KR20210135345A

KR20210135345A - 센서 및 센싱 시스템

Info

Publication number: KR20210135345A
Application number: KR1020217035495A
Authority: KR
Inventors: 존 문
Original assignee: 일루미나, 인코포레이티드
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2019-06-13
Publication date: 2021-11-12
Also published as: NL2021376B1; KR102530252B1; US20200002758A1; EP3587591A1; PH12019502904A1; CR20190589A; US20220259650A1; TWI699528B; US11332786B2; CO2019014758A2; CL2019003785A1; IL271292A; PE20220582A1; CN212199257U; KR20200026214A; MX2019015851A; JP7034185B2; SG11201913460RA; ZA201908277B; EP3587591B1

Abstract

센서는 2개의 전극 및 2개의 전극에 부착된 조절가능한 전기전도성 채널을 포함한다. 조절가능한 전기전도성 채널은 2개의 전극과 전기 연결되고 2개 전극 사이의 공간을 브릿지하는 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머를 포함한다. 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머는 부분적으로 함께 결합된 2개의 폴리뉴클레오티드 사슬, 뉴클레오티드가 누락된 제1 폴리뉴클레오티드 사슬의 갭 및 제1 폴리뉴클레오티드 사슬의 갭에서 노출된 제2 폴리뉴클레오티드 사슬의 복수의 뉴클레오티드 염기를 포함한다.

Description

센서 및 센싱 시스템{Sensor and Sensing System}

본 출원은 2018년 6월 29일자로 출원된 미국 가출원 일련번호 제62/692,468호 및 2018년 7월 23일자로 출원된 네덜란드 출원 일련번호 N2021376호의 우선권을 주장하며, 각각의 내용은 본 명세서에 전체로서 참조로 통합된다.

생물학적 또는 화학적 연구에서의 다양한 프로토콜은 국소 지지면 또는 기정의된 반응 챔버 내에서 다수의 제어된 반응을 수행하는 것을 포함한다.　이후, 지정된 반응이 관찰 또는 검출될 수 있고, 후속 분석은 반응에 관여하는 화학 물질의 특성을 식별하거나 밝히는 것을 도울 수 있다.　예를 들어, 일부 다중 분석에서, 식별가능한 표지(예를 들어, 형광 표지)를 갖는 미지의 분석물은 제어된 조건하에서 수천 개의 공지된 프로브에 노출될 수 있다.　각각의 공지된 프로브는 마이크로플레이트의 해당 웰에 증착될 수 있다.　웰 내의 공지된 프로브와 미지의 분석물 사이에서 발생하는 임의의 화학 반응을 관찰하면 분석물의 특성을 확인 또는 밝히는데 도움이 될 수 있다.　이러한 프로토콜의 다른 예들은 가령 시퀀싱-바이-시퀀스(SBS) 또는 사이클릭-어레이 시퀀싱(cyclic-array sequencing)과 같은 공지된 DNA 시퀀싱 프로세스를 포함한다. 폴리뉴클레오티드 시퀀싱 기술로, 분석은 반응에 관여되는 폴리뉴클레오티드의 특성을 식별하거나 밝히는데 도움을 줄 수 있다.

본 명세서에 개시된 제1 태양은 센서이다. 일 예에서, 센서는 전극들 사이에 공간을 갖는 2개의 전극; 및 2개의 전극에 부착된 조절가능한 전기전도성 채널을 포함하며, 조절가능한 전기전도성 채널은 2개의 전극과 전기 연결되고 2개 전극 사이의 공간을 브릿지(bridging)하는 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머를 포함하며, 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머는: 부분적으로 함께 결합된 2개의 폴리뉴클레오티드 사슬; 뉴클레오티드가 누락된 제1 폴리뉴클레오티드 사슬의 갭; 및 제1 폴리뉴클레오티드 사슬의 갭에서 노출된 제2 폴리뉴클레오티드 사슬의 복수의 뉴클레오티드 염기를 포함한다.

센서의 일 예에서, 갭은 약 10nm 내지 약 50nm의 범위의 길이를 가진다.

센서의 일 예는 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머에 부착된 폴리머라제(polymerase)를 더 포함한다.

센서의 일 예에서, i) 링커는 제1 폴리뉴클레오티드 사슬의 각각의 단부를 2개의 전극 중 각각의 하나와 각각 부착하거나; ii) 링커는 제2 폴리뉴클레오티드 사슬의 각각의 단부를 2개의 전극 중 각각의 하나와 각각 부착하거나; iii) i)와 ii) 둘 다이다.

센서의 일 예에서, 갭에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기 중 적어도 하나는 구아닌 염기이다.

센서의 일 예에서, 갭에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기들 각각은 구아닌 염기이다.

센서의 예는 갭에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기 중 적어도 일부와 상보적인 염기를 포함하는 뉴클레오티드의 가닥을 포함하는 스위치 가닥(switch strand)이 갭에서 복수의 뉴클레오티드 염기 중 적어도 일부와 연계할 때 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머로부터 응답을 검출하는 검출기를 더 포함한다.

센서의 일 예는 2개 전극을 지지하는 기판; 및 기판에 부착되는 폴리머라제를 더 포함한다.

센서의 일 예는 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머에 시약을 주입하는 유체 시스템을 더 포함하고, 일 예에서, 시약은 표지된 뉴클레오티드를 포함하며, 표지된 뉴클레오티드 중 적어도 하나는: 뉴클레오티드; 뉴클레오티드의 인산기에 부착된 링크 분자; 및 링크 분자에 부착된 스위치 가닥을 포함하고, 스위치 가닥은 갭에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기 중 적어도 일부와 상보적인 염기를 포함하는 뉴클레오티드의 가닥을 포함한다.

센서의 일 예는 2개의 전극에 부착된 복수의 다른 조절가능한 전기전도성 채널들을 더 포함하고, 다른 조절가능한 전기전도성 채널들 각각은 2개의 전극과 전기 연결되고 2개 전극 사이의 공간을 브릿지하는 각각의 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머를 포함한다.

센서의 일 예에서, 조절가능한 전기전도성 채널은: 복수의 뉴클레오티드 염기가 갭에서 노출될 때 제1 컨덕턴스; 및 갭에서 복수의 뉴클레오티드 염기 중 적어도 일부가 상보적인 뉴클레오티드 염기와 연계될 때 제1 컨덕턴스와 다른 제2 컨덕턴스를 나타낸다.

본 명세서에 개시된 센서의 임의의 특징은 임의의 소정의 방식 및/또는 구성 및/또는 본 명세서에 개시된 임의의 다른 예로 함께 결합될 수 있음이 이해될 것이다.

본 명세서에 개시된 제2 태양은: 뉴클레오티드; 뉴클레오티드의 인산기에 부착된 링크 분자; 및 링크 분자에 부착된 스위치 가닥을 포함하는 표지된 뉴클레오티드이며, 스위치 가닥은 제1 태양의 센서의 갭에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기 중 적어도 일부와 상보적인 염기를 포함한다.

본 명세서에 개시된 제3 태양은 지지체, 및 지지체에 동작가능하게 배치되고 공간에 의해 이격되는 2개의 전극을 포함하는 전자식 컴포넌트; 및 액체 캐리어, 및 액체 캐리어 내 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머를 포함하는 폴리머 용액을 포함하는 키트이며, 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머는: 부분적으로 서로 결합되고 대향 단부들을 가지는 2개의 폴리뉴클레오티드 사슬; 대향 단부들 각각에 부착되고 2개의 전극 중 각각의 하나와 각각 부착하는 링커; 뉴클레오티드가 누락된 제1 폴리뉴클레오티드 사슬의 갭; 및 제1 폴리뉴클레오티드 사슬의 갭에서 노출된 제2 폴리뉴클레오티드 사슬의 복수의 뉴클레오티드 염기를 포함하며, 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머는 각각의 링커가 2개의 전극 중 각각의 하나와 부착할 때 2개의 전극 사이의 공간에 변형된 전기전도성 채널을 형성한다.

일 예에서, 키트는 표지된 뉴클레오티드를 포함하는 시약 용액을 더 포함하며, 표지된 뉴클레오티드 중 적어도 하나는: 뉴클레오티드; 뉴클레오티드의 인산기에 부착된 링크 분자; 및 링크 분자에 부착된 스위치 가닥을 포함하고, 스위치 가닥은 갭에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기 중 적어도 일부와 상보적인 염기를 포함하는 뉴클레오티드의 가닥을 포함한다. 카트의 일 예로, 스위치 가닥의 염기는 갭에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기와 완전히 상보적이다. 키트의 다른 예로, 스위치 가닥은 갭에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기 중 대응하는 하나와 상보적이지 않은 불일치 염기를 가지는 적어도 하나의 뉴클레오티드를 더 포함한다. 키트의 또 다른 예로, 스위치 가닥 내 뉴클레오티드의 가닥은 갭에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기보다 더 적은 적어도 하나의 뉴클레오티드를 가진다. 키트의 또 다른 예로, 스위치 가닥 내 뉴클레오티드의 가닥은 갭에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기보다 더 많은 수의 뉴클레오티드를 가지며, 스위치 가닥의 일부는 갭에서 연계될 때 스템 루프(stem loop)를 형성한다. 키트의 일 예로, 스위치 가닥 내 뉴클레오티드의 가닥은 갭에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기보다 더 많은 수의 뉴클레오티드를 가지며; 스위치 가닥의 한 부분은 갭에서 연계될 때 스템 루프를 형성하고; 스위치 가닥의 다른 부분은 갭에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기와 완전히 상보적이거나 갭에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기 중 대응하는 하나와 상보적이지 않은 불일치 염기를 가지는 적어도 하나의 뉴클레오티드를 포함한다.

키트의 임의의 특징이 임의의 소정의 방식으로 함께 결합될 수 있음이 이해될 것이다. 게다가, 키트 및/또는 센서 및/또는 표지된 뉴클레오티드의 특징들의 임의의 조합이 함께 사용되고/되거나 본 명세서에 개시된 임의의 예들과 결합될 수 있음이 이해될 것이다.

제 4 태양으로, 센싱 시스템은 플로우 셀; 및 플로우 셀과 통합되는 전자 센서를 포함하며, 상기 전자 센서는: 전극들 사이에 공간을 갖는 2개의 전극; 및 2개의 전극에 부착된 조절가능한 전기전도성 채널을 포함하고, 조절가능한 전기전도성 채널은 2개의 전극과 전기 연결되고 2개 전극 사이의 공간을 브릿지하는 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머를 포함하며, 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머는: 부분적으로 함께 결합된 2개의 폴리뉴클레오티드 사슬; 뉴클레오티드가 누락된 제1 폴리뉴클레오티드 사슬의 갭; 및 제1 폴리뉴클레오티드 사슬의 갭에서 노출된 제2 폴리뉴클레오티드 사슬의 복수의 뉴클레오티드 염기를 포함한다.

일 예로, 센싱 시스템은 플로우 셀의 입력부로 시약을 선택적으로 주입하는 시약 전달 시스템을 더 포함한다. 일 예로, 시약은 샘플 용기 내에 있고, 시약은 표지된 뉴클레오티드를 포함하며, 표지된 뉴클레오티드 중 적어도 하나는: 뉴클레오티드; 뉴클레오티드의 인산기에 부착된 링크 분자; 및 링크 분자에 부착된 스위치 가닥을 포함하고, 스위치 가닥은 갭에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기 중 적어도 일부와 상보적인 염기를 포함하는 뉴클레오티드의 가닥을 포함한다.

센싱 시스템의 예는 전자 센서로부터 응답을 검출하는 검출기를 더 포함한다.

센싱 시스템의 예는 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머 또는 전자 센서의 지지체; 및 전자 센서로 주입될 템플릿 폴리뉴클레오티드 사슬과 연결되는 폴리머라제를 더 포함한다.

센싱 시스템의 임의의 특징이 임의의 소정의 방식으로 함께 결합될 수 있음이 이해될 것이다. 게다가, 센싱 시스템 및/또는 센서 및/또는 키트 및/또는 표지된 뉴클레오티드의 특징들의 임의의 조합이 함께 사용되고/되거나 본 명세서에 개시된 임의의 예들과 결합될 수 있음이 이해될 것이다.

본 명세서에 개시된 제5 태양은 방법이다. 일 예로, 방법은 i) 2개 전극들 사이에 공간을 브릿지하고 2개 전극들과 전기 연결되는 조절가능한 전기전도성 채널 또는 ii) 2개 전극들을 지지하는 기판과 테더링되는 폴리머라제를 가지는 템플릿 폴리뉴클레오티드 사슬을 전자 센서로 주입하는 단계; 표지된 뉴클레오티드를 포함하는 시약을 전자 센서로 주입함으로써 표지된 뉴클레오티드 중 하나의 뉴클레오티드가 폴리머라제와 연계되고 표지된 뉴클레오티드 중 하나의 뉴클레오티드-특이적 스위치 가닥(nucleotide-specifc switch strand)이 갭에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기 중 적어도 일부와 연계되는 단계; 및 갭에서의 연계에 응답하여 전자 센서의 응답을 검출하는 단계를 포함하며, 조절가능한 전기전도성 채널은 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머를 포함하며, 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머는: 부분적으로 함께 결합된 2개의 폴리뉴클레오티드 사슬; 뉴클레오티드가 누락된 제1 폴리뉴클레오티드 사슬의 갭; 및 제1 폴리뉴클레오티드 사슬의 갭에서 노출된 제2 폴리뉴클레오티드 사슬의 복수의 뉴클레오티드 염기를 포함한다.

방법의 일 예는 전자 센서의 응답을 해당 뉴클레오티드-특이적 스위치 가닥과 연계되는 단계; 및 연계된 뉴클레오-특이적 스위치 가닥에 기초하여, 표지된 뉴클레오티드 중 하나의 뉴클레오티드를 식별하는 단계를 더 포함한다.

방법의 일 예는 갭으로부터 뉴클레오티드-특이적 스위치 가닥을 연계 해제하도록 가열하는 단계를 더 포함한다.

방법의 임의의 특징이 임의의 소정의 방식으로 함께 결합될 수 있음이 이해될 것이다. 게다가, 방법 및/또는 센싱 시스템 및/또는 센서 및/또는 키트 및/또는 표지된 뉴클레오티드의 특징들의 임의의 조합이 함께 사용되고/되거나 본 명세서에 개시된 임의의 예들과 결합될 수 있음이 이해될 것이다.

본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.

본 명세서의 예의 특징은 하기의 상세한 설명 및 도면을 참조로 명백해질 것이며, 이때 유사한 참조번호는 동일하지 않을 수 있지만 유사한 구성요소에 대응한다. 간결하게 하기 위해, 앞서 기술된 기능을 갖는 참조번호 또는 특징은 이들이 나타난 다른 도면들과 연계하여 설명되거나 설명되지 않을 수 있다.
도 1a는 본 명세서에 개시된 센서의 예의 개략도이다.
도 1b는 센서의 예 및 센서의 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머로 시약을 주입하는 유체 시스템의 예의 개략도이다.
도 2는 본 명세서에 개시된 표지된 뉴클레오티드의 예의 개략도이다.
도 3a 내지 3d는 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머의 갭에서 노출된 뉴클레오티드 염기와 연계된 서로 다른 스위치 가닥을 포함하는 서로 다른 예시적인 표지된 뉴클레오티드의 개략도의 단면이다.
도 4는 플로우 셀을 포함하는 센싱 시스템의 예 및 본 명세서에 개시된 센서의 예의 개략적인 투시도이다.
도 5는 센싱 시스템의 예의 개략도이다.
도 6은 본 명세서에 개시된 방법의 예의 흐름도이다.

핵산 시퀀싱 절차에서 단일의 분자 검출에 사용될 수 있는 전자/전기 센서가 본 명세서에 개시되어 있다. 센서는 2개의 전극에 전기적으로 부착된 조절가능 전기전도성 채널을 포함한다. 조절가능 전기 전도성 채널은 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머(본 명세서에서는 변형된 "dsNA"로 지칭됨)를 포함하므로, 전도성 분자 나노와이어라고 지칭될 수 있다. 변형된 dsNA의 하나의 폴리뉴클레오티드 사슬 또는 가닥은 뉴클레오티드 염기가 노출되는 갭을 갖는다. 폴리뉴클레오티드 사슬 또는 가닥 중 다른 하나는 하나의 전극에서 다른 하나의 전극으로 연장되므로, 조절가능 전기전도성 채널은 갭에서의 뉴클레오티드 염기가 노출된 경우에도 (그리고 단일 분자 검출이 발생하고 있지 않는 경우에도) 2개 전극 사이에 전도 경로를 제공한다. 또한, 갭에서의 뉴클레오티드 염기는 갭에서의 뉴클레오티드 염기에 상보적인 적어도 일부의 뉴클레오티드 염기를 갖는 스위치 가닥과 연계될 수 있다. 스위치 가닥이 갭에서 연계될 때, 전도 경로가 증가하고 전기전도성 채널의 컨덕턴스가 조절된다. 이와 같이, 조절가능 전기전도성 채널은 복수의 뉴클레오티드 염기가 갭에서 노출될 때 제1 컨덕턴스를 나타내고; 갭에서 복수의 뉴클레오티드 염기 중 적어도 일부가 상보적인 뉴클레오티드 염기와 연계될 때 제1 컨덕턴스와 상이한 제2 컨덕턴스를 나타낸다. 일 예로, 갭에서 뉴클레오티드 염기가 노출될 때, 조절가능 전기전도성 채널의 전도성은 비교적 낮다. 반면에, 스위치 가닥이 갭에서 연계될 때, 조절가능 전기전도성 채널의 전도성은 몇몇 경우에 수십 배만큼 변화(예를 들어, 증가 또는 감소)한다.

스위치 가닥은 스위치 가닥에 링크된 뉴클레오티드를 포함하는 표지된 뉴클레오티드의 일부일 수 있다. 핵산 시퀀싱 절차 동안 뉴클레오티드가 초기의 가닥에 통합됨에 따라, 스위치는 갭에서 연계하여, 조절가능 전기전도성 채널의 전도성 변화를 초래한다. 뉴클레오티드 및 스위치 가닥은 서로 이기 때문에, 스위치와 연계된 전도성 변화는 또한 뉴클레오티드와 연계된다. 이와 같이, 전도성의 변화는 초기의 가닥에 통합되는 뉴클레오티드 염기를 식별하는데 사용될 수 있다.

이제 도 1a를 참조하면, 센서(10)의 예가 도시되어 있다. 예시적인 센서(10)는 전기/전자 센서이다. 센서(10)는 그들 사이에 공간을 갖는 2개의 전극(12, 14) 및 2개의 전극(12, 14)에 부착된 조절가능 전기전도성 채널(16)을 포함한다. 조절가능 전기전도성 채널은 2개의 전극(12, 14)에 전기연결되고 2개의 전극(12, 14) 사이의 공간을 브릿지하는 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머(즉, 변형된 dsNA)(16')를 포함하며, 변형된 dsNA(16')는 부분적으로 함께 결합되는 2개의 폴리뉴클레오티드 사슬(18, 20); 뉴클레오티드가 누락된 제1 폴리뉴클레오티드 사슬(18)의 갭(22); 및 제1 폴리뉴클레오티드 사슬(18)의 갭(22)에 노출된 제2 폴리뉴클레오티드 사슬(20)의 복수의 뉴클레오티드 염기(24)를 포함한다.

전극(12, 14)은 변형된 dsNA(16')/조절가능 전기전도성 채널(16)과 전기 소통하고, 따라서 센서(10)가 작동할 때 전극(12, 14) 사이에 일정한 전도 경로가 존재한다. 언급된 바와 같이, 이 전도 경로는 갭(22)에서 스위치 가닥의 연관에 의해 조절 가능하다.

변형된 dsNA(16')에 화학적 및 전기적으로 부착될 수 있는 임의의 적합한 전극 재료가 사용될 수 있다. 적합한 전극 재료의 예는 금, 백금, 탄소, 인듐 주석 산화물 등을 포함한다.

변형된 dsNA(16')는 부분적으로 함께 결합된 2개의 폴리뉴클레오티드 사슬(18, 20)을 포함하는 핵산 폴리머이다. "부분적으로 함께 결합"된다는 것은, 2개의 사슬(18, 20)의 일부 뉴클레오티드 염기가 서로 수소 결합되어 이중 나선을 형성하지만, 사슬(18) 중 하나는 뉴클레오티드가 없는 갭(22)을 갖는 것을 의미한다. 하나의 사슬(18)의 갭(22)에서, 다른 사슬(20)의 뉴클레오티드 염기가 노출된다. "노출된"은 이들 뉴클레오티드의 염기가 다른 뉴클레오티드에 결합되지 않으므로 상보적 뉴클레오티드와 결합, 혼성화 또는 다른 방식으로 연계될 수 있음을 의미한다.

2개의 폴리뉴클레오티드 사슬(18, 20)의 뉴클레오티드는 천연 뉴클레오티드일 수 있다. 천연 뉴클레오티드는 질소 함유 헤테로고리 염기, 당 및 하나 이상의 인산기를 포함한다. 2개의 폴리뉴클레오티드 사슬(18, 20)의 천연 뉴클레오티드의 예는 리보 뉴클레오티드 또는 데옥시 리보 뉴클레오티드를 포함한다. 리보 뉴클레오티드에서, 당은 리보스이고, 데옥시 리보 뉴클레오티드에서, 당은 데옥시 리보스, 즉 리보스에서 2' 위치에 존재하는 수산기가 없는 당이다. 일 예에서, 뉴클레오티드는 여러 인산기(예컨대, 3-인산(즉, 감마 인산), 테트라-인산, 펜타-인산, 헥사-인산(도 5에 도시됨) 등)를 포함하기 때문에 폴리-인산 형태이다. 헤테로고리 염기(즉, 핵 염기)는 퓨린 염기 또는 피리미딘 염기 또는 임의의 다른 핵 염기 유사체일 수 있다. 퓨린 염기는 아데닌(A) 및 구아닌(G) 및 그의 변형된 유도체 또는 유사체를 포함한다. 피리미딘 염기는 시토신(C), 티민(T) 및 우라실(U) 및 그의 변형된 유도체 또는 유사체를 포함한다. 데옥시 리보스의 C-1 원자는 피리미딘의 N-1 또는 퓨린의 N-9에 결합된다. 폴리뉴클레오티드 사슬(18, 20)은 또한 임의의 핵산 유사체를 포함할 수 있다. 핵산 유사체는 임의의 인산 백본, 당 또는 변경되는 핵 염기를 가질 수 있다. 핵산 유사체의 예는 예를 들어 펩티드 핵산(PNA)과 같은 범용 염기 또는 인산-당 백본 유사체를 포함한다.

본 명세서에 언급된 바와 같이, 제1 폴리뉴클레오타이드 사슬(18)은 뉴클레오타이드가 존재하지 않는 갭(22)을 갖는다. 갭(22)은 사슬(18)을 따라, 예를 들어, 중심 또는 중심 근처, 사슬(18)의 한쪽 단부, 사슬(18)의 중심과 한쪽 단부 사이와 같이 어느 곳에 위치될 수 있다. 이와 같이, 일부 예에서, 제1 폴리뉴클레오티드 사슬(18)은 갭(22)에 의해 분리된 2개의 더 짧은 사슬을 포함한다. 다른 예에서(예를 들어, 갭(22)이 사슬(18)의 어느 한 말단에 있을 때), 제1 폴리뉴클레오티드 사슬(18)은 단일 연속 사슬이다. 또 다른 예에서, 제1 폴리뉴클레오타이드 사슬(18)은 폴리머 백본을 따라 다수의 갭(18)을 가질 수 있다. 갭(들)(22)은 dsNA(16')의 총 길이보다 짧은 임의의 길이를 가질 수 있다. 일례에서, 각각의 갭(22)의 길이는 약 5nm 내지 약 60nm의 범위이다. 다른 예에서, 각각의 갭(22)의 길이는 약 10nm 내지 약 50nm의 범위이다. 또 다른 예에서, 각각의 갭(22)의 길이는 약 20nm 내지 약 40nm의 범위이다. 갭(22)의 길이는 미터법 단위로 제시되지만, 갭 길이는 갭(22)에 들어갈 수 있는 뉴클레오티드의 수 또는 갭(22)에 노출되는 제2 폴리머 사슬(20)의 뉴클레오티드 염기의 수로 정의될 수 있음을 이해해야 한다. 제1 폴리뉴클레오티드 사슬(18)의 갭(들)(22)은 변형된 dsNA(16')의 전도성을 감소시킨다.

제1 폴리뉴클레오티드 사슬(18)의 갭(22)에서, 제2 폴리머 사슬(20)의 복수의 뉴클레오티드가 노출된다. 특히, 이들 뉴클레오티드의 염기(24)가 노출된다. 노출된 염기(24)는 모두 동일한 염기일 수 있거나 상이한 염기의 조합일 수 있다. 일례에서, 노출된 염기(24) 중 적어도 하나는 구아닌(G)이다. 이 예에서, 다른 노출된 염기(24)는 아데닌(A), 시토신(C), 티민(T) 및/또는 우라실(U) 중 임의의 하나 또는 조합일 수 있다. 다른 예에서, 노출된 염기(24) 각각은 구아닌(G)이다. 구아닌(G) 염기가 다른 염기들보다 전기를 더 잘 전도하기 때문에, 갭(22)에 노출된 행에 여러 개의 구아닌(G) 염기를 포함하는 것이 바람직할 수 있다.

2개의 부분적으로 결합된 폴리뉴클레오티드 사슬은 대향 단부를 가지며, 링커는 대향 단부 각각에 부착될 수 있다. 본 명세서에 개시된 예에서, i) 링커는 제1 폴리뉴클레오타이드 사슬(18)의 각 말단을 2개의 전극(12, 14) 중 각각의 하나에 각각 부착하고; 또는 ii) 링커는 제2 폴리뉴클레오타이드 사슬의 각 말단을 2개의 전극 중 각각의 하나에 각각 부착하고; 또는 iii) i 및 ii 모두이다. 도 1은 링커(26)를 통해 전극(12, 14)에 결합된 제2 폴리뉴클레오티드 사슬(20)을 도시하지만, 제1 폴리뉴클레오티드 사슬(18) 또는 두 사슬 모두(18, 20)는 각각의 링커(26)를 통해 전극(12, 14)에 결합될 수 있음을 이해해야 한다. 이와 같이, 제1 및/또는 제2 폴리뉴클레오티드 사슬(18, 20)의 각각의 5' 및 3' 말단에는 링커(26)가 부착될 수 있다. 링커(26)는 변형된 dsNA(16')를 전극(12, 14)에 전기적으로 연결한다. 링커(26)는 또한 각각의 전극(12, 14)에 화학적으로 결합할 수 있어서 전극(12, 14) 사이에 변형된 dsNA(16')를 브릿지할 수 있다. 따라서, 링커(26)는 전극 재료에 의존할 수 있다. 예로서, 티오레이트(thiolate) 또는 아민(amine) 링커는 금 전극에 부착될 수 있고, 티올(thiol) 링커는 백금 전극에 부착될 수 있고, 실란(silane) 링커(예를 들어, 아지도 실란(azido silane))는 ITO 전극에 부착될 수 있다. 전극(12, 14) 중 하나에 각각의 링커(26)의 부착은 링커 및 전극 재료에 따라 공유 결합, 배위 결합 또는 다른 화학적 또는 물리적 결합을 통해 이루어질 수 있다. 링커(26)는 또한 변형된 dsNA(16')가 각각의 전극(12, 14)에 부착될 때 전극(12, 14) 사이의 전도 경로가 확립되도록 전기전도성이다.

본 명세서에 개시된 센서(10)의 임의의 예는 2개의 전극(12, 14)에 부착된 복수의 다른 조절가능 전기전도성 채널(16)을 포함할 수 있고, 각각의 다른 조절가능 전기전도성 채널(16)은 2개 전극(12, 14)에 전기연결되고 2개 전극(12, 14) 사이의 공간을 브릿지하는 각각의 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머(16')를 포함한다. 즉, 센서(10)는 2개 이상의 부분 이중 가닥 핵산 폴리머(16')를 포함할 수 있으며, 여기서 각각의 변형된 dsNA(16')은 2개의 전극(12, 14)에 전기적으로 연결된다. 다수의 채널(16)은 (다수의 변형된 dsNA(16') 가닥이 부착되게 함으로써) 상대적으로 제조가 용이하고, 스위치 가닥(들)이 연관될 수 있는 몇 개의 갭(22)을 제공한다. 다수의 채널(16)에서, 염기 신호(예를 들어, 스위치 가닥(들)이 갭(들)(33)과 연관되지 않을 때)가 더 높고 각각의 스위치 가닥이 다수의 조절가능 전기전도성 채널(16)과 연관될 때, 검출된 신호가 향상될 수 있다.

도 1a에 도시되지 않았지만, 센서(10)는 또한 전극(12, 14)이 위치되는 기판 또는 지지체를 포함할 수 있다. 지지체/기판(13)의 예가 도 1c에 도시되어 있다. 지지체/기판(13)은 전극(12, 14)이 놓일 수 있는 임의의 고체 표면일 수 있다. 임의의 비-전도성 또는 반-전도성 고체 표면이 사용될 수 있다. 고체 표면은 또한 단일 분자 시퀀싱 작업에 사용되는 액체, 시약 등의 비-투과성 및 불활성일 수 있다. 적합한 지지체/기판(13)의 일부 예는 에폭시 실록산, 유리 및 변형 또는 기능화된 유리, 플라스틱(아크릴, 폴리스티렌 및 스티렌과 기타 물질의 공중합체, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리부틸렌, 폴리우레탄, 폴리테트라플루오로에틸렌(예컨대, Chemours의 TEFLON®), 고리형 올레핀/사이클로-올레핀 폴리머(COP)(예컨대, Zeon의 ZEONOR®), 폴리이미드 등), 나일론, 세라믹/세라믹 산화물, 실리카, 용융 실리카 또는 실리카 기반 재료, 알루미늄 실리케이트, 실리콘 및 변형된 실리콘(예컨대, 붕소 도핑된 p+ 실리콘), 실리콘 질화물(Si₃N₄), 실리콘 산화물(SiO₂), 탄탈륨 오산화물(TaO₅) 또는 다른 탄탈륨 산화물(들)(TaOx), 하프늄 산화물(HaO₂), 무기 유리 등을 포함한다. 지지체 또는 기판(13)은 또한 표면에 이산화 실리콘 또는 탄탈륨 산화물 또는 다른 세라믹 산화물의 코팅층을 갖는 유리 또는 실리콘일 수 있다.

또한, 도 1a에 도시되지 않았지만, 센서(10)는 센서(10)의 전기적 응답을 검출할 수 있는 검출기를 포함할 수도 있다. 검출기(15)의 예는 도 1b, 4 및 5에 도시되어 있다. 일 예에서, 검출기(15)는 전류계이다. 도 5를 참조하여 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 변형된 dsNA(16')(그리고 따라서 조절가능 전기전도성 채널(16))의 전도성은 갭(22)에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기(24) 중 적어도 일부에 상보적인 염기를 포함하는 뉴클레오티드의 가닥을 포함하는 스위치 가닥(28)이 갭(22)에서 복수의 뉴클레오티드 염기(24) 중 적어도 일부와 연계될 때 증가할 수 있다.

도 1b에 도시된 바와 같이, 센서(10)는 조절가능 전기전도성 채널(16)에 시약을 도입하기 위한 유체 시스템(17)을 더 포함할 수 있다. 이 유체 시스템(17)은 시약을 dsNA(16')에 전달할 수 있고 시약을 dsNA(16')의 근처에 포함시킬 수 있는 임의의 유체 장치일 수 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 유체 시스템(17)은 지지체/기판(13)에 부착되고 그로부터 제거될 수 있는 플로우 셀 리드일 수 있다. 유체 시스템(17)의 이러한 예는 시약이 도입될 수 있는 유입구(19)를 포함한다. 이 유체 시스템의 벽은 시약을 dsNA(16') 근처 내에 유지한다. 다른 예로서(미도시), 유체 시스템(17)은 시약을 조절가능 전기전도성 채널(16)/dsNA(16')에 전달하는데 사용될 수 있는 피펫(또는 다른 전달 장치)일 수 있다. 이 예에서, 지지체/기판(13)은 시약을 수용할 수 있고 시약이 조절가능 전기전도성 채널(16)/dsNA(16')과 접촉할 수 있게 하는 조절가능 전기전도성 채널(16)/dsNA(16')에 인접한 트렌치를 가질 수 있다. 일부 예시적인 유체 시스템이 제공되었지만, 센서(10)는 시약을 조절가능 전기전도성 채널(16)/dsNA(16')에 전달할 수 있고/있거나 시약이 조절가능 전기전도성 채널(16)/dsNA(16')의 근처에 포함될 수 있게 하는 임의의 유체 시스템(17)을 포함할 수 있음을 이해해야 한다.

본 명세서에 개시된 센서(10)는 단일 분자 감도를 가능하게 할 수 있다. 더욱이, 어레이(즉, 기판/지지체(13) 상에 위치된 몇몇 센서(10))로 배열될 때, 밀도(즉, 센서/면적)가 매우 높을 수 있도록 매우 작은 센서 간 거리가 사용될 수 있다.

센서(10)를 형성하기 위해, 임의의 적절한 방법이 사용될 수 있다. 일 예에서, 변형된 dsNA(16')는 합성될 수 있고, 변형된 dsNA(16')는 전극들(12, 14)에 부착되어 두 전극들(12, 14) 사이의 공간에 조절가능 전기전도성 채널(16)을 형성할 수 있다.

변형된 dsNA(16')은 제2 폴리뉴클레오티드 사슬(20)을 합성한 다음, 적절한 위치(들)에서 제2 폴리뉴클레오티드 사슬(20)에 부착될 상보적 가닥(들)과 제2 폴리뉴클레오티드 사슬(20)을 혼합함으로써 이루어질 수 있다. 이어서, 혼합물을 어닐링하여 부착을 개시할 수 있다. 일 예로, 2개의 상보적 가닥이 제2 폴리뉴클레오티드 사슬(20)의 각 부분에 부착되어 갭(22)이 결과로 생성된 변형된 dsNA(16')의 두 말단 사이 어딘가에 형성될 수 있다. 다른 예에서, 제2 폴리뉴클레오티드 사슬(20)보다 짧은 하나의 상보적 가닥은 제2 폴리뉴클레오티드 사슬(20)의 일부에 부착되어 갭(22)이 결과로 생성된 변형된 dsNA(16')의 일단에 형성될 수 있다. 제2 폴리뉴클레오티드 및 제1 폴리뉴클레오티드 사슬(18)을 형성하도록 부착된 상보적 가닥(들)은 갭(22) 및 갭(22)에서 노출되는 뉴클레오타이드 염기(24)의 길이를 제어하도록 선택될 수 있음을 이해해야 한다.

이어서, 변형된 dsNA(16')는 전극(12, 14)에 부착될 수 있다. 링커(26)는 임의의 적절한 기술을 사용하여 변형된 dsNA(16')에 부착될 수 있고, 이어서 링커(26)는 전극(12, 14)에 부착될 수 있다. 일 예에서, 티올-변형된 DNA 염기는 사슬(18, 20)의 3' 및 5' 말단에 접합될 수 있다. 일 예에서, 변형된 dsNA(16')는 전극을 적절한 시간 동안 변형된 dsNA(16')의 용액에 노출시킨 후 비-결합 변형된 dsNA(16')를 제거하도록 적절한 완충액으로 헹굼으로써 전극(12, 14)에 고정될 수 있다.

센서(10)를 제조하는 방법에서, 전극(12, 14)은 또한 검출기(15)에 전기적으로 연결될 수 있다.

일부 예에서, 센서(10)는 사전 조립될 수 있다.

다른 예에서, 센서 구성요소는 키트의 일부일 수 있고, 키트 구성요소는 센서(10)를 조립하기 위해 사용될 수 있다. 키트의 예는 전자 구성요소 및 폴리머 용액을 포함한다. 전자 구성요소는 지지체(13) 및 지지체 상에 작동 가능하게 배치되고 공간에 의해 분리된 2개의 전극(12, 14)을 포함한다. "작동가능하게 배치된"은 전극(12, 14)이 (예컨대, 일단 검출기(15) 및 전원에 연결되면) 그들의 동작을 가능하게 하는 전자회로부에 연결될 수 있다는 것을 의미한다. 전자 회로부는 검출기(15) 및 전원에 전기적으로 연결될 수 있다. 폴리머 용액은 액체 캐리어 및 액체 캐리어 내 변형된 dsNA(16')을 포함하는데, 이때 변형된 dsNA(16')는 본 명세서에 기재된 임의의 예이다. 본 명세서에 기술된 바와 같이, 변형된 dsNA(16')는 부분적으로 함께 결합되고 대향 단부를 갖는 2개의 폴리뉴클레오티드 사슬(18, 20)을 포함한다. 변형된 dsNA(16')는 각각의 대향 단부에서 가닥들(18 및/또는 20) 중 하나 또는 둘 모두에 부착된 링커(26)를 가질 수 있다. 일 예에서, 변형된 dsNA(16')는 밀리-몰 내지 몰 농도의 식염수 구연산염과 같은 이온성 염 완충 용액 내에 있다.

키트를 사용할 때, 사용자는 전자 구성요소 상에 폴리머 용액을 침착시키고, 링커(26)가 각각의 전극(12, 14)에 부착하기에 적합한 시간 동안 폴리머 용액이 전자 구성요소 상에 유지되게 한 후, 전자 구성요소는 비-결합 변형된 dsNA(16')을 제거하기 위해 적절한 완충액으로 헹구어질 수 있다.

센서(10)를 형성하기 위한 구성요소들을 함유하는 것에 더하여, 키트의 일부 예는 센서(10)와 함께 사용될 시약 용액을 포함할 수 있다. 시약 용액은 표지된 뉴클레오티드를 포함하며, 이는 도 2를 참조하여 설명된다.

이제 도 2를 참조하면, 전술한 스위치 가닥(28)을 포함하는 표지된 뉴클레오티드(30)의 예가 도시되어 있다. 표지된 뉴클레오티드(30)는 뉴클레오티드(32), 뉴클레오티드(22)의 인산기에 부착된 링크 분자(34) 및 링크 분자(34)에 부착된 스위치 가닥(28)을 포함하고, 스위치 가닥(28)은 센서(10)의 갭(22)에 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기(24)의 적어도 일부와 상보적인 염기(36)를 포함하는 뉴클레오티드의 가닥을 포함한다. 표지된 뉴클레오티드(30)는 천연 뉴클레오티드와 구조적으로 또는 화학적으로 구별되기 때문에 비-천연 또는 합성 뉴클레오티드로 간주될 수 있다.

표지된 뉴클레오티드(30)의 뉴클레오티드(32)는 천연 뉴클레오티드일 수 있다. 천연 뉴클레오티드는 질소-함유 헤테로고리 염기, 당 및 3개 이상의 인산기를 포함한다. 천연 뉴클레오티드의 예는 예를 들어 리보 뉴클레오티드 또는 데옥시 리보 뉴클레오티드를 포함한다. 전술한 바와 같이, 리보 뉴클레오티드에서 당은 리보스이고, 데옥시 리보 뉴클레오티드에서 당은 데옥시 리보스이다. 일례에서, 뉴클레오티드(32)는 여러 인산기(예컨대, 3-인산, 테트라-인산, 펜타-인산, 헥사-인산 등)를 포함하기 때문에 폴리-인산 형태이다. 헤테로고리 염기(즉, 핵 염기)는 퓨린 염기(예를 들어, 아데닌(A) 또는 구아닌(G)) 또는 피리미딘 염기(예를 들어, 시토신(C), 티민(T) 및 우라실(U))일 수 있다.

또한, 표지된 뉴클레오티드(30)는 링크 분자(34)를 포함한다. 링크 분자(34)는 일 단부에서 뉴클레오티드(32)의 인산기(들)에 화학적으로 결합할 수 있고 스위치 가닥(28)과 다른 단부에서 화학적으로 결합할 수 있는 임의의 긴 사슬 분자일 수 있다. 링크 분자(34)는 또한 본 명세서에 개시된 시스템(40, 40')(도 4 및 5 참조)에 사용된 폴리머라제(38)와 상호작용하지 않도록 선택될 수 있다. 링크 분자(34)는 스위치 가닥(28)이 전기 센서(10)의 갭(22)에 노출된 뉴클레오티드 염기 (24)와 연관되기에 충분히 길도록 선택되는 한편, 예를 들어 뉴클레오티드(32)는 폴리머라제(38)에 의해 고정된다.

예로서, 링크 분자(34)는 알킬 사슬, 폴리(에틸렌 글리콜) 사슬, 아미도기(amido group), 인산기, 트리아졸(triazole)과 같은 헤테로고리, 뉴클레오티드 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 알킬 사슬의 예는 적어도 6개의 탄소 원자를 포함할 수 있고, 폴리(에틸렌 글리콜) 사슬의 예는 적어도 3개의 에틸렌 글리콜 유닛을 포함할 수 있다.

하기의 예는 표지된 뉴클레오티드(30)의 예를 도시하는데, 이때 링크 분자(34)는 알킬 사슬, 아미드기, 폴리(에틸렌 글리콜) 사슬 및 트리아졸을 포함한다:

하기의 예는 표지된 뉴클레오티드(30)의 또 다른 예를 도시하는데, 이때 링크 분자(34)는 알킬 사슬, 아미드기, 폴리(에틸렌 글리콜) 사슬, 트리아졸 및 인산기를 포함한다:

하기의 예는 표지된 뉴클레오티드(10)의 또 다른 예를 도시하는데, 이때 링크 분자(14, 14')는 알킬 사슬, 아미드기, 폴리(에틸렌 글리콜) 사슬, 트리아졸, 인산기 및 폴리뉴클레오티드 사슬을 포함한다:

몇몇 예시적인 링크 분자(34)가 설명되었지만, 다른 링크 분자(34)가 사용될 수 있음을 이해해야 한다.

스위치 가닥(28)은 뉴클레오티드의 가닥이다. 스위치 가닥(28)의 뉴클레오티드는 뉴클레오티드(32)와 유사하다. 즉, 질소 함유 헤테로고리 염기, 당 및 3개 이상의 인산기를 포함한다. 스위치 가닥(28)의 뉴클레오티드 중 적어도 일부는 센서(10)의 갭(22)에 노출된 염기(24)에 상보적인 염기(36)를 포함한다. 이와 같이, 스위치 가닥(28)의 뉴클레오티드의 시퀀스는 노출된 염기(24)의 시퀀스에 적어도 부분적으로 의존한다.

일 예에서, 스위치 가닥(28)의 염기(36)는 갭(22)에 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기(24)와 완전히 상보적이다. 예로서, 갭(22)에 노출된 뉴클레오티드 염기(24)는 G-G-G-G-G-G-G일 수 있고, 스위치 가닥(28A)는 C-C-C-C-C-C-C일 수 있다. 다른 예로서, 갭(22)에 노출된 뉴클레오티드 염기(24)는 G-A-G-T-G-C-G-G일 수 있고, 스위치 가닥(28A)은 C-T-C-A-C-G-C-C일 수 있다. 도 3a에 도시된 예에서, 갭(22)에 노출된 염기(24)와 동일한 수의 염기를 갖고 완전히 상보적인 한에서 스위치 가닥(28A)에는 임의의 적절한 시퀀스가 사용될 수 있다. 완전히 상보적인 스위치 가닥(28A)을 포함하는 표지된 뉴클레오티드(30A)가 도 3a에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 표지된 뉴클레오타이드(30A)의 스위치 가닥(28A)은 갭(22)에 노출된 뉴클레오티드 염기(24)와 자체적으로 연관된다. 더 구체적으로, 이 예에서, 스위치 가닥(28A)의 각각의 뉴클레오티드 염기(36)는 폴리뉴클레오티드 사슬(18)에서 갭(22)에 노출되는 (폴리뉴클레오티드 사슬(20)의) 그 상보적인 염기(24)에 일시적으로 적어도 부분적으로 혼성화된다. 일부 예에서는 혼성화가 완료되지 않고, 다른 예에서는 혼성화가 완료된다. 부분적 또는 완전한 혼성화를 달성하기 위해, 상보적인 염기들 사이의 상호작용의 용융 온도가 조정될 수 있다. 상이한 스위치 가닥(28A)과 뉴클레오티드 염기(24) 사이의 상이한 정도의 혼성화는 상이한 스위치 가닥(28A)으로 상이한 시간 시그니처가 달성될 수 있게 한다. 통합될 때, 스위치 가닥(28A)은 변형된 dsNA(16')의 스위치를 닫으며, 이는 dsNA(16')의 전도성을 크게 변화(예를 들어, 증가)시키고, 채널(16)을 변조하여 검출 가능한 변화를 초래한다.

또 다른 예에서, 스위치 가닥(28)의 염기(36)는 갭(22)에 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기(24)와 완전히 상보적이지 않으며; 오히려, 스위치 가닥(28B)은 도 3b에 도시된 바와 같이 갭(22)에 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기(24)의 대응하는 것(24'로 도시됨)과 상보적이지 않은 불일치한 염기(42)를 갖는 적어도 하나의 뉴클레오티드를 포함한다. 다시 말해, 불일치한 염기(42)는 갭(22)에 노출된 상응하는 뉴클레오티드 염기(24')에 상보적이지 않다. 예로서, 갭(22)에 노출된 뉴클레오티드 염기(24)는 G-G-G-G-G-G-G일 수 있고, 스위치 가닥(28B)은 C-C-C-A-C-C-C일 수 있다. 이 예에서, 스위치 가닥(28B)의 아데닌은 폴리뉴클레오티드 사슬(20)의 갭(22)에 노출된 상응하는 구아닌에 상보적이지 않기 때문에 불일치한 염기(42)이다. 다른 예로서, 갭(22)에 노출된 뉴클레오티드 염기(24)는 G-A-G-T-G-C-G-G일 수 있고 스위치 가닥(28B)은 C-C-C-A-C-G-C-C일 수 있다. 이 예에서, 스위치 가닥(28B)의 제2 시토신은 폴리뉴클레오티드 사슬(20)의 갭(22)에 노출된 상응하는 아데닌에 상보적이지 않기 때문에 불일치한 염기(42)이다. 도 3b에 도시된 예에서, 임의의 적합한 시퀀스는 갭(22)에 노출된 염기들(24)과 적어도 하나의 불일치 염기와 동일한 수의 염기를 가지고, 적어도 하나의 불일치 염기와 일부 상보적이며, 적어도 하나의 불일치 염기를 포함하는 한 스위치 가닥(28B)에 대하여 사용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 표지된 뉴클레오티드(30B)의 스위치 가닥(28B)은 갭(22)에 노출된 뉴클레오티드 염기(24)와 그 자체를 연관시킨다. 더 구체적으로, 이 예에서, 스위치 가닥(28B)의 일부 뉴클레오티드 염기(36)는 각각의 상보적인 염기(24)와 일부 혼성화되지만, 폴리뉴클레오티드 사슬(20)의 불일치한 염기(42) 및 대응하는 뉴클레오티드 염기(24')는 결합되지 않은 상태로 유지된다. 통합될 때, 스위치 가닥(28B)은 변형된 dsNA(16')의 스위치를 실질적으로 폐쇄하는데 (그러나 불일치한 염기(42)로 인해 스위치를 완전히 폐쇄하지는 않음), 이는 dsNA(16')의 전도성을 크게 변화(예를 들어, 증가)시키고, 채널(16)을 변조하며, 검출 가능한 변화를 초래한다. 일부 예에서, 스위치 가닥(28B)에 의한 전도성 증가는 불일치한 염기(42)로 인해 스위치 가닥(28A)에 의해 관찰된 증가만큼 크지 않을 수 있음을 이해해야 한다.

또 다른 예에서, 스위치 가닥(28) 내 뉴클레오티드 가닥은 갭(22)에 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기(24)보다 적은 적어도 하나의 뉴클레오티드를 갖는다. 이 스위치 가닥(28C)의 예는 도 3c에 도시되어 있다. 스위치 가닥(28C)의 뉴클레오티드는 갭(22)에 노출된 뉴클레오티드 염기(24) 중 일부에 상보적이다; 그러나, 스위치 가닥(28C)이 갭(22)에 연관된 후에, 뉴클레오티드 염기(24'') 중 적어도 하나는 (누락된 염기로 인해) 더 짧은 스위치 가닥 길이로 인해 결합되지 않은 상태로 유지된다. 예로서, 갭(22)에 노출된 뉴클레오티드 염기(24)는 G-G-G-G-G-G-G일 수 있고, 스위치 가닥(28C)은 C-C-C-C-C일 수 있다. 이 예에서, 스위치 가닥(28C)은 2개의 염기가 없거나, 갭(22)에 노출된 뉴클레오티드 염기(24)(24''를 포함)의 총수보다 작은 2개의 뉴클레오티드이다. 또 다른 예로서, 갭(22)에 노출된 뉴클레오티드 염기(24)는 G-A-G-T-G-C-G-G일 수 있고, 스위치 가닥(28C)은 T-C-A-C-G-C-C일 수 있다. 이 예에서, 스위치 가닥(28C)은 하나의 염기가 없거나, 갭(22)에 노출된 뉴클레오티드 염기(24)(24''를 포함)의 총수보다 작은 하나의 뉴클레오티드이다. 도 3c에 도시된 예에서, 임의의 적합한 시퀀스는 갭(22)에 노출된 염기(24)의 총수보다 적고 갭(22)에 노출된 염기(24) 중 일부에 상보적인 한 스위치 가닥(28C)에 사용될 수 있다. 도 3c에 도시된 바와 같이, 표지된 뉴클레오티드(30C)의 스위치 가닥(28C)이 갭(22)에서 그 자체를 연관시키는 경우, i) 스위치 가닥(28C)의 뉴클레오티드 염기(36)는 일시적이고 적어도 부분적으로 각가그이 상보적인 염기(24)와 혼성화되고, ii) 폴리뉴클레오티드 사슬(20)의 몇몇 뉴클레오티드 염기(24'')는 스위치 가닥(28)이 염기를 누락하고 있기 때문에 결합되지 않은 채로 유지된다. 통합될 때, 스위치 가닥(28C)은 변형된 dsNA(16')의 스위치를 실질적으로 폐쇄하는데 (그러나 누락된 염기로 인해 스위치를 완전히 폐쇄하지는 않음), 이는 변형된 dsNA(16')(그리고 채널(16))의 전도성을 크게 변화(예를 들어, 증가)시키고, 검출 가능한 변화를 초래한다. 일부 예에서, 스위치 가닥(28C)에 의한 전도성 증가는 누락한 염기로 인해 스위치 가닥(28A)에 의해 관찰된 증가만큼 크지 않을 수 있음을 이해해야 한다.

또 다른 예에서, 스위치 가닥(28)의 뉴클레오티드 가닥은 갭(22)에 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기(24)보다 많은 수의 뉴클레오티드를 가지며, 스위치 가닥(28)의 일부는 갭(22)에서 연관될 때 스템 루프를 형성한다 이 스위치 가닥(28D)의 예가 도 3d에 도시되어 있다. 스위치 가닥(28D)의 일부 뉴클레오티드는 갭(22)에 노출된 뉴클레오티드 염기(24)에 상보적이다; 그러나, 스위치 가닥(28D)이 갭(22)에서 연관된 후, 스위치 가닥(28C)의 비-상보적 뉴클레오티드(36')는 결합되지 않은 상태로 유지되고 스템 루프(44)를 형성한다. 예로서, 갭(22)에 노출된 뉴클레오티드 염기(24)는 G-G-G-G-G-G-G-G-G일 수 있고, 스위치 가닥(28C)은 C-C-C-C일 수 있다. 이 예에서, 스위치 가닥(28D)은 스템 루프(44)를 형성하는 9개의 추가염기(36')를 포함한다. 다른 예로서, 갭(22)에 노출된 뉴클레오티드 염기(24)는 A-G-T-T-T-T-T-T-G일 수 있고, 스위치 가닥(28C)은 T-C-C일 수 있다. 이 예에서, 스위치 가닥(28C)은 스템 루프(44)를 형성하는 6개의 추가 염기(36')를 포함한다. 도 3d에 도시된 예에서, 임의의 적절한 시퀀스는 갭(22)에서 노출되는 염기(24)의 총수를 초과하고 갭(22)에서 노출된 염기(24)와 상보적인 적어도 일부의 뉴클레오티드 염기를 포함하는 한 스위치 가닥(28C)에 사용될 수 있다. 스템 루프(44)의 한 말단에서 뉴클레오티드 염기는 갭(22)에 노출된 뉴클레오티드 염기(24)에 완전히 상보적일 수 있거나, 하나 이상의 비-상보적인 염기를 포함할 수 있거나, 누락된 염기를 가질 수 있거나, 상보적 염기, 비-상보적 염기 및 누락된 염기의 조합을 포함할 수 있다. 도 3d에 도시된 바와 같이, 표지된 뉴클레오티드(30D)의 스위치 가닥(28D)이 갭(22)에서 그 자체로 연관될 때, i) 스위치 가닥(28D)의 일부 뉴클레오티드 염기(36)는 각각의 상보적 염기(24)에 일시적이고 적어도 부분적으로 혼성화되고, ii) 스위치 가닥(28D)의 비-상보적 뉴클레오티드 염기(36'') 중 일부는 결합되지 않은 상태로 유지되고 스템 루프(44)를 형성한다. 통합될 때, 스위치 가닥(28D)은 변형된 dsNA(16')의 스위치를 실질적으로 폐쇄하는데, 이는 변형된 dsNA(16')의 전도성을 크게 변화(예를 들어, 증가)시키고, 채널(16)을 변조하며, 검출 가능한 변화를 초래한다. 전자 전류의 일부는 (예컨대, 사슬들(18, 20) 둘 다가 전극(12, 14)에 결합될 때) 사슬(18, 20) 중 하나에서 전달될 것이고, 따라서 스템 루프(44)를 추가하는 것은 더 큰 저항을 병렬로 추가하는 것과 비교가능하다.

본 명세서에 개시된 표지된 뉴클레오티드(30)(예를 들어, 30A, 30B, 30C, 30D)의 임의의 예는 키트의 예의 시약 용액 및/또는 센싱 시스템(40, 40')에서 사용될 수 있으며, 그 예들은 도 4 및 5에 도시되어 있다. 각 시스템(40, 40')은 또한 본 명세서에 개시된 센서(10)의 예를 포함한다.

도 4에 도시된 센싱 시스템(40)의 예는 플로우 셀(41) 및 플로우 셀(41)에 통합된 전자 센서(10)를 포함한다. 전자 센서(10)는 2개의 전극(12, 14); 2개의 전극(12, 14)을 연결하는 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머(16); 뉴클레오티드가 누락된 제1 폴리뉴클레오티드 사슬(18)의 갭(22); 및 갭(22)에서 노출된 제2 폴리뉴클레오티드 사슬(20)의 복수의 뉴클레오티드 염기(24)를 포함하며, 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머(16)는 함께 부분적으로 (수소 결합을 통해) 결합된 2개의 폴리뉴클레오티드 사슬(18, 20)을 포함한다. 플로우 셀(41)은 센서(10)를 포함하는 용기이다. 웰, 튜브, 채널, 큐벳, 페트리 플레이트, 병 등과 같은 다른 용기들이 대안으로 센서(10)를 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 핵산 시퀀싱 반응과 같은 순환 프로세스가 특히 플로우 셀(41)에 적합하다.

예시적인 플로우 셀(41)은 기판/지지체(13) 및 이에 직접 또는 간접적으로 결합되거나 이와 일체로 형성된 리드를 포함한다. 플로우 셀(41)은 벌크 시약을 하나의 센서(10) 또는 플로우 셀(41) 내에 포함된 센서 어레이(10)로 전달할 수 있는 유체 입구(45) 및 유체 출구(47)를 포함할 수 있다.

또한, 센싱 시스템(40)은 플로우 셀(41)의 입력부(예컨대, 유체 입구(45))로, 센서(10) 상으로, 이후 유체 출구(47)로부터 시약을 선택적으로 주입하는 시약 전달 시스템(49)을 포함할 수 있다. 시약 전달 시스템(49)은 유체 유입구(45)에 영구적으로 또는 제거 가능하게 부착될 수 있는 튜브 또는 다른 유체를 포함할 수 있다. 시약 전달 시스템(49)은 샘플 용기(51)를 포함할 수 있다. (전자 센서(10)로 주입될 표지된 뉴클레오티드(30)를 포함하는) 시약은 샘플 용기에 저장되거나 사용 직전에 샘플 용기에 제조 및 도입될 수 있다. 시약 전달 시스템(49)은 또한 샘플 용기(51)로부터 시약을 회수하고 이를 유체 유입구(45)로 전달하기 위한 펌프 또는 다른 적절한 장비를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 샘플 용기(51)는 시약이 중력에 의해 유체 입구(45)로, 센서(10)를 통해, 유체 출구(47)로 흐를 수 있도록 위치된다.

또한, 플로우 셀(41) 내 센서(10)는 센싱 시스템(40)이 사용될 때 센서(10)의 전도성 변화를 검출하기 위해 검출기(15)에 동작가능하게 연결될 수 있다.

시스템(40')의 다른 예가 도 5에 도시되어 있으며, 2개의 전극(12, 14); 2개의 전극(12, 14)을 연결하고 함께 부분적으로 (수소 결합을 통해) 결합되는 2개의 폴리뉴클레오티드 사슬(18, 20)을 포함하는 변형된 일부 이중 가닥 핵산 폴리머(16); 뉴클레오티드가 누락된 제1 폴리뉴클레오티드 사슬(18)의 갭(22); 갭(22)에서 노출되는 제2 폴리뉴클레오티드 사슬(20)의 복수의 뉴클레오티드 염기(24); 및 표지된 뉴클레오티드(30)를 포함하고 전자 센서(10)로 주입될 별도의 시약을 포함하는 전자 센서(10)를 포함하며, 적어도 하나의 표지된 뉴클레오티드(30)는 뉴클레오티드(32), 뉴클레오티드의 인산기에 부착된 링크 분자(34), 링크 분자(34)에 부착되고 갭(22)에 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기(24)의 적어도 일부와 상보적인 염기(36)를 포함하는 뉴클레오티드 가닥을 포함하는 스위치 가닥(28)을 포함한다. 도 5에 도시된 예에서, 폴리뉴클레오티드 사슬(18)은 ACCGGGGTA-갭-ATCCG이고, 폴리뉴클레오티드 사슬(20)은 TGGGCCCCATCCCCCCTAGGC(서열번호 1)이다. 폴리뉴클레오티드 사슬(20)에서, 뉴클레오티드 염기 "CCCCCC"는 갭(22)에서 (적어도 스위치 가닥(28)이 연관될 때까지) 노출된다.

도시되지는 않았지만, 센서(10)는 플로우 셀(41)(도 4), 튜브, 채널, 큐벳, 페트리 플레이트, 병 등과 같은 용기의 내부 또는 일부에 위치할 수 있음을 이해해야 한다. 적합한 용기의 다른 예는 플로우 셀이다.

하나의 센서(10)가 도 5에 도시되어 있지만, 센싱 시스템(40')은 기판상에 위치된 센서 어레이(10)를 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 센싱 시스템(40')의 센서(들)(10)는 각각 스위치 가닥(28)이 갭(22)에서 연관될 때 전기 센서(10)로부터의 응답을 검출하기 위해 각각의 검출기(15)에 전기적으로 연결될 수 있다.

센싱 시스템(40')의 일부 예는 변형된 dsNA(16')에 고정된 폴리머라제(38) 및 센서(10)에 도입될 템플릿 폴리뉴클레오티드 사슬(48)을 더 포함한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 센서(10)는 폴리머라제(38)를 포함한다. 초기 가닥에 한 번에 하나의 뉴클레오티드의 첨가를 촉매할 수 있는 임의의 DNA 폴리머라제가 사용될 수 있다. DNA 폴리머라제는 A, B, C, D, X, Y 및 RT 패밀리 중 하나 에서 유래할 수 있다. 패밀리 A로부터의 특정 예는 T7 DNA 폴리머라제, Pol I, Pol γ, Pol Θ 또는 Pol v를 포함하고; 또는 패밀리 B로부터는 Pol II, Pol B, Pol ζ, Pol α, Pol δ 및 Pol ε을 포함하며; 또는 패밀리 C로부터는 Pol III을 포함하고; 또는 패밀리 D로부터는 Pol D(DP1 / DP2 이종이량체)를 포함하며; 또는 패밀리 X로부터는 Pol β, Pol σ, Pol λ, Pol μ 및 말단 데옥시 뉴클레오티딜 트랜스퍼라제(Terminal deoxynucleotidyl transferase)를 포함하고; 또는 패밀리 Y로부터는 Polι, Polκ, Polη, Pol IV 및 Pol V를 포함하며; 또는 패밀리 RT로부터는 텔로머라제(Telomerase)를 포함한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 폴리머라제(38)는 테더(46)로 변형된 dsNA(16')에 고정된다. 다른 예에서, 폴리머라제(38)는 테더(46)로 기판에 고정된다. 테더(46)는 폴리머라제(38)에 대한 앵커로 사용되고, 테더(46)는 비-전도성인 것이 바람직할 수 있다. 폴리머라제(38)가 변형된 dsNA(16')에 부착될 때 비-전도성 테더가 특히 바람직할 수 있다. 적합한 테더(46)의 예는 PEG 사슬을 따라 어느 시점에서 절단 가능한 링크를 갖는 폴리에틸렌 글리콜(PEG)을 포함하거나, 니켈 NTA/His 태그 화학반응, 스트렙타비딘/비오틴 화학반응(예를 들어, 변형된 dsNA(16')에 부착된 스트렙타비딘 및 폴리머라제(38)에 부착된 비오틴), DNA-DNA 하이브리드화, DNA-PNA 하이브리드화, 카르복실 실란 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필)카르보디이미드(EDC), 또는 변형된 dsNA(16') 또는 기판 표면에 폴리머라제를 부착할 수 있는 임의의 다른 적절한 링커를 포함한다. 일부 예에서, 테더(46)는 폴리머라제(38)를 변형된 dsNA(16')로부터 적어도 10nm 떨어져 유지시킨다. 이는, 예를 들어, 폴리머라제(38)에 대한 컨포멀 변화(conformal changes), 폴리머라제(38)의 전하 및/또는 폴리머라제(38)에 의해 고정된 타겟/템플릿 폴리뉴클레오티드 사슬(48)의 전하가 변형된 dsNA(16')의 센싱 동작과 간섭하지 않도록 하는 것이 바람직할 수 있다.

일 예에서, 변형된 dsNA(16')는 초기에 절단가능 링크를 포함하는 테더(46)에 의해 폴리머라제(38)에 부착될 수 있다. 이 조합은 전극(12, 14)에 주입되어 변형된 dsNA(16')의 대향 단부를 전극(12, 14)에 부착하고 폴리머라제(38)를 예를 들어 니켈 NTA/His 태그 화학반응을 통해 기판 표면에 부착할 수 있다. 이 예에서, 절단가능 링크는 변형된 dsNA(16')로부터 폴리머라제(38)를 분리하도록 절단될 수 있다. 이 예에서, 폴리머라제(38)는 변형된 dsNA(16')에 근접해 있지만 실제로는 접촉하지 않는다. 테더(46)는 예를 들어 기판 표면 상에 그리고 센서(10)에 근접하여 폴리머라제(38)를 유지하기 위해 화학 반응이 제공될 때 절단될 수 있음을 이해해야 한다.

본 명세서에 언급된 바와 같이, 시스템(40, 40')의 예는 또한 센서(10)에 도입될 템플릿 폴리뉴클레오티드 사슬(48)을 포함할 수 있다.

템플릿 폴리뉴클레오티드 사슬(48)은 시퀀싱될 임의의 샘플일 수 있고, DNA, RNA 또는 이의 유사체(예를 들어, 펩티드 핵산)로 구성될 수 있다. 템플릿 (또는 타겟) 폴리뉴클레오티드 사슬(48)의 소스는 게놈 DNA, 메신저 RNA, 또는 천연 소스로부터의 다른 핵산일 수 있다. 일부 경우에, 이러한 소스로부터 유래된 템플릿 폴리뉴클레오티드 사슬(48)은 본 명세서의 방법 또는 시스템(40, 40')에서 사용하기 전에 증폭될 수 있다. 중합 효소 연쇄 반응(PCR), 롤링 서클 증폭(RCA), 다중 변위 증폭(MDA) 또는 랜덤 프라이머 증폭(RPA)을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다양한 공지된 증폭 기술이 사용될 수 있다. 본 명세서에 제시된 방법 또는 시스템(40, 40')에서 사용하기 전에 템플릿 폴리뉴클레오티드 사슬(48)의 증폭은 선택적이라는 것을 이해해야 한다. 이와 같이, 템플릿 폴리뉴클레오티드 사슬(48)은 일부 예에서 사용하기 전에 증폭되지 않을 것이다. 템플릿/타겟 폴리뉴클레오티드 사슬(48)은 선택적으로 합성 라이브러리로부터 도출될 수 있다. 합성 핵산은 고유 DNA 또는 RNA 조성물을 가질 수 있거나 이의 유사체일 수 있다.

템플릿 폴리뉴클레오티드 사슬(48)이 유래될 수 있는 생물학적 샘플은 예를 들어 설치류, 마우스, 쥐, 토끼, 기니피그, 유제류, 말, 양, 돼지, 염소, 소, 고양이, 개, 영장류, 인간 또는 인간이 아닌 영장류와 같은 포유동물; Arabidopsis thaliana, 식물, 옥수수, 수수, 귀리, 밀, 쌀, 카놀라 또는 대두와 같은 식물; Chlamydomonas reinhardtii와 같은 조류; Caenorhabditis elegans과 같은 선충; Drosophila melanogaster, 모기, 초파리, 꿀벌 또는 거미와 같은 곤충; 제브라 피쉬와 같은 물고기; 파충류; 개구리 또는 Xenopus laevis와 같은 양서류; dictyostelium discoideum; pneumocystis carinii, Takifugu rubripes, 누룩, Saccharamoyces cerevisiae or Schizosaccharomyces pombe와 같은 진균류; 또는 plasmodium falciparum를 포함할 수 있다. 또한, 템플릿 폴리뉴클레오티드 사슬(48)은 가령 박테리아, 대장균, 포도상 구균 또는 미코플라스마 뉴모니아(mycoplasma pneumoniae)와 같은 원핵생물; 원시생물(archae); C형 간염 바이러스, 에볼라 바이러스 또는 인간 면역 결핍 바이러스와 같은 바이러스; 또는 바이로이드(viriod)로부터 유래될 수 있다. 템플릿 폴리뉴클레오티드 사슬(48)은 상기 유기체의 균질 배양이나 집단 또는 대안으로, 예를 들어, 군집 또는 생태계에서 여러 다른 유기체의 집합으로부터 유래될 수 있다.

또한, 템플릿 폴리뉴클레오티드 사슬(48)은 천연 소스로부터 유래될 수 없으며, 오히려 공지된 기술을 사용하여 합성될 수 있다. 예를 들어, 유전자 발현 프로브 또는 유전자형 프로브는 본 명세서에 제시된 실시예에서 합성되고 사용될 수 있다.

일부 예에서, 템플릿 폴리뉴클레오티드 사슬(48)은 하나 이상의 더 큰 핵산의 단편으로 획득될 수 있다. 단편화는 예를 들어 분무, 초음파 처리, 화학적 절단, 효소 절단 또는 물리적 전단을 포함하는 당업계에 공지된 임의의 다양한 기술을 사용하여 수행될 수 있다. 또한, 단편화는 더 큰 핵산 사슬의 일부만을 복제함으로써 앰플리콘(amplicons)을 생성하는 특정한 증폭 기술의 사용에 기인할 수 있다. 예를 들어, PCR 증폭은 증폭 동안 플랭킹 프라이머(flanking primers)가 혼성화되는 위치들 사이에 있는 본래의 템플릿에서 뉴클레오티드 시퀀스의 길이에 의해 정의된 크기를 갖는 단편을 생성한다. 템플릿 폴리뉴클레오티드 사슬(48)의 길이는 뉴클레오티드의 수 또는 메트릭 길이(예를 들어, 나노미터)의 관점일 수 있다.

템플릿/타겟 폴리뉴클레오티드 사슬(48)의 집단 또는 이의 앰플리콘은 본 명세서에 기재된 방법 또는 시스템(40, 40')의 특정 적용에 바람직하거나 적합한 평균 가닥 길이를 가질 수 있다. 예를 들어, 평균 가닥 길이는 약 100,000개 뉴클레오티드, 약 50,000개 뉴클레오티드, 약 10,000개 뉴클레오티드, 약 5,000개 뉴클레오티드, 약 1,000개 뉴클레오티드, 약 500개 뉴클레오티드, 약 100개 뉴클레오티드 또는 약 50개 뉴클레오티드 미만일 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 평균 가닥 길이는 약 10개 뉴클레오티드, 약 50개 뉴클레오티드, 약 100개 뉴클레오티드, 약 500개 뉴클레오티드, 약 1,000개 뉴클레오티드, 약 5,000개 뉴클레오티드, 약 10,000개 뉴클레오티드, 약 50,000개 뉴클레오티드 또는 약 100,000개 뉴클레오티드보다 클 수 있다. 타겟 폴리뉴클레오티드 사슬(48)의 집단 또는 이의 앰플리콘에 대한 평균 가닥 길이는 상기 기재된 최대값과 최소값 사이의 범위에 있을 수 있다.

일부 경우에, 템플릿/타겟 폴리뉴클레오타이드 사슬(48)의 집단은 조건하에서 생성되거나 그 구성원에 대해 최대 길이를 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 구성원의 최대 길이는 약 100,000개 뉴클레오티드, 약 50,000개 뉴클레오티드, 약 10,000개 뉴클레오티드, 약 5,000개 뉴클레오티드, 약 1,000개 뉴클레오티드, 약 500개 뉴클레오티드, 약 100개 뉴클레오티드 또는 약 50개 뉴클레오티드 미만일 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 템플릿 폴리뉴클레오티드 사슬(48)의 집단 또는 그 앰플리콘은 조건하에서 생산되거나 그 구성원에 대해 최소 길이를 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 구성원의 최소 길이는 약 10개 뉴클레오티드, 약 50개 뉴클레오티드, 약 100개 뉴클레오티드, 약 500개 뉴클레오티드, 약 1,000개 뉴클레오티드, 약 5,000개 뉴클레오티드, 약 10,000개 뉴클레오티드, 약 50,000개 뉴클레오티드 또는 약 100,000개 이상일 수 있다. 모집단에서 템플릿 폴리뉴클레오티드 사슬(48)의 최대 및 최소 가닥 길이는 상기 기재된 최대값 및 최소값 사이의 범위일 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 시퀀싱될 템플릿 폴리뉴클레오타이드 사슬(48)(예를 들어, 단일 가닥 DNA 가닥)은 시약, 예컨대 표지된 뉴클레오티드(30)와 함께 용액에 주입된 후 폴리머라제(38)에 결합된다.

일부 예에서, 여러 상이한 표지된 뉴클레오티드(30)(예를 들어, 뉴클레오티드(32)로서 각각 dA, dC, dG 및 dT로 각각 표지됨)는 센서(10)의 어레이를 포함하는 시스템(40, 40')에서 함께 사용될 수 있다. 일례로, 상이한 뉴클레오티드(32) 및 상이한 뉴클레오티드- 스위치 가닥(28)을 각각 포함하는 4개의 상이한 표지된 뉴클레오티드(30)가 사용된다. 예로서, 표지된 뉴클레오티드(30)는 뉴클레오티드로서 데옥시아데노신 폴리포스페이트 및 제1 뉴클레오티드- 스위치 가닥을 포함하는 제1 표지된 뉴클레오티드; 뉴클레오티드로서 데옥시구아노신 폴리포스페이트 및 제1 스위치 가닥과 다른 시퀀스를 갖는 제2 뉴클레오티드- 스위치 가닥을 포함하는 제2 표지된 뉴클레오티드; 뉴클레오티드로서 데옥시시티딘 폴리포스페이트 및 제1 및 제2 스위치 가닥과 각각 다른 시퀀스를 갖는 제3 뉴클레오티드- 스위치 가닥을 포함하는 제3 표지된 뉴클레오티드; 및 뉴클레오티드로서 데옥시티미딘 폴리포스페이트 및 제1, 제2 및 제3 스위치 가닥과 각각 다른 시퀀스를 갖는 제4 뉴클레오티드- 스위치 가닥을 포함하는 제 4 표지된 뉴클레오티드를 포함한다. 이와 같이, 이 예에서, 제1, 제2, 제3 및 제4 뉴클레오티드- 스위치 가닥은 서로 상이하다. 상이한 스위치 가닥은 (상보적 갭(22)에서 연관될 때) 서로 다른 전도성 변화를 생성할 것이며, 이는 그것에 부착된 뉴클레오티드를 식별하는데 사용될 수 있다.

이제 도 6을 참조하면, 방법의 예가 도시되어 있다. 방법(100)은 i) 2개 전극들(12, 14) 사이에 공간을 브릿지하고 2개 전극들과 전기 연결되는 조절가능한 전기전도성 채널(16) 또는 ii) 2개 전극들(12, 14)을 지지하는 기판(13)과 테더링되는 폴리머라제(38)를 가지는 템플릿 폴리뉴클레오티드 사슬(48)을 전자 센서(10)로 주입하는 단계(참조번호 102); 표지된 뉴클레오티드(30)를 포함하는 시약을 전자 센서(10)로 주입함으로써 표지된 뉴클레오티드 중 하나의 뉴클레오티드(32)가 폴리머라제(38)와 연계되고 표지된 뉴클레오티드(30) 중 하나의 뉴클레오티드- 스위치 가닥(28)이 갭(22)에 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기(24) 중 적어도 일부와 연계되는 단계(참조번호 104); 및 갭(22)에서의 연계에 응답하여 전자 센서(10)의 응답을 검출하는 단계를 포함하며, 조절가능한 전기전도성 채널(16)은 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머(16')를 포함하며, 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머는: 부분적으로 함께 결합된 2개의 폴리뉴클레오티드 사슬(18, 20); 뉴클레오티드가 누락된 제1 폴리뉴클레오티드 사슬(18)의 갭(22); 및 제1 폴리뉴클레오티드 사슬(18)의 갭(22)에 노출된 제2 폴리뉴클레오티드 사슬(20)의 복수의 뉴클레오티드 염기(24)를 포함한다. 또한, 도 5는 방법(100)의 논의 전반에 걸쳐 참조될 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 센서(10)에 도입된 템플릿 폴리뉴클레오티드 사슬(48)은 센서(10) 또는 센서(10)를 지지하는 기판 표면에 테더링된 폴리머라제(38)에 의해 제자리에 유지될 수 있다. 도 5에 도시된 폴리뉴클레오티드 사슬(48)은 DNA의 템플릿 가닥이다. 템플릿 폴리뉴클레오티드 사슬(48)은 표지된 뉴클레오티드(30)와 같은 시약과 함께 생물학적으로 안정한 용액에 주입될 수 있다. 생물학적으로 안정한 용액은 중합 효소 연쇄 반응(PCR) 또는 선형 증폭과 같은 폴리머라제 염기 혼입 반응에 적합한 임의의 완충액일 수 있다. 예로서, 생물학적으로 안정한 용액은 pH가 약 7에 가까운 pH, 수 밀리몰 이상의 염 농도 및 밀리몰 농도의 Mg²⁺ 이온을 갖는 완충액을 포함할 수 있다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 표지된 뉴클레오티드(30)는 템플릿 폴리뉴클레오티드 사슬(48)의 타겟 핵산에 상보적인 염기를 포함할 수 있다. 표지된 뉴클레오티드(30)는 부분적으로 템플릿 폴리뉴클레오타이드 사슬(48)에 또한 결합되는 폴리머라제(38)에 의해 제자리에 유지될 것이다.

표지된 뉴클레오티드(30)와 폴리머라제(38) 사이의 상호작용 및 링크 분자(34)의 길이는 스위치 가닥(28)이 센서(10)의 갭(22)과 연관될 수 있게 한다. 예를 들어, 스위치 가닥(28)과 갭(22)의 연관은 갭(22)에 노출된 뉴클레오티드 염기(24)와 스위치 가닥(28)의 적어도 일부의 혼성화를 포함한다. 일어나는 혼성화는 사용되는 스위치 가닥(28)(예를 들어, 28A, 28B, 28C, 28D)에 일부 의존할 수 있다. 갭(22)에 노출된 뉴클레오티드 염기(24) 중 적어도 일부에 스위치 가닥(28)의 완전 또는 부분 혼성화나 어닐링을 개시 또는 촉진하기 위해 용액의 온도 및/또는 이온 농도가 조정될 수 있다. 일 예로, 스위치 가닥(28)은 갭 (22)에서 실온(예를 들어, 약 18℃ 내지 약 22℃) 및 50mM 염 농도를 갖는 용액에서 부분적으로 또는 완전히 혼성화되도록 설계될 수 있다.

폴리머라제(38)는 스위치 가닥(28)을 갭(22)에 근접하게 유지하여, 여러 혼성화 및 역-혼성화 이벤트가 발생하게 한다. 반면에, 무작위 가닥 드리프팅(drifting)이 한 번 혼성화한 다음 드리프트할 가능성이 있다. 스위치 가닥(28)은 예를 들어 용융 또는 다른 적절한 기술을 사용하여 분리될 때까지 갭(22)에 근접하여 유지될 수 있다. 일부 예에서, 갭(22)에서의 스위치 가닥의 연관은 수십 밀리초 이상일 수 있다. 이러한 비교적 긴 상호작용은 스위치를 "ON"으로 전환(컨덕턴스를 더 낮은 상태로부터 증가시킴으로써 채널(16)을 조절)하고 전도성의 변화가 검출될 수 있다. 이 비교적 긴 상호작용은 용액에 존재하는 다른 표지된 뉴클레오티드(30)와 다른데(즉, 랜덤, 드리프팅 가닥), 이는 확산하고 잠깐 접촉할 수 있지만, 센서(10)에서 적어도 부분적으로 여러 혼성화 및 역-혼성화를 겪지 않는다. 이들 다른 표지된 뉴클레오타이드(30)의 짧은 상호작용은 단기간 및/또는 산발적인 전도성 변화를 야기할 수 있고, 따라서 스위치 가닥(28)이 갭(22)에 근접하여 유지됨으로써 발생하는 전도성 변화와 구별될 수 있다.

스위치 가닥(28)이 노출된 뉴클레오타이드 염기(24)에 대해 여러 번 적어도 부분적으로 혼성화 및 역-혼성화될 때, 센서(10)의 응답은 스위치 가닥(28)이 뉴클레오티드-특이적이기 때문에(즉, 특이적 스위치 가닥(28)이 특이적 염기로 선택되기 때문에) 표지된 뉴클레오티드(30)의 염기를 나타낼 수 있다. 이와 같이, 방법(100)은 또한 센서(10)의 반응을 관련된 뉴클레오티드-특이적 스위치 가닥(28)(즉, 폴리머라제(38) 및 갭(22)과 관련된 표지된 뉴클레오티드(30))과 연관시키는 단계, 뉴클레오티드-특이적 스위치 가닥(28)에 기초하여 관련 표지된 뉴클레오티드(30)(즉, 폴리머라제(38) 및 갭(22)과 연관된 표지된 뉴클레오티드(30))의 뉴클레오티드(예컨대, 염기)를 식별하는 단계를 포함할 수 있다.

관련되는 표지된 뉴클레오티드(30)의 염기는 템플릿 폴리뉴클레오티드 사슬(48)에 혼성화된 초기 가닥(50)에 통합될 것이다. 이는 결국 표지된 뉴클레오티드(30)의 인산기(들)과 새롭게 통합된 뉴클레오티드 염기 사이의 결합을 끊을 것이다. 이는 새롭게 통합된 뉴클레오티드 염기로부터 표지된 뉴클레오티드(30)의 나머지를 절단한다.

스위치 가닥(28)은 적어도 부분적으로 혼성화되고 변형된 dsNA(16')의 이중 나선 구조로 연결되어 있는 것을 선호할 수 있기 때문에, 방법(100)은 뉴클레오티드-특이적 스위치 가닥(28)을 갭(22)으로부터 분리시키기 위해 가열하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 폴리머라제(38)가 표지된 뉴클레오티드(30)의 뉴클레오티드(32)를 얼마나 오래 보유하는지에 부분적으로 따라서, "ON" 시간을 더 짧게 또는 더 길게 만들기 위해 표지된 뉴클레오티드(30)를 합성할 때 스위치 가닥(28)의 용융 온도가 조정될 수 있다. 일 예에서, 용융 온도는 표지된 뉴클레오티드(30)의 인산기(들)와 새로 혼입된 뉴클레오티드 염기 사이의 결합시 감지 시스템(40, 40')이 작동되는 온도에 상응하도록 조정될 수 있다. 이는 표지된 뉴클레오티드(30)가 절단될 때와 동일한 시간 프레임 내에서 스위치 가닥(28)의 해리를 야기할 것이다. 다른 예에서, 스위치 가닥(28)의 "OFF" 시간은 초기 가닥(50) 내로 혼입되는 동안 표지된 뉴클레오티드(30)가 폴리머라제(28)에 의해 유지되는 시간보다 훨씬 짧은 것이 바람직할 수 있다. 이는 폴리머라제(28)와 연관되지 않은 스위치 가닥(28)으로부터의 배경 이벤트(background events)를 최소화할 수 있다.

절단 및 분리의 결과로서, 표지된 뉴클레오티드(30)의 나머지는 뉴클레오티드 염기로부터 자유롭게 분리되고 센서(10)로부터 확산된다. 절단 및 분리는 센서의 전도성을 표지된 뉴클레오티드(30)와 폴리머라제(38) 및 갭(22)의 연관 이전의 초기(예컨대, 낮은) 전도성 상태로 되돌아감으로써 채널(16)을 다시 조절한다. 센서(10)의 전도성이 변화함에 따라 신호의 출현 및 소멸(예를 들어, 증가 및 낮은 상태로의 회귀)은 각각 뉴클레오티드 염기를 템플릿 뉴클레오티드 사슬(48)의 초기 가닥(50) 내로 통합시키고 표지된 뉴클레오티드(30)를 이후 분리시키는 것과 상관될 수 있다.

예시적인 방법(100)에서, (폴리머라제(32) 및 갭(22)과) 표지된 뉴클레오티드(30) 중 하나를 연관시키고, 검출하고, 반응을 연관시키고, 함께 식별하는 것은 (즉, 뉴클레오티드가 초기 가닥(50)으로 통합되었던) 폴리머라제 통합 이벤트의 단일 분자 검출에 사용될 수 있다.

(이러한 개념이 서로 일치하지 않는 경우) 하기에 더 상세하게 논의되는 상술한 개념 및 추가 개념의 모든 조합이 본 명세서에 개시된 본 발명의 주제의 일부인 것으로 고려된다는 것을 이해해야 한다. 특히, 본 명세서의 말미에 나타난 청구된 주제의 모든 조합은 본 명세서에 개시된 본 발명의 주제의 일부인 것으로 고려된다. 또한, 본 명세서에 참조로 통합된 임의의 개시에 나타날 수 있는 명시적으로 사용된 용어는 본 명세서에 개시된 특정 개념과 가장 일치하는 의미가 부여되어야 함을 이해해야 한다.

명세서 전체에 걸쳐 "하나의 예", "또 다른 예", "일 예" 등에 대한 언급은 예와 함께 기술되는 특정 요소(예컨대, 특징, 구조 및/또는 특성)가 본 명세서에 기술된 적어도 하나의 예에 포함되고 다른 예들에는 존재하거나 존재하지 않을 수 있음을 의미한다. 또한, 임의의 예에 대해 기술된 요소들은 문맥상 명백히 다르게 지시하지 않는 한 다양한 예에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있음이 이해되어야 한다.

청구범위를 포함하여 본 명세서 전반에 걸쳐 사용된 "실질적으로" 및 "약"이라는 용어는 처리에 있어 변화로 인한 작은 변동을 기술하고 설명하기 위해 사용된다. 예를 들어, 이들은 ±5% 이하, 예컨대 ±2% 이하, 예컨대 ±1% 이하, 예컨대 ±0.5% 이하, 예컨대 ±0.2 % 이하, 예컨대 ±0.1 % 이하, 예컨대 ±0.05 % 이하를 나타낼 수 있다.

게다가, 본 명세서에 제공된 범위는 명시된 범위 및 명시된 범위 내 임의의 값 도는 하위-범위를 명시적으로 언급된 것처럼 포함한다고 이해되어야 한다. 예를 들어, 약 10nm 내지 약 50nm로 표현된 범위는 약 10nm 내지 약 50nm의 명시적으로 언급된 제한을 포함하는 것뿐 아니라 예컨대 약 15nm, 22.5nm, 45nm 등 그리고 예컨대 약 20nm 내지 약 48nm 등의 하위-범위를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

몇몇 예들은 더 상세히 설명되었지만, 개시된 예들은 변형될 수 있다고 이해되어야 한다. 따라서, 상술한 설명은 제한적인 것이 아니라고 고려될 것이다.

SEQUENCE LISTING <110> Illumina Inc. <120> SENSOR AND SENSING SYSTEM <130> IP-1687-PRV <160> 1 <170> PatentIn version 3.5 <210> 1 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Conductivity Sensor <400> 1 tgggccccat cccccctagg c 21

Claims

다음을 포함하는 센서:
전극들 사이에 공간을 갖는 2개의 전극;
고정된 폴리머라제, 고정된 폴리머라제는 표지된 뉴클레오티드의 뉴클레오티드를 초기 가닥에 통합하도록 구성되며, 표지된 뉴클레오티드는 링크 분자에 의해 스위치 가닥에 연결된 뉴클레오티드를 포함한다; 및
2개의 전극에 부착된 조절가능한 전기전도성 채널, 조절가능한 전기전도성 채널은 2개의 전극과 전기 연결되고 2개 전극 사이의 공간을 브릿지(bridging)하는 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머를 포함하며, 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머는 다음을 포함한다:
부분적으로 함께 결합된 제1 폴리뉴클레오티드 사슬 및 제2 폴리뉴클레오티드 사슬;
뉴클레오티드가 누락된 제1 폴리뉴클레오티드 사슬의 갭, 갭은 스위치 가닥을 적어도 부분적으로 수용하도록 구성된다; 및
제1 폴리뉴클레오티드 사슬의 갭에서 노출된 제2 폴리뉴클레오티드 사슬의 복수의 뉴클레오티드 염기.
제 1 항에 있어서,
갭은 약 10nm 내지 약 50nm의 범위의 길이를 가지는 것인 센서.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
고정된 폴리머라제가 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머에 부착되는 것인 센서.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
i) 링커는 제1 폴리뉴클레오티드 사슬의 각 단부를 2개의 전극 중 각각의 전극에 각각 부착하거나; 또는
ii) 링커는 제2 폴리뉴클레오티드 사슬의 각 단부를 2개의 전극 중 각각의 전극에 각각 부착하거나; 또는
iii) i)과 ii) 둘 다인 센서.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
갭에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기 중 적어도 하나는 구아닌 염기이거나, 또는
갭에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기들 각각은 구아닌 염기인 센서.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
갭에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기 중 적어도 일부와 상보적인 염기를 포함하는 뉴클레오티드의 가닥을 포함하는 스위치 가닥(switch strand)이 갭에서 복수의 뉴클레오티드 염기 중 적어도 일부와 연계할 때 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머로부터 응답을 검출하는 검출기를 추가로 포함하는 것인 센서.
제 1 항 및 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
2개 전극을 지지하는 기판을 추가로 포함하며, 고정된 폴리머라제는 기판에 부착되는 것인 센서.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머에 시약을 주입하는 유체 시스템을 추가로 포함하고, 시약은 표지된 뉴클레오티드를 포함하며, 및
스위치 가닥은 갭에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기 중 적어도 일부와 상보적인 염기를 포함하는 뉴클레오티드의 가닥을 포함하는 것인 센서.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
2개의 전극에 부착된 복수의 다른 조절가능한 전기전도성 채널들을 추가로 포함하고, 다른 조절가능한 전기전도성 채널들 각각은 2개의 전극과 전기 연결되고 2개 전극 사이의 공간을 브릿지하는 각각의 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머를 포함하는 센서.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
조절가능한 전기전도성 채널은:
복수의 뉴클레오티드 염기가 갭에서 노출될 때 제1 컨덕턴스; 및
갭에서 복수의 뉴클레오티드 염기 중 적어도 일부가 스위치 가닥의 복수의 상보적인 뉴클레오티드 염기와 연계될 때 제1 컨덕턴스와 다른 제2 컨덕턴스를 나타내는 것인 센서.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
표지된 뉴클레오티드를 추가로 포함하고,
링크 분자는 뉴클레오티드의 인산기에 부착되고; 및
스위치 가닥은 제1 폴리뉴클레오티드 사슬의 갭에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기 중 적어도 일부에 상보적인 염기를 포함하는 뉴클레오티드 가닥을 포함하는 것인 센서.
다음을 포함하는 키트:
전자식 컴포넌트, 이는 다음을 포함한다:
지지체; 및
지지체에 동작가능하게 배치되고 공간에 의해 이격되는 2개의 전극; 및
폴리머 용액, 이는 다음을 포함한다:
액체 캐리어; 및
액체 캐리어 내 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머, 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머는 다음을 포함한다:
부분적으로 서로 결합되고 대향 단부들을 가지는 2개의 폴리뉴클레오티드 사슬;
대향 단부들의 각각에 부착되는 링커로, 각각의 링커는 2개의 전극 중 각각의 하나에 부착되는 것인 링커;
뉴클레오티드가 누락된 제1 폴리뉴클레오티드 사슬의 갭; 및
제1 폴리뉴클레오티드 사슬의 갭에서 노출된 제2 폴리뉴클레오티드 사슬의 복수의 뉴클레오티드 염기;
표지된 뉴클레오티드를 포함하는 시약 용액, 표지된 뉴클레오티드 중 적어도 하나는 다음을 포함한다:
뉴클레오티드;
뉴클레오티드의 인산기에 부착된 링크 분자; 및
링크 분자에 부착된 스위치 가닥, 스위치 가닥은 갭에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기 중 적어도 일부와 상보적인 염기를 포함하는 뉴클레오티드의 가닥을 포함한다;
변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머는 각각의 링커가 2개의 전극 중 각각의 하나와 부착할 때 2개의 전극 사이의 공간에 조절가능한 전기전도성 채널을 형성한다.
제 12 항에 있어서,
a) 스위치 가닥의 염기는 갭에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기와 완전히 상보적이거나, 또는
b) 스위치 가닥은 갭에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기 중 대응하는 하나와 상보적이지 않은 불일치 염기를 가지는 적어도 하나의 뉴클레오티드를 추가로 포함하거나, 또는
c) 스위치 가닥 내 뉴클레오티드의 가닥은 갭에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기보다 더 적은 적어도 하나의 뉴클레오티드를 가지거나, 또는
d) 스위치 가닥 내 뉴클레오티드의 가닥은 갭에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기보다 더 많은 수의 뉴클레오티드를 가지며, 스위치 가닥의 일부는 갭에서 연계될 때 스템 루프(stem loop)를 형성하거나, 또는
e) 스위치 가닥 내 뉴클레오티드의 가닥은 갭에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기보다 더 많은 수의 뉴클레오티드를 가지며; 스위치 가닥의 한 부분은 갭에서 연계될 때 스템 루프를 형성하고; 및 스위치 가닥의 다른 부분은 갭에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기와 완전히 상보적이거나 갭에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기 중 대응하는 하나와 상보적이지 않은 불일치 염기를 가지는 적어도 하나의 뉴클레오티드를 포함하는 것인 키트.
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
표지된 뉴클레오티드가 4개의 상이한 세트의 표지된 뉴클레오티드를 포함하며, 표지된 뉴클레오티드의 각 세트는 상이한 뉴클레오티드 및 상이한 스위치 가닥을 포함하는 것인 키트.
다음을 포함하는 센싱 시스템:
플로우 셀; 및
플로우 셀과 통합되는 전자 센서, 전자 센서는 다음을 포함한다:
전극들 사이에 공간을 갖는 2개의 전극;
고정된 폴리머라제, 고정된 폴리머라제는 표지된 뉴클레오티드의 뉴클레오티드를 초기 가닥에 통합하도록 구성되며, 표지된 뉴클레오티드는 링크 분자에 의해 스위치 가닥에 연결된 뉴클레오티드를 포함한다;
2개의 전극에 부착된 조절가능한 전기전도성 채널, 조절가능한 전기전도성 채널은 2개의 전극과 전기 연결되고 2개 전극 사이의 공간을 브릿지하는 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머를 포함하며, 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머는 다음을 포함한다:
부분적으로 함께 결합된 제1 폴리뉴클레오티드 사슬 및 제2 폴리뉴클레오티드 사슬;
뉴클레오티드가 누락된 제1 폴리뉴클레오티드 사슬의 갭, 갭은 스위치 가닥을 적어도 부분적으로 수용하도록 구성된다; 및
제1 폴리뉴클레오티드 사슬의 갭에서 노출된 제2 폴리뉴클레오티드 사슬의 복수의 뉴클레오티드 염기.
제 15 항에 있어서,
플로우 셀의 입력부로 시약을 선택적으로 주입하는 시약 전달 시스템을 추가로 포함하며, 시약은 샘플 용기 내에 있고, 시약은 표지된 뉴클레오티드를 포함하며,
링크 분자는 뉴클레오티드의 인산기에 부착되고;
스위치 가닥은 갭에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기 중 적어도 일부와 상보적인 염기를 포함하는 뉴클레오티드의 가닥을 포함하며; 및
전자 센서로부터 응답을 검출하는 검출기를 추가로 포함하고, 고정된 폴리머라제는 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머 또는 전자 센서의 지지체와 연결되는 것인 센싱 시스템.
다음을 포함하는 방법:
템플릿 폴리뉴클레오티드 사슬을 i) 2개 전극들 사이에 공간을 브릿지하고 2개 전극들과 전기 연결되는 조절가능한 전기전도성 채널 또는 ii) 2개 전극들을 지지하는 기판과 테더링되는 고정된 폴리머라제를 가지는 전자 센서로 주입하는 단계로, 조절가능한 전기전도성 채널은 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머를 포함하며, 여기서 변형된 부분 이중 가닥 핵산 폴리머는 다음을 포함한다:
부분적으로 함께 결합된 제1 폴리뉴클레오티드 사슬 및 제2 폴리뉴클레오티드 사슬;
뉴클레오티드가 누락된 제1 폴리뉴클레오티드 사슬의 갭; 및
제1 폴리뉴클레오티드 사슬의 갭에서 노출된 제2 폴리뉴클레오티드 사슬의 복수의 뉴클레오티드 염기;
복수의 표지된 뉴클레오티드를 포함하는 시약을 전자 센서로 주입하는 단계로, 이에 의해 복수의 표지된 뉴클레오티드 중 하나의 뉴클레오티드가 고정된 폴리머라제와 연계되고 표지된 뉴클레오티드 중 하나의 뉴클레오티드-특화 스위치 가닥이 갭에서 노출된 복수의 뉴클레오티드 염기 중 적어도 일부와 연계된다; 및
갭에서의 연계에 응답하여, 전자 센서의 응답을 검출하는 단계.
제 17 항에 있어서,
전자 센서의 응답을 해당 뉴클레오티드-특화 스위치 가닥과 연계하는 단계; 및
연계된 뉴클레오티드-특화 스위치 가닥에 기초하여, 표지된 뉴클레오티드 중 하나의 뉴클레오티드를 식별하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
갭으로부터 뉴클레오티드-특화 스위치 가닥을 연계 해제하도록 가열하는 단계를 추가로 포함하는 것인 방법.
제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 표지된 뉴클레오티드가 4개의 상이한 세트의 표지된 뉴클레오티드를 포함하며, 표지된 뉴클레오티드의 각 세트는 상이한 뉴클레오티드 및 상이한 스위치 가닥을 포함하는 것인 방법.