KR102561757B1 - 게놈 서열분석 및 다른 응용에서의 극자외선 방사선 - Google Patents

게놈 서열분석 및 다른 응용에서의 극자외선 방사선 Download PDF

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Abstract

유전자를 판독, 영상화 (image), 편집, 위치확인 (locate), 식별, 맵핑 (map) 변경, 삭제, 복구 및 서열분석하기 위하여 극자외선 방사선 (Extreme ultraviolet radiation: EUV) 및/또는 연질 X-선 파장 (soft X-ray wavelength)을 사용하는 방법, 장치 및 공정이 기재된다. DNA, RNA 및 단백질 서열의 고처리량 게놈 스캐닝 (high throughput genomic scanning)을 가능하게 하는 EUV 스캐닝 도구가 또한 기재된다. 유전자 서열의 특징적인 흡수 스펙트럼을 기록하는 데이터베이스가 또한 기재된다.

Description

게놈 서열분석 및 다른 응용에서의 극자외선 방사선
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2016년 2월1일에 출원된 미국 가출원 제62/289,897호의 이익을 주장하며, 이의 내용은 그 전체가 본원에 참고로 인용된다.
게놈의 서열 유전자 및 염기쌍을 판독 및 식별하기 위하여, 서열분석 기술, 예컨대, 차세대 염기서열분석 (Next Generation Sequencing: NGS) 및 생어 염기서열분석 (Sanger Sequencing)이 사용된다. 인간 게놈에 약 32억개의 염기쌍이 존재하기 때문에, 대규모 식별 및 서열분석을 위하여 고처리량 서열분석 기계 (high throughput sequencing machine)를 필요로 한다. 차세대 염기서열분석은, 유전적 구조 및 변이체의 정확한 식별을 제공하기 위하여, 형광 표지된 종결자 (terminator)를 사용한 합성에 따른 서열분석 및 대량 병렬화 (massive parallelization)와 같은 기술을 포함한다. CRISPR과 같은 기술은 유전자 서열을 편집하는데 사용된다. 특이적인 효소가 사용되어 유전자 서열 세트내 소정의 서열을 표적화하고, 식별된 서열을 반복적으로 제거한다. 이는 최첨단 기술이다.
상기 언급된 기술은 고유의 장점 및 단점을 갖는다. NGS 서열분석은 유전자 서열의 높은 수준의 불연속적 세그먼팅 (piecewise segmenting), 병렬적 대량 생산 (massively reproducing), 재조립 (reassembling) 및 참조 (referencing)를 필요로 한다. CRISPR는 관심있는 유전자 서열 주변의 적어도 20개 쌍을 편집하는 특이적인 표적 프라이머를 필요로 한다. 지금껏, 판독 및 편집될 소정의 유전자 서열 내 염기쌍의 선별을 허용하지 않으면서, 이를 동적으로 판독 및 편집하는 기술은 존재하지 않는다.
광학 리소그래피 시스템, 예를 들어, 14 nm 이하에서 물리적 특징을 갖는 직접 회로 (integrated circuit) 및 장치가 일반적으로 가공 (fabricating)에 사용된다. 이러한 시스템의 분해능 (resolving power)은 노출 파장에 비례한다. 더 짧은 파장은 가공시 분해능 (resolution)을 개선시킬 수 있다. 극자외선 리소그래피 (Extreme ultraviolet lithography: EUVL)는 극자외선 (EUV) 파장 (약 124 nm 내지 0.1 nm)에서 전자기 방사선 (electromagnetic radiation)을 사용한다. 따라서, 이러한 파장에서 광자는 약 10 전자볼트 (eV) 내지 12.4 keV (각각 124 nm 내지 0.1nm에 상응함)의 범위의 에너지를 갖는다. 리소그래피용 EUV 파장을 사용하는 것은, 반도체 칩과 같은 장치뿐만 아니라 중합체 전자공학, 태양 전지, 생물공학 및 의학 기술과 같은 다른 적용에서도 특징적인 크기를 10 nm 이상 감소시키는 잠재적인 이점을 갖는다.
지금껏, 동적으로 판독 및 편집될 소정의 유전자 서열 내 염기쌍의 임의의 선별을 허용하지 않으면서, 이를 판독 및 편집할 수 있는 기술은 존재하지 않는다.
일 양태에서, 본 개시는 일반적으로, 생물학적 세포 내부 또는 외부에서 유전자 또는 유전자 서열을 선택적으로 위치확인 (locate), 판독, 식별하기 위한 생명공학 응용분야에서의 극자외선 (Extreme Ultraviolet: EUV) 방사선 또는 연질 X-선 방사선 (soft X-ray radiation)의 사용에 관한 것이다. 이는 추가로, 게놈 서열 내 소정의 위치에서 유전자를 동적으로 및/또는 임의로 및/또는 선택적으로 편집 (editing), 삭제 (deleting), 변경 (altering) 및/또는 복구 (reparing) 하는 것에 관한 것이다. DNA 합성을 필요로 하지 않으면서, 선택적 및 비-선택적인 생체분자 태깅, 형광 라벨링, DNA 복제, 효소 절단, 병행화 (parallelization), 적용범위의 깊이 (depth of coverage), 기준 게놈과의 정렬 (alignment), 나노 기공 채널, 샷-건 서열분석 (shot-gun sequencing), 이온 검출 또는 뉴클레오티드 첨가의 서열분석을 위한 방법이 본원에 제공되며, 이들 모두는 서열분석에 있어서 복잡성, 부정확성 및 시간을 초래한다.
또 다른 양태에서, 본 개시는 또한 실시간 (real time)으로 유전자 서열을 판독 및 변경하는 기구에 대한 차세대 EUV 고처리량 도구 또는 장치의 설계에 관한 것이다. 상기 도구 또는 장치의 구성은 하나 이상의 조명기 광학 (illuminator optics), 투사 렌즈 (projection lense) 또는 미러, 광 포커싱 장치 (light focusing device), EUV 또는 연질 X-선 광원, 수집기 광학 (collector optic), 샘플 스테이지 (sample stage)의 세트를 포함한다. 도구는 2D 또는 3D 스캔 DNA 서열의 스캐닝 모드 (scanning mode)에 사용될 수 있다. 극자외선 방사선 파장은 플라즈마 및 싱크로트론 (synchrotron) 광원 또는 고체 표적, 또는 액체 소적 소스 (liquid droplet source)와 같은 장치에 의해 인공적으로 생성될 수 있다. 일 실시형태에서, 6개 이상의 높은 개구수 (numerical aperture)의 투사 미러 (projection mirror) 및 4개 이상의 조명기 미러, 1개의 수집기 및 샘플 스테이지가 제공된다. 상기 미러는 포물선 (parabolic), 비구면 (aspherical) 또는 자유형태 일 수 있다. 특정 실시형태에서, 적어도 6개의 투사 미러는 한 자릿수 분해능 핵염기 서열분석을 위한 충분한 공간 분해능 (spatial resolution)을 제공한다. 시간당 서열분석된 염기쌍의 수 또는 스캐닝 처리량을 증가시키기 위하여 더 높은 광원력이 또한 바람직하다.
EUV 리소그래피 도구와 같은 광 시스템 또는 장치가 ~ 20 nm 이하의 스팟 크기 (spot size)에 대한 광 (light)을 포커싱하는데 사용될 수 있다. 극자외선 리소그래피 (EUVL)는 극자외선 (EUV) 파장 (약 124 nm 내지 0.1 nm)에서의 전자기 방사선을 사용한다. 따라서, 이러한 파장에서 광자는 약 10 전자 볼트 (eV) 내지 12.4 keV (각각 124 nm 및 0.1 nm에 상응함)의 범위의 에너지를 갖는다. 극자외선 파장은 장치, 예컨대, 플라즈마 및 싱크로트론 광원 또는 고체 표적과 같은 장치에 의해 인공적으로 생성될 수 있다. 이러한 빛 유전자 서열에 입사하면, 빛의 일부가 흡수될 것이다. 유전자 서열의 각 염기 또는 염기쌍은 별개의 EUV 주파수에서 특징적인 흡수 스펙트럼을 생성할 것이다. 만일 이러한 스펙트럼이 누적 흡수 스펙트럼 세트로부터 검출되거나 또는 분해되는 경우, 이어서, 이는 특이적 염기쌍의 식별에 기여할 수 있다. 사용된 파장이 더 작을수록 포커싱된 스팟 크기는 더 작고, 영상 분해능 (imaging resolution)은 더 높아질 것이다. 2.8 nm의 빛의 파장 및 0.5의 개구수 (NA)에 있어서, 스팟 크기는 약 2.8 nm일 것이다. 예를 들어, 단일 핵염기는 0.34 nm의 길이를 갖는다. 이는, 영상 분해능은 9개 염기 (~2.8/0.34)라는 것을 의미한다. 투사 미러의 경우, 분해능의 한계는 추가로 감소될 수 있다. 이는 수학식 k1*파장/NA로 결정되며, 여기서, k1은 리소그래피 도구로 달성될 수 있는 분해능 한계를 결정하는 상수 인자이다. k1 인자 약 0.25를 가정하면, 분해능 한계 (k1*파장/NA)는 1.4 nm 또는 4-5 염기이다. 4x 또는 8x의 배율 상수를 사용하면 분해능 한계는 최대 1-2 염기쌍으로 더 작아질 수 있다. 스펙트럼은 별개의 주파수에서 공명 피크를 가지기 때문에, 염기쌍 형성 정보 및 2개 중복 인접 세트로부터의 흡수 스펙트럼 간의 차이를 사용하여, 3개 스펙트럼 피크에서 측정된 누적 스펙트럼을 추가로 분해하여 더 많은 분해능 서열분석을 얻는 것이 가능하다. 누적 스펙트럼 및 위상 정보의 측정치로부터 유전자 식별이 가능해야 한다. 13.5 nm 이하의 파장, 구체적으로는 2-4 nm 범위의 파장의 빛 (4.3 nm 및 2.8 nm 포함)이 이러한 응용에 적합할 것이라고 예상된다. 흡수 스펙트럼은 이러한 개시에서 투과 스펙트럼 또는 반사 스펙트럼과 동등하게 교환될 수 있다. 검출기는 1x10-4 만큼 작은 흡수 시그널에서의 민감도 차이를 측정할 수 있다. 이는 1개의 핵염기의 누적 차이를 구분할 수 있게 한다.
일 실시형태에서, 유전자 서열 또는 핵염기를 판독, 스캐닝 또는 영상화하는 공정은 이의 독특한 흡수 스펙트럼을 측정하고 공지된 또는 시뮬레이션된 스펙트럼으로부터 유전자를 식별하는 공정을 포함한다.
이러한 개시의 또 다른 양태에서, 유전자 서열 또는 핵염기의 세트가 또한 소정의 위치 또는 어드레스 (address)에서 편집되고, 변경되고, 복구되고 또는 삭제될 수 있다. 삭제는, 소정의 위치에서 목적하는 서열상에 광 스팟 (light spot)을 포커싱하고, 광-흡수를 통해 2개 염기쌍 사이의 연결을 끊거나 (sever) 또는 상기 염기를 끊기 위하여 포커싱된 스팟 전달된 빛 또는 힘의 강도를 증가시키고, 재생을 방지함으로써 발생한다. 특정 실시형태에서, 서열의 서브세트를 편집 또는 삭제하는 작용은 서열 판독과 연속하여 발생할 수 있다. 스팟 크기 및 빛의 강도에 따라서, 하나 이상의 유전자 세트는 임의의 소정의 위치에서 삭제될 수 있다. 하나 초과의 포커싱된 스팟은 또한 다중의 동시 해결책을 달성하기 위하여 사용될 수 있다.
전형적인 실시형태에서, 유전자 서열은 DNA 및 RNA 핵염기쌍, 시토신, 구아닌, 아데닌, 티민, 우라실과 같은 하위 요소를 포함한다. 이러한 개시에서 유전자 서열은 또한, 종류에 제한 없이, DNA 및 RNA 가닥, 판독물 (reads), 단일 뉴클레오티드 다형성 (single nucleotide polymorphism: SNP), 염기 단백질, 프라이머, 아미노산 서열, 올리고뉴클레오티드, 펩티드, 복제수 변이체 (copy number variant), 돌연변이, 변이체, 효소, 진유전체 (exom), 분자, 뉴클레오티드, 대립유전자 (allele), 염색체, 말단소체 (telomere)를 포함한다. 각각의 5개 가능한 염기인 구아닌, 시토신, 아데닌, 티민 및 우라실은, 상이한 상대적인 비율의 각 요소를 갖는 탄소, 수소, 산소 및 질소의 조합인, 상이한 화학 구조를 갖는다. EUV/연질-X선 흡수는 이러한 원소의 존재에 대해 민감하기 때문에, 각각의 염기는 EUV 파장에서 뚜렷한 및 독특한 시그니처 (signature) 흡수 스펙트럼을 가질 것이다. 실시예에서, 하나 이상의 염기의 흡수 스펙트럼이 한번에 수득되며, 흡수 스펙트럼은 상기 기재된 바와 같이 개별적인 염기 스펙트럼으로 분해될 수 있다. 이들의 각각의 흡수 스펙트럼 시그니처를 함유하는 식별가능한 유전자 서열, 핵염기, 단백질, RNA 및 DNA의 데이터베이스 또는 라이브러리가 생성된다.
본 개시는, 개별적인 기준 당 소정의 게놈에서 유전자 서열의 동시 또는 동적인 판독, 또는 영상화, 맵핑 및 편집 또는 삭제를 허용하므로, 기존의 최첨단 차세대 염기서열분석 (NGS) 기술을 개선시킨다. 현재의 유전자 서열분석 기술, 예컨대, 전체 게놈 샷건 서열분석, 드노보 (de novo) 서열분석 또는 생어 서열분석은 단지 파손, 복제 후의 유전자 서열분석, 및 표준 기준 (standard reference) 게놈에 대한 참조만을 허용한다. 이러한 개시에서, 유전자 존재론 (gene ontology) 네트워크 또는 유전자 서열 맵으로 기재될 수 있는 게놈 맵이 생성된다. 전체 서열은 각각 가능한 위치에서 각 핵염기 또는 각 유전자의 흡수 및 위상 (phase) 스펙트럼을 측정함으로써 적어도 한번에 연속적으로 기록된다. 각각의 핵염기 또는 핵염기 세트의 물리적 좌표 (physical coordinate)는 다른 전세계적 및 지역적 식별자 및 기준점 (landmark)과 함께 어드레스로서 등록된다. 각각의 유전자, 이의 흡수 스펙트럼 및 유전자 위치가 이러한 방식으로 기록된다. 이어서, 한번 식별된 특이적 유전자 서열이 선택적으로 또는 동적으로 표적화, 재배치 (relocated) 또는 삭제될 필요가 있는 경우, 각각의 등록 어드레스를 사용함으로써 집중적인 방사선을 전달하기 위한 광원 스팟의 포커스를 재위치시킬 수 있다. EUV 방사선은, 특이적인 유전자 서열을 선택적으로 표적화하기 위하여, 상이한 유전자 서열 및 공간적 제어를 물리적 및 스펙트럼적으로 구분하기 위한 충분한 공간 및 스펙트럼적 분해능을 갖는다. NGS 기술에서, 서열내 특이적 위치로 동적으로 복귀하거나 또는 판독되면서 실시간으로 서열을 편집할 수 있는 가능성은 존재하지 않는다.
이러한 개시는 기존의 최첨단 편집 기술, 예컨대, 효소 서열을 조화시키는 특이적인 표적 위치에서 서열을 절단하거나 또는 게놈을 자르기 위하여 특이적인 효소 서열에 의존하는, CRISPR 간섭 기술 (군집된 규칙적-간격을 둔 짧은 회문식 반복: clustered regularly-interspaced short palindromic repeats)을 개선시킨다. CRISPR의 한계점은, 단지 한개 유형의 표적 서열이 임의의 시간에 삭제될 수 있으며, 모든 경우, 게놈내 반복되는 경우, 모든 위치에서의 표적 서열은 잘려진다는 것이다. 추가적으로, 반복적으로 잘린 후 서열 그 자체는 복구를 시도한다. 서열이 잘려질 뿐만 아니라, 표적 위치 주변의 최대 20개 염기쌍 영역 또한 잘려진다. EUV 방사선 서열분석 및 삭제에서, 다양하게 구체화된 서열을 갖는 여러개 임의의 표적은 단일 경우에서 편집될 수 있다. 유사하게는, 최대 1-2개 염기쌍의 공간 분해능을 갖는 특이적 표적의 단일 경우 또한 편집될 수 있다.
서열분석 외에, 이러한 개시는 또한 유전형 분석 (genotyping) 응용, 즉, 개인이 보유하는 유전적 변이체를 측정하는 공정에서의 본원에 기재된 EUV 방사선 및 연질 X-선의 용도, 방법 및 장치를 기술한다. 일 실시형태에서, EUV 방사선은 전체 게놈 보다는 진유전체와 같은 서열의 분절을 서열분석하고, 공통성 (commonality) 있는 SNP 및 영역 내 변이체를 조사하기 위하여 사용될 수 있다. 상기 공정은 또한 생식세포 (germline) 또는 체세포 돌연변이, 후성적 돌연변이, 암 및 유전적 돌연변이를 조사하기 위하여 사용될 수 있다. EUV 방사선 서열분석은 또한 발현 프로파일링에 사용될 수 있다.
본원에 기재된 방법 및 장치는 인간, 박테리아, 동물, 식물, 효모, 포유동물 세포를 비롯한 다양한 종으로의 적용을 포함한다.
DNA, RNA 또는 다른 가닥은 대부분의 경우 서열분석 이전에 세포로부터 추출되고, 선형화되고, 평탄화되고 (planarized), 정렬될 수 있다. DNA 분절은 EUV 방사선을 사용하여 세포내로 및 3차원적으로 (3D - 1 이상의 차원), 및 비선형적으로 추가로 서열분석될 수 있다. 전형적으로 염색질은 DNA 가닥과 함께 결합하여 세포내 서열분석을 어렵게 만든다. 이러한 개시에 기재된 흡수 순서에 따라, 염색질은 3개 스펙트럼 피크를 갖는 별개의 DNA 스펙트럼에 대해 상이한 흡수 스펙트럼을 가지며, 따라서, DNA 서열과 구분될 수 있다.
서열을 세포내로 영상화하는 경우, 세포는, 서열분석이 일어나는 동안 세포를 제자리에 붙들기 위하여 사용되는 2개 이상의 레이저 빔으로 임의로 붙잡힐 수 있다. 또 다른 레이저는 또한 세포 막 또는 세포 벽 내의 또는 세포질을 통한 삽입 경로를 차단하는데 사용되거나, 또는 세포내 다른 성분에 의한 EUV의 흡수를 감소시키는데 사용될 수 있다. 세포내 다른 성분은 또한 상이한 스펙트럼 흡수 곡선에 의해 구분될 수 있다.
게놈의 서열분석은 상당량의 데이터 분석 및 데이터의 생물정보학적 후처리-가공 (bioinformatic post-processing)을 필요로 한다. 이는, 계산, 측정 및 판독 시간을 줄이기 위하여 흡수 스펙트럼을 분해하는, 자가 학습 및 예측 알고리즘 (및 기준점 유전자의 위치에 관한 다른 공지된 정보)를 사용하는 것이 유익하다. 또한, 더 큰 스팟 크기에 있어서, 더 큰 그룹의 핵염기는 더 적은 샘플링 분해능으로 서열분석될 수 있으며, 개별적인 측정 보다는 기준 데이터베이스 또는 라이브러리, 또는 이전에 측정된 샘플에서의 스펙트럼과 같이 공지된 스펙트럼으로부터 식별될 수 있다.
본 개시는 첨부된 도면과 관련하여 취해진 하기의 상세한 설명과 관련하여 보다 충분히 이해될 수 있고, 여기서:
도 1은 본원에 실시예에 따라 계산된 EUV 파장에서 DNA 핵염기 C, G, A, T에 대해 계산된 흡수 스펙트럼을 예시한다.
도 2는 유전자 서열분석을 위한 플라즈마 광원 및 투사 미러 시스템을 갖는 DNA 스캐너 시스템을 예시한다.
도 3은 거대분자 (macromolecule)로부터 반사되거나 또는 흡수된 방사선을 검출하는 방법을 예시한다. 증가된 흡수로 인하여 가능한 그레이징 입사 (grazing incidence)와 가까운 광 조명 (light illumination)이 바람직하다.
도 4는 단일 핵염기의 수직 입사에서 G, C, A, T로부터의 투과 스펙트럼 (transmission spectra)을 예시한다.
거대분자의 위치확인, 판독, 식별 및/또는 편집에 유용한 장치 및 방법이 본원에 제공된다.
a. 정의
본원에 제공된 장치 및 방법을 언급할 경우, 달리 지시되지 않는 한 하기 용어는 하기의 의미를 갖는다. 달리 정의되지 않는 한, 본원에 사용된 모든 기술 및 과학 용어는 당업자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본원의 용어에 대한 정의가 다수인 경우, 달리 지시되지 않는 한 이러한 섹션의 정의가 우선한다.
용어 "극자외선" 또는 "EUV"는 124 nm 내지 10 nm의 파장에 걸친 전자기 스펙트럼 (electromagnetic spectrum)의 일부 전자기 방사선을 지칭한다. 상기 방사선은 10 eV 내지 최대 124 eV의 에너지를 갖는 광자를 갖는다.
용어 "연질 X-선"은 10 nm 내지 0.1 nm의 파장에 걸친 전자기 스펙트럼의 일부 전자기 방사선을 지칭한다. 상기 방사선은 0.1 eV 내지 최대 10 eV의 에너지를 갖는 광자를 갖는다. 극자외선, EUV 및 연질 X-선이 이러한 개시에 상호교환적으로 사용되어 0.1 nm 내지 124 nm의 전체 범위를 나타낸다.
용어 "거대분자"는 적어도 1000 Da를 갖는 고분자량 분자를 지칭한다. 유용한 거대분자로 반복 단량체의 중합체를 포함한다. 예로는 폴리뉴클레오티드, DNA, RNA, 폴리펩티드, 단백질, 펩티드, 바이러스 및 올리고당을 포함한다.
용어 "스팟 크기"는 표적과 상호작용할 수 있는 방사선 빔 (radiation beam)의 직경을 지칭한다. 상기 방사선 빔이 지지체 (support)와 접촉하는 실시형태에서, 스팟 크기는 상기 지지체를 교차하는 방사선 빔 또는 빔 웨이스트 (beam waist)의 직경이다. 스팟은, 에어리 디스크 (Airy disc)에 의해 정의된 최소 스팟 크기에 대해 렌즈 또는 미러 시스템에 의하여 포커싱되거나 평행하며 (collimated), 방사선 빔의 파장에 의존적인, 방사선 빔일 수 있다. 실제로, 상기 최소 스팟 크기의 반경은 1.22λf로 정의되며, 여기서, f는 렌즈의 수이고, 제1 다크 서클 (dark circle)은 에어리 패턴 내에 있다. 리소그래피 시스템에서, 소정의 분해능은 시스템의 투사 미러 세트 및 개구수 (NA)로부터의 전체 배율로 달성된다. 분해능 또는 최소 스팟 크기는 k1λ/NA로 정의되며, 여기서, k1은 분해능 인자이고, 약 0.25이다. 현재의 리소그래피 시스템은 4x 배율 및 0.5 NA를 이미 이룩하였다. 2.8 nm 파장에 있어서, 이는 0.7 nm의 분해능 또는 2 염기쌍이다. 더 높은 배율은, 투사 미러의 수를 증가시켜 더 작은 스팟 크기 및 더 큰 시스템 개구수를 포커싱함으로써 달성될 수 있다. 8x 배율에 있어서, 단일 염기쌍 분해능이 가능할 것이다.
a. 장치
거대분자의 위치확인, 판독, 식별 및/또는 편집에 유용한 장치가 본원에 제공된다. 장치는 일반적으로 방사선원 (radiation source), 상기 방사선의 적어도 일부를 흡수하도록 구성된 하나 이상의 거대분자, 및 투과된 및/또는 흡수된 방사선을 검출할 수 있는 검출기를 포함한다.
특정 실시형태에서, 상기 방사선원은 0.1 nm 내지 250 nm의 파장을 갖는 방사선을 투과할 수 있다. 특정 실시형태에서, 방사선원은 극자외선 방사선 및/또는 연질 X-선 방사선을 투과할 수 있다. 특정 실시형태에서, 방사선원은 극자외선 방사선을 투과할 수 있다. 특정 실시형태에서, 방사선은 연질 X-선 방사선을 투과할 수 있다. 특정 실시형태에서, 방사선원은 0.1 nm 내지 10 nm의 파장을 갖는 방사선을 투과할 수 있다. 특정 실시형태에서, 방사선원은 1 nm 내지 10 nm의 파장을 갖는 방사선을 투과할 수 있다. 특정 실시형태에서, 방사선원은 1 nm 내지 250 nm의 파장을 갖는 방사선을 투과할 수 있다. 특정 실시형태에서, 방사선원은 10 nm 내지 250 nm의 파장을 갖는 방사선을 투과할 수 있다. 특정 실시형태에서, 방사선원은 10 nm 내지 200 nm의 파장을 갖는 방사선을 투과할 수 있다. 특정 실시형태에서, 방사선원은 10 nm 내지 150 nm의 파장을 갖는 방사선을 투과할 수 있다. 특정 실시형태에서, 방사선원은 10 nm 내지 124 nm의 파장을 갖는 방사선을 투과할 수 있다. 특정 실시형태에서, 방사선원은 0.1 nm 내지 124 nm의 파장을 갖는 방사선을 투과할 수 있다.
방사선원은 당업자에 의해 유용한 것으로 간주되는 임의의 방사선원일 수 있다. 유용한 방사선원은 상업적으로 이용가능하다. 유용한 방사선원의 예는 플라즈마 (plasma) 및 싱크로트론 (synchrotron) 광원 또는 고체 표적을 포함한다. EUV 광원은 고차 조화 X-선 발생원 (high order harmonic x-ray generation source), EUV 빔라인 싱크로트론, EUV 고체 표적 및 플라즈마 기반 소스 (plasma based source)를 포함한다. 예를 들어, 주석과 같은 니켈은 11.9 nm에서 EUV 방사선을 산출하며, 은과 같은 니켈은 13.9 nm에서 EUV 방사선을 산출하고, 주석 소적 (tin droplet)은 13.5 nm에서 EUV 방사선을 산출한다. 광원은 레이저 구동된, 예컨대, 레이저 생성된 플라즈마 또는 전기적으로 구동된, 예컨대, 전기적으로 방전된 플라즈마일 수 있고, 연속적이거나 또는 펄싱될 수 있다. 무전극 Z-핀치 소스, 예컨대, 2-4 nm 범위의 파장을 갖고, 질소를 사용하여 2.8 nm에서 400 mW의 전력을 전달하는, Energetiq EQ-10SXR가 또한 사용될 수 있다. 액체 제트 (Liquid jet), 주석 또는 크세논 플라즈마 (xenon plasma)가 또한 사용된다. 예를 들어, 주석 플라즈마 소스는 8 내지 19 nm 범위의 EUV를 갖고, 크세논 플라즈마 소스는 11 내지 15 nm 범위의 고강도를 갖는, 8 내지 19 nm 범위의 EUV 스펙트럼을 가진다. 고체 표적에서, 전자가 사용되어 소정의 표적에 충격을 주고 (bombard) X-선을 생성한다.
방사선원은 당업자에게 공지된 기술을 사용하여 목적하는 방사선 파장을 투과하도록 구성될 수 있다. 방사선원을 튜닝하는 (tuning) 주요한 방법으로는, 단지 이들의 주파수만을 반사하고 다른 주파수를 흡수함으로써, 예를 들어, 13-14 nm 에서 방사선의 밴드 (band)를 선택하는 미러 시스템, 예컨대, 몰리브덴 규소 (Mo/Si) 다층을 포함한다. 유사하게는, 탄소 티타늄 다층이 2.8 nm에서 사용되어 방사선의 밴드를 선택할 수 있다.
상기 장치에서, 방사선원은 하나 이상의 거대분자와 접촉하는 방사선을 투과하도록 구성된다. 거대분자는 방사선의 적어도 일부를 흡수하도록 구성된다. 당업자는 또한 거대분자가 방사선의 일부를 투과할 수 있다는 것을 알 것이다.
상기 거대분자를 방사선과 접촉시키기 위하여, 상기 장치는 거대분자와 접촉하도록 방사선을 포커싱할 수 있는 하나 이상의 포커싱 성분을 추가로 포함할 수 있다. 포커싱 성분은 상기 공급원으로부터 투과된 방사선을 포커싱할 수 있는 임의의 성분일 수 있다. 특정 실시형태에서, 포커싱 성분은 하나 이상의 미러이다. 특정 실시형태에서, 포커싱 성분은 하나 이상의 렌즈이다. 특정 실시형태에서, 포커싱 성분은 하나 이상의 반사기이다. 특정 실시형태에서, 포커싱 성분은 하나 이상의 미러, 렌즈 및/또는 반사기의 조합이다. 포커싱 성분을 위한 예시적인 배치는 실시예 및 도 2에 제공된다. 특정 실시형태에서, 장치는 적어도 6개의 높은 개구수의 투사 미러 및 적어도 4개의 조명기 미러를 포함한다. 상기 미러는 포물선, 비구면 또는 자유형태 일 수 있다. 특정 실시형태에서, 적어도 6개 투사 미러는 한 자릿수 분해능 핵염기 서열분석을 위한 충분한 공간 분해능을 제공한다. 더 높은 분해능인 경우, 더 많은 미러가 사용될 수 있거나, 또는 더 작은 스팟 크기에 포커싱하는 더 높은 개구수 시스템이 사용될 수 있다. 6개 투사 미러는 4x 배율을 달성할 수 있다. 8x 배율 또는 단일 염기쌍 분해능에 8 내지 12개의 미러가 필요할 수 있다.
또한 반사기로 공지된 미러는 다층 코팅을 함유할 수 있다. 연질 X-선 영역 내의 다층의 예로는 Ti/Ni, Ca/Co, Sc/Ni, Mg/Ni, Be/Ni, B4C/Ru, C/Fe 및 Sc/Wc, Ba/Co, Ca/Co, C/Co를 포함한다. 또한, 미러는 단일 기자재, 예컨대, Ni 또는 Co 또는 Mo의 나노 규모의 배합물일 수 있고, 2 또는 3 차원 물질의 다른 나노 규모의 배합물을 함유할 수 있다. 작게는 1-10 cm 직경 내지 최대 1 m 직경의 범위이거나, 또는 크게는 도구 (tool)의 크기 및 포획 구역 (capture area)에 따라 다르다. 미러는 기판 (substrate) 및 코팅으로 이루어지며, 상기 기판은 규소, 실리카 또는 베릴륨일 수 있다.
특정 실시형태에서, 방사선 스팟 크기는 0.1-100 nm이다. 특정 실시형태에서, 방사선 스팟 크기는 1-100 nm이다. 특정 실시형태에서, 방사선 스팟 크기는 10-75 nm이다. 특정 실시형태에서, 방사선 스팟 크기는 10-50 nm이다. 특정 실시형태에서, 방사선 스팟 크기는 10-25 nm이다. 특정 실시형태에서, 방사선 스팟 크기는 10-230 nm이다.
장치는 방사선의 적어도 일부를 흡수하도록 구성된 하나 이상의 거대분자를 추가로 포함한다. 유용한 거대분자는 하기에 상세히 기재된다. 각각의 거대분자는 표준 기술 및 성분을 사용하여 방사선을 흡수하도록 구성될 수 있다. 거대분자는 용액 내 방사선으로, 또는 고체 지지체 상에, 또는 당업자에게 적절한 것으로 여겨지는 임의의 다른 형태로 존재할 수 있다. 용액 내 거대분자는 큐벳 (cuvette) 내에, 미량역가 웰 (microtiter well) 내에, 미세유동 장치 또는 채널, 슬라이드 상에, 또는 임의의 적절한 매질 내에 또는 매질 상에 존재할 수 있다.
특정 실시형태에서, 거대분자는 고체 지지체 상에 제공된다. 고체 지지체는 거대 분자를 지지하기에 적절한 임의의 물질 일 수 있다. 유용한 지지체 물질은 유리, 세라믹, 실리카, 폴리카르보네이트, PDMS 및 규소를 포함한다. 시스템이 반사 또는 투과 모드로 사용되는지의 여부에 따라, 투과를 위한 멤브레인 지지체 또는 초 연마된 (super polished) 또는 평평한 기판이 사용되어 거대분자를 붙잡을 수 있다. 유용한 고체 지지체의 예는 현미경 또는 슬라이드, 규소 웨이퍼 (silicon wafer), 그래핀 필름 (graphene film), 영상화 또는 등록 그리드 (registration grid)를 포함한다. 멤브레인 지지체는 질화 규소, 이산화 규소, 다공성 필름, 탄소 그리드 (carbon grids) 또는 다공성 그리드 (holey grid)를 포함한다. 지지체는 상업적인 공급원 또는 표준 기술에 따라 제조된 것으로부터 수득될 수 있다.
지지체는 임의의 수의 거대분자를 포함할 수 있다. 특정 실시형태에서, 각각의 지지체는 단일 거대분자를 제공한다. 유리하게는, 본원에 제공된 특정 장치 및 방법은 단일 거대분자의 서열분석을 촉진시킨다. 추가의 실시형태에서, 각각의 지지체는 다수의 거대분자를 제공한다. 또한, 본원에 제공된 장치 및 방법은 수많은 거대분자의 서열분석을 촉진시킨다. 특정 실시형태에서, 다수의 거대분자는 병렬적으로 (in parallel) 서열분석될 수 있다. 특정 실시형태에서, 다수의 거대분자는 동시에 서열분석될 수 있다.
지지체가 다수의 거대분자를 제공하는 경우, 거대분자의 밀도는 본원에 기재된 방법에 적절한 임의의 밀도일 수 있다. 상기 접근법은 거대분자의 단일 유닛을 식별하고자 한다.
특정 실시형태에서, 지지체는 하나 이상의 거대분자를 이동시킬 (moving) 수 있는 스테이지에 제공된다. 예를 들어, 스테이지는 방사선에 관하여 임의의 방향 (any direction)으로 거대분자를 번역할 (translating) 수 있다. 특정 실시형태에서, 스테이지는 거대분자의 제1 단량체가 방사선과 접촉하도록 거대분자를 이동시킬 수 있다. 제1 단량체는 거대분자 내 임의의 단량체 - 종결 단량체 (terminal monomer) 또는 내부 단량체 (internal monomer) 일 수 있다. 특정 실시형태에서, 스테이지는 거대분자의 제2 단량체가 방사선과 접촉하도록 거대분자를 이동시킬 수 있다. 특정 실시형태에서, 제2 단량체는 제1 단량체와 인접한다. 특정 실시형태에서, 스테이는 이동 당 1개 단량체와 적당한 거리로 거대분자를 이동시킬 수 있다. 이러한 실시형태에서, 스테이지는 한번에 1개의 단량체를 방사선을 통하여 거대분자를 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 위치에서, 거대분자 m을 통과한 단량체 n은 방사선과 접촉한다. 제2 위치로의 이동 후, m+1을 통과한 단량체 n+1은 방사선과 접촉한다. 거리 m-n은 다를 수 있고, 거대분자에 입사하는 방사선 빔의 스팟 크기에 따라 다를 것이다.
상기 성분에 유용한 스테이지는 당업계에 알려져 있다. 예로서, 나노포지셔너 (nanopositioner), 피에조 스테이지 (piezo stage), 나노포지셔닝 스테이지 (nanopositioning stage), 인코더 (encoder)를 포함한다. 이러한 스테이지는 3차원에서 병진력 (translational capability) 및 회전력을 가지며, 0.1 nm의 분해능을 갖는다. 하나의 염기는 0.34 nm의 대략적인 거리를 가지기 때문에, 이는 단일 염기에 걸쳐 분해 또는 번역하기에 충분하다.
거대분자 성분의 검출은 반사 또는 투과 모드로 수행될 수 있다. 반사 모드인 경우, 반사율 스펙트럼은 입사각의 평면으로부터 기록되고, 특정한 파장에서의 스펙트럼 피크는 흡수를 나타낸다. 이어서, 투과 모드인 경우, 흡수 스펙트럼에서의 스펙트럼 딥 (dip)은 흡수 시그니처를 식별한다. 이는 도 3에 도시된다.
거대분자
거대분자는 당업자에게 적합한 것으로 간주되는 임의의 거대분자 일 수 있다. 특정 실시형태에서, 거대분자는 중합체이다. 특정 실시형태에서, 거대분자는 폴리펩티드이다. 특정 실시형태에서, 거대분자는 펩티드 또는 단백질이다. 특정 실시형태에서, 거대분자는 폴리뉴클레오티드이다. 특정 실시형태에서, 거대분자는 DNA 이다. 특정 실시형태에서, 거대분자는 RNA 이다. 특정 실시형태에서, 거대분자는 올리고당이다.
거대 분자는 당업자에게 적합한 것으로 간주되는 임의의 방법으로 제조될 수 있다. 거대분자는 또한 당업자에게 적합한 것으로 간주되는 임의의 공급원으로부터 수득될 수 있다. 특정 실시형태에서, 거대분자는 합성 (synthetic)이다. 특정 실시형태에서, 거대분자는 세포 기원의 것이다. 특정 실시형태에서, 거대분자는 세포로부터 단리된다. 특정 실시형태에서, 거대분자는 세포내에 있다.
일반적으로, 거대분자는 상기 논의된 바와 같이 지지체 상에 존재한다. 거대분자는 지지체 상에 레스팅 (resting) 할 수 있다. 특정 실시형태에서, 거대분자는 지지체 상에 고정된다. 거대분자는 적합한 것으로 간주된 임의의 기술로 지지체 상에 고정될 수 있다. 특정 실시형태에서, 거대분자는 비-공유 상호작용을 통해 지지체에 연결된다. 비-공유 상호작용의 예는 정전기 상호작용 및 소수성 상호작용을 포함한다. 특정 실시형태에서, 거대분자는 하나 이상의 공유 결합을 통해 지지체에 연결된다. 특정 실시형태에서, 지지체는 거대분자에 연결되기 위하여 유도체화된다 (derivatized). 유리 지지체는, 예를 들어, 아미노 또는 에폭시드 또는 메르캅토기와 실라니아화 (silanization) 함으로써 유도체화될 수 있다. 아미노, 석시닐 또는 황 기에 연결된 거대분자는 표준 기법으로 유도체화되는 것과 같이 공유적으로 고정될 수 있다. 특정 실시형태에서, 지지체는 비오틴과 유도체화되며, 거대분자는 표준 기술에 의해 아비딘에 연결된다. 특정 실시형태에서, 지지체는 아비딘과 유도체화되며, 거대분자는 표준 기술을 통해 비오틴과 연결된다. 이러한 실시형태에서, 고정 연결 (immobilization linkage)은 아비딘 및 비오틴의 상호작용으로 형성된다.
따라서, 지지된 (supported) 거대분자는 방사선과 접촉하도록 구성된다. 특정 실시형태에서, 지지체는 방사선 내 거대분자 또는 이의 일부의 위치로 이동된다. 방사선원, 선택적 광학장치 및 지지체는 방사선이 거대분자와 접촉하도록 구성된다. 검출기는 거대분자에 의해 흡수된 및/또는 투과된 및/또는 재-방출된 방사선을 검출하도록 구성된다.
방법
본원에 제공되는 방법에서, 방사선원은 방사선을 생성한다. 방사선은 방사선의 적어도 일부를 흡수하는 거대분자와 접촉한다. 거대분자에 의해 흡수된 및/또는 투과된 방사선은 검출기에 의해 검출된다.
폴리뉴클레오티드 서열분석 방법에서, 각각의 염기 또는 폴리뉴클레오티드의 염기쌍은 별개의 EUV 주파수에서의 특징적인 흡수 스펙트럼을 제공한다. 예시적인 흡수 스펙트럼이 본원의 도면 및 실시예에 제공된다. 만일 단일 염기 또는 염기쌍이 흡수로 인한 것인 경우, 이러한 염기쌍은 흡수 스펙트럼으로부터 식별될 수 있다. 만일 다수의 염기 또는 염기쌍이 흡수로 인한 것인 경우, 흡수 스펙트럼의 분해 (decompostion)는 염기 또는 염기쌍에 기여하는 것을 식별할 수 있다. 특정 실시형태에서, 스테이지는 방사선 스팟 크기를 통해 이동된다. 상이한 파장에서의 복합적 흡수 스펙트럼의 변화는, 어떤 염기 또는 염기쌍이 방사선 스팟 밖으로 이동되었는지 또는 어떤 염기 또는 염기쌍이 방사선 스팟 안으로 이동되었는지를 나타낸다. 이러한 변화로부터, 상기 방법은 방사선 스팟 밖으로 이동된 염기 또는 염기쌍, 및 방사선 스팟 안으로 이동된 염기 또는 염기쌍을 식별할 수 있다. 이러한 식별된 염기 또는 염기쌍은 거대분자에 관한 서열 정보를 제공한다. 따라서, 거대분자의 서열을 식별하기 위한 방법이 본원에 제공된다.
특정 실시형태에서, 본원에 제공된 방법은 다수의 폴리뉴클레오티드에 적용된다. 이러한 폴리뉴클레오티드의 흡수 스펙트럼은 폴리뉴클레오티드의 염기 또는 염기쌍 서열과 함께 저장된다. 이러한 방법에서, 스펙트럼 및 상응하는 서열의 라이브러리가 개발된다. 이러한 라이브러리는 신규 폴리뉴클레오티드의 서열 식별을 촉진시킨다. 특정 실시형태에서, 스펙트럼 및 이들의 상응하는 서열의 기계-기반 학습 방법이 본원에 제공된다. 본 장치의 성분은 점점 더 많은 스펙트럼 및 서열을 축적하게 되므로, 이들은 신규 스펙트럼으로부터의 서열 식별에 있어서 보다 능숙해진다.
이러한 실시형태에서, 유전자 서열 또는 뉴클레오티드를 판독, 스캐닝 또는 영상화 공정은, 이의 독특한 흡수 스펙트럼을 측정 및/또는 공지된 또는 시뮬레이션된 스펙트럼으로부터의 유전자를 식별하는 공정을 포함한다.
이러한 개시의 또 다른 양태에서, 핵염기의 유전자 서열 또는 세트는 또한 소정의 위치 또는 어드레스에서 편집, 변경, 복구 또는 삭제될 수 있다. 삭제는, 광-흡수를 통하여 2개 염기쌍 사이의 연결을 끊거나 염기를 끊고 재생을 방지하기 위하여, 소정의 위치에서 목적하는 서열상에 광 스팟을 포커싱하고, 포커싱된 스팟에 전달된 빛 또는 전력의 강도를 증가시키고, 재생을 방지함에 의해 발생한다. 특정 실시형태에서, 서열의 서브세트를 편집 또는 삭제하는 작업은 서열을 판독과 연속적으로 일어날 수 있다. 스팟 크기 및 빛의 강도에 따라, 하나 이상의 유전자 세트는 임의의 소정의 위치에서 삭제될 수 있다. 또한, 하나 초과의 포커싱된 스팟이 사용되어 다중의 동시 해결책을 달성할 수 있다.
특정 실시형태에서, 거대분자를 절단 (cutting)하기 위한 방법이 본원에 제공된다. 상기 구성 중 임의의 것에서, 거대분자 상의 방사선 강도는 거대분자의 하나 이상의 결합을 절단하기에 충분하게 고 강도로 증가될 수 있다. 특정 실시형태에서, 거대분자의 특정 서열은 상기 기재된 바와 같이 식별된다. 서열이 장치 내에서 식별되는 경우, 방사선의 강도는 거대분자를 절단하도록 조정된다. 이러한 실시형태는 거대분자 내 표적 서열의 서열-특이적 절단을 제공한다. 이러한 실시형태에서, 거대분자는 펩티드 또는 단백질 일 수 있고, 거대분자는 DNA 또는 RNA와 같은 폴리뉴클레오티드 일 수 있다.
특정 실시형태에서, 세포 존재론 또는 거대분자의 3D 맵 또는 네트워크가 형성될 수 있다. 이는 각 유전자의 물리적 및 서열 위치에 관한 등록 데이터베이스를 포함한다. 각 서열을 맵핑한 후, 소정의 서열의 위치는 특이적 위치에서 동적으로 어드레싱되고 편집되거나 또는 복구될 수 있다.
실시예
실시예 1
분자 스펙트럼 평가에 있어서, 각각의 핵염기를 0 nm 내지 5.0 nm의 파장에서 EUV 방사선과 접촉시킨다. 각각의 핵염기에 대한 흡수 스펙트럼을 계산하고 도 1에 제공하고 투과 스펙트럼을 도 4에 제공한다. C, G, A 및 T는 이들의 독특한 분자 조합 및 강도로 인한 독특한 스펙트럼을 갖는다. 일부 경우, 스펙트럼 시그니처는 2.2 nm (산소), 2.8 nm (질소) 및 4.3 nm (탄소 및 수소)의 파장에서 도 4의 3개 스펙트럼 딥 (구아닌)으로 이루어지며, 일부 경우 이는 2.8 nm 및 4.3 nm 파장에서 2개 스펙트럼 딥 (아데닌)으로 이루어진다. 더욱이, 각각의 스펙트럼 딥의 상대적 스펙트럼 강도는 거대분자의 각각의 핵염기에 존재하는 산소 원자 (2.3 nm 파장) 및 질소 원자 (2.8 nm 파장) 및 탄소 원자 (4.3 nm 파장)의 수에 비례한다. H 원자는 비교적 투명하다. 이러한 방식으로, 유기 분자, 펩티드, 아미노산을 식별할 수 있고, 이들의 공지된 구조와 관련될 수 있다. 추가적으로, 공지된 쌍형성 구조 및 공간적 정보에 관한 정보는 거대분자의 성분을 추가로 식별하는데 도움이 된다.
실시예 2
일부 경우, 거대분자는 식별자 원자, 예를 들어, 염소 원자를 갖는다. 이러한 경우, 추가적인 스펙트럼 딥을 또 다른 파장 (예: 6.5 nm)에서 관찰한다. EUV에 대한 플라즈마 소스 및 연질 X-선의 스펙트럼 범위가 넓기 때문에, 독특한 원자를 갖는 일부 거대분자 성분을 용이하게 식별할 수 있다.
본 명세서에 인용된 모든 공보 및 특허, 출원은, 각각 개별적인 공보 또는 특허 출원이 구체적으로 및 개별적으로 본원에 참조로 포함되도록 나타난 것과 같이 본원에 참조로 인용된다. 첨부된 주제가 다양한 실시형태에 의해 설명되었으나, 당업자는 다양한 수정, 치환, 생략 및 변경이 이 사상을 벗어나지 않고 이루어질 수 있다는 것을 알 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 이의 균등물을 포함하는 다음의 특허청구 범위에 의해서만 제한되는 것으로 의도된다.

Claims (26)

  1. 하기를 포함하는, 거대분자에 의한 흡수를 검출하기 위한 장치:
    i. 0.1 nm 내지 250 nm의 파장을 갖는 방사선을 보내도록 구성된 방사선원 (radiation source);
    ii. 상기 방사선을 20 nm 미만의 스팟 크기 (spot size)로 포커싱하도록 구성된 하나 이상의 포커싱 성분 (focusing component);
    ii. 상기 방사선의 적어도 일부를 흡수하도록 구성된 핵염기의 서열을 포함하는 거대분자;
    iv. 누적 흡수 스펙트럼에서 상기 거대분자에 의해 흡수된 방사선을 검출할 수 있는 제1 검출기로서, 여기서 상기 거대분자 중의 각 핵염기는 상기 누적 흡수 스펙트럼 중의 고유한 시그니처 (signature)를 갖는, 제1 검출기; 및
    v. 상기 제1 검출기로부터의 상기 누적 흡수 스펙트럼을 상기 거대분자의 핵염기의 식별된 서열로 전환하도록 구성된 제2 검출기로서, 상기 핵염기가 시토신, 구아닌, 아데닌, 티민, 및 우라실로 이루어진 군으로부터 선택되는, 제2 검출기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방사선원이 극자외선원 (extreme ultraviolet source: EUV)인, 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방사선원이 연질 X-선원 (soft X-ray source)인, 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 방사선을 포커싱할 수 있는 상기 하나 이상의 포커싱 성분이 존재하며 상기 거대분자 상에 방사선을 포커싱할 수 있는 하나 이상의 미러, 렌즈, 또는 반사기, 및 이의 조합으로부터 선택되는, 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방사선을 20 nm 미만의 스팟 크기로 포커싱하도록 구성된 하나 이상의 미러를 포함하는, 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방사선 내의 상기 거대분자와 접촉하도록 구성된 스테이지 (stage)를 포함하는, 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스테이지가 상기 방사선 내의 상기 거대분자를 병진 (translate)하도록 구성되는, 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 거대분자가 게놈 서열, DNA 서열, RNA 서열, 올리고뉴클레오티드, 뉴클레오티드, 염기쌍, 단일 뉴클레오티드 다형성 (single nucleotide polymorphism), 돌연변이, 복제수 변이체 (copy number variant), 염기쌍 서열, 박테리아, 대립유전자, 염색체 또는 분자인, 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 거대분자가 DNA 서열 또는 RNA 서열을 포함하는, 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    거대분자 서열을 위치확인 (locating)하기 위한 것인, 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    거대분자 서열을 판독하기 위한 것인, 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    거대분자 서열을 편집하기 위한 것인, 장치.
  13. 하기 단계를 포함하는, 유전형 분석 (genotyping)을 위한 방법:
    제1항의 장치를 작동시키는 단계;
    상기 장치로부터 상기 거대분자의 서열을 수득하는 단계; 및
    상기 서열로부터 상기 거대분자의 유전형을 식별하는 단계.
  14. 자가 학습 알고리즘 (self learning algorithm) 또는 예측 서열분석 알고리즘 (predictive sequencing algorithm)을 사용하여 제1항의 장치를 사용하는 것으로부터 유래된 유전자 서열의 식별 방법.
  15. 하기를 포함하는, 하나 이상의 유전자 서열을 위치확인, 판독, 식별 및 편집하기 위한 시스템:
    - 0.1 nm 내지 250 nm 범위의 파장을 갖는 광을 보내도록 구성된 EUV 또는 연질 X-선 광원;
    - 광 스팟 크기를 포커싱하기 위한 미러, 렌즈, 또는 반사기;
    - 서열분석될 상기 하나 이상의 유전자 서열을 포함하는 생체 재료;
    - 측정된 흡수 스펙트럼 또는 투과 스펙트럼; 및
    - 상기 측정된 흡수 스펙트럼 또는 투과 스펙트럼을 상기 생체 재료의 핵염기의 식별된 서열로 전환하도록 구성된 검출기로서, 상기 핵염기가 시토신, 구아닌, 아데닌, 티민, 및 우라실로 이루어진 군으로부터 선택되는, 검출기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 생체 재료가 게놈 서열, DNA 서열, RNA 서열, 올리고뉴클레오티드, 뉴클레오티드, 염기쌍, 단일 뉴클레오티드 다형성, 돌연변이, 복제수 변이체, 염기쌍 서열, 박테리아, 대립유전자, 염색체 또는 분자인, 시스템.
  17. 제15항에 있어서,
    적어도 6개의 투사 미러 (projection mirror)를 갖는 투사 렌즈 시스템 및 플라즈마 광원을 추가로 포함하는, 시스템.
  18. 하기 단계를 포함하는, 게놈 지도를 생성하기 위한 방법:
    제15항의 시스템을 작동시키는 단계;
    상기 시스템으로부터 상기 하나 이상의 유전자 서열의 서열을 수득하는 단계; 및
    상기 하나 이상의 유전자 서열로부터 게놈 지도를 생성하는 단계.
  19. 하기 단계를 포함하는, 제15항의 시스템을 사용하는 방법:
    상기 생체 재료를 상기 EUV 또는 연질 X-선 광원으로부터의 상기 광과 접촉시키는 단계;
    상기 흡수 스펙트럼 또는 투과 스펙트럼을 수득하는 단계;
    상기 흡수 스펙트럼 또는 투과 스펙트럼으로부터 상기 생체 재료의 핵염기를 포함하는 식별된 서열을 수득하는 단계.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 생체 재료가 DNA 또는 RNA로부터 선택된 폴리뉴클레오티드인, 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 식별된 서열이 게놈 지도인, 방법.
  22. 제15항에 있어서,
    상기 광 스팟 크기를 20 nm 미만으로 포커싱하도록 구성된 하나 이상의 미러, 렌즈, 또는 반사기의 조합을 포함하는, 시스템.
  23. 제15항에 있어서,
    상기 광 스팟 크기를 20 nm 미만으로 포커싱하도록 구성된 하나 이상의 투사 미러를 포함하는, 시스템.
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
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