KR20160045115A - 전기적 방법을 이용한 분자 분석물질의 디지털 분석 - Google Patents

전기적 방법을 이용한 분자 분석물질의 디지털 분석 Download PDF

Info

Publication number
KR20160045115A
KR20160045115A KR1020167007192A KR20167007192A KR20160045115A KR 20160045115 A KR20160045115 A KR 20160045115A KR 1020167007192 A KR1020167007192 A KR 1020167007192A KR 20167007192 A KR20167007192 A KR 20167007192A KR 20160045115 A KR20160045115 A KR 20160045115A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tail
target analyte
site
bits
region
Prior art date
Application number
KR1020167007192A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102357894B1 (ko
Inventor
브라이언 피. 스태커
니안동 류
바트 리 스태커
마이클 데이비드 맥러플린
Original Assignee
앱톤 바이오시스템즈, 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 앱톤 바이오시스템즈, 인코포레이티드 filed Critical 앱톤 바이오시스템즈, 인코포레이티드
Priority to KR1020227002776A priority Critical patent/KR20220018622A/ko
Publication of KR20160045115A publication Critical patent/KR20160045115A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102357894B1 publication Critical patent/KR102357894B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/58—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving labelled substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6804—Nucleic acid analysis using immunogens
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6813—Hybridisation assays
    • C12Q1/6816—Hybridisation assays characterised by the detection means
    • C12Q1/6825—Nucleic acid detection involving sensors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6813—Hybridisation assays
    • C12Q1/6834—Enzymatic or biochemical coupling of nucleic acids to a solid phase
    • C12Q1/6837—Enzymatic or biochemical coupling of nucleic acids to a solid phase using probe arrays or probe chips
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
    • G01N27/4145—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS specially adapted for biomolecules, e.g. gate electrode with immobilised receptors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q2525/00—Reactions involving modified oligonucleotides, nucleic acids, or nucleotides
    • C12Q2525/10—Modifications characterised by
    • C12Q2525/173—Modifications characterised by incorporating a polynucleotide run, e.g. polyAs, polyTs
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q2525/00—Reactions involving modified oligonucleotides, nucleic acids, or nucleotides
    • C12Q2525/10—Modifications characterised by
    • C12Q2525/197—Modifications characterised by incorporating a spacer/coupling moiety
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q2525/00—Reactions involving modified oligonucleotides, nucleic acids, or nucleotides
    • C12Q2525/10—Modifications characterised by
    • C12Q2525/204—Modifications characterised by specific length of the oligonucleotides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q2565/00—Nucleic acid analysis characterised by mode or means of detection
    • C12Q2565/60—Detection means characterised by use of a special device
    • C12Q2565/607—Detection means characterised by use of a special device being a sensor, e.g. electrode
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C40—COMBINATORIAL TECHNOLOGY
    • C40B—COMBINATORIAL CHEMISTRY; LIBRARIES, e.g. CHEMICAL LIBRARIES
    • C40B20/00—Methods specially adapted for identifying library members
    • C40B20/04—Identifying library members by means of a tag, label, or other readable or detectable entity associated with the library members, e.g. decoding processes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2458/00—Labels used in chemical analysis of biological material
    • G01N2458/10—Oligonucleotides as tagging agents for labelling antibodies

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Peptides Or Proteins (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

단백질 및 핵산 같은 단일-분자 표적 분석물질의 식별 및 특징화를 위하여 전기적 감지 방법이 사용된다. 프로브 부위와 꼬리 부위를 포함하는 조성물은 표적 분석물질에 접촉하게 된다. 상기 프로브 부위가 표적 분석물질에 특이적으로 결합하게 된다. 상기 꼬리 부위는 프로브 부위에 연결되고, 폴리뉴클레오티드 합성을 위한 핵산 주형을 포함한다. 그러한 폴리뉴클레오티드 합성이 꼬리 부위를 따라 일어나는 조건일 때, 꼬리 부위에 포함된 각각의 뉴클레오티드에 대해 한 수소 이온이 방출된다. ISFET와 같은 트랜지스터는 이온 농도의 변화를 감지하고 측정하며 이 수치는 꼬리 부위의 식별에 사용될 수 있고 따라서 상응하는 표적 분석물질을 특징화할 수 있게 된다.

Description

전기적 방법을 이용한 분자 분석물질의 디지털 분석{DIGITAL ANALYSIS OF MOLECULAR ANALYTES USING ELECTRICAL METHODS}
관련 출원의 상호참조
본 출원은 2013.8.22.자로 출원된 미국 임시출원(Provisional Application) 번호 61/868,988에 기초하여 우선권을 주장하는 것이며, 상기 임시출원은 그 전체가 여기에서 참조로서 포함된다. 또한, 본 출원은 미국 임시출원 번호 61/728,067 및 국제출원번호 PCT/US2013/070797 전체를 참조로 포함한다.
기술분야
본 개시는 분자의 전기적 감지에 유용한 조성물 및 방법에 관한 것이고, 보다 특정적으로는 디지털화된 전기 신호 사용 및 표적 분석물질의 복합 혼합체를 특징화하기 위한 에러 보정 프로토콜의 사용에 관한 것이다.
분자 분석물질 식별 및 정량에는 다수의 분자적 접근법 및 생화학적 접근법이 이용될 수 있다. qPCR (정량적 중합효소 연쇄 반응, quantitative polymerase chain reaction) 및 DNA 마이크로어레이와 같이 일반적으로 사용되는 핵산-염기 에세이가 그 예로 포함되고, 면역에세이 및 질량분석법(mass spectrometry )과 같은 단백질-염기 접근법도 예로 들 수 있다. 그러나, 현존하는 분석물질 분석 기술에는 여러가지 한계가 존재한다. 예를 들어, 현재 방법은 감도의 한계를 가지는데, 특히 분석물질이 낮은 카피수나 낮은 농도로 생물학적 샘플에 존재할 때 그러하다. 대부분의 핵산 정량 기술은 더 높은 감도를 위해 샘플 증폭을 수반한다. 그러나, 증폭 기술은 정량에 편차와 부정확성을 야기한다. 게다가, 증폭은 단백질 및 펩티드에 대해서는 불가능하다. 감도의 결여로 인하여 감지 및 정량에 대한 접근법은 주로 상대적으로 큰 샘플 부피를 필요로 한다.
또한, 현재 방법으로 다수의 분석물질을 식별하고 정량하는 것에는 한계가 있다. 샘플에서 mRNA와 단백질을 전부 정량하기 위해서는 고도의 복합성과 큰 동적 범위(dynamic range)가 필요하다. 더욱이, 현재 기술은 핵산과 단백질을 동시에 감지 및 정량할 수 없다.
현재 방법은 약한 신호 감지, 거짓 양성 및 기타 오류로 인해 분석물질을 감지 및 정량하는 동안 에러를 자주 발생시킨다. 이들 에러는 분석물질의 오인 및 부정확한 정량을 가져올 수 있다.
따라서, 단일 에세이에서 소량의 샘플에서도 높은 감도, 높은 복합성 및 큰 동적 범위로 단백질과 핵산 분자를 감지할 수 있는 분석물질 분석을 위한 방법 및 시스템이 필요하다. 나아가, 분석물질 감지 에러를 바로잡을 수 있는 에러 보정 방법이 필요하다. 본 발명은 이러한 점들에 대한 것이고, 선행기술과 관련된 다른 한계를 다룬 것이기도 하다.
본 발명은 일 측면에 있어서, 조성물로서, 상기 조성물은 표적 분석물질에 특이적으로 결합하도록 형성된 프로브 부위; 및 적어도 25개의 연이은 뉴클레오티드를 포함하는 호모폴리머 염기 부위를 포함하는 꼬리 부위;를 포함하고 상기 프로브 부위와 상기 꼬리 부위 사이에 위치하여 꼬리 부위의 일부분에 특이적으로 결합하도록 형성된 뉴클레오티드 서열을 포함하는 링커 부위를 선택적으로 포함하는 조성물이며, 상기 프로브 부위 및 꼬리 부위는 상기 선택적 링커 부위가 존재할 때 각각 분리된 핵산 분자를 포함하는 것인, 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 일 측면에 있어서, 조성물로서, 상기 조성물은 표적 분석물질에 특이적으로 결합하도록 형성된 프로브 부위; 및 상기 프로브 부위에 부착되고, 적어도 하나의 꼬리 부위 중 일부분에 특이적으로 결합하도록 형성된 뉴클레오티드 서열을 포함하며, 상기 꼬리 부위는 적어도 25개의 연이은 뉴클레오티드를 포함하는 호모폴리머 염기 부위를 포함하는 것인, 적어도 하나의 링커 부위를 포함하는 조성물이며, 상기 프로브 부위 및 꼬리 부위는 각각 분리된 핵산 분자를 포함하는 것인, 조성물을 제공한다. 본 발명의 일 실시태양에 의하면, 상기 조성물은 적어도 하나의 꼬리 부위를 더 포함하는데, 상기 꼬리 부위 각각의 일부분은 별개의 링커 부위와 특이적으로 결합하도록 형성된 꼬리 부위일 수 있다.
본 발명의 일 실시태양에서, 상기 꼬리 부위 및 프로브 부위는 핵산 백본(nucleic acid backbone)을 통해 공유적으로 연결된 것이다. 본 발명의 또다른 실시태양에 의하면, 상기 꼬리 부위는 상기 호모폴리머 염기 부위 내의 염기와는 별개인 하나 또는 그 이상의 염기를 포함하는 하나 이상의 뉴클레오티드를 포함하는 것이다. 본 발명의 또다른 실시태양에 의하면, 상기 링커 부위는 복수의 꼬리 부위의 일부분들에 특이적으로 결합하도록 형성된 것이다. 본 발명의 또다른 실시태양에 의하면, 상기 호모폴리머 염기 부위는 폴리-A 꼬리, 폴리-T 꼬리, 폴리-C 꼬리, 또는 폴리-G 꼬리를 포함하는 것이다. 본 발명의 또다른 실시태양에 의하면, 상기 호모폴리머 염기 부위는 적어도 100개 또는 200개의 연이은 뉴클레오티드를 포함하는 것이다. 본 발명의 어떤 실시태양에 의하면, 상기 표적 분석물질은 단백질, 펩티드, 또는 핵산을 포함하는 것이다. 본 발명의 다른 실시태양에 의하면, 상기 프로브 부위는 단백질, 펩티드, 핵산, 또는 항체를 포함하는 것이다. 본 발명의 또다른 실시태양에 의하면, 상기 링커 부위 서열은 적어도 10개, 또는 20 내지 25개의 뉴클레오티드를 포함하는 것이다.
본 발명의 일 실시태양에 의하면, 상기 꼬리 부위는 호모폴리머 염기 부위에 인접한 뉴클레오티드로서 상기 뉴클레오티드는 상기 호모폴리머 염기 부위 내의 염기와는 별개인 염기를 포함하는 것인, 호모폴리머 염기 부위에 인접한 뉴클레오티드; 및 상기 뉴클레오티드에 인접한 이차 호모폴리머 염기 부위로서 상기 이차 호모폴리머 염기 부위는 상기 뉴클레오티드 염기와 구별되는 염기를 포함하는 것인, 이차 호모폴리머 염기 부위;를 더 포함하고, 복수의 부가적 호모폴리머 염기 부위로서, 각각의 부가적 호모폴리머 염기 부위는 중간 뉴클레오티드에 의해 인접한 호모폴리머 염기 부위로부터 분리된 것이고, 상기 중간 뉴클레오티드의 염기는 각각의 인접한 호모폴리머 염기 부위의 염기들과는 다른 것인, 복수의 부가적 호모폴리머 염기 부위를 선택적으로 더 포함하는 것이다.
다른 실시태양에 의하면, 상기 호모폴리머 염기 부위 각각은 같은 염기를 포함한다. 다른 실시태양에 의하면, 상기 뉴클레오티드 및 각각의 선택적 중간 뉴클레오티드는 같은 염기를 포함한다. 본 발명의 다른 실시태양에 의하면, 본 발명은 라이브러리(library)로서, 상기 라이브러리는 청구항 제15항에 따른 복수개의 조성물을 포함하며, 상기 조성물에서 각각의 프로브 부위는 복수의 링커 부위와 연계되어 있고, 각각의 링커 부위는 별개의 꼬리 부위의 일부분에 특이적으로 결합하는 것인, 라이브러리를 제공한다. 다른 실시태양에서는, 상기 라이브러리 내의 모든 꼬리 부위의 길이는 일정한 것이다.
또한, 본 발명의 일 실시태양에 의하면, 본 발명은 하나 이상의 표적 분석물질을 특징화하는 방법으로서 다음의 과정을 포함하는, 하나 이상의 표적 분석물질을 특징화하는 방법을 제공한다:
복수의 정렬된 꼬리 부위 세트를 획득하는 과정으로서, 상기 정렬된 꼬리 부위 세트 각각은 청구항 제1항 및 제3항 내지 제18항 중 어느 항의 꼬리 부위를 하나 또는 그 이상 포함하되 N개의 별개의 표적 분석물질의 한정된 서브세트에 관한 것이고, 상기 N개의 별개의 표적 분석물질은 기판의 공간적으로 분리된 영역 상에 고정된 것인, 복수의 정렬된 꼬리 부위 세트를 획득하는 과정; 상기 고정된 N개의 별개의 표적 분석물질의 하나 또는 그 이상에 대한 프로브 부위의 특이적 결합을 촉진시키도록 설계된 조건 하에서, 상기 N개의 별개의 표적 분석물질을 청구항 제1항 내지 제18항 중 어느 항의 프로브 부위와 접촉시키는 과정; 다음의 (1), (2), 및 (3) 단계를 포함하는 적어도 M회의 사이클을 수행하는 과정: (1) 혼성화(hybridization) 단계로서, 상기 꼬리 부위가 프로브 부위에 공유적으로 부착되지 않았다면, 고정된 프로브 부위와 꼬리 부위를 접촉시키는 것을 포함하는 혼성화(hybridization) 단계이며, 상기 꼬리 부위 각각은 프로브 부위의 링커 부위에 특이적으로 결합하는 것인, 혼성화 단계; (2) 합성 단계로서, 상기 합성 단계는 상기 꼬리 부위를 주형으로 하여 폴리뉴클레오티드 가닥의 합성을 일으키는 조건 하에서 상기 결합된 꼬리 부위를 시약이 포함된 반응 혼합물과 접촉시키는 것을 포함하는, 합성 단계; 및 (3) 제거 단계로서, 상기 제거 단계는 상기 꼬리 부위 또는 상기 프로브 부위를 상기 N개의 별개의 표적 분석물질로부터 제거하는 것을 포함하는, 제거 단계; 상기 적어도 M회의 사이클 각각의 동안에, 기판의 공간적으로 분리된 영역에서 나오는 복수의 출력 신호를 감지하는 과정; 및 상기 N개의 별개의 표적 분석물질 중 하나 이상에 대해 상기 사이클 당 적어도 K 비트의 정보를 상기 복수의 출력 신호로부터 결정하는 과정으로서, 상기 적어도 K 비트의 정보는 총 비트의 정보 L을 결정하기 위해 사용되며, K x M = L 비트의 정보이고, L ≥ log2(N)이며, 상기 L 비트의 정보는 상기 N개의 별개의 표적 분석물질 중 하나 이상을 식별하기 위해 사용되는, 상기 사이클 당 적어도 K 비트의 정보를 상기 복수의 출력 신호로부터 결정하는 과정.
본 발명의 일 실시태양에 의하면, 상기 L > log2(N)에서의 L은 복수의 신호의 에러를 보정하기 위해 사용되는 정보의 비트들을 포함하는 것이다. 다른 실시태양에 의하면, 상기 L > log2(N)에서의 L은 미리 결정된 순서로 정렬된 정보의 비트들을 포함하는 것이다. 또 다른 실시태양에 의하면, 상기 미리 결정된 순서는 랜덤 순서이다. 또 다른 실시태양에 의하면, 상기 L > log2(N)에서의 L은 상기 N개의 별개의 표적 분석물질 각각에 대한 식별 코드(identifications code)를 결정하는데 사용되는 정보의 비트들을 포함하는 것이다. 또 다른 실시태양에 의하면, 상기 L > log2(N)에서의 L은 상기 적어도 M회의 사이클에서 각 사이클 동안 상기 정렬된 꼬리 부위 세트의 순서를 해독하기 위한 키를 포함하는 정보의 비트들을 포함하는 것이다. 또 다른 실시태양에 의하면, 키는 상기 N개의 별개의 표적 분석물질의 하나 또는 그 이상이 무엇인지 해독하는 것이다. 또 다른 실시태양에 의하면, N 표적 분석물질에 대해 결정된 L 비트의 정보를 키의 제공으로 예상되는 비트의 정보와 비교하는 것이고, 상기 비교는 상기 비교는 상기 N 표적 분석물질의 식별에 사용되는 것이다. 또 다른 실시태양에 의하면, 정렬된 꼬리 부위 세트의 수는 N개의 별개의 표적 분석물질의 수에 기초한다.
본 발명의 일 실시태양에 의하면, 상기 복수의 출력 신호는 복수의 신호의 감지에 대한 동적 범위를 확장하는 위해 디지털화된 것이다. 다른 실시태양에 의하면, 본 발명의 방법은 컴퓨터로 실시되는 것이다. 또 다른 실시태양에 의하면, L 비트의 정보가 상기 복수의 출력 신호에 대한 에러 보정을 결정하는 데 사용될 수 있다. 또 다른 실시태양에 의하면, 상기 에러 보정은 리드-솔로몬(Reed-Solomon) 코드를 사용하는 것을 포함한다. 다른 실시태양에 의하면, 상기 기판은 상기 복수의 출력 신호를 감지하는 적어도 하나의 트랜지스터를 포함한다. 또 다른 실시태양에 의하면, 상기 트랜지스터는 이온 감응성 전계효과 트랜지스터(ion-sensitive field-effect transistor, ISFET) 구조이다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명은 하나 이상의 표적 분석물질의 특징화를 위한 키트를 제공하는데, 상기 키트는, 복수의 프로브 부위 컨테이너(container)로서, 각각의 프로브 부위 컨테이너는 청구항 제1항의 프로브 부위 및 링커 부위를 포함하는 별개의 분자를 보유하는 것인, 복수의 프로브 부위 컨테이너; 복수의 정렬된 꼬리 부위 컨테이너로서, 각각의 꼬리 부위 컨테이너는 청구항 제1항의 상기 꼬리 부위를 포함하는 별개의 핵산 분자를 보유하는 것인, 복수의 정렬된 꼬리 부위 컨테이너; 반응 혼합물 컨테이너로서, 효소 및 폴리뉴클레오티드를 포함하는 반응 혼합물을 보유하는 반응 혼합물 컨테이너이며, 상기 폴리뉴클레오티드는 상기 꼬리 부위 중 하나로부터 폴리뉴클레오티드 주형 가닥을 합성하는데 사용되는 것인, 반응 혼합물 컨테이너; 및 사용을 위한 지시서로서, 상기 지시서는 폴리뉴클레오티드 가닥 반응 생성물의 합성을 일으키는 조건 하에서 상기 표적 분석물질을 적어도 하나의 프로브 부위 컨테이너의 내용물 또는 그 일부분, 적어도 하나의 꼬리 부위 컨테이너의 내용물 또는 그 일부분, 및 반응 혼합물 컨테이너의 일부분 또는 내용물과 접촉시키는 지시를 포함하는 것인, 사용을 위한 지시서를 포함하는 키트이다.
또한, 본 발명은 일 측면에서, 하나 이상의 표적 분석물질의 특징화를 위한 키트를 제공하는데 상기 키트는, 복수의 조성물 컨테이너로서 각각의 조성물 컨테이너는 청구항 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 별개의 조성물을 보유하는 것인, 복수의 조성물 컨테이너; 반응 혼합물 컨테이너로서, 효소 및 폴리뉴클레오티드를 포함하는 반응 혼합물을 보유하는 반응 혼합물 컨테이너이며, 상기 폴리뉴클레오티드는 꼬리 부위가 존재할 경우 상기 꼬리 부위 중 하나로부터 폴리뉴클레오티드 주형 가닥을 합성하는데 사용되는 것인, 반응 혼합물 컨테이너; 및 사용을 위한 지시서로서, 상기 지시서는 폴리뉴클레오티드 가닥 반응 생성물의 합성을 일으키는 조건 하에서 상기 표적 분석물질을 적어도 하나의 프로브 부위 컨테이너의 내용물 또는 그 일부분, 및 반응 혼합물 컨테이너의 내용물 또는 그 일부분과 접촉시키는 지시를 포함하는 것인, 사용을 위한 지시서를 포함하는 키트이다.
본 발명의 일 실시태양에 의하면, 상기 키트는 (1) 혼성화 단계로서, 상기 꼬리 부위들이 프로브 부위들에 공유적으로 부착되지 않은 경우 고정된 프로브 부위에 상기 꼬리 부위를 접촉시키는 것을 포함하는 혼성화 단계이며, 상기 각각의 꼬리 부위는 프로브 부위의 링커 부위에 특이적으로 결합하는 것인, 혼성화 단계; (2) 합성 단계로서, 꼬리 부위를 주형으로 하여 폴리뉴클레오티드 가닥의 합성을 일으키는 조건 하에서, 시약을 포함하는 반응 혼합물을 꼬리 부위들에 접촉시키는 것을 포함하는, 합성 단계; 및 (3) 제거 단계로서, N개의 별개의 표적 분석물질로부터 상기 꼬리 부위 또는 상기 프로브 부위를 제거하는 것을 포함하는, 제거 단계를 포함하는, 실행 과정을 적어도 M회 사이클 실행하기 위한 지시서; 기판의 공간적으로 분리된 영역에서 나오는 복수의 출력 신호를 상기 적어도 M회 사이클 각각에서 감지하기 위한 지시서; 및 상기 복수의 신호로부터 상기 N개의 별개의 표적 분석물질의 하나 또는 그 이상에 대해 사이클당 적어도 K 비트의 정보를 결정하기 위한 지시서로서, 상기 적어도 K 비트의 정보는 총 비트의 정보 L을 결정하기 위해 사용되고, K x M = L 비트의 정보가 성립되며, L ≥ log2(N)이고, 상기 L 비트의 정보는 상기 N개의 별개의 표적 분석물질 중 하나 이상의 존부를 결정하기 위해 사용되는, 상기 복수의 신호로부터 N개의 별개의 표적 분석물질의 하나 또는 그 이상에 대해 사이클당 적어도 K 비트의 정보를 결정하기 위한 지시서를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시태양에 의하면, L > log2(N)이다. 본 발명의 다른 실시태양에 의하면, 상기 지시서는 상기 L 비트의 정보를 사용하여 상기 N개의 별개의 표적 분석물질의 각각을 식별하는 것을 더 포함하며, 상기 L은 표적의 식별을 위한 정보의 비트들을 포함한다. 또 다른 실시태양에 의하면, 상기 지시서는 상기 L 비트의 정보를 사용하여 상기 복수의 정렬된 프로브 시약 세트의 순서를 결정하는 것을 포함하며, L은 정해진 순서로 정렬된 정보의 비트들을 포함한다. 또 다른 실시태양에 의하면, 상기 정해진 순서는 랜덤 순서이다. 또 다른 실시태양에 의하면, 상기 지시서는 상기 복수의 정렬된 프로브 시약 세트의 순서를 해독하기 위한 키를 사용하는 것을 포함한다.
개시된 실시태양들은 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 상세한 설명 및 첨부된 청구항으로부터 더욱 명백해질 이점 및 특징들을 가진다.
도 1은, 본 발명의 일 실시태양에 따라, 기판 상에 고정된 표적 분석물질 및 조성물에 특이적으로 결합된 표적 분석물질의 예를 나타낸다.
도 2a 및 도 2b는, 본 발명의 일 실시태양에 따라, 기판 상에 고정된 표적 분석물질, 조성물에 결합된 표적 분석물질의 예를 나타내는데, 상기 조성물은 꼬리 부위를 포함하고 그 꼬리 부위는 하나 또는 그 이상의 정지 염기(stop base)를 포함한다.
도 3은 본 발명의 일 실시태양에 따라 분자 분석물질을 분석하는데 사용하는 컴퓨터 300의 일 예를 나타내는 하이-레벨 블록 다이어그램이다.
도면 및 이후의 설명은 본 발명의 다양한 실시태양들에 관한 것으로서, 단지 예시의 방식에 의한 것이다. 하기 논의에서, 본 명세서에 개시된 구조 및 방법에 대한 대안적 실시태양들이 청구항의 원리를 벗어나지 않고 이용될 수 있는 실행가능한 대안들로 당연히 인정될 것임이 주지되어야 한다.
여러 실시태양들에 대한 참조 내용이 상세하게 개시될 것이며, 이들의 실시예들이 첨부한 도면에 도시된다. 어느 경우에나 실행가능한 유사하거나 비슷한 참조번호들이 도면에 사용될 수 있으며, 이는 유사하거나 비슷한 기능을 나타낼 수 있다는 것이 주지된다. 도면은 단지 예시의 목적으로만 개시된 시스템(또는 방법)의 실시태양들을 묘사한다. 통상의 기술자는 하기 설명에서 본 명세서에 도시된 구조 및 방법에 대한 대안적 실시태양들이 본 명세서에 설명된 원리를 벗어나지 않고 이용될 수 있다는 것을 당연히 인정할 것이다.
정의
"표적 분석물질" 또는 "분석물질"은 식별, 정량, 및 특징화되어야 하는 분자, 화합물, 물질 또는 성분을 말한다. 표적 분석물질은 폴리펩티드, 단백질(접힌 형태나 접히지 않은 형태), 올리고뉴클레오티드 분자(RNA 또는 DNA), 이들의 단편, 또는 이들의 변형된 분자, 예컨대 변형된 핵산일 수 있다. 일반적으로, 표적 분석물질은 어떤 부피의 용액(예를 들어, 피코리터 범위 정도로 낮은)에 어떤 광범위한 농도(예를 들어, mg/mL에서 ag/mL까지의 범위)로 존재할 수 있다. 예를 들어, 혈액, 혈청, 포르말린-고정 파라핀 포매(FFPE) 조직, 침, 또는 소변의 샘플은 다양한 표적 분석물질을 함유할 수 있다. 표적 분석물질은 프로브에 의해서 인식되며, 프로브는 전기적 또는 광학적 감지 방법을 사용하여 표적 분석물질을 식별하고 정량하기 위해서 사용된다.
표적 단백질에 대한 변형은, 예를 들어 번역 후 변형을 포함할 수 있고, 이는 다른 생화학적 기능기(예컨대 아세테이트(acetate), 포스페이트(phosphate), 다양한 지질 및 탄수화물)를 단백질에 부착하는 것, 아미노산의 화학적 성질을 변화시키는 것(예를 들어, 시트룰린화(citrullination)), 또는 구조적 변화를 일으키는 것(예를 들어, 이황화결합 다리(disulfide bridges)의 형성)을 포함할 수 있다. 또한, 번역 후 변형의 예들은, 막의 로컬라이제이션(localization)을 위한 소수성기의 부가(예를 들어, 미리스토일화(myristoylation), 팔미토일화(palmitoylation)), 효소 활성 증진을 위한 보조인자의 부가(예를 들어, 리포일화(lipolyation)), 번역 인자의 변형(예를 들어, 디프타미드(diphthamide)형성), 화학기의 부가(예를 들어, 아실화(acylation), 알킬화(alkylation), 아미드(amide) 결합 형성, 글리코실화(glycosylation), 산화), 당 변형(당화반응), 다른 단백질 또는 펩티드의 부가(유비퀸화(ubiquination)), 또는 아미노산의 화학적 성질의 변화(예를 들어, 탈아미드화(deamidation), 카바밀화(carbamylation))를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 실시태양에서, 표적 분석물질은 변형된 올리고뉴클레오티드이다. DNA 변형의 예들은 DNA 메틸화 및 히스톤 변형을 포함한다. 또 다른 실시태양에서, 표적 분석물질은 (스테로이드 같은) 작은 분자, 원자, 또는 다른 화합물이다.
본 명세서에서 사용된 "프로브"는 분자, 세포 성분이나 구조, 또는 세포의 특성을 감지하거나 평가하기 위하여, 다른 분자(예를 들어, DNA 또는 RNA를 포함하는 올리고뉴클레오티드(oligonucleotide), 폴리펩티드(polypeptide), 또는 단백질 전장 등), 세포 성분이나 구조(지질, 세포벽 등), 또는 세포에 결합할 수 있는 분자를 말한다. 프로브는 표적 분석물질에 결합하는 구조 또는 성분을 포함한다. 프로브의 예들은, 이에 제한되는 것은 아니지만, 압타머(aptamer), 항체, 폴리펩티드, 올리고뉴클레오티드(DNA, RNA), 또는 이들의 어떤 조합을 포함한다. 프로브로서 항체, 압타머, 올리고뉴클레오티드 서열 및 이들의 조합은 아래 상세히 설명된다.
프로브는 표적 분석물질의 존재를 감지하기 위해서 사용되는 태그를 포함할 수 있다. 태그는 표적 분석물질 결합 성분에 직접적으로 또는 간접적으로 결합되거나, 혼성화되거나, 컨쥬게이션되거나, 또는 공유적으로 연결될 수 있다. 일 실시태양에 의하면, 상기 태그는 감지 가능한 표지, 예컨대 형광 분자 또는 화학발광 분자이다. 다른 실시태양에 의하면, 상기 태그는 호모폴리머 염기부위(예를 들어, 폴리-A 꼬리)를 가지는 올리고뉴클레오티드 서열을 포함한다. 프로브는 태그를 통해 전기적으로, 광학적으로, 또는 화학적으로 감지될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어 "태그"는 표적 분석물질을 감지할 수 있는 분자를 말한다. 태그는 호모폴리머 염기 부위(예를 들어, 폴리-A 꼬리)을 갖는 올리고뉴클레오티드 서열일 수 있다. 다른 실시태양에서, 태그는 표지, 예컨대 형광 표지이다. 태그는, 제한은 아니지만, 형광 분자, 화학발광 분자, 크로모포어, 효소, 효소 기질, 효소 보조인자, 효소 억제제, 염료, 금속 이온, 금속 졸, 리간드(예를 들어, 바이오틴, 아비딘, 스트렙타비딘 또는 합텐), 방사성 활성 동위원소 등을 포함할 수 있다. 상기 태그는 프로브에 직접적으로 또는 간접적으로 결합되거나, 혼성화되거나, 컨쥬게이션되거나, 또는 공유적으로 연결될 수 있다.
"단백질", "펩티드" 또는 "폴리펩티드"는 둘 이상의 아미노산, 아미노산 유사체, 또는 다른 펩티도미메틱스(peptidomimetics)를 말한다. 단백질은 접힌 형태 또는 접히지 않은 형태(변성)일 수 있다. 폴리펩티드 또는 펩티드는 2차 구조, 예컨대 α-헬릭스, β-시트, 또는 다른 입체구조를 가질 수 있다. 본 명세서에서 사용된 용어 "아미노산"은 천연 및/또는 비천연 또는 합성 아미노산을 말하며, 글리신 및 D 또는 L 광학 이성질체 모두, 및 아미노산 유사체 및 펩티도미메틱스를 포함한다. 펩티드는 2 이상의 아미노산 길이일 수 있다. 더 긴 길이의 펩티드는 폴리펩티드라고 언급된다. 단백질은 정의상, 전장 단백질, 그것의 유사체, 및 이들의 단편을 포함할 수 있다. 또한, 상기 용어는 단백질 또는 폴리펩티드의 발현 후 변형, 예를 들어 글리코실화(glycosylation), 아세틸화(acetylation), 포스포릴화(phosphorylation) 등을 포함한다. 더욱이, 이온화가 가능한 아미노기 및 카복실기가 분자에 존재하므로, 산성 또는 염기성 염으로서, 또는 중성 형태로 특정 폴리펩티드가 얻어질 수 있다. 단백질 또는 폴리펩티드는 공급원 유기물로부터 직접 얻거나, 재조합 또는 합성하여 생산될 수 있다.
단백질은 펩티드 서열, 측쇄 변형, 및/또는 3차 구조에 의해서 확인되고 특징화될 수 있다. 측쇄 변형은 포스포릴화, 아세틸화, 당 등을 포함한다. 세린(serine), 트레오닌(threonine) 및 티로신(tyrosine) 아미노산으로부터 하이드록실기의 포스포릴화가 특히 관심을 가질만한 중요한 변형이다.
용어 "생체내(in vivo)"는 살아있는 유기물에서 일어나는 과정을 말한다.
본 명세서에서 사용된 용어 "포유류"는 인간 및 비-인간을 모두 포함하며, 인간, 비-인간 영장류, 개과, 고양이과, 쥐과, 소과, 말과 및 돼지과를 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용된 "샘플"은 생물학적 물질로부터의 견본, 배양물, 또는 수집물을 포함한다. 샘플은, 사람, 원숭이, 래트 또는 마우스를 포함하는 포유류로부터 유래되거나 채취될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 샘플은, 배양물, 혈액, 조직, 포르말린-고정 파라핀 포매(FFPE) 조직, 침, 털, 배설물, 소변 등과 같은 물질을 포함할 수 있으나 이에 제한되지는 않는다. 이들 샘플은 본 발명에 적용가능한 샘플 종류를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 명세서에서 사용된 "비트"는 전산 및 디지털 정보통신 분야에서 사용되는 정보의 기본 단위를 말한다. 비트는 두 값 중 단지 하나만을 가질 수 있다. 이들 값의 가장 대표적인 것이 0과 1이다. 상기 용어 비트는 2진법 숫자의 축약형이다. 한 예에서, 4 비트의 정보를 사용하는 시스템은 16개의 별개의 값을 생성할 수 있다. 모든 단일 숫자 16진법 수는 4 비트로 작성될 수 있다. 2진법-코드 10진법은 10진법의 표기법을 사용한 수에 대한 디지털 암호화 방법이며, 각 10진법 숫자는 4 비트로 표시된다. 다른 예에서, 8 비트를 사용한 계산은 가능한 값이 28(또는 256)이다.
[표 1] 비트값의 예
Figure pct00001
"사이클"은 한번의 결합 반응 및 기판으로부터 하나 이상의 프로브가 제거되는 과정이 완결되는 것을 말한다. 단일 기판 또는 샘플에서 다수의 사이클이 수행될 수 있다. 단백질의 경우, 다수의 사이클은 프로브 제거(박리) 조건이 단백질을 적절한 형태로 접힌 채로 유지하거나, 또는 사용된 프로브가 펩티드 서열에 결합하도록 선택됨으로써 결합 효능이 단백질이 접힌 형태와는 독립적으로 되는 것을 필요로 할 것이다.
본 명세서 및 첨부된 청구항에서 사용된 단수형 "한" “어떤” 및 "그(또는 상기)"는 문맥상 분명히 다른 의미를 나타내지 않는다면 복수를 포함한다는 것이 주지되어야 한다.
개요
전기 시스템을 사용한 표적 분석물질의 고도로 복잡한 단일 분자 식별 및 정량을 위한 조성물 및 기술이 개시된다. 일 실시태양에 의하면, 신호는 둘 이상의 신호의 크기를 비교함으로써 발생하는 분별 신호이다. 표적 분석물질은 변형되거나 되지 않은, 단백질, 펩티드, DNA 및 RNA 분자를 포함한다. 전기적 감지는 감도 증진을 위해 이온 감응성 전계 효과 트랜지스터(ISFET)를 사용하여 달성된다. 기술은 표적 분석물질 식별을 위해 분별 정지부를 갖거나 갖지 않는 꼬리 부위를 사용하는 것을 포함한다. 꼬리 부위의 다양성과 민감성으로 인해 표적 분석물질의 세밀한 특징화와 고도로 복잡한 표적 분석물질의 식별이 가능하다. 나아가, 에러 보정 기술이 개시되는데, 이는 표적 분석물질의 감지 및 특징화에 있어서 잠재적인 에러를 보정하는 것이다.
조성물
본 발명에 따른 표적 분석물질은 식별, 정량, 및 그 외 특징화하고자 하는 분자이다. 표적 분석물질은 보통 단백질(변성되거나 접힌), 펩티드, 또는 핵산으로 구성되나 아실기, 포스포기 또는 메틸기를 포함하는 변형된 핵산, 작은 분자, 스테로이드와 같은 다른 어떤 형태의 분자가 될 수도 있다. 도 1은 기판에 고정된 표적 분석물질 102의 예를 나타낸다. 일반적으로, 표적 분석물질은 어떤 부피의 용액(예를 들어, 피코리터 범위 정도로 낮은)에 어떤 광범위한 농도(예를 들어, mg/mL에서 ag/mL까지의 범위)로 존재할 수 있다. 예를 들어, 혈액, 혈청, 포르말린-고정 파라핀 포매(FFPE) 조직, 침, 또는 소변의 샘플은 다양한 표적 분석물질 102를 함유할 수 있다. 표적 분석물질 102는 조성물에 의해서 인식되며, 이 는 전기적 감지 방법을 사용하여 표적 분석물질을 식별하고 정량하기 위해서 사용된다. 조성물은 프로브 부위 104를 포함하는데, 이는 관심의 대상인 표적 분석물질 102에 특이적으로 결합되도록 형성된 것이다. 프로브 부위 104는 단백질, 펩티드, 또는 핵산으로 구성되는 것일 수 있고, 표적 분석물질 102를 인식하여 결합시키기 위해 사용된다. 일 실시태양에 의하면, 상기 프로브 부위 104의 적어도 일부분은 항체로 구성된다.
각각의 프로브 부위 104는 태그나 꼬리부위 106과 짝을 이룰 수 있다. 상기 꼬리 부위 106은 감지기 신호에 의해 충분히 발생할 수 있는 길이 "N"의 뉴클레오티드 블록으로 구성된다. 상기 감지기 신호는 신뢰할 수 있을 만큼 감지되고 충분한 정확도로 측정될 수 있으며, 그러한 상기 감지기는 N, 2N, 3N, 4N, 5N, 6N, 7N, 8N, 9N, 10N, 또는 10N 보다 큰 길이의 블록으로부터 발생하는 신호를 분석할 수 있다. 일 실시태양에 의하면, N은 적어도 10, 15, 25, 50, 100, 또는 100 보다 큰 뉴클레오티드일 수 있고, 폴리뉴클레오티드 합성을 위한 주형을 제공할 수 있다. 상기 꼬리 부위 106은 일반적으로 단일-가닥 DNA 분자이나, RNA 분자일 수도 있다. 일 실시태양에 의하면, 상기 꼬리 부위 106은 핵산 백본(backbone)을 통해 공유적으로 프로브 부위 104와 연결된다. 다른 실시태양에 의하면, 꼬리 부위 106의 일부분은 링커 부위 108과 특이적으로 결합하는데, 상기 링커 부위 108은 핵산 백본을 통해 프로브 부위 104와 공유적으로 연결되는 것이다. 상기 링커 부위 108은 한 꼬리 부위의 일부분 또는 복수의 꼬리 부위들의 일부분들과 특이적으로 결합하도록 형성된 것일 수 있다. 일 실시태양에 의하면, 상기 링커 부위 108은 적어도 10개의 뉴클레오티드로 구성된다. 다른 실시태양에 의하면, 상기 링커 부위 108은 20 - 25 뉴클레오티드로 구성된다. 프로브 부위 104는 단일 링커 부위 108에 공유적으로 연결될 수도 있고, 각각 특이적으로 별개의 꼬리 부위 106의 일부분에 결합하는 복수의 별개인 링커 부위 108에 공유적으로 연결될 수도 있다.
상기 꼬리 부위 106은 폴리뉴클레오티드 합성을 위한 주형을 제공한다. 폴리뉴클레오티드 합성 과정 중, 꼬리 부위 106 주형을 따라 포함된 각각의 뉴클레오티드에 대해 수소이온 하나가 방출된다. 이러한 수소이온 다수가 트랜지스터에 의해 전기적 출력 신호로서 감지될 수 있다. 트랜지스터가 전기적 출력 신호를 감지할 수 있도록 최소 역치 수의 수소이온이 방출되어야 한다. 예를 들어, 상기 최소 역치 수는 감지기의 설정에 따라 25가 될 수 있다. 이 경우 상기 꼬리 부위 106은 적어도 25 뉴클레오티드 길이는 되어야 한다. 일 실시태양에 의하면, 꼬리 부위 106은 적어도 25, 100, 200, 1000, 또는 10,000 뉴클레오티드 길이를 가진다. 상기 꼬리 부위 106은 종종 하나 이상의 호모폴리머 염기 부위를 포함한다. 예를 들어, 상기 꼬리 부위 106은 폴리-A 꼬리, 폴리-C 꼬리, 폴리-G 꼬리, 또는 폴리-T 꼬리일 수 있다. 일 실시태양에 의하면, 상기 꼬리 부위 106은, 예를 들어, 폴리-A 꼬리 뒤에 폴리-G 꼬리가 이어지는 것처럼, 다른 호모폴리머 염기 부위가 이어지는 호모폴리머 염기 부위를 포함한다.
전기적 출력 신호는 꼬리 부위 106, 그의 상응하는 프로브 부위 104 및 표적 분석물질 102에 관한 정보를 제공한다. 예를 하나 들어본다. 어떤 단순 용액은 복수의 표적 분석물질 102를 포함한다. 상기 표적 분석물질 102는 적어도 하나의 트랜지스터를 포함하는 기판 위에 고정되어 있다. 상기 표적 분석물질 102 중 하나에 특이적을 결합하도록 형성된 조성물이 첨가되면, 프로브 부위 104가 표적 분석물질 102에 특이적으로 결합한다. 이 조성물 내의 꼬리 부위 106은 100 뉴클레오티드 길이를 가진, DNA-기반의 폴리-A 꼬리이다. 즉, 폴리뉴클레오티드 합성을 촉진시키는 조건하에서, dTTPs가 첨가되면 수소이온을 방출하면서 상기 꼬리 부위 106에 결합하게 된다. 트랜지스터가 전기적 출력 신호를 감지할 수 있도록 하는 수소이온의 최소 역치 수가 100 뉴클레오티드이거나 그 미만일 경우, 트랜지스터는 전기적 출력 신호를 감지할 것이다. 상기 신호는 폴리-A 꼬리 부위 106과 관련된 표적 분석물질 102를 확인하고, 용액 중 표적 분석물질102의 농도를 결정하는데 사용된다. 일 실시태양에 의하면, 시료 내 표적 분석물질 102의 농도는 기판 위에 고정된 표적 분석물질의 수를 세고, 농도를 알고 있는 시료 내의 대조 분석물질(예를 들어, 하우스키핑 유전자나 시료 준비 중 첨가된 잘 알려진 조절 시퀀스)로서 기판 위에 고정된 것과 비교하여 결정한다.
이온 감응성 전계효과 트랜지스터(ion-sensitive field-effect transistor)를 이용한 조성물 전기적 감지
본 발명의 전기적 감지 방법은 용액 중 수소 이온 농도를 측정하기 위해 이온-감응성 전계효과 트랜지스터(ISFET, 또는 pH 센서)를 사용하는 것이다. 일 실시태양에 의하면, 본 명세서에 개시된 상기 전기적 감지 방법은 컴퓨터에 의해 수행되는 것이다. 용액의 이온 농도가 ISFET의 전극에 의해서 로그 전기 전위로 전환될 수 있고, 전기적 출력 신호가 감지되고 측정될 수 있다. 다른 실시태양에 의하면, 상기 전기적 출력 신호는 디지털 정보의 비트로 전환될 수 있다. ISFET는 생체분자의 확인 및 특징화를 위한, 민감하고 특이적인 전기적 감지 시스템을 제공한다.
예를 들면, ISFET는 DNA 시퀀싱을 용이하게 하기 위해 이미 사용되고 있다. 단일가닥 DNA의 이중가닥 DNA로의 효소적 전환 동안, 각 뉴클레오티드가 DNA 분자에 첨가됨에 따라 수소 이온이 방출된다. ISFET는 방출된 수소 이온을 감지하고, DNA 분자에 뉴클레오티드가 첨가되었을 때를 결정할 수 있다. 또한, 뉴클레오시드 트리포스페이트(dATP, dCTP, dGTP, 및 dTTP)의 통합을 동기화함으로써, DNA 서열이 결정될 수 있다. 예를 들어, 단일가닥 DNA 주형이 dATP에 노출될 때는 전기 출력 신호가 감지되지 않지만 dGTP에 노출될 때는 전기적 출력 신호가 감지된다면, DNA서열에서 해당 위치는 상보성 시토신 염기로 이루어진 것이다.
일 실시태양에서, 조성물의 꼬리 부위 106을 감지하고, 이어서 상응하는 표적 분석물질 102를 특징화하기 위해 ISFET가 사용된다. 예를 들어, 표적 분석물질 102는 하나 이상의 ISFET를 함유하는 집적-회로 칩과 같은 기판 상에 고정될 수 있다. 상응하는 조성물이 첨가되어 표적 분석물질 102에 특이적으로 결합하고, 뉴클레오티드가 첨가되어 상기 꼬리 부위 106에 결합되면서 수소이온이 방출되면, ISFET는 이온 농도의 변화를 감지하고 측정한다. 이 전기 출력 신호는 상기 꼬리 부위 106의 식별에 관한 정보를 제공한다.
가장 간단한 타입의 꼬리 부위 106은 전체가 하나의 호모폴리머 염기 부위로 이루어진다. 이 경우, 다음의 4가지 꼬리 부위 106이 가능하다: 폴리-A 테일, 폴리-C 테일, 폴리-G 테일 및 폴리-T 테일. 그러나, 큰 다양성을 갖는 꼬리 부위 106이 보다 바람직하다. 특히 한 시료 내에 표적 분석물질이 수백 내지 수천가지일 때는 말이다.
꼬리 부위 106의 다양성을 증진시키는 한 가지 방법은 꼬리 부위 106의 호모폴리머 염기 부위 내에 정지 염기를 제공하는 것이다. 정지 염기는 도 2a 및 도 2b와 같이 나타난다. 정지 염기는 호모폴리머 염기 부위에 인접하여 적어도 하나의 뉴클레오티드를 포함하는 꼬리 부위 106의 일부이며, 적어도 하나의 뉴클레오티드는 호모폴리머 염기 부위 내의 염기들과는 다른 염기로 이루어진다. 일 실시태양에서, 정지 염기는 하나의 뉴클레오티드이다. 다른 실시태양에서, 정지 염기는 복수의 뉴클레오티드를 포함한다. 일반적으로, 정지 염기에는 2개의 호모폴리머 염기 부위가 측면 위치된다. 일 실시태양에서, 정지 염기의 측면 위치된 2개의 호모폴리머 염기 부위는 동일한 염기로 이루어진다. 다른 실시태양에서, 2개의 호모폴리머 염기 부위는 별개의 두 염기로 이루어진다. 다른 실시태양에서, 꼬리 부위 106은 하나 이상의 중단 염기를 포함한다(도 2B).
일 실시예에서, ISFET는 최소 역치수인 100개의 수소 이온을 감지할 수 있다. 표적 분석물질 1은 100-뉴클레오티드 폴리 A 꼬리, 이어진 하나의 시스테인 염기, 및 이어진 다른 100-뉴클레오티드 폴리-A 꼬리로 이루어진 꼬리 부위 106을 가진 조성물에 결합되며, 이 경우 꼬리 부위 106의 총 길이는 201 뉴클레오티드이다. 표적 분석물질 2는 200-뉴클레오티드 폴리-A 꼬리로 이루어진 꼬리 부위 106을 가진 조성물에 결합된다. 폴리뉴클레오티드 합성이 용이한 조건에서 dTTP의 첨가시, 표적 분석물질 1과 관련된 꼬리 부위 106 상에서의 합성은 100 수소 이온을 방출할 것이며, 이것은 200 수소 이온을 방출할 것인 표적 분석물질 2와 관련된 꼬리 부위 106 상에서의 폴리뉴클레오티드 합성과 구별될 수 있다. ISFET는 각 꼬리 부위 106에 대해 별개의 전기 출력 신호를 감지할 것이다. 또한, dGTP가 첨가된 후 dTTP가 더 첨가된다면, 표적 분석물질 1과 관련된 꼬리 부위 106은 하나의 수소 이온을 방출한 후, 그 다음에 추가의 폴리뉴클레오티드 합성으로 인하여 100 이상의 수소 이온을 방출할 것이다. 꼬리 부위 106 조성물에 기초한 특이적 뉴클레오시드 트리포스페이트의 첨가로부터 생성된 별개의 전기 출력 신호에 의해서 ISFET는 각각의 꼬리 부위 106으로부터 수소 이온을 감지할 수 있고, 이 정보를 사용하여 꼬리 부위 106 및 그것의 상응하는 표적 분석물질 102를 확인할 수 있다.
이들 전기적 감지 방법은 수백(또는 심지어 수천) 개의 별개의 표적 분석물질을 동시에 감지하는데 사용될 수 있다. 각 표적 분석물질 106은 디지털 식별자와 연계될 수 있으며, 별개의 디지털 식별자의 수는 샘플 중의 별개의 표적 분석물질의 수에 비례한다. 식별자는 디지털 정보의 비트 수로 표시될 수 있고, 정렬된 꼬리 부위 106 세트 내에 암호화된다. 정렬된 꼬리 부위 106 세트의 각 꼬리 부위 106은 표적 분석물질에 특이적으로 결합되는 프로브 부위 104의 링커 부위 108과 특이적으로 결합하도록 순차적으로 제조된다. 또는, 꼬리 부위 106이 그것과 상응하는 프로브 부위 104에 공유적으로 결합된다면, 정렬된 꼬리 부위 106 세트의 각 꼬리 부위 106은 표적 분석물질 102와 특이적으로 결합하도록 순차적으로 제조된다.
일 실시태양에서, 하나의 사이클은 링커 부위 108에 대한 꼬리 부위 106의 결합 및 제거로 구성되며, 이로써 폴리뉴클레오티드 합성이 일어나고 수소 이온을 방출해서, 이것이 전기 출력 신호로서 감지된다. 따라서, 표적 분석물질 102의 확인을 위한 사이클의 수는 정렬된 꼬리 부위 106 세트에 존재하는 꼬리 부위 106의 수와 동일하다. 정렬된 꼬리 부위 106 세트의 꼬리 부위 106 수는 확인될 표적 분석물질의 수 및 생성될 정보 비트의 총 수에 따른다. 다른 실시태양에서, 하나의 사이클은 프로브 부위 104에 공유적으로 결합된 꼬리 부위 106이 표적 분석물질 102에 특이적으로 결합하고 그로부터 제거되는 것을 나타낸다.
각 사이클로부터 감지된 전기 출력 신호는 정보의 비트들로 디지털화되며, 이로써 상응하는 링커 부위108에 각 꼬리 부위106이 결합하는 모든 사이클이 수행된 후, 얻어진 디지털 정보의 총 비트를 사용하여 표적 분석물질102를 확인하고 특징화할 수 있다. 비트의 총 수는 표적 분석물질의 확인을 위한 식별 비트 수, 및 에러 보정을 위한 비트 수에 따른다. 에러 보정을 위한 비트 수는 전기 출력 신호의 원하는 강함 및 정확성에 기초하여 선택된다. 일반적으로, 에러 보정 비트 수는 식별 비트 수의 2 또는 3배일 것이다.
일 실시예에서, 표적 분석물질 102는 예컨대 ISFET와 같은 하나 이상의 트랜지스터를 포함할 수 있는 기판 상에서 공간적으로 분리된 영역에 고정된다. 상기 프로브 부위 104는 N개의 별개의 표적 분석물질 102에 대한 특이적 결합을 촉진하기 위해 기질에 첨가된다. 복수의 별개의 표적 분석물질 102를 특징화하는 한 방법은 적어도 한 세트의 정렬된 꼬리 부위 106을 얻는 것과 관계된다. 각각의 정렬된 꼬리 부위 106 세트는 하나 이상의 꼬리 부위 106으로 구성되는데, 세트 내의 각각의 꼬리 부위 106은 한정된 N개의 별개의 표적 분석물질 102의 서브세트 내의 별개의 표적 분석물질 102에 지정되는 프로브 부위 104와 연계된다. 일 실시태양에서, 꼬리 부위 106 모두는 같은 뉴클레오티드 길이를 가진다. 다른 실시태양에서, 세트 내의 정렬된 꼬리 부위 106의 수는 별개의 표적 분석물질 102의 수에 기초하여 결정된다. 또 다른 실시태양에서, 상기 프로브 부위 104는 상기 세트 내의 정렬된 꼬리 부위 106에 공유적으로 연결된다. 또 다른 실시태양에서, 상기 프로브 부위 104는 하나 이상의 링커 부위 108을 포함하고 정렬된 꼬리 부위 106의 세트로부터 분리된 것이다.
다음으로, 전기 출력 신호를 발생시키고 표적 분석물질 102를 식별하기 위해 결합, 합성, 및 제거 단계에 대해 적어도 M 사이클이 수행된다. 결합은 꼬리 부위 106이 프로브 부위 104의 링커 부위 108에 특이적으로 결합하는 것, 또는 프로브 부위 104가 표적 분석물질 102에 특이적으로 결합하는 것을 말한다. 프로브 부위 104 및 꼬리 부위 106이 별개의 분자일 경우, 상기 사이클은 프로브 부위 104에 대한 특이적 결합을 촉진하기 위해 프로브 부위 104에 상응하는 정렬된 꼬리 부위 106 세트 하나를 첨가함으로써 시작된다. 그 후, 꼬리 부위 106을 주형으로 사용하여 폴리뉴클레오티드 가닥의 합성을 일으키는 조건 하에서, 시약을 포함하는 반응 혼합물을 첨가함으로써 합성 단계가 수행된다. 마지막으로, 제거 단계가 수행되는데, 이는 꼬리 부위 106 또는 프로브 부위 104를 N개의 별개의 표적 분석물질 102로부터 제거하는 것을 포함한다. 일 실시태양에서, 프로브 부위 104는 복수의 링커 부위 108을 포함하고 꼬리 부위 106으로부터 분리된 분자이다. 각 링커 부위 108은 다른 꼬리 부위 106의 일부분과 특이적으로 결합한다. 이 경우, 상기 제거 단계에서는 표적 분석물질 102로부터 꼬리 부위 106만 제거한다. 다른 실시태양에서, 프로브 부위104는 꼬리 부위 106에 공유적으로 연결된다. 이 경우, 상기 제거 단계에서는 전체 조성물(프로브 부위 104 및 꼬리 부위 106)을 표적 분석물질 102로부터 제거한다.
합성 단계에서, 폴리뉴클레오티드 합성 중에 수소이온의 방출에 의존하여, 전기 출력 신호가 감지될 수 있다. 전기 출력 신호로부터, N개의 별개의 표적 분석물질 하나 이상의 식별을 위한 각 사이클마다 적어도 K 비트의 정보가 얻어질 수 있다. 측정된 전기 출력 신호를 디지털 비트의 정보로 변환하기 위해 아날로그를 디지털로 바꾸는 컨버터가 이용된다. 이 디지털화는 신호 감지의 동적 범위를 확장한다. 일 실시태양에서, 세트 내의 정렬된 꼬리 부위 106의 수는 각 사이클에서 얻은 정보 K의 비트 수에 기초하여 결정되는데, 여기서 log2(꼬리 부위의 수)=K가 성립한다. 적어도 K 비트의 정보는 총 비트의 정보 L을 결정하기 위해 사용되며, K x M = L 비트의 정보이고, L ≥ log2(N)이 성립한다. 상기 L 비트의 정보는 상기 N개의 별개의 표적 분석물질 102 중 하나 이상을 식별하기 위해 사용된다.
단 1회의 사이클이 수행될 때, 하나의 꼬리 부위 106이 사용되고, K=L이 성립된다. 그러나, 더 많은 비트 정보를 발생시키기 위해 더 많은 사이클이 수행될 수 있다. M>1이면, 복수의 사이클이 수행되는 것인데, 이는 다른 꼬리 부위 106(예를 들어, 하나의 정렬된 꼬리 부위 106 세트 내에서)이 각 사이클 중에 특정 표적 분석물질 102와 연계될 수 있다. 예상되는 전기 출력 신호는 각 사이클 마다 표적 분석물질 102와 연계될 수 있고 실제 전기 출력 신호와 비교될 수 있다. 이러한 비교는 꼬리 부위 106 및 연계되는 표적 분석물질 102의 식별의 정확성과 관련된 정보를 발생시킨다. 런(run)은, 정렬된 꼬리 부위 106 세트 내의 각각의 꼬리 부위 106을 사용하여 하나의 표적 분석물질 102를 식별하기 위해, 복수의 사이클이 수행되는 것을 나타낸다.
일 실시태양에서, L>log2(N)이고, L은 전기 출력 신호에서 에러 보정에 사용되는 비트 정보를 포함한다. K는 각 사이클마다 발생되는 (표적 분석물질의) 식별을 위한 비트 수와 동일하고, 에러 보정을 위한 추가 비트가 각 사이클마다 발생할 수 있으며, 따라서 런 마다 비트 수의 총계는 식별을 위한 비트수에 에러 보정을 위한 비트수를 모두 포함한다. 예를 들면, 에러는 꼬리 부위 106이 사이클 중에 그에 상응하는 프로브 부위 104에 적절히 결합하지 않는 경우 발생할 수 있다. L 비트 정보 일부는 에러 보정 코드에 의해 에러를 감지하고 보정하는데 사용될 수 있다. 일 실시태양에서, 상기 에러 보정 코드는 리드-솔로몬(Reed-Solomon) 코드인데, 이것은 시스템에서 에러를 감지하고 보정하기 위해 사용되는 비-2진법 주기형 코드이다. 표적 분석물질 식별을 위한 비트 정보 이외에도, 리드-솔로몬 코드는 에러 보정을 위해 부가적인 비트 정보를 사용할 수 있다. 이러한 부가적인 비트는 패리티(parity) 비트라고 하고, 부가적인 사이클 수행을 포함하여 잘 알려진 다양한 기술에 의해 얻을 수 있다. 일 실시태양에서, 선정된 에러 보정 비트의 수는 식별을 위한 비트수의 2 또는 3배와 동일하다. 예를 들면, 다른 에러 보정 코드로는 블록 코드, 콘볼루션 코드, 골레이(Golay) 코드, 해밍(Hamming) 코드, BCH 코드, AN 코드, 리드-뮬러(Reed-Muller) 코드, 고파(Goppa) 코드, 하다마드(Hadamard) 코드, 월쉬(Walsh) 코드, 하겔버거(Hagelbarger) 코드, 극성 코드, 반복 코드, 반복-축적 코드, 이레이저 코드, 온라인 코드, 그룹 코드, 익스펜더 코드, 항량(constant-weight) 코드, 토네이도 코드, 저밀도 패리티 체크 코드, 최대 거리 코드, 버스트 에러코드, 루비 변형 코드(luby transform), 폰테인 코드(fountain code), 및 랩터 코드(raptor code)를 포함한다(Error Control Coding, 2nd Ed., S. Lin and DJ Costello, Prentice Hall, New York, 2004를 참조한다).
표 1 : 별개의 표적 분석물질에 대한 정렬된 꼬리 부위 세트
Figure pct00002
표 1은 표적 분석물질인 L-셀렉틴과 알부민에 대한 정렬된 꼬리 부위 세트의 예를 나타낸다. L-셀렉틴은 식별자로서 "deabfcgh"를 가지고, L-셀렉틴에 특이적인 정렬된 꼬리 부위 세트는 8개의 별개의 꼬리 부위 a-h를 포함한다. 여기서, 사이클마다 하나의 별개의 꼬리 부위가 사용된다. 알부민은 식별자로서, "pnmolijk"를 가지고, 알부민에 특이적인 정렬된 꼬리 부위 세트는 8개의 별개의 꼬리 부위 i-p를 포함한다. 이 또한, 사이클마다 하나의 별개의 꼬리 부위가 사용된다. 두 표적 분석물질에 대해, 8회의 사이클에 의해 하나의 런이 나타나고, 런에서 얻은 비트 정보는 각각의 표적 분석물질을 식별하는 디지털 식별자를 결정하기 위해 사용된다.
일 실시태양에서, L > log2(N)이고, L은 사전에 결정된 순서에 따라 정렬된 비트 정보를 포함한다. 예를 들어, 정렬된 꼬리 부위 106 세트가 사이클 마다 사용되는 꼬리 부위의 순서를 사전에 결정했다면, 비트 정보는 사전에 결정된 순서에 따라 정렬된다. 예를 들어, 표 1에서 L-셀렉틴의 경우, 사이클 1은 꼬리 부위 "a"와 상응하고, 사이클 2는 꼬리 부위 "b"와 상응한다. 다른 실시태양에서, 사전에 결정된 순서는 랜덤 순서이다. 다른 실시태양에서, 컴퓨터 소프트웨어가 상기 순서를 특정하기 위해 사용된다. 또 다른 실시태양에서, 정렬된 꼬리 부위 106 세트의 순서는 모르는 것이고, 적어도 M사이클에서 각 사이클마다 정렬된 꼬리 부위 106 세트의 순서를 해독하기 위해 키(key)가 사용된다. 상기 키는 비트로 나타나는 숫자를 포함할 수 있고, 그 키의 비트는 L 비트의 정보와 결합될 수 있다. 예를 들어, 표 1의 L-셀렉틴에 대한 정렬된 꼬리 부위 106 세트는 뒤죽박죽된 것일 수 있고 사이클 1-8에서 상기 꼬리 부위 순서는 "abcdefgh"가 아니고 "cdbagfeh" 일 수도 있다. 이러한 경우 표적 분석물질에 대한 디지털 식별자를 결정하기 위해 이러한 순서를 해독하기 위한 키가 주어질 수 있다.
다른 실시태양에서, 각 꼬리 부위 106에 대한 감지된 전기 출력 신호에 따라 N개의 별개의 표적 분석물질 102의 하나 이상에 대한 디지털 식별자를 해독하기 위해 또 다른 키가 사용된다. 키는 각 꼬리 부위 106과 관계되는 예상 비트 정보를 제공할 수 있고, 또한 정렬된 꼬리 부위 106 세트의 순서와 관계되는 예상 비트 정보를 제공할 수도 있다. 키에 의해 제공되는 이러한 예상 비트 정보는 표적 분석물질 102를 결정하기 위한 실제의 L 비트 정보와 비교할 수 있다. 이러한 비교는 표적 분석물질 102의 식별을 결정하기 위해 이용된다. 예를 들어, 표 1에서 L-셀렉틴의 정렬된 꼬리 부위 106은 뒤섞여 있지 않고 대신 디지털 식별자가 뒤섞인 경우, 런 당 비트의 총 숫자는 디지털 식별자를 "deabfcgh"로 식별하지 않고 "rstuvwxy"로 식별한다. 이 경우 표적 분석물질에 대한 디지털 식별자의 보정을 결정하기 위해 디지털 식별자를 해독하는데 키가 제공될 수 있다.
단일 분자의 분별 감지
때때로, 별개의 꼬리 부위 106을 포함하는 여러 조성물이 많은 수의 표적 분석물질 102를 식별하고 특징화하기 위해 사용된다. 이러한 경우, 꼬리 부위 106을 효율적으로 식별하기 위하여 분별 감지가 사용될 수 있다. 분별 감지는 같은 길이의 꼬리 부위 106을 다수 사용하고, 꼬리 부위 각각은 같은 뉴클레오티드로 구성되는 호모폴리머 염기 부위와 같은 수의 정지 염기를 포함한다. 둘 이상의 호모폴리머 염기 부위 간(한 꼬리 부위 내의, 정지 염기 간)의 폴리뉴클레오티드 합성에서 나오는 전기 출력 신호의 비율에 의해 분별 감지 측정이 된다. 꼬리 부위 106와 연계되는 식별 길이가 선택되는데, 이는 트랜지스터에 의해 감지되는 특정 숫자의 수소이온의 방출에 필요한 꼬리 부위 106의 뉴클레오티드 숫자를 나타낸다. 식별 길이가 길수록, 사이클 당 얻는 비트 정보는 적어진다.
다른 식별 길이가 요구되는 다양한 상황이 있다. 긴 식별 길이가 사용될수록, 더 많은 수소 이온이 발생되고 그에 따라 감지를 위한 신호도 더 많아진다. 따라서, 시스템 전체가 더 정확해진다. 그러나, 긴 식별 길이가 사용될수록 긴 결합 시간, 사이클 당 적은 비트수를 초래하고, 더 적은 표적 분석물질을 감지하거나 사이클을 완성하는데 더 많은 시간이 요구될 수 있다. 짧은 식별 길이가 사용되면, 결합 시간은 짧아지고, 사이클 당 더 많은 비트수가 생기며, 많은 표적 분석물질이 감지될 수 있다. 그러나, 더 적은 수소이온 발생으로 정확성 저하를 초래할 수 있다. 일 실시태양에서, 식별 길이는 감지기에 의해 신뢰할 수 있는 신호를 발생시키기에 충분한 길이 "N"의 뉴클레오티드 블록과 동일하다. 일 실시태양에서, "N"은 전기적 감지를 위한 수소 이온의 최소 역치 수에 상응한다. 다른 실시태양에서, 식별 길이는 전기적 감지를 위한 수소 이온의 최소 역치 수보다 길다. 예를 들어, 식별 길이는 N, 2N, 3N, 4N, 5N, 6N, 7N, 8N, 9N, 10N, 또는 10N보다 클 수 있다. 일 실시태양에서, 식별 길이는 꼬리 부위 106의 길이와 같다. 다른 실시태양에서, 식별 길이는 꼬리 부위 106의 길이보다 짧다.
예를 들어, 식별 길이가 100 뉴클레오티드라면, 총 꼬리 부위 106의 길이는 800 뉴클레오티드일 수 있다. 이는 8 이산 길이를 제공한다. 이산 길이는 식별 길이로 꼬리 부위 106 길이를 나눈 값(800/100=8)와 동일하다. 각 이산 길이는 꼬리 부위 106의 식별에 관한 정보를 제공한다. 이 정보는 비트의 정보로 디지털화될 수 있다. 발생되는 비트 정보의 수는 이산 길이 수의 로그 2(log base 2) 값과 동일하다. 상기 예에서는, 8 이산 길이 또는 3 비트 정보(23=8)가 된다.
분별 감지가 사용되면, 비록 모든 꼬리 부위 106 간에 총 꼬리 부위 106 길이는 일정하더라도, 정지 염기는 다른 꼬리 부위 106 내에서 다른 위치에 있을 수 있다. 분별 측정에서는 꼬리 부위 106의 길이가 [(이산 길이 수 + 1) x (식별 길이)] + (정지 염기수)와 동일하다. 따라서, 상기 예에서 하나의 정지 염기가 있다면, 꼬리 부위 106의 총 길이는 (8+1)(100)+1=901 뉴클레오티드여야 한다. 즉, 꼬리 부위 106은 호모폴리머 염기 부위, 정지 염기, 및 또다른 호모폴리머 염기 부위로 구성될 것이고, 상기 호모폴리머 염기 부위의 길이는 복수의 식별 길이에 기초한다. 상기 예에서, 꼬리 106의 모든 호모폴리머 염기 부위가 같은 염기로 구성된다고 가정하면, 각각 다른 위치에 있는 정지 염기를 가진 8개의 별개의 꼬리 부위 106이 있을 수 있다. 정지 염기의 양쪽으로 호모폴리머 염기 부위의 길이가 100/800, 200/700, 300/600, 400/500, 500/400, 600/300, 700/200, 및 800/100 뉴클레오티드일 수 있다. 두 호모폴리머 염기 부위 간의 전기 출력 신호의 비율로 꼬리 부위 106을 식별한다. 이 신호 비율은 트랜지스터에 의해 조정될 수 있다. 분별 측정 없는 전기 감지에서는, 트랜지스터에 대한 표적 분석물질의 공간적 위치는 전기적 출력 신호에 영향을 미치고, 부정확한 측정을 초래한다. 그러나, 분별 측정은 부정확함이 발생하지 않도록 효과적으로 시스템을 조정한다.
꼬리 부위 106 결합, 폴리뉴클레오티드 합성, 및 꼬리부위 106 제거에 대한 사이클은 1회 이상 수행된다. 상기한 바와 같이, 별개의 표적 분석물질 102에 특이적인 다른 순서의 꼬리 부위 106 세트가 각 사이클 마다 사용될 수 있고, 한 표적 분석물질 102는 복수의 사이클 중에서 복수의 별개의 꼬리 부위 106과 관계될 수 있다. 각 사이클은 다수의 비트 정보를 발생시킨다. 최적 시스템은 각 사이클에서 얻은 다수의 비트 정보를 최대화하면서, 꼬리 부위 106의 수와 길이를 감소시킨다. 게다가, 꼬리 부위 106의 제거는 기질에 고정된 표적 분석물질 102의 손상을 초래할 수 있으므로, 사이클의 수는 최소화하는 것이 바람직하다.
컴퓨터 시스템
도 3은 일 실시태양에 따라서 분자 분석물질을 분석하는데 사용하기 위한 컴퓨터 300의 일례를 도시한 하이-레벨블록 다이어그램이다. 칩셋 304과 결합된 적어도 하나의 프로세서 302가 도시된다. 칩셋 304는 메모리 컨트롤러 허브320 및 입력/출력(I/O) 컨트롤러 허브 322를 포함한다. 메모리 306과 그래픽 어댑터 312가 메모리 컨트롤러 허브 320에 결합되고, 디스플레이 장치 318가 그래픽 어댑터 312에 결합된다. 저장 장치 308, 키보드 310, 포인팅 장치 314, 및 네트워크 어댑터 316가 I/O 컨트롤러 허브 322에 결합된다. 컴퓨터 300의 다른 실시태양은 별개의 구조를 가진다. 예를 들어, 일부 실시태양에서는 메모리 306가 프로세서 302에 직접 결합된다.
저장 장치 308는 하드 드라이브, 컴팩트 디스크 읽기전용 메모리(CD-ROM), DVD, 또는 솔리드-스테이트 메모리장치와 같은 비-임시 컴퓨터-판독가능 저장 매체이다. 메모리106는 프로세서302에 의해서 사용되는 명령 및 데이터를 보유한다. 포인팅 장치314는 컴퓨터 시스템300에 데이터를 입력하기 위해서 키보드310와 조합하여 사용된다. 그래픽 어댑터312는 디스플레이 장치318에 이미지 및 다른 정보들을 표시한다. 일부 실시태양에서, 디스플레이 장치318는 사용자 입력 및 선택을 수신하기 위한 터치 스크린을 포함한다. 네트워크 어댑터316는 컴퓨터 시스템300을 네트워크에 연결한다. 컴퓨터300의 일부 실시태양은 도 3에 도시된 것들과 별개인 그리고/또는 다른 구성요소를 가진다. 예를 들어, 서버가 다수의 블레이드 서버로 형성될 수 있고, 디스플레이 장치, 키보드 및 다른 구성요소는 결여할 수 있다.
컴퓨터300는 본 명세서에 개시된 기능을 제공하기 위하여 컴퓨터 프로그램 모듈을 실행하도록 개조된다. 본 명세서에 설명된 용어 "모듈"은 명시된 기능을 제공하기 위해서 사용되는 컴퓨터 프로그램 명령 및 다른 논리를 말한다. 따라서, 모듈은 하드웨어, 펌웨어 및/또는 소프트웨어에서 실시될 수 있다. 일 실시태양에서, 실행가능 컴퓨터 프로그램 명령으로 형성된 프로그램 모듈이 저장 장치308에 저장되고 메모리306에 로딩되어 프로세서302에 의해서 실행된다.
실시예
하기의 실시예는 분별 감지 기술을 이용한 표적 분석물질 식별 실험을 나타낸 것이다.
실시예1
복수의 트랜지스터(즉, ISFET)를 포함하는 집적-회로 칩 위에 8개의 별개의 표적 분석물질 102을 고정하였다. 각 표적 분석물질 102는 별개의 프로브 부위 104에 특이적이고, 상기 프로브 부위는 하나 이상의 링커 부위 108을 가지며, 링커 부위 각각은 특정 꼬리 부위 106에 특이적이다. 본 실시예에서 사용된 8개의 폴리-A 꼬리 부위 106은 모두 901 뉴클레오티드의 길이를 가진다. 식별 길이는 100 뉴클레오티드이고 한 정지 염기 타입(시토신)의 하나의 정지 염기가 꼬리 내에 삽입되어 있다. 표 1a는 사용된 별개의 꼬리 부위 106을 나타내고, "리더 길이"는 정지 염기의 업스트림 뉴클레오티드 개수를 나타내며, "트레일러 길이"는 정지 염기의 다운스트림 뉴클레오티드 개수를 나타낸다.
[표 1a]
Figure pct00003
표적 분석물질 102의 식별을 위한 비트수는 log2(N)과 동일하고, N = 별개의 표적 분석물질 102의 개수가 성립한다. 이 경우, 식별을 위한 비트수는 log2(8) = 3 비트이다. 에러 보정에 대해서는 9 비트가 선택되었다. 즉, 런(런은 모든 사이클을 의미한다) 당 총 비트 수는 12(3+9=12)이다. 사이클 당 3 비트 정보가 선택되는데, log2(꼬리 부위 수) = 비트수/사이클이고, log2(8)=3 이기 때문이다. 따라서, 이 스케줄은 결합 및 제거의 4 사이클이 요구된다(총 비트수 12를 사이클 당 3 비트로 나누면 4사이클). 게다가, 사이클 당 3 플로우 시퀀스가 있을 것이다. 사이클 당 하나 이상의 순차적인 플로우 시퀀스가 존재하고, 각 플로우 시퀀스는 폴리뉴클레오티드 합성을 일으키는 다른 타입의 염기("플로우 염기")의 부가이다. 예를 들어, 꼬리 부위 106은 하나의 시토신 정지 염기를 가지는 폴리-A 꼬리이므로, 폴리-A 꼬리에서 폴리뉴클레오티드 합성이 시작되도록 dTTPs가 처음에 첨가되어야 한다. 이는 하나의 플로우 시퀀스이다. 다음으로, 시토신 정지 염기로 결합되기 위한 dGTPs가 첨가되어야 하고(이차 플로우 시퀀스), 그리고나서 폴리뉴클레오티드 합성을 종결하기 위해 dTTPs가 첨가되어야 한다(삼차 플로우 시퀀스). 아래의 표 1b은 각 사이클이 3 플로우 시퀀스로 구성됨을 보여준다.
[표 1b]
Figure pct00004
런의 끝에서, 표적 분석물질 102의 식별을 위한 3비트의 정보가 발생하고, 식별의 정확성에 관한 정보를 제공하는 에러 보정을 위한 9비트 정보가 발생한다. 이러한 비트 정보는 꼬리 부위 106 및 이와 관계된 표적 분석물질 102를 식별하고 특징화한다.
실시예 2
다수의 트랜지스터를 포함하는 집적-회로 칩 위에 16개의 별개의 표적 분석물질 102을 고정하였다. 각 표적 분석물질 102는 별개의 프로브 부위 104에 특이적이고, 상기 프로브 부위는 하나 이상의 링커 부위 108을 가지며, 링커 부위 각각은 특정 꼬리 부위 106에 특이적이다. 본 실시예에서 사용된 16개의 폴리-A 꼬리 부위 106은 모두 701 뉴클레오티드의 길이를 가진다. 식별 길이는 100 뉴클레오티드이고 세 가지 정지 염기 타입(시토신, 구아닌, 또는 티민) 중 하나의 정지 염기가 꼬리 내에 삽입되어 있다. 표 2a는 사용된 별개의 꼬리 부위 106을 나타내고, "리더 길이"는 정지 염기의 업스트림 뉴클레오티드 개수를 나타내며, "트레일러 길이"는 정지 염기의 다운스트림 뉴클레오티드 개수를 나타낸다.
[표 2a]
Figure pct00005
표적 분석물질 102의 식별을 위한 비트수는 log2(N)과 동일하고, N = 별개의 표적 분석물질 102의 개수가 성립한다. 이 경우, 식별을 위한 비트수는 log2(16) = 4 비트이다. 에러 보정에 대해서는 12 비트가 선택되었다. 즉, 런 당 총 비트 수는 16(4+12=16)이다. 사이클 당 4 비트 정보가 선택되는데, log2(꼬리 부위 수) = 비트수/사이클이고, log2(16)=4 이기 때문이다. 따라서, 이 스케줄은 결합 및 제거의 4 사이클이 요구된다(총 비트수 16을 사이클 당 4 비트로 나누면 4사이클). 게다가, 아래 표 2b와 같이 사이클 당 7 플로우 시퀀스가 있을 것이다.
[표 2b]
Figure pct00006
런의 끝에서, 표적 분석물질 102의 식별을 위한 4비트의 정보가 발생하고, 식별의 정확성에 관한 정보를 제공하는 에러 보정을 위한 12비트 정보가 발생한다. 이러한 비트 정보는 꼬리 부위 106 및 이와 관계된 표적 분석물질 102를 식별하고 특징화한다.
실시예 3
다수의 트랜지스터를 포함하는 집적-회로 칩 위에 256개의 별개의 표적 분석물질 102을 고정하였다. 각 표적 분석물질 102는 별개의 프로브 부위 104에 특이적이고, 상기 프로브 부위는 하나 이상의 링커 부위 108을 가지며, 링커 부위 각각은 특정 꼬리 부위 106에 특이적이다. 본 실시예에서 사용된 16개의 폴리-A 꼬리 부위 106은 모두 402 뉴클레오티드의 길이를 가진다. 식별 길이는 100 뉴클레오티드이고 세 가지 정지 염기 타입(시토신, 구아닌, 또는 티민) 중 두 정지 염기가 조합되어 꼬리 내에 삽입되어 있다. 표 3a는 사용된 별개의 꼬리 부위 106을 나타내고, "리더 길이"는 정지 염기#1의 업스트림 뉴클레오티드 개수를 나타내며, "중간 길이"는 정지 염기#2의 업스트림 뉴클레오티드 개수를 나타내고, "트레일러 길이"는 정지 염기#2의 다운스트림 뉴클레오티드 개수를 나타낸다.
[표 3a]
Figure pct00007
표적 분석물질 102의 식별을 위한 비트수는 log2(N)과 동일하고, N = 별개의 표적 분석물질 102의 개수가 성립한다. 이 경우, 식별을 위한 비트수는 log2(256) = 8 비트이다. 에러 보정에 대해서는 24 비트가 선택되었다. 즉, 런 당 총 비트 수는 32(8+24=32)이다. 사이클 당 4 비트 정보가 선택되는데, log2(꼬리 부위 수) = 비트수/사이클이고, log2(16)=4 이기 때문이다. 따라서, 이 스케줄은 결합 및 제거의 8 사이클이 요구된다(총 비트수 32을 사이클 당 4 비트로 나누면 8사이클). 게다가, 아래 표 3b와 같이 사이클 당 13 플로우 시퀀스가 있을 것이다.
[표 3b]
Figure pct00008
런의 끝에서, 표적 분석물질 102의 식별을 위한 8비트의 정보가 발생하고, 식별의 정확성에 관한 정보를 제공하는 에러 보정을 위한 24비트 정보가 발생한다. 이러한 비트 정보는 꼬리 부위 106 및 이와 관계된 표적 분석물질 102를 식별하고 특징화한다.
실시예 4
다수의 트랜지스터를 포함하는 집적-회로 칩 위에 4,096개의 별개의 표적 분석물질 102을 고정하였다. 각 표적 분석물질 102는 별개의 프로브 부위 104에 특이적이고, 상기 프로브 부위는 하나 이상의 링커 부위 108을 가지며, 링커 부위 각각은 특정 꼬리 부위 106에 특이적이다. 본 실시예에서 사용된 64개의 폴리-A 꼬리 부위 106(표 4a에는 84개가 나타나나, 64개만 사용되었다)은 모두 802 뉴클레오티드의 길이를 가진다. 식별 길이는 100 뉴클레오티드이고 두 가지 정지 염기 타입(시토신 또는 구아닌)의 두 정지 염기가 조합되어 꼬리 내에 삽입되어 있다. 표 4a는 사용된 별개의 꼬리 부위 106을 나타내고, "리더"는 정지 염기#1의 업스트림 뉴클레오티드 개수(x 100)를 나타내며, "중간"은 정지 염기#2의 업스트림 뉴클레오티드 개수(x 100)를 나타내고, "트레일러"는 정지 염기#2의 다운스트림 뉴클레오티드 개수(x 100)를 나타낸다.
[표 4a]
Figure pct00009
표적 분석물질 102의 식별을 위한 비트수는 log2(N)과 동일하고, N = 별개의 표적 분석물질 102의 개수가 성립한다. 이 경우, 식별을 위한 비트수는 log2(4,096) = 12 비트이다. 에러 보정에 대해서는 36 비트가 선택되었다. 즉, 런 당 총 비트 수는 48(12+36=48)이다. 사이클 당 6 비트 정보가 선택되는데, log2(꼬리 부위 수) = 비트수/사이클이고, log2(64)=6 이기 때문이다. 따라서, 이 스케줄은 결합 및 제거의 6 사이클이 요구된다(총 비트수 48을 사이클 당 6 비트로 나누면 8사이클). 게다가, 아래 표 4b와 같이 사이클 당 9 플로우 시퀀스가 있을 것이다.
[표 4b]
Figure pct00010
런의 끝에서, 표적 분석물질 102의 식별을 위한 12비트의 정보가 발생하고, 식별의 정확성에 관한 정보를 제공하는 에러 보정을 위한 36비트 정보가 발생한다. 이러한 비트 정보는 꼬리 부위 106 및 이와 관계된 표적 분석물질 102를 식별하고 특징화한다.
실시예 5
다수의 트랜지스터를 포함하는 집적-회로 칩 위에 65,536개의 별개의 표적 분석물질 102을 고정하였다. 각 표적 분석물질 102는 별개의 프로브 부위 104에 특이적이고, 상기 프로브 부위는 하나 이상의 링커 부위 108을 가지며, 링커 부위 각각은 특정 꼬리 부위 106에 특이적이다. 본 실시예에서 사용된 256개의 폴리-A 꼬리 부위 106(표 5a에는 324개가 나타나나, 256개만 사용되었다)은 모두 1002 뉴클레오티드의 길이를 가진다. 식별 길이는 100 뉴클레오티드이고, 세 가지 정지 염기 타입(시토신, 구아닌 또는 티민)의 두 정지 염기가 조합되어 꼬리 내에 삽입되어 있다. 표 5a는 사용된 별개의 꼬리 부위 106을 나타내고, 예를 들어, 1C1C8은 1x100 폴리-A 뉴클레오티드, 하나의 시토신 정지 염기, 1x100 폴리-A 뉴클레오티드, 두번째 시토신 정지 염기, 및 8x100 폴리-A 뉴클레오티드로 구성되는 꼬리 부위 106을 나타낸다.
[표 5a]
Figure pct00011
표적 분석물질 102의 식별을 위한 비트수는 log2(N)과 동일하고, N = 별개의 표적 분석물질 102의 개수가 성립한다. 이 경우, 식별을 위한 비트수는 log2(65,536) = 16 비트이다. 에러 보정에 대해서는 48 비트가 선택되었다. 즉, 런 당 총 비트 수는 64(16+48=64)이다. 사이클 당 8 비트 정보가 선택되는데, log2(꼬리 부위 수) = 비트수/사이클이고, log2(256)=8 이기 때문이다. 따라서, 이 스케줄은 결합 및 제거의 8 사이클이 요구된다(총 비트수 64을 사이클 당 8 비트로 나누면 8 사이클). 게다가, 아래 표 5b와 같이 사이클 당 13 플로우 시퀀스가 있을 것이다.
[표 5b]
Figure pct00012
런의 끝에서, 표적 분석물질 102의 식별을 위한 16비트의 정보가 발생하고, 식별의 정확성에 관한 정보를 제공하는 에러 보정을 위한 48비트 정보가 발생한다. 이러한 비트 정보는 꼬리 부위 106 및 이와 관계된 표적 분석물질 102를 식별하고 특징화한다.
다른 실시예에서, 하나의 칩 위에서 더 많은 별개의 표적 분석물질 102가 분석될 수 있고, 사이클당 다양한 숫자의 비트가 발생되어 선택될 수 있다. 표 6a는 다양한 숫자의 동시 표적에 대한 런 당 필요한 비트의 숫자를 나타낸 것이다. 표 6b는 런 당 총 비트 수로부터 결정된 다양한 사이클 숫자를 나타낸 것이다.
[표 6a] : 가능한 동시 표적의 다양한 숫자
Figure pct00013
[표 6b] : 런 당 비트수로부터 결정된 사이클 숫자
Figure pct00014
게다가, 사용된 정지 염기의 수에 기초하여 사이클 당 얻을 수 있는 비트 수는 변화될 수 있다. 표 7a는 하나의 정지 염기가 사용된 경우 사이클 당 비트수를 나타내고, 표 7b는 두개의 정지 염기가 사용된 경우 사이클 당 비트수를 나타낸 것이다.
[표 7a] : 정지 염기 하나일 때, 사이클당 비트수
Figure pct00015
[표 7b] : 정지 염기 두 개일 때, 사이클당 비트수
Figure pct00016
요약
본 발명의 실시태양들의 전술한 설명은 예시의 목적으로 제시되었다. 그러나, 완벽히 모두 포함하거나 개시된 정확한 형태에 본 발명을 제한하려는 의도는 아니다. 관련된 분야의 기술자는 상기 개시에 비추어 많은 변형 및 변화가 가능함을 알 수 있다.
본 설명의 일부분은 정보에 대한 작업의 알고리즘 및 기호적 표현의 측면에서 본 발명의 실시태양들을 설명한다. 이런 알고리즘적 설명 및 표현은 통상의 다른 기술자에게 효과적으로 이들 작업의 실체를 전달하기 위하여 데이터 프로세싱 분야의 기술자들에 의해서 통상 사용되는 것이다. 이들 작업은 기능적으로, 전산적으로 또는 논리적으로 설명되며, 컴퓨터 프로그램이나 동등한 전기 회로, 마이크로코드 등에 의해서 실시될 수 있다는 것이 이해된다. 또한, 때로는 일반성을 잃지 않으면서 모듈로서 작업의 배치를 언급하는 것이 편리하다고 입증되었다. 설명된 작업들과 이들의 관련 모듈은 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어, 또는 이들의 어떤 조합에 의해서 구현될 수 있다.
본 명세서에 개시된 단계들, 작업들, 또는 과정들 중 어느 것은 단독으로 또는 다른 장치와 조합하여 하나 이상의 하드웨어 또는 소프트웨어 모듈에서 수행되거나 실시될 수 있다. 일 실시태양에서, 소프트웨어 모듈은 컴퓨터 프로그램 코드를 함유하는 컴퓨터-판독가능한 매체를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 가지고 실시되며, 이것은 개시된 단계들, 작업들, 또는 과정들 중 어느 것 또는 전부를 수행하기 위한 컴퓨터 프로세서에 의해서 실행될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은 본 명세서의 작업을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다. 이 장치는 필요한 목적을 위해 특별히 구성되며, 그리고/또는 컴퓨터에 저장된 컴퓨터 프로그램에 의해서 선택적으로 활성화되거나 재구성되는 다목적 전산 장치를 포함할 수 있다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 유형의 비-임시 컴퓨터 판독가능한 저장 매체나, 또는 전자적 명령을 저장하기에 적합한 어떤 종류의 매체에 저장될 수 있고, 이것은 컴퓨터 시스템 버스에 결합될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 개시된 어떤 전산 시스템은 단일 프로세서를 포함할 수 있거나, 또는 증가된 전산 용량을 위해 다수의 프로세서 디자인을 이용하여 구축될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시태양들은 본 명세서에 개시된 전산 과정에 의해서 생성된 제품에 관한 것이다. 이러한 제품은 전산 과정의 결과인 정보를 포함하며, 정보는 유형의 비-임시 컴퓨터 판독가능한 저장 매체에 저장되고, 컴퓨터 프로그램 제품이나 본 명세서에 개시된 다른 데이터 조합의 어떤 실시태양을 포함할 수 있다.
마지막으로, 본 명세서에서 사용된 언어는 원칙적으로 독해성과 교시적 목적으로 선택되었으며, 본 발명의 주제에 대해 윤곽을 정하거나 제한하려고 선택되지는 않았다. 따라서, 본 발명의 범위는 상세한 설명에 의해서 제한되지 않으며, 출원의 기초가 된 청구항들에 의해서 다소 제한된다. 따라서, 본 발명의 실시태양들의 개시는 제한하는 것이 아니라 본 발명의 범위를 예시하기 위한 의도이며, 본 발명의 범위는 이후의 청구항들에 제시된다.
본 명세서에서 인용된 모든 참고문헌, 발행된 특허 및 특허출원은 모든 취지에서 본 명세서에 그 전체가 참고로 포함된다.

Claims (42)

  1. 조성물로서, 상기 조성물은
    표적 분석물질에 특이적으로 결합하도록 형성된 프로브 부위; 및
    적어도 25개의 연이은 뉴클레오티드를 포함하는 호모폴리머 염기 부위를 포함하는 꼬리 부위;를 포함하고
    상기 프로브 부위와 상기 꼬리 부위 사이에 위치하여 꼬리 부위의 일부분에 특이적으로 결합하도록 형성된 뉴클레오티드 서열을 포함하는 링커 부위를 선택적으로 포함하는 조성물이며,
    상기 프로브 부위 및 꼬리 부위는 상기 선택적 링커 부위가 존재할 때 각각 분리된 핵산 분자를 포함하는 것인, 조성물.
  2. 조성물로서, 상기 조성물은
    표적 분석물질에 특이적으로 결합하도록 형성된 프로브 부위; 및
    상기 프로브 부위에 부착되고, 적어도 하나의 꼬리 부위 중 일부분에 특이적으로 결합하도록 형성된 뉴클레오티드 서열을 포함하며, 상기 꼬리 부위는 적어도 25개의 연이은 뉴클레오티드를 포함하는 호모폴리머 염기 부위를 포함하는 것인, 적어도 하나의 링커 부위를 포함하는 조성물이며,
    상기 프로브 부위 및 꼬리 부위는 각각 분리된 핵산 분자를 포함하는 것인, 조성물.
  3. 제2항에 있어서, 상기 조성물은 적어도 하나의 꼬리 부위를 더 포함하는 조성물이며, 각각의 꼬리 부위의 일부분은 별개의 링커 부위에 특이적으로 결합하도록 형성된 것인, 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 꼬리 부위 및 프로브 부위는 핵산 백본(nucleic acid backbone)을 통해 공유적으로 연결된 것인, 조성물.
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 꼬리 부위는 하나 또는 그 이상의 뉴클레오티드를 더 포함하는 것이며, 상기 뉴클레오티드는 호모폴리머 염기 부위 내의 염기와 별개인 염기를 하나 또는 그 이상 포함하는 것인, 조성물.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 링커 부위는 복수의 꼬리 부위의 일부분들에 특이적으로 결합하도록 형성된 것인, 조성물.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 호모폴리머 염기 부위는 폴리-A 꼬리, 폴리-T 꼬리, 폴리-C 꼬리, 또는 폴리-G 꼬리를 포함하는 것인, 조성물.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 호모폴리머 염기 부위는 적어도 100개의 연이은 뉴클레오티드를 포함하는 것인, 조성물.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 호모폴리머 염기 부위는 적어도 200개의 연이은 뉴클레오티드를 포함하는 것인, 조성물.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 표적 분석물질은 단백질, 펩티드, 또는 핵산을 포함하는 것인, 조성물.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 프로브 부위는 단백질, 펩티드, 또는 핵산을 포함하는 것인, 조성물.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 프로브 부위는 항체를 포함하는 것인, 조성물.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 링커 부위 서열은 적어도 10개의 뉴클레오티드를 포함하는 것인, 조성물.
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 링커 부위 서열은 20 내지 25개의 뉴클레오티드를 포함하는 것인, 조성물.
  15. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 꼬리 부위는
    호모폴리머 염기 부위에 인접한 뉴클레오티드로서 상기 뉴클레오티드는 상기 호모폴리머 염기 부위 내의 염기와는 별개인 염기를 포함하는 것인, 호모폴리머 염기 부위에 인접한 뉴클레오티드; 및
    상기 뉴클레오티드에 인접한 이차 호모폴리머 염기 부위로서 상기 이차 호모폴리머 염기 부위는 상기 뉴클레오티드 염기와 구별되는 염기를 포함하는 것인, 이차 호모폴리머 염기 부위;를 더 포함하고,
    복수의 부가적 호모폴리머 염기 부위로서, 각각의 부가적 호모폴리머 염기 부위는 중간 뉴클레오티드에 의해 인접한 호모폴리머 염기 부위로부터 분리된 것이고, 상기 중간 뉴클레오티드의 염기는 각각의 인접한 호모폴리머 염기 부위의 염기들과는 다른 것인, 복수의 부가적 호모폴리머 염기 부위를 선택적으로 더 포함하는 것인, 조성물.
  16. 제15항에 있어서, 상기 호모폴리머 염기 부위 각각은 같은 염기를 포함하는 것인, 조성물.
  17. 제15항에 있어서, 상기 뉴클레오티드 및 각각의 선택적 중간 뉴클레오티드는 같은 염기를 포함하는 것인, 조성물.
  18. 라이브러리(library)로서, 상기 라이브러리는 제15항에 따른 복수개의 조성물을 포함하며, 상기 조성물에서 각각의 프로브 부위는 복수의 링커 부위와 연계되어 있고, 각각의 링커 부위는 별개의 꼬리 부위의 일부분에 특이적으로 결합하는 것인, 라이브러리.
  19. 제18항에 있어서, 상기 라이브러리 내의 모든 꼬리 부위의 길이는 일정한 것인, 라이브러리.
  20. 하나 이상의 표적 분석물질을 특징화하는 방법으로서 다음의 과정을 포함하는, 하나 이상의 표적 분석물질을 특징화하는 방법:
    복수의 정렬된 꼬리 부위 세트를 획득하는 과정으로서, 상기 정렬된 꼬리 부위 세트 각각은 제1항 및 제3항 내지 제18항 중 어느 항의 꼬리 부위를 하나 또는 그 이상 포함하되 N개의 별개의 표적 분석물질의 한정된 서브세트에 관한 것이고, 상기 N개의 별개의 표적 분석물질은 기판의 공간적으로 분리된 영역 상에 고정된 것인, 복수의 정렬된 꼬리 부위 세트를 획득하는 과정;
    상기 고정된 N개의 별개의 표적 분석물질의 하나 또는 그 이상에 대한 프로브 부위의 특이적 결합을 촉진시키도록 설계된 조건 하에서, 상기 N개의 별개의 표적 분석물질을 제1항 내지 제18항 중 어느 항의 프로브 부위와 접촉시키는 과정;
    다음의 (1), (2), 및 (3) 단계를 포함하는 적어도 M회의 사이클을 수행하는 과정:
    (1) 혼성화(hybridization) 단계로서, 상기 결합된 꼬리 부위가 프로브 부위에 공유적으로 부착되지 않았다면, 고정된 프로브 부위와 꼬리 부위를 접촉시키는 것을 포함하는 혼성화(hybridization) 단계이며, 상기 꼬리 부위 각각은 프로브 부위의 링커 부위에 특이적으로 결합하는 것인, 혼성화 단계;
    (2) 합성 단계로서, 상기 합성 단계는 상기 꼬리 부위를 주형으로 하여 폴리뉴클레오티드 가닥의 합성을 일으키는 조건 하에서 상기 꼬리 부위를 시약이 포함된 반응 혼합물과 접촉시키는 것을 포함하는, 합성 단계; 및
    (3) 제거 단계로서, 상기 제거 단계는 상기 꼬리 부위 또는 상기 프로브 부위를 상기 N개의 별개의 표적 분석물질로부터 제거하는 것을 포함하는, 제거 단계;
    상기 적어도 M회의 사이클 각각의 동안에, 기판의 공간적으로 분리된 영역에서 나오는 복수의 출력 신호를 감지하는 과정; 및
    상기 N개의 별개의 표적 분석물질 중 하나 이상에 대해 상기 사이클 당 적어도 K 비트의 정보를 상기 복수의 출력 신호로부터 결정하는 과정으로서, 상기 적어도 K 비트의 정보는 총 비트의 정보 L을 결정하기 위해 사용되며, K x M = L 비트의 정보이고, L ≥ log2(N)이며, 상기 L 비트의 정보는 상기 N개의 별개의 표적 분석물질 중 하나 이상을 식별하기 위해 사용되는, 상기 사이클 당 적어도 K 비트의 정보를 상기 복수의 출력 신호로부터 결정하는 과정.
  21. 제20항에 있어서, 상기 L > log2(N)에서의 L은 복수의 신호의 에러를 보정하기 위해 사용되는 정보의 비트들을 포함하는, 방법.
  22. 제20항에 있어서, 상기 L > log2(N)에서의 L은 미리 결정된 순서로 정렬된 정보의 비트들을 포함하는, 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 미리 결정된 순서는 랜덤 순서인, 방법.
  24. 제20항에 있어서, 상기 L > log2(N)에서의 L은 상기 N개의 별개의 표적 분석물질 각각에 대한 식별 코드(identifications code)를 결정하는데 사용되는 정보의 비트들을 포함하는, 방법.
  25. 제20항에 있어서, 상기 L > log2(N)에서의 L은 상기 적어도 M회의 사이클에서 각 사이클 동안 상기 정렬된 꼬리 부위 세트의 순서를 해독하기 위한 키를 포함하는 정보의 비트들을 포함하는, 방법.
  26. 제20항에 있어서, 상기 방법은 상기 N개의 별개의 표적 분석물질의 하나 또는 그 이상이 무엇인지 해독하기 위한 키를 사용하는 과정을 더 포함하는 것인, 방법.
  27. 제20항에 있어서, 상기 방법은 상기 복수의 신호를 디지털화하여 복수의 신호의 감지에 대한 동적 범위를 확장하는 것을 더 포함하는 것인, 방법.
  28. 제20항에 있어서, 상기 방법은
    비교 과정으로서, N 표적 분석물질에 대해 결정된 L 비트의 정보를 키의 제공으로 예상되는 비트의 정보와 비교하는 비교 과정이며, 상기 비교는 상기 N 표적 분석물질의 식별에 사용되는 것인, 비교 과정을 더 포함하는, 방법.
  29. 제20항에 있어서, 상기 방법은 컴퓨터로 실시되는 것인, 방법.
  30. 제20항에 있어서, 상기 방법은 L 비트의 정보로부터 상기 복수의 출력 신호에 대한 에러 보정을 결정하는 과정을 더 포함하는 것인, 방법.
  31. 제30항에 있어서, 상기 에러 보정은 리드-솔로몬(Reed-Solomon) 코드를 사용하는 것을 포함하는 것인, 방법.
  32. 제20항에 있어서, 상기 방법은 N개의 별개의 표적 분석물질의 숫자를 기초로, 정렬된 꼬리 부위 세트의 숫자를 결정하는 과정을 더 포함하는 것인, 방법.
  33. 제20항에 있어서, 상기 기판은 적어도 하나의 트랜지스터를 포함하고 상기 트랜지스터는 복수의 출력 신호를 감지하는 것인, 방법.
  34. 제33항에 있어서, 상기 트랜지스터는 이온 감응성 전계효과 트랜지스터(ion-sensitive field-effect transistor, ISFET) 구조인 것인, 방법.
  35. 하나 이상의 표적 분석물질의 특징화를 위한 키트로서, 상기 키트는
    복수의 프로브 부위 컨테이너(container)로서, 각각의 프로브 부위 컨테이너는 제1항의 프로브 부위 및 링커 부위를 포함하는 별개의 분자를 보유하는 것인, 복수의 프로브 부위 컨테이너;
    복수의 정렬된 꼬리 부위 컨테이너로서, 각각의 꼬리 부위 컨테이너는 제1항의 상기 꼬리 부위를 포함하는 별개의 핵산 분자를 보유하는 것인, 복수의 정렬된 꼬리 부위 컨테이너;
    반응 혼합물 컨테이너로서, 효소 및 폴리뉴클레오티드를 포함하는 반응 혼합물을 보유하는 반응 혼합물 컨테이너이며, 상기 폴리뉴클레오티드는 상기 꼬리 부위 중 하나로부터 폴리뉴클레오티드 주형 가닥을 합성하는데 사용되는 것인, 반응 혼합물 컨테이너; 및
    사용을 위한 지시서로서, 상기 지시서는 폴리뉴클레오티드 가닥 반응 생성물의 합성을 일으키는 조건 하에서 상기 표적 분석물질을
    적어도 하나의 프로브 부위 컨테이너의 내용물 또는 그 일부분,
    적어도 하나의 꼬리 부위 컨테이너의 내용물 또는 그 일부분, 및
    반응 혼합물 컨테이너의 내용물 또는 그 일부분과 접촉시키는 지시를 포함하는 것인, 사용을 위한 지시서를 포함하는,
    하나 이상의 표적 분석물질의 특징화를 위한 키트.
  36. 하나 이상의 표적 분석물질의 특징화를 위한 키트로서, 상기 키트는
    복수의 조성물 컨테이너로서, 각각의 조성물 컨테이너는 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항의 별개의 조성물을 보유하는 것인, 복수의 조성물 컨테이너;
    반응 혼합물 컨테이너로서, 효소 및 폴리뉴클레오티드를 포함하는 반응 혼합물을 보유하는 반응 혼합물 컨테이너이며, 상기 폴리뉴클레오티드는 꼬리 부위가 존재할 경우 상기 꼬리 부위 중 하나로부터 폴리뉴클레오티드 주형 가닥을 합성하는데 사용되는 것인, 반응 혼합물 컨테이너; 및
    사용을 위한 지시서로서, 상기 지시서는 폴리뉴클레오티드 가닥 반응 생성물의 합성을 일으키는 조건 하에서 상기 표적 분석물질을
    적어도 하나의 프로브 부위 컨테이너의 내용물 또는 그 일부분, 및
    반응 혼합물 컨테이너의 내용물 또는 그 일부분과 접촉시키는 지시를 포함하는 것인, 사용을 위한 지시서를 포함하는,
    하나 이상의 표적 분석물질의 특징화를 위한 키트.
  37. 제35항 또는 제36항에 있어서, 상기 사용을 위한 지시서는
    (1) 혼성화 단계로서, 상기 꼬리 부위들이 프로브 부위들에 공유적으로 부착되지 않은 경우 고정된 프로브 부위에 상기 꼬리 부위를 접촉시키는 것을 포함하는 혼성화 단계이며, 상기 각각의 꼬리 부위는 프로브 부위의 링커 부위에 특이적으로 결합하는 것인, 혼성화 단계;
    (2) 합성 단계로서, 꼬리 부위를 주형으로 하여 폴리뉴클레오티드 가닥의 합성을 일으키는 조건 하에서, 시약을 포함하는 반응 혼합물을 꼬리 부위들에 접촉시키는 것을 포함하는, 합성 단계; 및
    (3) 제거 단계로서, N개의 별개의 표적 분석물질로부터 상기 꼬리 부위 또는 상기 프로브 부위를 제거하는 것을 포함하는, 제거 단계를 포함하는,
    실행 과정을 적어도 M회 사이클 실행하기 위한 지시서;
    기판의 공간적으로 분리된 영역에서 나오는 복수의 출력 신호를 상기 적어도 M회 사이클 각각에서 감지하기 위한 지시서; 및
    상기 복수의 신호로부터 상기 N개의 별개의 표적 분석물질의 하나 또는 그 이상에 대해 사이클당 적어도 K 비트의 정보를 결정하기 위한 지시서로서, 상기 적어도 K 비트의 정보는 총 비트의 정보 L을 결정하기 위해 사용되고, K x M = L 비트의 정보가 성립되며, L ≥ log2(N)이고, 상기 L 비트의 정보는 상기 N개의 별개의 표적 분석물질 중 하나 이상의 존부를 결정하기 위해 사용되는, 상기 복수의 신호로부터 N개의 별개의 표적 분석물질의 하나 또는 그 이상에 대해 사이클당 적어도 K 비트의 정보를 결정하기 위한 지시서를 더 포함하는 것인,
    하나 이상의 표적 분석물질의 특징화을 위한 키트.
  38. 제37항에 있어서, L > log2(N)인, 하나 이상의 표적 분석물질의 특징화를 위한 키트.
  39. 제37항에 있어서, 상기 L 비트의 정보를 사용하여 상기 N개의 별개의 표적 분석물질의 각각을 식별하는 지시서를 더 포함하며, 상기 L은 표적의 식별을 위한 정보의 비트들을 포함하는, 하나 이상의 표적 분석물질의 특징화를 위한 키트.
  40. 제37항에 있어서, 상기 L 비트의 정보를 사용하여 상기 복수의 정렬된 프로브 시약 세트의 순서를 결정하기 위한 지시서를 더 포함하며, L은 정해진 순서로 정렬된 정보의 비트들을 포함하는, 하나 이상의 표적 분석물질의 특징화를 위한 키트.
  41. 제37항에 있어서, 상기 정해진 순서는 랜덤 순서인, 하나 이상의 표적 분석물질의 특징화를 위한 키트.
  42. 제37항에 있어서, 상기 복수의 정렬된 프로브 시약 세트의 순서를 해독하기 위한 키를 사용하기 위한 지시서를 더 포함하는, 하나 이상의 표적 분석물질의 특징화를 위한 키트.
KR1020167007192A 2013-08-22 2014-08-21 전기적 방법을 이용한 분자 분석물질의 디지털 분석 KR102357894B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020227002776A KR20220018622A (ko) 2013-08-22 2014-08-21 전기적 방법을 이용한 분자 분석물질의 디지털 분석

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201361868988P 2013-08-22 2013-08-22
US61/868,988 2013-08-22
PCT/US2014/052186 WO2015027112A1 (en) 2013-08-22 2014-08-21 Digital analysis of molecular analytes using electrical methods

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227002776A Division KR20220018622A (ko) 2013-08-22 2014-08-21 전기적 방법을 이용한 분자 분석물질의 디지털 분석

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160045115A true KR20160045115A (ko) 2016-04-26
KR102357894B1 KR102357894B1 (ko) 2022-02-03

Family

ID=52484177

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227002776A KR20220018622A (ko) 2013-08-22 2014-08-21 전기적 방법을 이용한 분자 분석물질의 디지털 분석
KR1020167007192A KR102357894B1 (ko) 2013-08-22 2014-08-21 전기적 방법을 이용한 분자 분석물질의 디지털 분석

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227002776A KR20220018622A (ko) 2013-08-22 2014-08-21 전기적 방법을 이용한 분자 분석물질의 디지털 분석

Country Status (10)

Country Link
US (3) US20160201119A1 (ko)
EP (2) EP3036358B8 (ko)
JP (2) JP6585046B2 (ko)
KR (2) KR20220018622A (ko)
CN (1) CN105637126B (ko)
AU (3) AU2014308691A1 (ko)
CA (1) CA2921809A1 (ko)
MX (1) MX2016002210A (ko)
RU (1) RU2016106961A (ko)
WO (1) WO2015027112A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2920725B1 (en) 2012-11-19 2021-11-10 Apton Biosystems, Inc. Digital analysis of molecular analytes using single molecule detection
US10829816B2 (en) 2012-11-19 2020-11-10 Apton Biosystems, Inc. Methods of analyte detection
KR20220018622A (ko) 2013-08-22 2022-02-15 앱톤 바이오시스템즈, 인코포레이티드 전기적 방법을 이용한 분자 분석물질의 디지털 분석
CA3056765C (en) 2017-03-17 2024-04-02 Apton Biosystems, Inc. Sequencing and high resolution imaging
WO2020061237A1 (en) 2018-09-19 2020-03-26 Apton Biosystems, Inc. Densely-packed analyte layers and detection methods

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005113817A2 (en) * 2004-05-03 2005-12-01 Nanosphere, Inc. Aptamer-nanoparticle conjugates and method of use for target analyte detection

Family Cites Families (64)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US851949A (en) * 1906-10-11 1907-04-30 Charley Leak Chimney-flue protector.
US5302509A (en) 1989-08-14 1994-04-12 Beckman Instruments, Inc. Method for sequencing polynucleotides
US5494810A (en) 1990-05-03 1996-02-27 Cornell Research Foundation, Inc. Thermostable ligase-mediated DNA amplifications system for the detection of genetic disease
US7569341B2 (en) * 1994-01-31 2009-08-04 Trustees Of Boston University Nucleic acid directed immobilization arrays and methods of assembly
US5763594A (en) 1994-09-02 1998-06-09 Andrew C. Hiatt 3' protected nucleotides for enzyme catalyzed template-independent creation of phosphodiester bonds
US6232465B1 (en) 1994-09-02 2001-05-15 Andrew C. Hiatt Compositions for enzyme catalyzed template-independent creation of phosphodiester bonds using protected nucleotides
US6214987B1 (en) 1994-09-02 2001-04-10 Andrew C. Hiatt Compositions for enzyme catalyzed template-independent formation of phosphodiester bonds using protected nucleotides
US6654505B2 (en) 1994-10-13 2003-11-25 Lynx Therapeutics, Inc. System and apparatus for sequential processing of analytes
US6852487B1 (en) 1996-02-09 2005-02-08 Cornell Research Foundation, Inc. Detection of nucleic acid sequence differences using the ligase detection reaction with addressable arrays
ATE232559T1 (de) * 1996-07-12 2003-02-15 Tm Technologies Inc Verfahren zur signalverstärkung
US5853993A (en) * 1996-10-21 1998-12-29 Hewlett-Packard Company Signal enhancement method and kit
US5935791A (en) * 1997-09-23 1999-08-10 Becton, Dickinson And Company Detection of nucleic acids by fluorescence quenching
CA2335951C (en) 1998-06-24 2013-07-30 Mark S. Chee Decoding of array sensors with microspheres
WO2000014545A1 (en) 1998-09-03 2000-03-16 Trellis Bioinformatics, Inc. Multihued labels
ATE469699T1 (de) 1999-02-23 2010-06-15 Caliper Life Sciences Inc Manipulation von mikroteilchen in mikrofluiden systemen
WO2001068912A2 (en) 2000-03-15 2001-09-20 Epigenomics Ag Diagnosis of diseases associated with tumor suppressor genes and oncogenes
US6376191B1 (en) 2000-03-22 2002-04-23 Mergen, Ltd. Microarray-based analysis of polynucleotide sequence variations
US20030207300A1 (en) * 2000-04-28 2003-11-06 Matray Tracy J. Multiplex analytical platform using molecular tags
EP1388587A4 (en) 2001-05-11 2006-12-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd BIOMOLECULAR SUBSTRATE AND METHOD AND DEVICE FOR EXAMINING AND DIAGNOSING THEREOF
US6636623B2 (en) 2001-08-10 2003-10-21 Visiongate, Inc. Optical projection imaging system and method for automatically detecting cells with molecular marker compartmentalization associated with malignancy and disease
GB0129012D0 (en) 2001-12-04 2002-01-23 Solexa Ltd Labelled nucleotides
US7057026B2 (en) 2001-12-04 2006-06-06 Solexa Limited Labelled nucleotides
AU2003291249A1 (en) 2002-12-18 2004-07-29 Aclara Biosciences, Inc. Multiplexed immunohistochemical assays using molecular tags
CN1584592A (zh) 2003-08-22 2005-02-23 中国科学院上海原子核研究所 免疫微阵列蛋白质芯片
US20050049796A1 (en) 2003-09-03 2005-03-03 Webb Peter G. Methods for encoding non-biological information on microarrays
US20050153320A1 (en) 2003-11-06 2005-07-14 Herron James N. Single base extension
EP1771755B1 (en) 2004-07-02 2016-09-21 The General Hospital Corporation Endoscopic imaging probe comprising dual clad fibre
US7170050B2 (en) 2004-09-17 2007-01-30 Pacific Biosciences Of California, Inc. Apparatus and methods for optical analysis of molecules
DK2463386T3 (en) 2005-06-15 2017-07-31 Complete Genomics Inc Nucleic acid analysis using random mixtures of non-overlapping fragments
KR20080066705A (ko) 2005-09-29 2008-07-16 더 제너럴 하스피탈 코포레이션 점진적으로 증가하는 분해능을 이용하여 하나 이상의 생물학적 샘플을 관찰 및 분석하기 위한 방법 및 장치
US7960104B2 (en) 2005-10-07 2011-06-14 Callida Genomics, Inc. Self-assembled single molecule arrays and uses thereof
FI3756537T3 (fi) * 2006-02-22 2023-10-10 Dexcom Inc Analyyttianturi
EP2351610A3 (en) 2006-03-28 2011-10-12 Inanovate, Inc. Nano-particle biochip substrates
US20090317810A1 (en) * 2006-04-17 2009-12-24 Epigenomics Ag Methods and nucleic acids for the detection of colorectal cell proliferative disorders
WO2008003053A2 (en) 2006-06-28 2008-01-03 Applera Corporation Minimizing effects of dye crosstalk
US7838302B2 (en) 2006-08-07 2010-11-23 President And Fellows Of Harvard College Sub-diffraction limit image resolution and other imaging techniques
EP2092322B1 (en) 2006-12-14 2016-02-17 Life Technologies Corporation Methods and apparatus for measuring analytes using large scale fet arrays
WO2008092155A2 (en) 2007-01-26 2008-07-31 Illumina, Inc. Image data efficient genetic sequencing method and system
EP2251435B1 (en) * 2007-03-02 2013-10-16 DNA Electronics Ltd Sensing apparatus for monitoring nucleic acid amplification, using an ion-sensitive field effect transistor (ISFET) for pH sensing
US7769548B2 (en) 2007-05-10 2010-08-03 Illumina, Inc. Microarray analytical data stitching system and method
US20100301398A1 (en) 2009-05-29 2010-12-02 Ion Torrent Systems Incorporated Methods and apparatus for measuring analytes
US8603792B2 (en) * 2009-03-27 2013-12-10 Life Technologies Corporation Conjugates of biomolecules to nanoparticles
US8900850B2 (en) * 2009-09-17 2014-12-02 Michael J. Lane Lateral flow based methods and assays for rapid and inexpensive diagnostic tests
US8965076B2 (en) 2010-01-13 2015-02-24 Illumina, Inc. Data processing system and methods
US8774494B2 (en) 2010-04-30 2014-07-08 Complete Genomics, Inc. Method and system for accurate alignment and registration of array for DNA sequencing
CN101865843B (zh) 2010-05-04 2012-05-23 中国科学院深圳先进技术研究院 多组分生物标识物的检测方法
US8465922B2 (en) 2010-08-26 2013-06-18 Pacific Biosciences Of California, Inc. Methods and systems for monitoring reactions
US9671344B2 (en) 2010-08-31 2017-06-06 Complete Genomics, Inc. High-density biochemical array chips with asynchronous tracks for alignment correction by moiré averaging
EP2625287A1 (en) * 2010-10-08 2013-08-14 DNA Electronics Ltd Ionic signal enhancement
US8175452B1 (en) 2010-10-26 2012-05-08 Complete Genomics, Inc. Method and system for imaging high density biochemical arrays with sub-pixel alignment
US9001231B2 (en) 2011-06-03 2015-04-07 Rambus Inc. Image acquisition using oversampled one-bit poisson statistics
US20130265459A1 (en) 2011-06-28 2013-10-10 Pelican Imaging Corporation Optical arrangements for use with an array camera
EP2920725B1 (en) 2012-11-19 2021-11-10 Apton Biosystems, Inc. Digital analysis of molecular analytes using single molecule detection
US10829816B2 (en) 2012-11-19 2020-11-10 Apton Biosystems, Inc. Methods of analyte detection
US9193998B2 (en) 2013-03-15 2015-11-24 Illumina, Inc. Super resolution imaging
US10510435B2 (en) 2013-04-30 2019-12-17 California Institute Of Technology Error correction of multiplex imaging analysis by sequential hybridization
KR20220018622A (ko) 2013-08-22 2022-02-15 앱톤 바이오시스템즈, 인코포레이티드 전기적 방법을 이용한 분자 분석물질의 디지털 분석
CN113528623A (zh) 2015-02-18 2021-10-22 卓异生物公司 用于单分子检测的测定及其应用
EP3783109B1 (en) 2015-03-31 2024-05-29 Illumina Cambridge Limited Surface concatamerization of templates
JP2019520596A (ja) 2016-06-21 2019-07-18 イラミーナ インコーポレーテッド 超解像顕微鏡法
CA3055249A1 (en) 2017-03-03 2018-09-07 Apton Biosystems, Inc. High speed scanning system with acceleration tracking
CA3056765C (en) 2017-03-17 2024-04-02 Apton Biosystems, Inc. Sequencing and high resolution imaging
US20200140933A1 (en) 2017-03-23 2020-05-07 Apton Biosystems, Inc. Polymorphism detection with increased accuracy
WO2019173515A1 (en) 2018-03-09 2019-09-12 Illumina Cambridge Limited Generalized stochastic super-resolution sequencing

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005113817A2 (en) * 2004-05-03 2005-12-01 Nanosphere, Inc. Aptamer-nanoparticle conjugates and method of use for target analyte detection

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Gunderson et al., Genome research, Vol. 14, No. 5, pages 870-877 (2004.04.12.) *
Toumazou et al., Nature Methods, Vol. 10, No. 7, pages 641-646 (2013.06.09.) *

Also Published As

Publication number Publication date
EP4306650A3 (en) 2024-03-27
US20160201119A1 (en) 2016-07-14
US20220206006A1 (en) 2022-06-30
JP2016533747A (ja) 2016-11-04
EP4306650A2 (en) 2024-01-17
WO2015027112A1 (en) 2015-02-26
JP6985344B2 (ja) 2021-12-22
MX2016002210A (es) 2016-06-06
KR20220018622A (ko) 2022-02-15
JP6585046B2 (ja) 2019-10-02
EP3036358B1 (en) 2023-10-18
EP3036358A1 (en) 2016-06-29
CA2921809A1 (en) 2015-02-26
US20210325397A1 (en) 2021-10-21
CN105637126B (zh) 2022-09-23
KR102357894B1 (ko) 2022-02-03
US11435356B2 (en) 2022-09-06
AU2023204394A1 (en) 2023-08-03
JP2020072651A (ja) 2020-05-14
CN105637126A (zh) 2016-06-01
EP3036358B8 (en) 2023-11-22
EP3036358A4 (en) 2017-04-19
AU2014308691A1 (en) 2016-04-07
RU2016106961A (ru) 2017-09-27
US11474107B2 (en) 2022-10-18
AU2020277153A1 (en) 2020-12-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11650202B2 (en) Methods for single molecule analyte detection
US11435356B2 (en) Digital analysis of molecular analytes using electrical methods
US10829816B2 (en) Methods of analyte detection
CN101914619A (zh) 关于基因表达的rna测序质控方法及装置
US20210381036A1 (en) Methods and composition for high throughput single molecule protein detection systems
CN110241191A (zh) 一种基于NGS同时检测mtDNA拷贝数和突变的方法
JP6158030B2 (ja) 分析装置
Solodskikh et al. Postgenomic technologies for genomic and proteomic analysis in biological and medical research

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
A107 Divisional application of patent
GRNT Written decision to grant