히드로겔은 물 중에서 그의 중량의 적어도 20％, 예컨대 적어도 45％, 적어도 65％, 적어도 85％, 적어도 100％, 적어도 300％, 적어도 1000％, 적어도 1500％ 또는 심지어는 물 중에서 그의 중량의 적어도 2000％를 흡수할 수 있는 중합체이다.
중합체성 입자는 바람직한 입자 크기, 예컨대 100 μm 이하, 30 μm 이하, 또는 3 μm 이하의 입자 크기를 가질 수 있다. 평균 입자 크기는 평균 입자 직경이다. 예를 들어, 평균 입자 크기는 2 μm 이하, 예컨대 1.5 μm 이하, 1.1 μm 이하, 0.8 μm 이하, 0.6 μm 이하, 0.5 μm 이하, 또는 심지어는 0.3 μm 이하일 수 있다. 특정 예에서, 평균 입자 크기는 0.1 μm 내지 100 μm 범위, 예컨대 0.1 μm 내지 50 μm 범위 또는 0.1 μm 내지 1.1 μm 범위일 수 있다.
추가 예에서, 다수의 입자는 단분산성이며, 바람직하게 낮은 변동 계수(coefficient of variance), 예컨대 20％ 이하의 변동 계수를 가질 수 있다. 변동 계수 (CV)는 표준 편차를 평균으로 나눈 값의 100배로서 정의되며, 여기서 "평균"은 평균 입자 직경이고, 표준 편차는 입자 크기의 표준 편차이다. "평균"은 대안적으로는 z-평균 또는 모드 입자 직경일 수 있다. 통상의 실시에 따라서, CV는 주 모드, 즉 주 피크 상에서 계산되기 때문에, 응집체와 관련된 부 피크를 제외한다. 따라서, 모드 크기보다 작거나 또는 큰 일부 입자는 계산에서 무시될 수 있으며, 이것은 예를 들어, 검출가능한 입자의 총 입자 수의 약 90％를 기준으로 할 수 있다. 이러한 CV의 측정은 CPS 디스크 원심분리기 또는 쿨터 계수기(coulter counter) 상에서 수행할 수 있다. 예를 들어, 중합체성 입자의 변동 계수 (CV)는 15％ 이하, 예컨대 10％ 이하, 5％ 이하, 4.5％ 이하, 4.0％ 이하, 3.5％ 이하, 또는 심지어는 3.0％ 이하일 수 있다.
추가 예에서, 물 중에서 친수성 중합체성 입자는 50 중량％ 이하의 중합체, 예컨대 30 중량％ 이하의 중합체, 20 중량％ 이하의 중합체, 10 중량％ 이하의 중합체, 5 중량％ 이하의 중합체, 또는 심지어는 2 중량％ 이하의 중합체일 수 있다.
추가 예에서, 중합체성 입자는 폴리뉴클레오티드, 단백질 또는 효소의 확산을 가능하게 하는 다공도를 가질 수 있다. 한 예에서, 중합체성 입자는 적어도 50 킬로달톤, 예컨대 적어도 100 킬로달톤, 적어도 200 킬로달톤, 적어도 250 킬로달톤, 또는 심지어는 적어도 350 킬로달톤의 크기를 갖는 단백질의 확산을 가능하게 하는 다공도를 가질 수 있다.
고체 표면이든지 또는 중합체성 입자, 예컨대 상기에 기재된 중합체성 입자이든지 간에, 도 1에 도시된 폴리뉴클레오티드 착물 (106)을 비수성 용매의 존재 하에서 기재에 접합시킬 수 있다. 예를 들어, 기재의 중합체는 히드록실 기를 포함할 수 있다. 히드록실 기의 일부를 대안적인 관능기로 대체하여 폴리뉴클레오티드 착물, 예컨대 도 1에 도시된 폴리뉴클레오티드 착물 (106)과의 접합을 용이하게 할 수 있다.
기재는 직접 접합 또는 간접 접합을 겪을 수 있다. 특정 예에서, 중합체의 관능기, 예컨대 히드록실 기를 친핵성 치환 또는 친전자성 치환시켜서 중합체를 폴리뉴클레오티드에 접합시킬 수 있다. 예를 들어, 기재의 커플링 기는 친핵체 또는 친전자체 중 하나를 포함할 수 있고, 폴리뉴클레오티드의 말단 반응성 기는 친핵체 또는 친전자체 중 나머지 것을 포함할 수 있다. 폴리뉴클레오티드를 친핵성 치환 또는 친전자성 치환에 의해서 중합체성 입자에 커플링시킬 수 있다. 한 예에서, 히드록실 기를 포함하는 중합체의 직접 접합은 히드록실 기를 술포네이트 에스테르로 대체하고, 이어서 아민 또는 티올 반응성 기를 포함하는 올리고뉴클레오티드 또는 폴리뉴클레오티드에 접합시키는 것을 포함한다. 예를 들어, 중합체성 입자 상의 히드록실 기는 히드록실 기의 적어도 일부를 술포네이트 에스테르 기로 대체함으로써 활성화될 수 있다. 예시적인 술포네이트 에스테르 기는 트레실, 메실, 토실 또는 포실 클로라이드 또는 이들의 임의의 조합으로부터 유도되어 히드록실 기의 적어도 일부 대신에 술포네이트 에스테르 관능기를 제공할 수 있다. 술포네이트 에스테르는 친핵체가 술포네이트 에스테르를 대체하게 할 수 있다. 술포네이트 에스테르를 방출된 염소와 추가로 반응시켜서 입자를 접합시키기 위한 방법에서 사용될 수 있는 염소화 기를 제공할 수 있다. 대안적으로, 히드록실 기를 폴리뉴클레오티드 착물의 반응성 기와 반응성인 할로겐 기로 대체할 수 있다. 추가 예에서, 중합체성 중합체의 공단량체의 아민 기는 폴리뉴클레오티드 착물의 반응성 기와 반응성일 수 있다.
대안적으로, 접합은 중합체 관능기, 예컨대 히드록실 기를 일련의 치환을 통해서 대체하여 폴리뉴클레오티드 착물의 반응성 기와 반응할 수 있는 관능기 (커플링 기)를 생성하는 간접적일 수 있다. 예를 들어, 도 2는 히드록실 기를 포함하는 중합체 (202)를 나타내며, 이것은 일련의 1회 이상의 치환을 통해서 관능기로 치환될 수 있다.
예를 들어, (204)에서, 히드록실 기의 적어도 일부를 관능기 (A), 예컨대 술포네이트 에스테르, 플루오라이드 이외의 할로겐 또는 이들의 조합으로 대체할 수 있다. 이러한 관능기 (A)를 (206)에 나타내어진 바와 같이 관능기 (B), 예컨대 아지드, 프탈이미드, 티오에스테르, N-보호된 디아민, N-보호된 아미노티오에테르, 아미노(올리고뉴클레오티드), 또는 이들의 조합으로 추가로 대체할 수 있다. 임의로는, 이러한 관능기 (B)를 (208)에 나타내어진 바와 같이 관능기 (C), 예컨대 아민, 티올, 또는 이들의 조합으로 추가로 활성화시킬 수 있다. 추가로, (208)에 나타내어진 이러한 관능기 (C)를 (210)에 나타내어진 관능기 (D), 예컨대 모노아미드-모노(NHS 에스테르) 디카르복실산, 숙신이미드 티오에테르(올리고뉴클레오티드), 또는 이들의 조합으로 대체할 수 있다. 또한 추가로, (210)에 나타내어진 관능기 (D)를 (212)에 나타내어진 바와 같이 관능기 (E), 예컨대 모노아미드-(아미노-올리고뉴클레오티드)-모노아미드 디카르복실산으로 대체할 수 있다. 이와 같이, 본래 중합체의 관능기는 1회 이상의 일련의 치환을 통해서 폴리뉴클레오티드 착물과의 반응에 적합한 반응 부위를 제공할 수 있다.
대안적으로, 아민 관능기를 갖는 아크릴아미드 중합체를 히드록실 기를 포함하는 중합체 대신에 사용할 수 있다. 예를 들어, 도시된 히드록실 기를 아민 종결 폴리에테르 (예를 들어, 아민 종결 PEG) 기로 대체할 수 있다. 아민 관능기를 사용하여, 도시된 방법을 예를 들어 (C)에서 시작할 수 있다.
특정 예에서, (204)에서의 관능기 (A)는 술포네이트 에스테르, 할로겐, 또는 이들의 조합일 수 있다. 특히, 할로겐은 플루오린 이외의 할로겐, 예컨대 염소이다. 관능기 (A)를 비수성 용매 중에서 링커 기 (L)가 탄화수소 또는 폴리에테르이고 반응성 기 (P)가 아민인 폴리뉴클레오티드 착물 (106)과 반응시켜서 (206)에서의 관능기 (B), 예컨대 아미노(올리고뉴클레오티드)를 수득할 수 있다. (204)에서의 관능기 (A)를 (206)에서의 관능기 (B)에 의해서 대체하는 또다른 예에서, 관능기 (A)는 술포네이트 에스테르, 할로겐, 또는 이들의 조합일 수 있고, 관능기 (B)는 아지드, 프탈이미드, 모노(N-보호된)-디아민, 또는 N-보호된 아미노티오에테르일 수 있다. 관능기 (B)를 관능기 (C), 예컨대 아민으로 추가로 활성화시킬 수 있다. 아민 관능기 (C)를 관능기 (D), 예컨대 (모노-아미드)-(모노-NHS 에스테르) 디카르복실산으로 추가로 활성화시킬 수 있다. 비수성 용매 중에서, 탄화수소 또는 폴리에테르의 링커 기 (L) 및 아민의 반응성 관능기 (P)를 포함하는 폴리뉴클레오티드 착물 (106)과 반응시킴으로써 관능기 (D)를 관능기 (E), 예컨대 (아미노(올리고뉴클레오티드))-디카르복실산으로 추가로 치환시킬 수 있다. 대안적으로, 중합체 입자는 아민 관능기를 포함하는 공단량체를 포함하는 공중합체일 수 있다. 이러한 아민 관능기는 반응성일 수 있다.
추가 예에서, 관능기 (A)는 술포네이트 에스테르, 할로겐, 또는 이들의 조합이다. 관능기 (B)는 아지드이다. 이러한 경우, 관능기 (B)를 관능기 (C), 예컨대 (올리고뉴클레오티드)트리아졸로 치환시킬 수 있다. 폴리뉴클레오티드 착물은 탄화수소 또는 폴리에테르의 링커 기 (L) 및 아세틸렌의 반응성 관능기 (P)를 포함한다.
추가 예에서, 관능기 (A)는 술포네이트 에스테르, 할로겐, 또는 이들의 조합일 수 있다. 관능기 (A)를 관능기 (B), 예컨대 티오에스테르로 치환시킨다. 티오에스테르 관능기 (B)를 관능기 (C), 예컨대 티올로 치환시킬 수 있고, 이것을 관능기 (D), 예컨대 숙신이미드 티오에테르(올리고뉴클레오티드)에 의해서 추가로 치환시킨다. 이러한 예에서, 폴리뉴클레오티드 착물은 링커 (L), 예컨대 탄화수소 폴리에테르, 및 반응성 기 (P), 예컨대 말레이미드를 포함할 수 있다.
다른 활성화 화학은 다수의 단계를 도입하여 명시된 관능기로 전환시켜서 바람직한 특정 연결을 제공하는 것을 포함한다. 예를 들어, 술포네이트 개질된 히드록실 기를 몇가지 방법을 통해서 친핵성 기로 전환시킬 수 있다. 한 예에서, 술포네이트 에스테르와 아지드 음이온의 반응은 아지드 치환된 친수성 중합체를 생성한다. 아지드를 사용하여 구리 촉매반응과 함께 수행되거나 또는 이것 없이 수행될 수 있는 "클릭(CLICK)" 화학을 통해서 아세틸렌 치환된 생체분자에 직접 접합시킬 수 있다. 임의로는, 아지드를 예를 들어, 수소로의 촉매 환원 또는 유기 포스핀으로의 환원에 의해서 아민으로 전환시킬 수 있다. 이어서, 생성된 아민을 다양한 시약, 예컨대 디-이소시아네이트, 비스-NHS 에스테르, 시아누르산 클로라이드, 또는 이들의 조합을 사용하여 친전자성 기로 전환시킬 수 있다. 한 예에서, 디-이소시아네이트를 사용하여 중합체와 링커 간에 우레아 연결을 생성하며, 이것은 아미노 치환된 생체분자와 반응할 수 있는 잔류하는 이소시아네이트 기를 생성하여 링커와 생체분자 간에 우레아 연결을 생성한다. 또다른 예에서, 비스-NHS 에스테르를 사용하여 중합체와 링커 간의 아미드 연결, 및 아미노 치환된 생체분자와 반응할 수 있는 잔류하는 NHS 에스테르 기를 생성하여 링커와 생체분자 간에 아미드 연결을 생성한다. 예시적인 비스-NHS 에스테르는 비스-숙신이미딜 C2-C12 알킬 에스테르, 예컨대 비스-숙신이미딜 수베레이트 또는 비스-숙신이미딜 글루타레이트를 포함한다. 추가 예에서, 시아누르산 클로라이드를 사용하여 중합체와 링커 간의 아미노-트리아진 연결, 및 2개의 잔류하는 클로로-트리아진 기를 생성하며, 이들 중 하나는 아미노 치환된 생체분자와 반응하여 링커와 생체분자 간에 아미노-트리아진 연결을 생성할 수 있다. 술포네이트 활성을 통해서 다른 친핵성 기를 입자에 도입할 수 있다. 예를 들어, 술포네이트화 입자와 티오벤조산 음이온의 반응, 및 그로 인한 티오벤조에이트의 가수분해가 티올을 입자에 도입시키고, 이어서 이것을 말레이미드 치환된 생체분자와 반응시켜서 생체분자에 티오-숙신이미드 연결을 생성할 수 있다. 티올을 또한 브로모-아세틸 기와 반응시킬 수 있다.
추가 예에서, 중합체 입자를 처리하여, 비스-NHS 에스테르 또는 디숙신이미딜 카르보네이트를 사용하여 접합될 수 있는 아민 관능기를 형성할 수 있다. 예시적인 비스-NHS 에스테르는 비스-숙신이미딜 C2-C12 알킬 에스테르, 예컨대 비스-숙신이미딜 수베레이트 또는 비스-숙신이미딜 글루타레이트를 포함한다. 예를 들어, 중합체성 입자, 예컨대 노출된 히드록실 기를 포함하는 입자를 처리하여 히드록실 기를 할로겐, 예컨대 염소로 치환시킬 수 있다. 입자를 산 조건 하에서 tBOC (N-tert-부톡시카르보닐) 보호된 아민 종결 폴리에테르, 예컨대 폴리에틸렌 글리콜 (PEG)로 추가로 처리하여 중합체 입자를 접합시키는데 추가로 사용될 수 있는 아민 관능기를 제공할 수 있다. 대안적으로, 중합체 입자를 아민 관능기를 제공하는 단량체를 사용하여 중합시킬 수 있다. 아민 기를 포함하는 중합체 입자를 비스-NHS 에스테르 또는 디숙신이미딜 카르보네이트를 사용하여 추가로 처리할 수 있고, 이를 아민 종결 올리고뉴클레오티드에 추가로 노출시켜서 올리고뉴클레오티드에 접합된 중합체를 생성한다.
접합 이후에, 중합체성 입자는 적어도 7 x 104/μm3의 뉴클레오티드 밀도로 지칭되는 폴리뉴클레오티드의 밀도를 포함할 수 있다. 예를 들어, 뉴클레오티드 밀도는 적어도 105/μm3, 예컨대 적어도 106/μm3, 적어도 2 x 106/μm3, 적어도 5 x 106/μm3, 적어도 8 x 106/μm3, 적어도 1 x 107/μm3, 또는 심지어는 적어도 3 x 107/μm3일 수 있다.
특정 예에서, 접합된 입자는 분리 기술 또는 서열분석 기술에 사용될 수 있다. 예를 들어, 접합된 입자는 표적 폴리뉴클레오티드를 포획하는데 사용될 수 있다. 한 예에서, 중합체에 접합된 폴리뉴클레오티드는 포획된 표적 폴리뉴클레오티드를 기재로 하여 연장될 수 있다. 이러한 접합된 입자는 서열분석 기술, 예컨대 이온-기반 또는 pH-기반 서열분석 기술에 사용될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 다수의 접합된 중합체성 입자 (304)를 다수의 표적 폴리뉴클레오티드 (302)와 함께 용액 중에 넣을 수 있다. 다수의 입자 (304)를 프로브 폴리뉴클레오티드와 접합시켜서 표적 폴리뉴클레오티드 (302)와 결합시킬 수 있다. 예를 들어, 접합된 입자 (304)는 표적 폴리뉴클레오티드 (302)의 일부에 상보적인 올리고뉴클레오티드를 포함할 수 있다.
특정 실시양태에서, 입자 (304) 및 폴리뉴클레오티드 (302)를 폴리머라제 연쇄 반응 (PCR) 증폭에 적용한다. 예를 들어, 분산된 상 액적 (306) 또는 (308)이 에멀젼의 일부로서 형성되고, 친수성 입자 또는 폴리뉴클레오티드를 포함할 수 있다. 한 예에서, 표적 폴리뉴클레오티드 (302) 및 친수성 입자 (304)는 단일 폴리뉴클레오티드 (302)가 단일 친수성 입자 (304)와 동일한 분산된 상 액적 내에 존재하도록 서로에 대해서 낮은 농도 및 비율로 제공된다. 다른 액적, 예컨대 액적 (308)은 단일 친수성 입자를 포함할 수 있고, 폴리뉴클레오티드를 포함하지 않는다. 각각의 액적 (306) 또는 (308)은 폴리뉴클레오티드의 복제를 용이하게 하기에 충분한 효소, 뉴클레오티드, 염 또는 다른 성분을 포함할 수 있다.
표적 폴리뉴클레오티드의 복제는 복제 조건을 조절하는 것을 포함할 수 있다. 조절은 임의로는 폴리머라제 농도를 증가시키거나 감소시키는 것; 뉴클레오티드 농도를 증가시키거나 감소시키는 것; 양이온 농도를 증가시키거나 감소시키는 것; 반응 온도, 시간 또는 pH 등을 증가시키거나 감소시키는 것을 포함할 수 있다. 조절은 반응 속도를 증가시키거나 감소시키는 것, 반응 생성물의 수율 등을 증가시키거나 감소시키는 것을 포함할 수 있다. 복제는 적절한 완충액 또는 뉴클레오티드 (뉴클레오티드 유사체 또는 비오티닐화 뉴클레오티드 포함)의 존재 하에서 수행할 수 있다.
특히, 증폭될 폴리뉴클레오티드를 중합체성 입자에 의해서 포획할 수 있다. 예시적인 핵산 포획 방법은 폴리뉴클레오티드를 중합체성 입자에 부착된 올리고뉴클레오티드에 혼성화시키는 것을 포함할 수 있다. 핵산의 포획 방법은 (a) 단일-가닥 올리고뉴클레오티드 (예를 들어, 포획 올리고뉴클레오티드)에 부착된 중합체성 입자를 제공하는 단계; (b) 단일-가닥 폴리뉴클레오티드를 제공하는 단계; 및 (c) 단일-가닥 올리고뉴클레오티드를 단일-가닥 폴리뉴클레오티드에 혼성화시켜서 단일-가닥 폴리뉴클레오티드를 중합체성 입자에 포획하는 단계를 포함할 수 있다. 중합체성 입자 각각을 다수의 단일-가닥 올리고뉴클레오티드 (예를 들어, 포획 올리고뉴클레오티드)와 부착시킬 수 있다. 일부 실시양태에서, 단계 (c)를 다수의 단일-가닥 폴리뉴클레오티드를 사용하여 수행할 수 있다. 일부 실시양태에서, 단일-가닥 올리고뉴클레오티드의 적어도 일부는 단일-가닥 폴리뉴클레오티드의 적어도 일부에 상보적인 (또는 부분적으로 상보적인) 뉴클레오티드 서열을 포함한다.
한 예에서, 방법은 폴리뉴클레오티드를 다수의 폴리뉴클레오티드로 증폭시키는 단계, 및 다수의 폴리뉴클레오티드의 적어도 일부를 친수성 입자에 부착시켜서 다수의 부착된 폴리뉴클레오티드를 포함하는 친수성 입자를 생성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 대안적으로, 방법은 접합된 올리고뉴클레오티드를 연장시킴으로써 폴리뉴클레오티드를 다수의 상보적 폴리뉴클레오티드로 증폭시켜서 다수의 부착된 폴리뉴클레오티드를 포함하는 히드로겔 입자를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
추가 예에서, 뉴클레오티드의 도입 방법은 중합체성 입자에 부착된 올리고뉴클레오티드에 혼성화된 폴리뉴클레오티드 상에서 뉴클레오티드 중합 반응을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 뉴클레오티드의 도입 방법은 (a) 단일-가닥 올리고뉴클레오티드 (예를 들어, 프라이머 올리고뉴클레오티드)에 부착된 중합체성 입자를 제공하는 단계; (b) 단일-가닥 주형 폴리뉴클레오티드를 제공하는 단계; (c) 단일-가닥 올리고뉴클레오티드를 단일-가닥 주형 폴리뉴클레오티드에 혼성화시키는 단계; 및 (d) 폴리머라제가 단일-가닥 올리고뉴클레오티드 상에서 적어도 하나의 뉴클레오티드의 중합을 촉매화시키기에 적합한 조건 하에서 단일-가닥 주형 폴리뉴클레오티드를 폴리머라제 및 적어도 하나의 뉴클레오티드와 접촉시켜서 뉴클레오티드의 도입을 수행하는 단계를 포함한다. 일부 실시양태에서, 중합체성 입자 각각을 다수의 단일-가닥 올리고뉴클레오티드 (예를 들어, 포획 올리고뉴클레오티드)와 부착시킬 수 있다. 일부 실시양태에서, 단계 (b), (c) 또는 (d)를 다수의 단일-가닥 폴리뉴클레오티드를 사용하여 수행할 수 있다. 일부 실시양태에서, 단일-가닥 올리고뉴클레오티드의 적어도 일부는 단일-가닥 폴리뉴클레오티드의 적어도 일부에 상보적인 (또는 부분적으로 상보적인) 뉴클레오티드 서열을 포함한다. 일부 실시양태에서, 시스템은 중합체성 입자에 부착된 단일-가닥 올리고뉴클레오티드에 혼성화된 단일-가닥 폴리뉴클레오티드를 포함하며, 여기서 적어도 하나의 뉴클레오티드가 단일-가닥 올리고뉴클레오티드의 단부 상에 중합된다.
또다른 예에서, 프라이머 연장 방법은 중합체성 입자에 부착된 올리고뉴클레오티드에 혼성화된 폴리뉴클레오티드 상에서 프라이머 연장 반응을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 핵산 프라이머 연장 방법은 (a) 단일-가닥 올리고뉴클레오티드 (예를 들어, 프라이머 올리고뉴클레오티드)에 부착된 중합체성 입자를 제공하는 단계; (b) 단일-가닥 주형 폴리뉴클레오티드를 제공하는 단계; (c) 단일-가닥 올리고뉴클레오티드를 단일-가닥 주형 폴리뉴클레오티드에 혼성화시키는 단계; 및 (d) 폴리머라제가 단일-가닥 올리고뉴클레오티드 상에서 적어도 하나의 뉴클레오티드의 중합을 촉매화시키기에 적합한 조건 하에서 단일-가닥 주형 폴리뉴클레오티드를 폴리머라제 및 적어도 하나의 뉴클레오티드와 접촉시켜서 프라이머를 연장시키는 단계를 포함한다. 일부 실시양태에서, 중합체성 입자 각각을 다수의 단일-가닥 올리고뉴클레오티드 (예를 들어, 포획 올리고뉴클레오티드)와 부착시킬 수 있다. 일부 실시양태에서, 단계 (b), (c) 또는 (d)를 다수의 단일-가닥 폴리뉴클레오티드를 사용하여 수행할 수 있다. 일부 실시양태에서, 단일-가닥 올리고뉴클레오티드의 적어도 일부는 단일-가닥 폴리뉴클레오티드의 적어도 일부에 상보적인 (또는 부분적으로 상보적인) 뉴클레오티드 서열을 포함한다. 일부 실시양태에서, 시스템은 중합체성 입자에 부착된 단일-가닥 올리고뉴클레오티드에 혼성화된 단일-가닥 폴리뉴클레오티드를 포함하며, 여기서 단일-가닥 올리고뉴클레오티드는 하나 이상의 뉴클레오티드와 연장된다.
추가 예에서, 핵산 증폭 방법은 중합체성 입자에 부착된 올리고뉴클레오티드에 혼성화된 폴리뉴클레오티드 상에서 프라이머 연장 반응을 수행하는 것을 포함한다. 일부 실시양태에서, 핵산 증폭 방법은 (a) 단일-가닥 올리고뉴클레오티드 (예를 들어, 프라이머 올리고뉴클레오티드)에 부착된 중합체성 입자를 제공하는 단계; (b) 단일-가닥 주형 폴리뉴클레오티드를 제공하는 단계; (c) 단일-가닥 올리고뉴클레오티드를 단일-가닥 주형 폴리뉴클레오티드에 혼성화시키는 단계; 및 (d) 폴리머라제가 단일-가닥 올리고뉴클레오티드 상에서 적어도 하나의 뉴클레오티드의 중합을 촉매화시켜서 연장된 단일-가닥 올리고뉴클레오티드를 생성하기에 적합한 조건 하에서 단일-가닥 주형 폴리뉴클레오티드를 폴리머라제 및 적어도 하나의 뉴클레오티드와 접촉시키는 단계를 포함한다. 일부 실시양태에서, 방법은 (e) 연장된 단일-가닥 올리고뉴클레오티드로부터 단일-가닥 주형 폴리뉴클레오티드를 제거하여 (예를 들어, 변성) 단일-가닥 올리고뉴클레오티드가 중합체성 입자에 부착되어 있도록 하는 단계; (f) 남아있는 단일-가닥 올리고뉴클레오티드를 제2 단일-가닥 주형 폴리뉴클레오티드에 혼성화시키는 단계; 및 (g) 제2 폴리머라제가 단일-가닥 올리고뉴클레오티드 상에서 적어도 하나의 제2 뉴클레오티드의 중합을 촉매화시켜서 후속의 연장된 단일-가닥 올리고뉴클레오티드를 생성하기에 적합한 조건 하에서 제2의 단일-가닥 주형 폴리뉴클레오티드를 제2 폴리머라제 및 적어도 하나의 제2 뉴클레오티드와 접촉시키는 단계를 추가로 포함한다. 일부 실시양태에서, 단계 (e), (f) 및 (g)를 적어도 1회 반복할 수 있다. 일부 실시양태에서, 폴리머라제 및 제2 폴리머라제는 열경화성 폴리머라제를 포함한다. 일부 실시양태에서, 뉴클레오티드 중합에 적합한 조건은 승온에서 뉴클레오티드 중합 단계 (예를 들어, 단계 (d) 또는 (g))를 수행하는 것을 포함한다. 일부 실시양태에서, 뉴클레오티드 중합에 적합한 조건은 교호 온도 (예를 들어, 승온 및 비교적 저온)에서 뉴클레오티드 중합 단계 (예를 들어, 단계 (d) 또는 (g))를 수행하는 것을 포함한다. 일부 실시양태에서, 교호 온도는 60 내지 95℃ 범위이다. 일부 실시양태에서, 온도 사이클은 약 10초 내지 약 5분, 또는 약 10분, 또는 약 15분이거나 또는 더 길 수 있다. 일부 실시양태에서, 핵산 증폭 방법은 단일-가닥 주형 폴리뉴클레오티드 또는 제2 단일-가닥 주형 폴리뉴클레오티드에 상보적인 서열을 포함하는 다수의 주형 폴리뉴클레오티드에 각각 부착된 하나 이상의 중합체성 입자를 생성할 수 있다. 일부 실시양태에서, 중합체성 입자 각각을 다수의 단일-가닥 올리고뉴클레오티드 (예를 들어, 포획 올리고뉴클레오티드)와 부착시킬 수 있다. 일부 실시양태에서, 단계 (b), (c), (d), (e), (f) 또는 (g)를 다수의 단일-가닥 폴리뉴클레오티드를 사용하여 수행할 수 있다. 일부 실시양태에서, 단일-가닥 올리고뉴클레오티드의 적어도 일부는 단일-가닥 폴리뉴클레오티드의 적어도 일부에 상보적인 (또는 부분적으로 상보적인) 뉴클레오티드 서열을 포함한다. 일부 실시양태에서, (상기에 기재된 바와 같은) 핵산 증폭 방법은 오일 상 중의 수상 용액 (예를 들어, 분산된 상 액적) 중에서 수행할 수 있다.
PCR 이후에, 친수성 입자 (312) 및 표적 폴리뉴클레오티드 또는 그의 상보체의 다수의 카피 (314)를 포함할 수 있는 입자, 예컨대 입자 (310)가 형성된다. 폴리뉴클레오티드 (314)가 입자 (310)의 표면 상에 존재하는 것으로서 도시되어 있지만, 폴리뉴클레오티드 (314)는 입자 (310) 내에서 연장될 수 있다. 물에 비해서 저농도의 중합체를 갖는 친수성 입자 및 히드로겔은 입자 (310)의 내부에 그리고 전체에 폴리뉴클레오티드 절편을 포함할 수 있거나, 또는 폴리뉴클레오티드는 기공 및 다른 개구부에 존재할 수 있다. 특히, 입자 (310)는 효소, 뉴클레오티드, 프라이머 및 반응을 모니터링하는데 사용되는 반응 생성물의 확산을 허용할 수 있다. 입자 당 다수의 폴리뉴클레오티드가 양호한 신호, 특히 서열분석 기술을 생성한다.
예시적인 실시양태에서, 입자 (310)는 서열분석 장치에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 서열분석 장치 (316)는 웰 (318)의 어레이를 포함할 수 있다. 입자 (310)는 웰 (318) 내에 놓일 수 있다.
한 예에서, 프라이머를 웰 (318)에 첨가할 수 있거나, 또는 웰 (318) 내에 놓기 전에 입자 (310)를 프라이머에 미리 노출시킬 수 있다. 프라이머 및 폴리뉴클레오티드는 프라이머에 혼성화된 폴리뉴클레오티드 (예를 들어, 주형 핵산)을 포함하는 핵산 듀플렉스(duplex)를 형성한다. 핵산 듀플렉스는 적어도 부분적인 이중-가닥 폴리뉴클레오티드이다. 효소 및 뉴클레오티드를 웰 (318)에 제공하여 검출가능한 반응, 예컨대 뉴클레오티드 도입을 용이하게 할 수 있다.
뉴클레오티드 첨가를 검출함으로써 서열분석을 수행할 수 있다. 뉴클레오티드 첨가는 형광 방출 방법 또는 이온 검출 방법과 같은 방법을 사용하여 검출될 수 있다. 예를 들어, 형광 표지된 뉴클레오티드의 세트를 시스템 (316)에 제공할 수 있고, 웰 (318)로 이동시킬 수 있다. 여기 에너지를 또한 웰 (318)에 제공할 수 있다. 뉴클레오티드가 폴리머라제에 의해서 포획되고, 연장 프라이머의 단부에 첨가될 때, 뉴클레오티드의 표지가 형광을 내어서, 어떤 유형의 뉴클레오티드가 첨가되는지를 나타낸다.
대안적인 예에서, 단일 유형의 뉴클레오티드를 포함하는 용액을 순차적으로 공급할 수 있다. 뉴클레오티드 첨가에 대한 반응으로, 웰 (318)의 국부 환경 내의 pH가 변화될 수 있다. 이러한 pH 변화는 이온 감수성 전계 효과 트랜지스터 (ISFET)에 의해서 검출될 수 있다. 이와 같이, pH 변화를 사용하여 입자 (310)의 폴리뉴클레오티드 (314)에 상보적인 뉴클레오티드의 순서를 나타내는 신호를 생성할 수 있다.
특히, 서열분석 시스템은 이온 센서, 예컨대 전계 효과 트랜지스터 (FET)의 센서 패드 상에 배치된 웰 또는 다수의 웰을 포함할 수 있다. 일부 실시양태에서, 시스템은 이온 센서 (예를 들어, FET)의 센서 패드 상에 배치된 웰 내에 적재된 하나 이상의 중합체성 입자, 또는 이온 센서 (예를 들어, FET)의 센서 패드 상에 배치된 다수의 웰 내에 적재된 하나 이상의 중합체성 입자를 포함한다. 일부 실시양태에서, FET는 켐FET(chemFET) 또는 ISFET일 수 있다. "켐FET" 또는 화학 전계-효과 트랜지스터는 화학적 센서로서 작용하는 전계 효과 트랜지스터의 유형을 포함한다. 이것은 게이트 전극 상의 전하가 화학적 방법에 의해서 인가되는 MOSFET 트랜지스터의 구조적 유사체이다. "ISFET" 또는 이온-감수성 전계-효과 트랜지스터는 용액 중의 이온 농도를 측정하기 위해서 사용될 수 있으며, 이온 농도 (예컨대 H+)가 변할 때, 트랜지스터를 통과하는 전류가 이에 따라서 변한다.
FET는 FET 어레이일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "어레이"는 부재, 예컨대 센서 또는 웰의 평탄한 배열이다. 어레이는 1차원 또는 2차원일 수 있다. 1차원 어레이는 제1 치수에서 부재의 하나의 칼럼 (또는 열) 및 제2 치수에서 다수의 열 (또는 칼럼)을 갖는 어레이일 수 있다. 제1 치수 및 제2 치수에서 칼럼 (또는 열)의 수는 동일하거나 동일하지 않을 수 있다.
하나 이상의 마이크로유체 구조체를 FET 센서 어레이 위에 제조하여 생물 또는 화학 반응을 밀폐시키고 봉쇄한다. 예를 들어, 한 구현예에서, 마이크로유체 구조체(들)는 어레이의 하나 이상의 센서 상에 배치된 하나 이상의 웰 (또는 미세웰, 또는 반응 챔버, 또는 반응 웰 (이 용어들은 본 명세서에서 상호교환적으로 사용됨))로서 구성되어 주어진 웰 위의 하나 이상의 센서가 주어진 웰 내에서 분석물 존재, 수준 또는 농도를 검출하도록 배치된다. 일부 실시양태에서, FET 센서 및 반응 웰의 대응치는 1:1일 수 있다.
도 3으로 돌아와서, 또다른 예에서, 웰의 어레이의 웰 (318)은 측정 장치에 작동가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 형광 방출 방법에서, 웰 (318)은 광 검출 장치에 작동가능하게 커플링될 수 있다. 이온 검출의 경우에, 웰 (318)의 하부 표면이 이온 센서, 예컨대 전계 효과 트랜지스터의 센서 패드 위에 배치될 수 있다.
뉴클레오티드 도입의 이온성 부산물의 검출을 통한 서열분석을 포함하는 예시적인 한 시스템은 이온 토렌트 PGM(Ion Torrent PGM)™ 서열분석기 (라이프 테크놀로지스(Life Technologies))이며, 이것은 뉴클레오티드 도입의 부산물로서 생성되는 수소 이온을 검출함으로써 핵산 주형을 서열분석하는 이온-기반 서열분석 시스템이다. 전형적으로, 수소 이온은 폴리머라제에 의한 주형-의존성 핵산 합성 동안 발생하는 뉴클레오티드 도입의 부산물로서 방출된다. 이온 토렌트 PGM™ 서열분석기는 뉴클레오티드 도입의 수소 이온 부산물을 검출함으로써 뉴클레오티드 도입을 검출한다. 이온 토렌트 PGM™ 서열분석기는 서열분석하고자 하는 다수의 주형 폴리뉴클레오티드를 포함할 수 있고, 각각의 주형은 어레이에서 각각의 서열분석 반응 웰 내에 배치된다. 어레이의 웰은 뉴클레오티드 도입의 부산물로서 생성되는 H+ 이온의 방출 또는 용액 pH의 변화를 검출할 수 있는 적어도 하나의 이온 센서에 각각 커플링될 수 있다. 이온 센서는 H+ 이온의 존재 또는 용액 pH의 변화를 감지할 수 있는 이온-감수성 검출 층에 커플링된 전계 효과 트랜지스터 (FET)를 포함한다. 이온 센서는 뉴클레오티드 도입을 나타내는 출력 신호를 제공할 수 있으며, 이것은 강도가 각각의 웰 또는 반응 챔버 내의 H+ 이온 농도와 상관되는 것을 전압 변화로서 표현할 수 있다. 상이한 뉴클레오티드 유형이 반응 챔버로 직렬로(serially) 유동할 수 있고, 주형의 서열에 의해서 결정되는 순서로 폴리머라제에 의해서 연장 프라이머 (또는 중합 부위)에 도입될 수 있다. 각각의 뉴클레오티드 도입은 수반되는 국부적인 pH 변화와 함께, 반응 웰에서 H+ 이온의 방출을 동반할 수 있다. H+ 이온의 방출은 센서의 FET에 의해서 인지될 수 있으며, 이것은 뉴클레오티드 도입의 발생을 나타내는 신호를 생성한다. 특정 뉴클레오티드 유동 동안 도입되지 않은 뉴클레오티드는 신호를 생성하지 않을 수 있다. FET로부터의 신호의 진폭은 또한 연장 핵산 분자에 도입된 특정 유형의 뉴클레오티드의 수와 상관되어, 단독중합체 영역을 분석할 수 있도록 한다. 따라서, 서열분석기의 작동 동안, 도입과 함께 다수의 뉴클레오티드가 반응 챔버로 유동하고, 다수의 웰 또는 반응 챔버 전체의 모니터링은 장비가 동시에 많은 핵산 주형의 서열을 분석할 수 있도록 한다. 이온 토렌트 PGM™ 서열분석기의 조성, 설계 및 작동에 관한 추가의 상세 사항은 예를 들어, 미국 특허 출원 일련 번호 12/002781 (현재 미국 특허 공개 번호 2009/0026082로서 공개됨); 미국 특허 출원 일련 번호 12/474897 (현재 미국 특허 공개 번호 2010/0137143으로서 공개됨); 및 미국 특허 출원 일련 번호 12/492844 (현재 미국 특허 공개 번호 2010/0282617로서 공개됨)에서 찾아볼 수 있으며, 이들 모두는 그 전문이 본원에 참조로 포함된다.
실시예
실시예 1
도 4에 도시된 바와 같이, 올리고뉴클레오티드를 메실 활성화된 디날(Dynal) 입자에 직접 접합시켰다. 관능기가 입자의 표면 상에 존재하는 것으로서 도시되어 있지만, 관능기는 입자 전체에 존재할 수 있다. 메실 클로라이드 활성화된 마이크로겔을 어겔스테드 방법(Ugelstad process), 시딩 유화 중합을 통해서 제조하였다. 이렇게 형성된 입자를 이온 교환된 단일 가닥 DNA와의 접합을 위한 준비로 N-메틸-2-피롤리돈 (NMP) 중에서 세척한다.
5'-NH2-C6-30-머(mer) 올리고뉴클레오티드의 나트륨 염을 0.1 M 테트라부틸암모늄 아세테이트 중에 용해시키고, 역상 HPLC 칼럼 상에 주입하였다. 0.1 M 테트라부틸암모늄 아세테이트 이동상을 사용하여 용리를 수행하였다. 핵산을 함유하는 분획을 수집하고, 무수 분말로 동결건조하고, 무수 N-메틸-2-피롤리돈 (NMP) 중에 재현탁시켰다.
5백만 (5.0 x 106)개의 입자를 무수 NMP 350 uL 중에 분산시키고, 볼텍스(vortex) 혼합하여 분산시켰다. NMP (4.10 mM) 중의 Bu4NAc-DNA (5'-NH2-C6-30-머 올리고뉴클레오티드) 124 uL를 입자 혼합물에 직접 첨가하였다. 이어서, 테트라에틸암모늄 보레이트 (26.14 mM) 19.5 uL를 약 500 uL의 최종 부피를 위해서 반응 혼합물에 첨가하였다.
반응 혼합물을 신속하게 볼텍스 혼합하고, 70℃에서 16시간 동안 약하게 혼합하였다. 혼합물을 원심분리하고, 상청액을 따라내고, 입자를 NMP 1 mL 중에 재현탁시켰다. 볼텍스 혼합 후, 재현탁된 마이크로겔 입자를 NMP 중에서의 침전/분산의 2회 사이클로 펠릿화하였다. 두번째 NMP 세척 후, 펠릿을 2xSSPE/0.1％ 소듐 도데실 술페이트 (SDS) 1 mL 중에서 성장시키고, 혼합하고, 펠릿으로 원심분리하였다. 마지막으로, 입자를 1xPBS/0.1％ 트리톤(Triton) X-100 1 mL 중에서 성장시키고, 혼합하고, 단단한 펠릿으로 원심분리하고, 이 방법을 3회 반복하였다. 최종 사이클 후, 접합된 마이크로겔을 1xPBS/0.1％ 트리톤 X-100 500 uL 중에 재현탁시켰다.
이어서, 접합된 물질을 유동 세포측정기를 사용하여 SYBR-금 착색제로 표지한 후 계수하였다. 물질을 서열분석을 위한 제제에서 DNA 주형의 PCR 증폭에 바로 사용하였다.
실시예 2
도 5에 도시된 바와 같이, 입자를 일련의 치환을 통해서 접합시켰다. 관능기가 입자의 표면 상에 존재하는 것으로서 도시되어 있지만, 관능기는 입자 전체에 존재할 수 있다.
2 ml 원심분리 튜브 내의 NMP 중의 메실 클로라이드 활성화된 마이크로겔의 용액 (2 x 109, 1 ml)에, NMP (800 uL) 중의 포화 테트라부틸암모늄 아지드의 용액을 첨가하고, 반응 혼합물을 60℃에서 밤새 교반하였다. 반응 혼합물을 21300 rcf에서 10분 동안 원심분리하고, 상청액을 제거하였다. 생성된 펠릿을 NMP 중에 재현탁시키고, 원심분리하여 상청액을 제거하였다. 방법을 2회 반복하였다.
생성된 펠릿을 탈이온수 (1 ml) 중에 재현탁시켰다. 반응 혼합물을 21300 rcf에서 10분 동안 원심분리하고, 상청액을 제거하였다. 방법을 2회 이상 반복하였다.
펠릿에 TCEP 용액 (탈이온수, 1 M) 1 ml를 첨가하고, 반응 혼합물을 실온에서 밤새 교반하였다. 반응 혼합물을 원심분리하여 21300 rcf에서 10분 동안 상청액을 제거하였다. 생성된 펠릿을 탈이온수 중에 재현탁시키고, 21300 rcf에서 10분 동안 원심분리하여 상청액을 2회 이상 제거하였다. 반응 혼합물을 무수 NMP (1 ml) 중에 재현탁시키고, 21300 rcf에서 10분 동안 원심분리하였다. 상청액을 제거하고, 이 방법을 3회 이상 반복하였다.
생성된 펠릿을 무수 NMP (500 ul) 중에 재현탁시키고, 무수 NMP 중의 비스-NHS 수베레이트의 용액 (200 uL, 20 mg)을 반응 혼합물에 첨가하였다. 반응 혼합물을 70℃에서 밤새 교반하였다. 반응 혼합물을 원심분리하여 21300 rcf에서 10분 동안 상청액을 제거하였다. 반응 혼합물을 무수 NMP (1 ml) 중에 재현탁시키고, 원심분리하여 상청액을 21300 rcf에서 10분 동안 제거하였다. 방법을 5회 이상 반복하고, 생성된 펠릿을 무수 NMP (200 uL) 중에 재현탁시켰다.
반응 혼합물에, NMP 중의 올리고뉴클레오티드 (Bu4NAc-DNA (5'-NH2-C6-30-머 올리고뉴클레오티드)의 용액 (0.6 마이크로몰, 200 uL) 및 무수 NMP 중의 테트라부틸암모늄 보레이트의 용액 (60 uL, 200 uL 중의 1 mg)을 첨가하고, 반응 혼합물을 70℃에서 밤새 교반하였다.
반응 혼합물을 21300 rcf에서 10분 동안 원심분리하여 상청액을 제거하고, 생성된 펠릿을 NMP (1 ml) 중에 재현탁시켰다. 반응 혼합물을 21300 rcf에서 10분 동안 원심분리하고, 생성된 펠릿을 NMP 중에 재현탁시켰다. 방법을 3회 이상 반복하고, 펠릿을 2xSSPE + 0.2％ SDS 용액 (1 ml) 중에 재현탁시키고, 21300 rcf에서 10분 동안 원심분리하였다. 생성된 펠릿을 0.1％ 트리톤 X100을 갖는 1xTE 완충액 (1 ml) 중에 재현탁시켰다. 반응 혼합물을 21300 rcf에서 10분 동안 원심분리하였다. 펠릿을 1xTE 완충액 중에 재현탁시키고, 80℃에서 1시간 동안 교반하였다. 혼합물을 21300 rcf에서 10분 동안 원심분리하여 상청액을 제거하였다. 펠릿을 0.1％ 트리톤 X100을 갖는 1xTE 완충액 (1 ml) 중에 재현탁시키고, 21300 rcf에서 10분 동안 원심분리하여 상청액을 제거하였다. 방법을 1회 반복하였다. 펠릿을 30％ 암모니아 용액 (1 ml) 중에 재현탁시키고, 실온에서 15분 동안 교반하였다. 반응 혼합물을 원심분리하여 21300 rcf 10분 동안 상청액을 제거하고, 펠릿을 탈이온수 (1 ml) 중에 재현탁시켰다. 반응 혼합물을 21300 rcf에서 10분 동안 원심분리하여 상청액을 제거하고, 방법을 2회 이상 반복하였다. 펠릿을 0.1％ 트리톤 X100을 갖는 1xTE 완충액 (1 ml) 중에 재현탁시켰다. 반응 혼합물을 21300 rcf에서 10분 동안 원심분리하여 상청액을 제거하고, 방법을 1회 이상 반복하였다. 펠릿을 0.1％ 트리톤 X100을 갖는 1xTE 완충액 (1 ml) 중에 재현탁시키고, 반응 혼합물을 21300 rcf에서 10분 동안 원심분리하여 상청액을 제거하였다. 방법을 1회 이상 반복하고, 펠릿을 0.1％ 트리톤 X100을 갖는 1xTE 완충액 (500 uL) 중에 재현탁시켰다.
실시예 3 아미노-히드로겔의 활성화 및 히드로겔과 아민 말단 DNA 프로브의 접합
무수 아민-무함유 N-메틸피롤리돈 (NMP) (600 μL) 중의 아미노-히드로겔 (직경 = 0.55 마이크로미터, 23 x 106 아민/마이크로미터3) 100 x 109개의 용액에 고체 비스-숙신이미딜 수베레이트 (22.1 mg, 60 μmmol)를 첨가하고, 이어서 트리부틸아민 (14 μL, 60 μmol)을 첨가하였다. 60℃에서 1시간 동안 교반한 후, 히드로겔을 원심분리 (21300 rcf에서 30분)에 의해서 단리하였다. 히드로겔 펠릿을 아민-무함유 무수 NMP (1 ml)로 희석하고, 원심분리에 의해서 단리하고; 이 세척 방법을 2회 반복하고, 최종 펠릿을 NMP (600 μL) 중에 재현탁시켰다. 이 히드로겔 현탁액을 아세트산 무수물 (30 μL, 317 μmol) 및 트리부틸아민 (30 μL, 126 μmol)으로 처리하고, 실온에서 2시간 동안 교반하였다. 생성된 히드로겔을 원심분리 (21300 rcf에서 30분)에 의해서 단리하고, 펠릿을 아민-무함유 무수 NMP (1 ml)로 희석하고, 원심분리에 의해서 단리하고; 이 세척 방법을 2회 반복하고, 최종 활성화된 캡핑 펠릿을 3 μmol의 테트라부틸암모늄 5'-아미노-올리고뉴클레오티드의 NMP 용액 1 μmol, 트리부틸아민 (1 μmol), 및 아민-무함유 NMP로 최종 부피 600 μL로 희석하였다. 70℃에서 16시간 동안 교반한 후, DNA 접합된 히드로겔을 원심분리 (21300 rcf에서 30분)에 의해서 단리하였다. 펠릿을 NMP (1 ml)로 세척하고, 이어서 탈이온수 (1 ml)로 세척하고, 원심분리를 사용하여 펠릿을 단리하였다. 최종 히드로겔 펠릿을 1XTE 완충액 (1.6 ml)으로 희석하고, 80℃에서 1시간 동안 교반하였다. 히드로겔을 원심분리 (21300 rcf에서 30분)에 의해서 단리하고, 탈이온수 (1 ml)로 2회 세척하였다 (펠릿 단리를 위해서 원심분리를 사용함). 최종 펠릿에 30％의 수성 암모니아를 첨가하고, 실온에서 15분 후, 히드로겔을 원심분리에 의해서 단리하고 (21300 rcf에서 20분), 단리용 원심분리를 사용하여 탈이온수 (1 mL)로 3X 세척하였다. 최종 펠릿을 표적 증폭을 수행하기에 바람직한 완충액 중에서 재분산시켰다.
실시예 4
메실화 히드로겔을 모노-보호된 디아민으로 관능화시키고, 이어서 탈보호시키고, 활성화시키고, 유기 가용성 DNA 프로브와 접합시키는 것을 도 6에 도시한다.
2천억개의 메실화 히드로겔의 펠릿 (직경 = 0.6 마이크로미터) (무수 아민-무함유 N-메틸피롤리돈 (NMP) 중에서의 원심분리에 의해서 농축됨)에 모노-t-Boc 보호된 디아민: O-(2-아미노에틸)-O'-[2-(Boc-아미노)에틸]헥사에틸렌 글리콜 1 mL를 50 mM 용액으로서 첨가하였다. 12시간 동안 70℃에서 교반한 후, 원심분리에 의해서 히드로겔을 단리하고, 탈이온수로 1회 세척하고, 30％ 수성 HCl 1 ml 중에서 실온에서 탈보호시키고, 1 시간 후, 원심분리에 의해서 히드로겔을 단리하고, 탈이온수 5 mL 분획으로 5회 세척하였다. 수현탁액의 원심분리에 의해서 히드로겔을 탈수시키고, 무수 아민-무함유 NMP 1 mL로 희석하였고, 이 방법을 3회 이상 반복하였다. 최종 원심분리 후, 펠릿을 125 mM의 디숙신이미딜 카르보네이트의 NMP 용액 0.6 mL로 활성화시키고, 이것에 트리부틸아민 30 μL를 첨가하고, 실온에서 2시간 후, 활성화된 히드로겔을 원심분리에 의해서 단리하고, 펠릿을 무수 아민-무함유 NMP 1 mL 분획으로 5회 세척하였다. 생성된 펠릿에 3 μmol의 테트라부틸암모늄 5'-아미노-올리고뉴클레오티드의 NMP 용액 0.5 mL 및 트리부틸아민 (30 μL)를 첨가하고, 12시간 동안 70℃에서 교반한 후, 접합된 히드로겔을 원심분리에 의해서 농축하고, NMP 1 mL 분획으로 3회 세척하였다. 접합된 히드로겔 펠릿을 1XTE 완충액 (1.6 ml)으로 희석하고, 80℃에서 1시간 동안 교반하고, 이어서 원심분리에 의해서 단리하였다. 탈이온수로 2회 세척한 후, 최종 펠릿을 표적 증폭을 수행하기에 바람직한 완충액 중에서 재분산시켰다.
제1 측면에서, 기재의 접합 방법은 생체분자와 회합된 반대 이온을 친지성 반대 이온과 교환시켜 생체분자 착물을 형성하는 단계, 생체분자 착물을 비수성 용매에 분산시키는 단계, 및 생체분자 착물을 비수성 용매의 존재 하에서 기재에 커플링시키는 단계를 포함한다.
제1 측면의 예에서, 생체분자는 폴리뉴클레오티드이다.
제1 측면 및 상기 예의 또다른 예에서, 친지성 반대 이온은 친지성 암모늄 이온, 친지성 포스포늄 이온, 친지성 아르소늄 이온, 친지성 술포늄 이온, 또는 이들의 조합이다. 예를 들어, 친지성 암모늄 이온은 테트라알킬암모늄, 테트라아릴암모늄, 혼합 알킬 및 아릴 암모늄, 또는 이들의 조합이다. 한 예에서, 친지성 암모늄 이온은 테트라메틸암모늄, 테트라에틸암모늄, 테트라프로필암모늄, 테트라부틸암모늄, 테트라펜틸암모늄, 테트라헥실암모늄, 테트라헵틸암모늄, 테트라옥틸암모늄, 이들의 알킬 및 아릴 혼합물, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 추가 예에서, 친지성 포스포늄 이온은 테트라페닐포스포늄이다. 추가 예에서, 친지성 아르소늄 이온은 테트라알킬아르소늄, 테트라아릴아르소늄, 혼합 알킬 및 아릴 아르소늄 이온, 또는 이들의 조합이다. 또다른 예에서, 친지성 아르소늄 이온은 테트라페닐아르소늄이다. 한 예에서, 친지성 술포늄 이온은 트리알킬술포늄 이온이다.
제1 측면 및 상기 예의 추가 예에서, 비수성 용매는 기재 상의 커플링 기 및 생체분자와 비반응성이다.
제1 측면 및 상기 예의 추가 예에서, 비수성 용매는 극성이다.
제1 측면 및 상기 예의 또다른 예에서, 비수성 용매는 아미드, 우레아, 카르보네이트, 에테르, 술폭시드, 술폰, 장애 알콜, 또는 이들의 조합이다. 예를 들어, 아미드 또는 우레아는 포름아미드, N,N-디메틸포름아미드, 아세트아미드, N,N-디메틸아세트아미드, 헥사메틸포스포르아미드, 피롤리돈, N-메틸피롤리돈, N,N,N',N'-테트라메틸우레아, N,N'-디메틸-N,N'-트리메틸렌우레아, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 또다른 예에서, 카르보네이트는 디메틸 카르보네이트, 프로필렌 카르보네이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 추가 예에서, 에테르는 테트라히드로푸란이다. 추가 예에서, 술폭시드 또는 술폰은 디메틸술폭시드, 디메틸술폰, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 또다른 예에서, 장애 알콜은 tert-부틸 알콜을 포함한다.
제1 측면 및 상기 예의 추가 예에서, 기재는 중합체성 입자를 포함한다.
제1 측면 및 상기 예의 추가 예에서, 중합체성 입자는 생체분자의 반응성 기와 반응성인 커플링 기를 포함한다.
제1 측면 및 상기 예의 추가 예에서, 커플링 기는 친핵체 또는 친전자체 중 하나를 포함하며, 반응성 기는 친핵체 또는 친전자체 중 다른 하나를 포함한다.
제2 측면에서, 중합체성 입자의 접합 방법은 폴리뉴클레오티드와 회합된 양이온성 반대 이온을 친지성의 양이온성 반대 이온과 교환시켜 폴리뉴클레오티드 착물을 형성하는 단계이며, 상기 폴리뉴클레오티드는 친핵성 반응성 기 또는 친전자성 반응성 기를 포함하는 것인 단계를 포함한다. 방법은 폴리뉴클레오티드 착물을 비반응성의 비수성 용매에 분산시키는 단계 및 친핵성 치환 또는 친전자성 치환에 의해서 폴리뉴클레오티드를 중합체성 입자에 커플링시키는 단계이며, 상기 중합체성 입자는 친전자성 기 또는 친핵성 기를 포함하는 것인 단계를 추가로 포함한다.
제3 측면에서, 중합체성 입자는 상기 측면 또는 예의 임의의 하나의 방법을 사용하여 폴리뉴클레오티드에 접합시킨 중합체를 포함한다.
제4 측면에서, 서열분석 방법은 올리고뉴클레오티드 접합된 중합체성 입자의 존재 하에서 표적 폴리뉴클레오티드를 증폭시켜서 폴리뉴클레오티드 접합된 중합체성 입자를 형성하는 것을 포함한다. 올리고뉴클레오티드는 표적 폴리뉴클레오티드에 적어도 부분적으로 상보적이다. 올리고뉴클레오티드 접합된 중합체성 입자는 상기 측면 또는 예 중 임의의 방법에 의해서 형성된다. 방법은 폴리뉴클레오티드 접합된 중합체성 입자를 서열분석 장치에 적용하는 단계, 프라이머를 폴리뉴클레오티드 접합된 중합체성 입자에 적용하는 단계, 뉴클레오티드를 도입하는 단계, 및 도입을 검출하는 단계를 추가로 포함한다.
제4 측면의 예에서, 검출 단계는 뉴클레오티드의 도입과 연관된 이온 농도의 변화를 검출하는 것을 포함한다.
제5 측면에서, 표적 폴리뉴클레오티드를 단리하는 방법은 표적 폴리뉴클레오티드를 포함하는 제1 용액을 프로브 접합된 기재와 접촉시키는 것을 포함한다. 프로브 접합된 기재의 프로브는 표적 폴리뉴클레오티드에 적어도 부분적으로 상보적이다. 프로브 접합된 기재는 상기 측면 또는 예 중 임의의 방법에 의해서 형성된다. 방법은 표적 폴리뉴클레오티드를 프로브에 커플링시키는 동안, 프로브 접합된 기재를 세척하는 단계, 및 표적 폴리뉴클레오티드를 제2 용액에 방출시키는 단계를 추가로 포함한다.
추가의 측면에서, 올리고뉴클레오티드를 중합체에 접합시키는 방법은 아민 관능기를 포함하는 중합체를 비스-NHS 에스테르 또는 디숙신이미딜 카르보네이트로 처리하여 관능화된 중합체를 형성하는 단계, 및 관능화된 중합체를 아민 종결 올리고뉴클레오티드로 처리하여 올리고뉴클레오티드를 포함하는 접합된 중합체를 형성하는 단계를 포함한다.
추가 측면의 예에서, 방법은 히드록실 관능기를 포함하는 초기 중합체를 제공하는 단계, 초기 중합체를 처리하여 히드록실 관능기를 할로겐으로 치환시키는 단계, 및 초기 중합체를 보호된 아민 종결 폴리에테르로 추가로 처리하여 아민 관능기를 포함하는 중합체를 형성하는 단계를 추가로 포함한다.
추가 측면 및 상기 예의 또다른 예에서, 중합체는 중합체 입자의 형태이다.
추가 예에서, 올리고뉴클레오티드를 상기 측면 및 이들의 예의 방법으로 처리한다.
상기는 중합체 입자에 대한 접합을 기재하지만, 이러한 접합 방법은 다양한 형태, 예컨대 비드, 기재, 시트, 막대, 다양한 형상의 중합체 형태 또는 이들의 임의의 조합의 유사하게 관능화된 중합체에 적용될 수 있다.
일반적인 설명 또는 예에서 상기에 기재된 행위 모두가 필요한 것은 아니며, 구체적인 행위 중 일부는 필요하지 않을 수 있고, 상기에 기재된 것 이외에 하나 이상의 추가 행위가 수행될 수 있음을 인지해야 한다. 또한 추가로, 행위가 열거된 순서는 반드시 그들이 수행되는 순서로 열거된 것은 아니다.
상기 명세서에서, 개념을 구체적인 실시양태를 참조로 설명하였다. 그러나, 당업자는 하기 특허청구범위에서 언급된 바와 같은 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 다양한 변형 및 변경을 행할 수 있음을 인식한다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한 개념이 아니라 예시로서 간주되어야 하며, 이러한 모든 변형은 본 발명의 범주 내에 포함되려는 의도이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "포함한다", "포함하는", "포함하고 있다", "비롯한", "갖는다", "갖는" 또는 이들의 임의의 변형은 비배타적인 포함을 망라하려는 의도이다. 예를 들어, 특징부의 목록을 포함하는 공정, 방법, 물품 또는 장치는 단지 그러한 특징부로 반드시 제한되는 것은 아니며, 명확하게 열거되지 않거나 또는 그러한 공정, 방법, 물품 또는 장치에 내재하는 다른 특징부를 포함할 수 있다. 또한, 명확하게 반대로 언급되지 않는 한, "또는"은 배타적인-또는이 아니라 포괄적인-또는을 지칭한다. 예를 들어, 조건 A 또는 B는 하기 중 임의의 하나를 충족한다: A가 참이고 (또는 존재하고), B가 거짓임 (또는 존재하지 않음), A가 거짓이고 (또는 존재하지 않고) B가 참임 (또는 존재함), 및 A와 B 모두 참임 (또는 존재함).
또한 부정관사 ("a" 또는 "an")의 사용은 본 발명에 기재된 부재 및 성분을 기재하는데 사용된다. 이것은 단지 편의를 위해서 사용되며, 본 발명의 범주의 일반적인 의미를 제공한다. 이러한 기재는 하나 또는 적어도 하나를 포함하는 것으로 읽혀져야 하며, 달리 의미하는 것이 명백하지 않는 한, 단수형은 복수형을 또한 포함한다.
이익, 다른 이점, 및 문제점에 대한 해결책을 구체적인 실시양태와 관련하여 상기에 기재하였다. 그러나, 이익, 이점 또는 문제점에 대한 해결책, 및 임의의 이익, 이점 또는 해결책을 유발하거나 또는 보다 명확하게 할 수 있는 임의의 특징부(들)는 임의의 또는 모든 특허청구범위의 중요하거나, 필요하거나 또는 본질적인 특징부로서 해석되어서는 안된다.
본 명세서를 읽은 후, 당업자는 명확성을 위해서 별개의 실시양태의 내용으로 본 명세서에 기재된 특정 특징부가 또한 단일 실시양태와 조합되어 제공될 수 있음을 인식할 것이다. 반대로, 간략화를 위해서 단일 실시양태의 내용에 기재된 다양한 특징부가 또한 별개로 또는 임의의 하위조합으로 제공될 수 있다. 추가로, 범위로 언급된 수치의 참고는 그 범위 내의 각각의 수치 및 모든 수치를 포함한다.

Claims (28)

  1. 생체분자와 회합된 금속 반대 이온을 친지성 반대 이온과 교환시켜 생체분자 착물을 형성하는 단계,
    생체분자 착물을 비수성 용매에 분산시키는 단계, 및
    생체분자 착물을 비수성 용매의 존재 하에서 기재에 커플링시키는 단계
    를 포함하는, 기재의 접합 방법이며,
    여기서,
    상기 친지성 반대 이온이 친지성 암모늄 이온, 친지성 포스포늄 이온, 친지성 아르소늄 이온, 친지성 술포늄 이온, 또는 이들의 조합이고,
    상기 친지성 암모늄 이온이 테트라알킬암모늄이고, 여기서 알킬은 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이며,
    상기 친지성 포스포늄 이온이 테트라페닐포스포늄이고,
    상기 친지성 아르소늄 이온이 테트라페닐아르소늄이며,
    상기 친지성 술포늄 이온이 트리알킬술포늄 이온인,
    방법.
  2. 제1항에 있어서, 생체분자가 폴리뉴클레오티드인 방법.
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  10. 제1항에 있어서, 비수성 용매가 기재 상의 커플링 기 및 생체분자와 비반응성인 방법.
  11. 제1항에 있어서, 비수성 용매가 극성인 방법.
  12. 제1항에 있어서, 비수성 용매가 아미드, 우레아, 카르보네이트, 에테르, 술폭시드, 술폰, 장애(hindered) 알콜, 또는 이들의 조합인 방법.
  13. 제12항에 있어서, 아미드 또는 우레아가 포름아미드, N,N-디메틸포름아미드, 아세트아미드, N,N-디메틸아세트아미드, 헥사메틸포스포르아미드, 피롤리돈, N-메틸피롤리돈, N,N,N',N'-테트라메틸우레아, N,N'-디메틸-N,N'-트리메틸렌우레아, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
  14. 제12항에 있어서, 카르보네이트가 디메틸 카르보네이트, 프로필렌 카르보네이트, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
  15. 제12항에 있어서, 에테르가 테트라히드로푸란인 방법.
  16. 제12항에 있어서, 술폭시드 또는 술폰이 디메틸술폭시드, 디메틸술폰, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
  17. 제12항에 있어서, 장애 알콜이 tert-부틸 알콜을 포함하는 것인 방법.
  18. 제1항에 있어서, 기재가 중합체성 입자를 포함하는 것인 방법.
  19. 제18항에 있어서, 중합체성 입자가 생체분자를 구성하는 반응성 기와 반응성인 커플링 기를 포함하는 것인 방법.
  20. 제19항에 있어서, 커플링 기가 친핵체 또는 친전자체 중 하나를 포함하고, 반응성 파트너가 친핵체 또는 친전자체 중 다른 하나를 포함하는 것인 방법.
  21. 폴리뉴클레오티드와 회합된 금속 양이온성 반대 이온을 친지성의 양이온성 반대 이온과 교환시켜 폴리뉴클레오티드 착물을 형성하는 단계이며, 상기 폴리뉴클레오티드는 친핵성 반응성 기 또는 친전자성 반응성 기를 포함하는 것인 단계,
    폴리뉴클레오티드 착물을 비반응성의 비수성 용매에 분산시키는 단계, 및
    폴리뉴클레오티드를 친핵성 치환 또는 친전자성 치환에 의해서 중합체성 입자에 커플링시키는 단계이며, 상기 중합체성 입자는 친전자성 기 또는 친핵성 기를 포함하는 것인 단계
    를 포함하는, 중합체성 입자의 접합 방법이며,
    여기서,
    상기 친지성의 양이온성 반대 이온이 친지성 암모늄 이온, 친지성 포스포늄 이온, 친지성 아르소늄 이온, 친지성 술포늄 이온, 또는 이들의 조합이고,
    상기 친지성 암모늄 이온이 테트라알킬암모늄이고, 여기서 알킬은 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이며,
    상기 친지성 포스포늄 이온이 테트라페닐포스포늄이고,
    상기 친지성 아르소늄 이온이 테트라페닐아르소늄이며,
    상기 친지성 술포늄 이온이 트리알킬술포늄 이온인,
    방법.
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