KR20240004501A - 플로우 셀 - Google Patents

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KR20240004501A
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fluid
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헤이든 블랙
자비에르 본 해튼
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일루미나, 인코포레이티드
일루미나 케임브리지 리미티드
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Abstract

예시적인 방법은, 플로우 채널에 적어도 부분적으로 노출된 표면을 갖는 작업 전극을 포함하는 플로우 셀의 플로우 채널에 제1 유체를 도입하는 단계로서, 표면이 변형되지 않거나 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재를 사용하여 변형되고, 이에 의해 제1 유체에 존재하는 복합체의 연결 모이어티가 복합체를 표면에 화학적으로 부착하여 작업 전극의 일시적으로 변형된 표면을 형성하는, 단계; 일시적으로 변형된 표면의 복합체를 포함하는 센싱 작업을 수행하는 단계; 및 작업 전극에 연결 모이어티의 탈리 전압을 인가하고, 이에 의해 연결 모이어티를 분리하고 표면을 재생하는 단계를 포함한다.

Description

플로우 셀
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 2021년 4월 26일자로 출원된 미국 임시 출원 제63/179,794호의 이익을 주장하며, 이는 그 전체 내용이 본원에 인용되어 포함된다.
서열 목록의 참조
EFS 웹을 통해 본원에 제출된 서열 목록이 그 전체 내용이 인용되어 포함된다. 파일명은 ILI216BPCT_IP-2117-PCT_Sequence_Listing_ST25.txt이고, 파일 크기는 812 바이트이며, 파일의 작성일은 2022년 4월 8일이다.
플로우 셀은 유전자 시퀀싱, 유전형 분석 등과 같은 다양한 방법과 응용 분야에 사용된다. 핵산 분석을 위해 플로우 셀의 표면은 일어날 반응에 따라 프라이머, 폴리머라제 등과 같은 특정 표면 화학으로 작용화될 수 있다. 많은 경우 표면 화학은 플로우 셀 표면에 공유 결합된다. 공유 연결은, 다양한 사용 동안 플로우 셀의 수명 전체에 걸쳐 플로우 셀의 활성 영역에서 표면 화학을 유지하기 위해 바람직할 수 있다.
본원에 개시된 플로우 셀은 여러 번 사용될 수 있다. 핵산 분석을 위한 플로우 셀 표면 화학은 분석의 초기 사이클(예를 들어, 시퀀싱 실행)을 수행하기 전에 실시간으로 표면에 도입되고 부착된다. 플로우 셀 표면 화학은 또한 예를 들어 전기화학적으로 유도된 탈리 또는 가시광 유도 해리를 통해 제거 가능하다. 탈리 또는 해리 시 세척 사이클(들)은 플로우 셀에서 표면 화학 물질을 제거하여 다른 핵산 분석에 사용할 새로운 표면 화학 물질을 도입할 수 있도록 표면을 준비한다.
본 개시의 예의 특징은 유사한 참조 번호가, 아마도 동일하지는 않지만 유사한 구성요소에 상응하는 아래의 상세한 설명 및 도면을 참조함으로써 명백해질 것이다. 간결함을 위해, 이전에 설명된 기능을 갖는 참조 번호 또는 특징부는 이들이 나타나는 다른 도면과 관련하여 설명되거나 설명되지 않을 수 있다.
도 1은 플로우 셀의 한 예의 상면도이다;
도 2a는 전기화학적 재생가능 표면을 갖는 플로우 셀의 예를 도 1의 선 2A-2A를 따라 취한 단면도이다;
도 2b는 전기화학적 재생가능 표면을 갖는 플로우 셀의 또 다른 예를 도 1의 선 2B-2B를 따라 취한 단면도이다;
도 2c는 전기화학적 재생가능 표면을 갖는 플로우 셀의 또 다른 예를 도 1의 선 2C-2C를 따라 취한 단면도이다;
도 3a는 가시광 재생가능 표면을 갖는 플로우 셀의 예를 도 1의 선 3A-3A를 따라 취한 단면도이다;
도 3b는 가시광 재생가능 표면을 갖는 플로우 셀의 또 다른 예를 도 1의 선 3B-3B를 따라 취한 단면도이다;
도 4a 내지 도 4e는 본원에 개시된 플로우 셀의 예에 제거 가능한 표면 화학 물질을 도입하는 데 사용될 수 있는 복합체의 다양한 예를 개략적으로 예시한다;
도 5는 플로우 셀 표면의 전기화학적 재생을 포함하는 본원에 개시된 방법의 예를 예시하는 개략적인 흐름도이다;
도 6은 플로우 셀 표면의 전기화학적 재생을 포함하는 본원에 개시된 방법의 또 다른 예를 예시하는 개략적인 흐름도이다;
도 7은 플로우 셀 표면의 전기화학적 재생을 포함하는 본원에 개시된 방법의 또 다른 예를 예시하는 개략적인 흐름도이다;
도 8은 플로우 셀 표면의 전기화학적 재생을 포함하는 본원에 개시된 방법의 또 다른 예를 예시하는 개략적인 흐름도이다;
도 9는 플로우 셀 표면의 가시광 재생을 포함하는 본원에 개시된 방법의 예를 예시하는 개략적인 흐름도이다;
도 10은 본원에 개시된 시퀀싱 시스템의 개략도이다.
본원에는 여러 번 사용될 수 있는 플로우 셀이 개시되어 있다. 초기 플로우 셀 표면은 변형되지 않거나 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재를 사용하여 변형된다. 핵산 분석을 위한 표면 화학이 플로우 셀에 도입되고 플로우 셀 표면에 부착되어 일시적으로 변형된 표면을 생성한다. 원하는 분석이 수행된 후 표면 화학 물질을 플로우 셀에서 제거할 수 있다. 표면 화학 물질을 제거하면 초기의 변형되지 않거나 변형된 표면이 재생되며, 이는 플로우 셀 표면을 후속 핵산 분석을 위해 새로운 표면 화학 물질을 수용할 수 있도록 준비시킨다.
플로우 셀의 재사용 가능성으로 인해 소모품 세트의 일부가 아닌 시퀀싱 기기의 일부가 될 수 있다.
정의
본원에서 사용되는 용어들은 달리 명시되지 않는 한 관련 기술 분야에서의 그것의 통상의 의미를 취할 것으로 이해되어야 한다. 본원에서 사용되는 몇몇 용어 및 그 의미는 다음과 같다.
단수 형태("a", "an" 및 "the")는 문맥이 명확하게 달리 지시하지 않는 한 복수의 지시 대상을 포함한다.
용어 '포함하는(comprising)', '포함하는(including)', '함유하는' 및 이들 용어의 다양한 형태는 서로 동의어이며 동등하게 넓은 의미이다.
용어 상부, 하부, 하측, 상측, ~ 상에 등은 플로우 셀 및/또는 플로우 셀의 다양한 구성요소를 기술하기 위해 본원에서 사용된다. 이러한 방향 용어는 특정 배향을 의미하고자 하는 것이 아니라, 구성요소들 사이의 상대적인 배향을 지정하는 데 사용되는 것으로 이해되어야 한다. 방향 용어의 사용이 본원에 개시된 예를 임의의 특정 배향(들)으로 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
제1, 제2 등의 용어도 특정 배향 또는 순서를 의미하는 것이 아니라, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구별하는 데 사용된다.
본원에 제공된 범위는 언급된 범위 및 언급된 범위 내의 임의의 값 또는 하위 범위를, 그러한 값 또는 하위 범위가 명시적으로 언급된 것처럼, 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 약 400 nm 내지 약 1 μm(1000 nm)의 범위는 약 400 nm 내지 약 1 μm의 명시적으로 언급된 한계뿐만 아니라, 약 708 nm, 약 945.5 nm 등과 같은 개별 값, 및 약 425 nm 내지 약 825 nm, 약 550 nm 내지 약 940 nm 등과 같은 부분적인 범위를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 또한, "약" 및/또는 "실질적으로"가 값을 설명하는 데 사용될 때, 표시된 값으로부터 약간의 차이(최대 +/-10%)를 포함하는 것을 의미한다.
"아크릴아미드"는 구조 를 갖는 작용기이며, 여기서 각각의 H는 대안적으로 알킬, 알킬아미노, 알킬아미도, 알킬티오, 아릴, 글리콜, 및 이들의 선택적으로 치환된 변형체일 수 있다.
본원에서 사용되는 "알킬"은 완전 포화된(즉, 이중 또는 삼중 결합을 함유하지 않는) 직쇄 또는 분지형 탄화수소 사슬을 지칭한다. 알킬 기는 1 내지 20개의 탄소 원자를 가질 수 있다. 예시적인 알킬 기에는 메틸, 에틸, 프로필, 아이소프로필, 부틸, 아이소부틸, 3차 부틸, 펜틸, 헥실 등이 포함된다. 한 예로서, 명칭 "C1-C6 알킬"은 알킬 사슬 내에 1 내지 6개의 탄소 원자가 존재함을 나타내며, 즉 알킬 사슬은 메틸, 에틸, 프로필, 아이소-프로필, n-부틸, 아이소부틸, sec-부틸, t-부틸, 펜틸, 및 헥실로 이루어진 군으로부터 선택된다.
본원에서 사용되는 "알킬아미노"는 하나 이상의 수소 원자가 아미노 기로 대체된 알킬 기를 지칭하며, 여기서, 아미노 기는 -NRaRb 기를 지칭하고, Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 C1-C6 알킬, C2-C6 알케닐, C2-C6 알키닐, C3-C7 카르보사이클, C6-C10 아릴, 5원 내지 10원 헤테로아릴, 및 5원 내지 10원 헤테로사이클로부터 선택된다.
본원에서 사용되는 "알킬아미도"는 하나 이상의 수소 원자가 C-아미도 기 또는 N-아미도 기로 대체된 알킬 기를 지칭한다. "C-아미도" 기는 "-C(=O)N(RaRb)" 기를 지칭하며, 여기서 Ra 및 Rb는 독립적으로 알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 사이클로알케닐, 사이클로알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 헤테로알리사이클, 아르알킬, 또는 (헤테로알리사이클릭)알킬로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. "N-아미도" 기는 "RC(=O)N(Ra)-" 기를 지칭하며, 여기서 R 및 Ra는 독립적으로 알킬, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 사이클로알케닐, 사이클로알키닐, 아릴, 헤테로아릴, 헤테로알리사이클, 아르알킬, 또는 (헤테로알리사이클릭)알킬로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 임의의 알킬아미도는 치환 또는 미치환될 수 있다.
본원에서 사용되는 "알킬티오"는 RS-를 지칭하며, 여기서 R은 알킬이다. 알킬티오는 치환 또는 미치환될 수 있다.
본원에서 사용되는 "알켄" 또는 "알케닐"은 하나 이상의 이중 결합을 함유하는 직쇄 또는 분지형 탄화수소 사슬을 지칭한다. 알케닐 기는 2 내지 20개의 탄소 원자를 가질 수 있다. 예시적인 알케닐 기에는 에테닐, 프로페닐, 부테닐, 펜테닐, 헥세닐 등이 포함된다.
본원에서 사용되는 "알킨" 또는 "알키닐"은 하나 이상의 삼중 결합을 함유하는 직쇄 또는 분지형 탄화수소 사슬을 지칭한다. 알키닐 기는 2 내지 20개의 탄소 원자를 가질 수 있다.
본원에서 사용되는 "아르알킬" 및 "아릴(알킬)"은 저급 알킬렌 기를 통해 치환체로서 연결된 아릴 기를 지칭한다. 아르알킬의 저급 알킬렌 및 아릴 기는 치환 또는 미치환될 수 있다. 예에는 벤질, 2-페닐알킬, 3-페닐알킬, 및 나프틸알킬이 포함되지만 이로 한정되지 않는다.
용어 "아릴"은 고리 골격 내에 탄소만을 함유하는 방향족 고리 또는 고리 시스템(즉, 2개의 인접한 탄소 원자를 공유하는 2개 이상의 융합된 고리)을 지칭한다. 아릴이 고리계일 때, 시스템 내의 모든 고리는 방향족이다. 아릴 기는 6 내지 18개의 탄소 원자를 가질 수 있다. 아릴 기의 예에는 페닐, 나프틸, 아줄레닐, 및 안트라세닐이 포함된다. 임의의 아릴은 적어도 하나의 헤테로원자, 즉 탄소 이외의 원소(예를 들어, 질소, 산소, 황 등)를 고리 골격 내에 갖는 헤테로아릴일 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "부착된"은 2개가 직접적으로 또는 간접적으로 서로 결합, 체결, 접착, 연결 또는 결속된 상태를 지칭한다. 예를 들어, 핵산은 작용화된 중합체에 공유 결합 또는 비공유 결합에 의해 부착될 수 있다. 공유 결합은 원자들 사이에 전자쌍을 공유하는 것을 특징으로 한다. 비공유 결합은 전자쌍의 공유를 수반하지 않는 물리적 결합이며, 예를 들어 수소 결합, 이온 결합, 반 데르 발스 힘, 친수성 상호작용 및 소수성 상호작용을 포함할 수 있다.
"아지드" 또는 "아지도" 작용기는 -N3을 지칭한다.
본원에서 사용되는 "카르보사이클"은 고리 시스템 골격 내에 단지 탄소 원자만을 함유하는 비방향족 사이클릭 고리 또는 고리 시스템을 의미한다. 카르보사이클이 고리 시스템인 경우에, 융합된, 가교결합된 또는 스피로-연결된 방식으로 2개 이상의 고리가 함께 결합될 수 있다. 카르보사이클은 임의의 포화도를 가질 수 있으며, 단 고리 시스템의 적어도 하나의 고리는 방향족이 아니다. 따라서, 카르보사이클은 사이클로알킬, 사이클로알케닐, 및 사이클로알키닐을 포함한다. 카르보사이클 기는 3 내지 20개의 탄소 원자를 가질 수 있다. 카르보사이클 고리의 예에는 사이클로프로필, 사이클로부틸, 사이클로펜틸, 사이클로헥실, 사이클로헥세닐, 2,3-디하이드로-인덴, 비사이클로[2.2.2]옥타닐, 아다만틸, 및 스피로[4.4]노나닐이 포함된다. 임의의 카르보사이클은 고리 골격 내에 적어도 하나의 헤테로원자를 갖는 헤테로사이클일 수 있다.
본원에서 사용되는 "사이클로알킬"은 완전히 포화된(이중 또는 삼중 결합이 없는) 모노사이클릭 또는 멀티사이클릭 탄화수소 고리 시스템을 지칭한다. 둘 이상의 고리로 구성된 경우, 고리는 융합된 방식으로 함께 결합될 수 있다. 사이클로알킬 기는 고리(들)에 3 내지 10개의 원자를 함유할 수 있다. 일부 예에서, 사이클로알킬 기는 고리(들)에 3 내지 8개의 원자를 함유할 수 있다. 사이클로알킬 기는 미치환 또는 치환될 수 있다. 예시적인 사이클로알킬 기는 사이클로프로필, 사이클로부틸, 사이클로펜틸, 사이클로헥실, 사이클로헵틸, 및 사이클로옥틸을 포함한다.
본원에서 사용되는 "사이클로알케닐" 또는 "사이클로알켄"은 적어도 하나의 이중 결합을 갖는 카르보사이클 고리 또는 고리 시스템을 의미하며, 여기서 고리 시스템의 고리는 방향족이 아니다. 예에는 사이클로헥세닐 또는 사이클로헥센 및 노르보르네닐 또는 노르보르넨이 포함된다.
본원에서 사용되는 "사이클로알키닐" 또는 "사이클로알킨"은 적어도 하나의 삼중 결합을 갖는 카르보사이클 고리 또는 고리 시스템을 의미하며, 여기서 고리 시스템의 고리는 방향족이 아니다. 한 예는 사이클로옥틴이다. 다른 예는 비사이클로노닌이다. 또 다른 예는 디벤조사이클로옥틴(DBCO)이다.
본원에서 사용되는 용어 "침착"은 수동 또는 자동일 수 있는 임의의 적합한 적용 기술을 지칭하며, 일부 경우에 표면 특성의 변형을 초래한다. 일반적으로, 침착은 증착 기술, 코팅 기술, 그래프팅 기술 등을 사용하여 수행될 수 있다. 일부 구체적인 예에는 화학 증착(CVD), 스프레이 코팅(예를 들어, 초음파 스프레이 코팅), 스핀 코팅, 덩크(dunk) 또는 딥 코팅, 닥터 블레이드 코팅, 퍼들 디스펜싱(puddle dispensing), 플로우 스루 코팅(flow through coating), 에어로졸 프린팅, 스크린 프린팅, 마이크로 접촉 프린팅, 잉크젯 프린팅 등이 포함된다.
본원에서 사용되는 용어 "함몰부"는 기재 또는 패턴화된 재료의 간극 영역(들)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 표면 개구를 갖는 기재 또는 패턴화된 재료 내의 별개의 오목한 특징부를 지칭한다. 함몰부는 예를 들어 원형, 타원형, 정사각형, 다각형, 별 모양(임의의 정점 수 포함) 등을 포함하여 표면 개구부에 다양한 모양을 가질 수 있다. 표면과 직교하는 함몰부의 단면은 곡선형, 정사각형, 다각형, 쌍곡선형, 원추형, 각진형 등이 될 수 있다. 예를 들어, 함몰부는 웰(well) 또는 2개의 상호 연결된 웰일 수 있다. 함몰부는 또한 리지(ridge), 스텝 특징부 등과 같은 더욱 복잡한 구조를 가질 수 있다.
용어 "각각"은 품목들의 집합과 관련하여 사용될 때, 집합 내의 개별 품목을 식별하도록 의도되지만, 반드시 집합 내의 모든 품목을 지칭하지는 않는다. 명시적 개시 또는 문맥이 명백히 달리 지시하면 예외들이 발생할 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "플로우 셀"은 변형되지 않은 적어도 하나의 표면 또는 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재를 사용하여 변형된 적어도 하나의 표면과 유체 연통하는 플로우 채널을 갖는 용기를 의미하도록 의도된다. 변형되지 않거나 변형된 표면은 핵산 분석 동안 사용되는 표면 화학 물질을 부착할 수 있으며, 전기화학적으로 또는 가시광에 노출되면 표면 화학을 방출할 수 있다. 플로우 셀은 또한 시약(들)을 플로우 채널에 전달하기 위한 입구 및 플로우 채널로부터 시약(들)을 제거하기 위한 출구를 포함한다. 플로우 셀은 표면 화학 물질을 수반하는 반응을 검출할 수 있다. 예를 들어, 플로우 셀은 플로우 채널 내의 어레이, 광학적으로 표지된 분자 등의 광학적 검출을 허용하는 하나 이상의 투명한 표면을 포함할 수 있다.
본원에서 사용되는 "플로우 채널" 또는 "채널"은 액체 샘플을 선택적으로 수용할 수 있는 2개의 결합된 구성요소들 사이에 한정되는 영역일 수 있다. 다른 예에서, 플로우 채널은 패턴화된 또는 비-패턴화된 구조와 리드(lid) 사이에 한정될 수 있다. 다른 예에서, 플로우 채널은 함께 접합된 2개의 패턴화된 또는 비-패턴화된 구조들 사이에 한정될 수 있다.
본원에서 사용되는 "헤테로알리사이클릭" 또는 "헤테로알리사이클"은 3원, 4원, 5원, 6원, 7원, 8원, 9원, 10원, 최대 18원 모노사이클릭, 비사이클릭, 및 트리사이클릭 고리 시스템을 지칭하는데, 탄소 원자가 1 내지 5개의 헤테로원자와 함께 상기 고리 시스템을 구성한다. 헤테로알리사이클릭 고리 시스템은 완전히 비편재화된 파이-전자 시스템이 모든 고리에 걸쳐 발생하지는 않는 방식으로 위치된 하나 이상의 불포화 결합을 선택적으로 함유할 수 있다. 헤테로원자는 독립적으로 산소, 황, 및 질소로부터 선택된다. 헤테로알리사이클릭 고리 시스템은 하나 이상의 카르보닐 또는 티오카르보닐 작용기를 추가로 함유할 수 있어서, 이 정의에는 락탐, 락톤, 환형 이미드, 환형 티오이미드, 및 환형 카르바메이트와 같은 옥소-시스템 및 티오-시스템이 포함된다. 고리들은 융합된 방식으로 함께 결합될 수 있다. 부가적으로, 헤테로알리사이클릭 내의 임의의 질소가 4차화될 수 있다. 헤테로알리사이클 또는 헤테로알리사이클릭 기는 미치환 또는 치환될 수 있다. 그러한 "헤테로알리사이클릭" 또는 "헤테로알리사이클" 기의 예에는 1,3-디옥신, 1,3-디옥산, 1,4-디옥산, 1,2-디옥솔란, 1,3-디옥솔란, 1,4-디옥솔란, 1,3-옥사티안, 1,4-옥사티인, 1,3-옥사티올란, 1,3-디티올, 1,3-디티올란, 1,4-옥사티안, 테트라하이드로-1,4-티아진, 2H-1,2-옥사진, 말레이미드, 석신이미드, 바르비투르산, 티오바르비투르산, 디옥소피페라진, 하이단토인, 디하이드로우라실, 트리옥산, 헥사하이드로-1,3,5-트리아진, 이미다졸린, 이미다졸리딘, 아이속사졸린, 아이속사졸리딘, 옥사졸린, 옥사졸리딘, 옥사졸리디논, 티아졸린, 티아졸리딘, 모르폴린, 옥시란, 피페리딘 N-옥사이드, 피페리딘, 피페라진, 피롤리딘, 피롤리돈, 피롤리디온, 4-피페리돈, 피라졸린, 피라졸리딘, 2-옥소피롤리딘, 테트라하이드로피란, 4H-피란, 테트라하이드로티오피란, 티아모르폴린, 티아모르폴린 설폭사이드, 티아모르폴린 설폰, 및 이들의 벤조-융합된 유사체(예컨대, 벤즈이미다졸리디논, 테트라하이드로퀴놀린, 3,4- 메틸렌디옥시페닐)가 포함된다.
"(헤테로알리사이클릭)알킬"은 저급 알킬렌 기를 통해 치환체로서 연결된 헤테로사이클릭 또는 헤테로알리사이클릭 기를 지칭한다. (헤테로알리사이클릭)알킬의 저급 알킬렌 및 헤테로사이클 또는 헤테로사이클은 치환 또는 미치환될 수 있다. 예에는 테트라하이드로-2H-피란-4-일)메틸, (피페리딘-4-일)에틸, (피페리딘-4-일)프로필, (테트라하이드로-2H-티오피란-4-일)메틸, 및 (1,3-티아지난-4-일)메틸이 포함된다.
본원에서 사용되는 "하이드록시" 또는 "하이드록실"은 -OH 기를 지칭한다.
용어 "글리콜"은 말단기 -(CH2)nOH를 지칭하며, 여기서 n은 2 내지 10의 범위이다. 구체적인 예로서, 글리콜은 에틸렌 글리콜 말단기 -CH2CH2OH, 프로필렌 글리콜 말단기 -CH2CH2CH2OH, 또는 부틸렌 글리콜 말단기 -CH2CH2CH2CH2OH일 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "간극 영역"은, 예컨대, 함몰부를 분리하는 기재, 패턴화된 수지, 또는 다른 지지체의 영역을 지칭한다. 예를 들어, 간극 영역은 어레이의 하나의 함몰부를 어레이의 다른 함몰부로부터 분리할 수 있다. 서로 분리된 2개의 함몰부는 별개의 것일 수 있으며, 즉 서로 물리적 접촉이 결여된 것일 수 있다. 다수의 예에서, 간극 영역은 연속적인 반면, 함몰부는, 예를 들어, 달리 연속적인 표면에서 한정된 복수의 함몰부의 경우와 같이 별개의 것이다. 다른 예에서, 간극 영역 및 특징부는, 예를 들어 각각의 간극 영역에 의해 분리된 복수의 트렌치의 경우와 같이 별개의 것이다. 간극 영역에 의해 제공되는 분리는 부분적인 또는 완전한 분리일 수 있다. 간극 영역은 표면에서 한정된 함몰부의 표면 재료와는 상이한 표면 재료를 가질 수 있다. 예를 들어, 함몰 표면은 전극일 수 있고 간극 영역은 전기 절연 재료일 수 있다.
본원에서 사용되는 "뉴클레오티드"는 질소 함유 헤테로사이클릭 염기, 당, 및 하나 이상의 포스페이트 기를 포함한다. 뉴클레오티드는 핵산 서열의 단량체 단위이다. 리보핵산(RNA)에서, 당은 리보스이고, 데옥시리보핵산(DNA)에서, 당은 데옥시리보스, 즉 리보스의 2' 위치에 존재하는 하이드록실 기가 결여된 당이다. 질소 함유 헤테로사이클릭 염기(즉, 핵산염기)는 퓨린 염기 또는 피리미딘 염기일 수 있다. 퓨린 염기는 아데닌(A) 및 구아닌(G), 및 이의 변형 유도체 또는 유사체를 포함한다. 피리미딘 염기는 시토신(C), 티민(T), 및 우라실(U), 및 이들의 변형된 유도체 또는 유사체를 포함한다. 데옥시리보스의 C-1 원자는 피리미딘의 N-1 또는 퓨린의 N-9에 결합된다. 핵산 유사체는 포스페이트 골격, 당, 또는 핵산염기 중 임의의 것이 변경된 것일 수 있다. 핵산 유사체의 예에는, 예를 들어, 보편적 염기 또는 포스페이트-당 골격 유사체, 예컨대 펩티드 핵산(PNA)이 포함된다.
일부 예에서, 용어 "위에"는 하나의 구성요소 또는 재료가 다른 구성요소 또는 재료 상에 직접 위치됨을 의미할 수 있다. 하나가 다른 하나 위에 직접 닿으면, 둘은 서로 접촉한다. 도 2a에서, 작업 전극(24A)은 기재(22A) 위에 적용되어 기재(22A) 위에 직접 접촉하고 있다. 유사하게, 도 2a에서, 작업 전극(24B)은 기재(22B) 상에 직접적으로 그리고 접촉되도록 기재(22B) 위에 적용된다.
다른 예에서, 용어 "위에"는 하나의 구성요소 또는 재료가 다른 구성요소 또는 재료 상에 간접적으로 위치됨을 의미할 수 있다. "간접적으로 ~ 위에"란, 갭 또는 추가의 구성요소 또는 재료가 두 구성요소나 재료 사이에 위치될 수 있음을 의미한다. 도 2a에서, 패턴화된 절연층(26A)은 두 개가 간접적으로 접촉하도록 기재(22A) 위에 위치된다. 보다 구체적으로, 작업 전극(24A)이 두 구성요소(26A, 22A) 사이에 위치하기 때문에 패턴화된 절연층(26A)은 기재(22A) 상에 간접적으로 존재한다.
본원에서 사용되는 용어 "프라이머"는 단일 가닥 핵산 서열(예컨대, 단일 가닥 DNA)로서 정의된다. 일부 프라이머는 주형 증폭 및 클러스터 생성을 위한 시작점 역할을 하는 프라이머 세트의 일부이다. 본원에서 서열분석 프라이머로 지칭되는 다른 프라이머는 DNA 합성을 위한 시작점으로서의 역할을 한다. 프라이머 세트의 5' 말단은 직교 중합체 중 하나의 작용기와 커플링 반응을 허용하도록 변형될 수 있다. 프라이머 길이는 임의의 개수의 염기 길이일 수 있으며, 다양한 비-천연 뉴클레오티드들을 포함할 수 있다. 한 예에서, 서열분석 프라이머는 10 내지 60개의 염기, 또는 20 내지 40개의 염기의 범위의 짧은 가닥이다.
용어 "기재"는 플로우 셀의 다양한 구성요소(예를 들어, 전극(들), 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재 등)가 추가될 수 있는 구조를 지칭한다. 기재는 웨이퍼, 패널, 직사각형 시트, 다이, 또는 임의의 다른 적합한 구성일 수 있다. 기재는 일반적으로 강성이고 수성 액체에 불용성이다. 기재는 단층 구조 또는 다층 구조(예를 들어, 지지체 및 지지체 상의 패턴화된 재료 포함함)일 수 있다. 적합한 기재의 예가 본원에서 추가로 설명될 것이다.
본원에서 사용되는 용어 "테트라진" 및 "테트라지닐"은 4개의 질소 원자를 포함하는 6원 헤테로아릴 기를 지칭한다. 테트라진은 선택적으로 치환될 수 있다.
용어 "전이 금속 복합체 결합 쌍"은 서로 부착할 수 있는 두 가지 물질(이 중 하나는 전이 금속 복합체임)을 지칭한다.
용어 "투명한"은 특정 파장 또는 파장 범위에 대해 투명한 예를 들어 기재, 전극 또는 다른 층 형태의 재료를 지칭한다. 예를 들어, 재료는 핵산 분석 동안 사용되는 여기 및 방출 파장에 대해 투명할 수 있다. 방출 파장은 핵산 분석에 사용되는 형광 염료(들)에 따라 달라지므로 사용되는 투명 재료도 부분적으로 형광 염료(들)에 따라 달라진다. 투명도는 투과율, 즉, 체내를 통해 투과되는 광에너지에 대한 체내에 입사되는 광에너지의 비율을 사용하여 정량화될 수 있다. 재료의 투과율은 재료의 두께 및 광의 파장에 의존할 것이다. 본원에 개시된 예에서, 재료의 투과율은 0.25(25%) 내지 1(100%) 범위일 수 있다. 생성되는 기재, 전극 또는 기타 층이 원하는 투과율을 가질 수 있는 한, 재료는 순수 재료, 일부 불순물이 포함된 재료, 또는 재료의 혼합물일 수 있다. 또한, 재료의 투과율에 따라, 광 노출 시간 및/또는 광원의 출력 전력은 원하는 효과(예를 들어, 형광 라벨을 여기)를 달성하기 위해 투명 재료를 통해 적절한 선량의 광 에너지를 전달하여 증가 또는 감소될 수 있다.
플로우 셀
플로우 셀(10)은 도 1에 평면도로 도시되어 있다. 플로우 셀(10)은 함께 결합된 2개의 패턴화된 구조(예를 들어, 도 2a 및 도 3a 참조), 함께 결합된 2개의 비-패턴화된 구조(예를 들어, 도 2c 및 도 3b 참조), 또는 리드에 접착된 1개의 패턴화된 구조 또는 비-패턴화된 구조(예를 들어, 도 2b 참조)를 포함할 수 있다. 도 1은 플로우 셀(10)의 평면도를 도시하며, 따라서 기재의 표면 또는 리드의 표면을 도시한다. 기재 또는 리드는 핵산 분석 동안 사용되는 여기 및 방출 파장에 대해 투명할 수 있다.
2개의 패턴화된 또는 비-패턴화된 구조 또는 하나의 패턴화된 또는 비-패턴화된 구조와 리드 사이에 플로우 채널(12)이 있다. 도 1a에 도시된 예는 8개의 플로우 채널(12)을 포함한다. 8개의 플로우 채널(12)이 도시되어 있지만, 임의의 개수의 플로우 채널(12)이 플로우 셀(10)에 포함될 수 있다는 것(예컨대, 단일 플로우 채널(12), 4개의 플로우 채널(12) 등)이 이해될 것이다. 각각의 플로우 채널(12)은 다른 플로우 채널(12)로부터 격리되어 플로우 채널(12) 내로 도입된 유체가 인접한 플로우 채널(들)(12) 내로 유동하지 않도록 할 수 있다. 플로우 채널(12)에 도입되는 유체의 일부 예는 표면 화학 성분(예를 들어, 하이드로겔, 포획/증폭을 위한 프라이머, 주형 핵산 가닥의 클러스터를 갖는 입자 등), 세척 용액, 디블로킹제(deblocking agent) 등을 도입할 수 있다.
플로우 채널(12)은 임의의 바람직한 형상을 가질 수 있다. 한 예에서, 플로우 채널(12)은 실질적으로 직사각형 구성을 갖는다. 플로우 채널(12)의 길이는 패턴화되거나 비-패턴화된 구조가 형성되는 기재의 크기에 부분적으로 의존한다. 플로우 채널(12)의 폭은 패턴화된 또는 비-패턴화된 구조가 형성되는 기재의 크기, 원하는 플로우 채널(12)의 수, 인접한 채널(12) 사이의 원하는 공간, 및 패턴화된 또는 비-패턴화된 구조의 주변에서의 원하는 공간에 부분적으로 의존한다.
플로우 채널(12)의 깊이는 마이크로접촉, 에어로졸 또는 잉크젯 인쇄를 사용하여 패턴화된 구조 또는 비-패턴화된 구조 또는 패턴화 또는 비-패턴화된 구조와 리드를 부착하는 별도의 재료(예를 들어, 스페이서 층(20))를 침착하는 경우 단층 두께만큼 작을 수 있다. 다른 예로서, 플로우 채널(12)의 깊이는 약 1 μm, 약 10 μm, 약 50 μm, 약 100 μm 이상일 수 있다. 한 예에서, 깊이는 약 10 μm 내지 약 100 μm의 범위일 수 있다. 다른 예에서, 깊이는 약 10 μm 내지 약 30 μm의 범위일 수 있다. 또 다른 예에서, 깊이는 약 5 μm 이하이다. 플로우 채널(12)의 깊이가 상기에 명시된 값보다 크거나, 그보다 작거나, 그 사이에 있을 수 있음이 이해되어야 한다.
각각의 플로우 채널(12)은 입구(14) 및 출구(16)와 유체 연통한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 플로우 채널(12)의 입구(14) 및 출구(16)는 플로우 셀(12)의 대향 단부에 위치된다. 각각의 플로우 채널(12)의 입구(14) 및 출구(16)는 바람직한 유체 플로우를 가능하게 하는 플로우 채널(12)의 길이 및 폭을 따라 어디에나 위치될 수 있다.
입구(14)는 유체가 플로우 채널(12) 내로 유입되게 하고, 출구(16)는 유체가 플로우 채널(12)로부터 추출되게 한다. 각각의 입구(14) 및 출구(16)는 유체 도입 및 배출을 제어하는 유체 제어 시스템(예를 들어 저장소, 펌프, 밸브, 폐기물 용기 등을 포함)에 유체 연결된다.
도 2a 내지 도 2c, 도 3a 및 도 3b는 플로우 채널(12) 내의 구조의 다양한 예를 도시한다.
전기화학적으로 재생 가능한 플로우 셀
플로우 채널(12) 내의 구조 중 일부는 플로우 셀 표면의 전기화학적 재생을 위해 설계되었다. 다양한 예가 도 2a 내지 도 2c에 도시되어 있다.
이제 도 2a를 참조하면, 플로우 채널(12) 내의 구조의 한 예는 서로 부착된 2개의 패턴화된 구조(18A, 18B)를 포함한다. 플로우 채널(12)은 2개의 패턴화된 구조(18A, 18B) 사이에 형성된다. 다른 예(미도시)에서, 패턴화된 구조(18A)는 리드에 부착될 수 있다(도 2b에 도시된 예와 유사). 이러한 다른 예에서, 플로우 채널(12)은 패턴화된 구조(18A)와 리드 사이에 형성된다.
패턴화된 구조(18A, 18B)(또는 패턴화된 구조(18A) 및 리드)는 스페이서 층(20)을 통해 서로 부착될 수 있다. 스페이서 층(20)은 패턴화된 구조(18A, 18B)의 부분을 함께 밀봉하거나 패턴화된 구조(18A)와 리드의 부분을 밀봉하는 임의의 재료일 수 있다. 예를 들어, 스페이서 층(20)은 접착제, 결합을 돕는 방사선 흡수 재료 등일 수 있다. 일부 예에서, 스페이서 층(20)은 방사선 흡수 재료, 예를 들어 KAPTON® 블랙이다. 패턴화된 구조(18A, 18B) 또는 패턴화된 구조(18A)와 리드는 레이저 결합, 확산 결합, 양극 결합, 공융 결합(eutectic bonding), 플라즈마 활성화 결합, 유리 프릿 접합, 또는 당업계에 알려진 다른 방법과 같은 임의의 적합한 기술을 사용하여 결합될 수 있다.
각각의 패턴화된 구조(18A, 18B)는 기재(22A, 22B), 작업 전극(24A, 24B), 및 작업 전극(24A, 24B) 위에 위치된 패턴화된 절연 재료(26A, 26B)를 포함한다. 패턴화된 절연 재료(26A, 26B)는 간극 영역(30A, 30B)에 의해 분리된 함몰부(28A, 28B)를 정의한다. 이 예에서, 작업 전극(24A, 24B)의 표면(32A, 32B)이 각각의 함몰부(28A, 28B)에서 노출된다.
이 예에서, 각각의 기재(22A, 22B)는 단층 구조이다. 각각의 기재(22A, 22B)는 전기적으로 절연되어 있으며 일부 예에서는 핵산 분석 동안 사용되는 여기 및 방출 파장(들)에 대해 투명하다. 예를 들어, 패턴화된 구조(18A, 18B)가 서로 부착될 때, 기재(22A, 22B)는 전기적으로 절연되고 투명하다. 대안적으로, 패턴화된 구조(18A)가 리드에 부착될 때, 기재(22A)는 전기적으로 절연되어 있지만 리드가 핵산 분석 동안 사용되는 여기 및 방출 파장(들)에 대해 투명하기 때문에 투명할 수 있거나 투명하지 않을 수 있다. 전기 절연성 및 투명 기재 재료의 예는 에폭시, 실록산, 유리, 변형 또는 작용화된 유리, 플라스틱(아크릴, 폴리스티렌, 스티렌과 기타 재료의 공중합체, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리카르보네이트, 사이클릭 올레핀 공중합체(COC), 일부 폴리아미드 포함), 실리카 또는 산화규소(SiO2), 용융 실리카, 실리카 기반 재료, 질화규소(Si3N4), 오산화탄탈륨(Ta2O5) 또는 기타 산화탄탈륨(들)(TaOx), 산화하프늄(HfO2), 무기 유리 등을 포함한다.
각각의 기재(22A, 22B)의 형태는 웨이퍼, 패널, 직사각형 시트, 다이 또는 임의의 다른 적절한 구성일 수 있다. 한 예에서, 각각의 기재(22A, 22B)는 약 2 mm 내지 약 300 mm 범위의 직경을 갖는 원형 웨이퍼 또는 패널일 수 있다. 더욱 구체적인 예로서, 각각의 기재(22A, 22B)는 약 200 mm 내지 약 300 mm 범위의 직경을 갖는 웨이퍼이다. 다른 예에서, 각각의 기재(22A, 22B)는 약 10 피트(약 3 미터) 이하의 최대 치수를 갖는 직사각형 시트 또는 패널일 수 있다. 이러한 유형의 대형 기재(22A, 22B)는 플로우 셀(10)에 사용하기 위해 여러 개의 작은 기재로 분할될 수 있다. 구체예로서, 각각의 기재(22A, 22B)는 약 0.1 mm 내지 약 10 mm 범위의 폭을 갖는 직사각형 다이이다. 예시적인 치수가 제공되었지만, 임의의 적절한 치수를 갖는 기재(22A, 22B)가 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
도 2a에서, 입구(14)와 출구(16)는 플로우 채널(12)의 반대편에 도시되어 있다. 이러한 위치는 입구(14)와 출구(16)가 플로우 채널(12)의 반대 단부에 있는 도 1에 도시된 것과 상이하다. 이와 같이, 도 2a의 단면도는 도 1에 도시되지 않은 변형을 포함한다. 본원에 언급된 바와 같이, 입구(14) 및 출구(16)는 바람직한 유체 흐름을 가능하게 하는 플로우 채널(12)의 길이 및 폭을 따라 어디에나 위치될 수 있다.
도 2a의 입구(14) 및 출구(16)의 예시는 입구(14) 및 출구(16)가 기재(22A, 22B) 중 하나를 통해 어떻게 형성될 수 있는지의 이해를 용이하게 하기 위해 포함되었다. 입구(14) 및 출구(16)는 각각 플로우 채널(12)을 입구 유체 장치(36)(예를 들어, 배관, 유체 라인, 시약 저장소 등) 및 출구 유체 장치(38)(예를 들어, 배관, 유체 라인, 폐기물 용기 등)에 연결하는 관통 홀이다. 입구(14) 및 출구(16)는 동일한 기재(22A 또는 22B)에 형성되거나 반대 기재에 형성될 수 있다(예를 들어, 입구(14)는 기재(22A)에 형성되고 출구(16)는 기재(22B)에 형성됨).
도 2a의 구조에서, 작업 전극(24A, 24B)은 기재(22A, 22B) 상에 각각 위치된다. 각각의 작업 전극(24A, 24B)은 임의의 적합한 전극 재료, 예컨대 금(Au), 은(Ag), 염화은(AgCl), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 탄소(예를 들어, 그래핀, 탄소 나노튜브 시트), 전도성 중합체(예를 들어, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT), 폴리피롤(PPy), 폴리아닐린(PANI)) 등을 포함할 수 있다. 패턴화된 구조(18A, 18B)가 서로 부착될 때, 작업 전극(24A, 24B)은 핵산 분석 동안 사용되는 여기 및 방출 파장(들)에 대해 투명해야 한다. 투명 재료의 예는 인듐 주석 산화물(ITO), 그래핀, 전도성 중합체, 초박형 금속층(예를 들어, 두께 10 nm 이하) 등을 포함한다. 패턴화된 구조(18A)가 리드에 부착될 때, 리드가 핵산 분석 동안 사용되는 여기 및 방출 파장(들)에 대해 투명하기 때문에 전극(24A)은 투명할 수 있거나 투명하지 않을 수 있다.
전극(24A, 24B)은 임의의 적합한 두께를 가질 수 있다. 예로서, 각각의 전극(24A, 24B)의 두께는 10 nm 이하(예를 들어, 투명성이 필요한 경우) 또는 50 nm 이상(예를 들어, 200 nm, 500 nm, 1 μm, 25 μm 등)일 수 있다. 두꺼운 전극(24A, 24B)은 기계적으로 더 견고하고 화학적 안정성을 나타낼 수 있다. 재생 공정이 전극 표면의 스트리핑(stripping)을 포함하는 경우, 전극(24A, 24B)은 각각 적어도 50 μm의 두께를 갖는다.
도 2a의 예에서, 각각의 전극(24A, 24B)은 비-패턴화되고, 따라서 각각의 기재(22A, 22B) 상의 연속적인 층이다. 전극(24A, 24B)은 적합한 침착 기술(예를 들어, 스퍼터링)을 사용하여 기재(12) 상에 침착될 수 있거나, 예를 들어 접착제를 사용하여 기재(22A, 22B)에 부착되는 사전 형성된 시트일 수 있다.
도 2a의 구조에서, 각각의 패턴화된 절연 재료(26A, 26B)는 작업 전극(24A, 24B) 위에 위치된다. 각각의 패턴화된 절연 재료(26A, 26B)는 간극 영역(30A, 30B)에 의해 분리된 함몰부(28A, 28B)를 정의한다.
함몰부(28A, 28B) 및 간극 영역(30A, 30B)을 형성하기 위해 선택적으로 침착되거나 침착 및 패턴화될 수 있는 임의의 전기 절연 재료가 패턴화된 절연 재료(26A, 26B)에 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
한 예에서, 패턴화된 절연 재료(26A, 26B)는 무기 산화물이다. 무기 산화물은 증착, 에어로졸 인쇄 또는 잉크젯 인쇄를 통해 작업 전극(24A, 24B)에 선택적으로 적용될 수 있다. 적합한 무기 산화물의 예는 탄탈륨 산화물, 알루미늄 산화물, 규소 산화물, 하프늄 산화물 등을 포함한다.
다른 예에서, 패턴화된 절연 재료(26A, 26B)는 수지이다. 수지는 작업 전극(24A, 24B)에 적용된 다음 패턴화될 수 있다. 적합한 침착 기술은 화학 증착, 딥 코팅, 덩크 코팅, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 퍼들 디스펜싱, 초음파 스프레이 코팅, 닥터 블레이드 코팅, 에어로졸 인쇄, 스크린 인쇄, 마이크로접촉 인쇄 등을 포함한다. 적합한 패터닝 기술은 포토리소그래피, 나노임프린트 리소그래피(NIL), 스탬핑 기술, 엠보싱 기술, 몰딩 기술, 마이크로에칭 기술, 인쇄 기술 등을 포함한다.
적합한 수지의 일부 예는 다면체 올리고머 실세스퀴옥산계 수지(예를 들어, Hybrid Plastics의 POSS®), 비(non)-다면체 올리고머 실세스퀴옥산 에폭시 수지, 폴리(에틸렌 글리콜) 수지, 폴리에테르 수지(예를 들어, 개환 에폭시), 아크릴 수지, 아크릴레이트 수지, 메타크릴레이트 수지, 무정형 불소중합체 수지(예를 들어, Bellex의 CYTOP®), 및 이들의 조합을 포함한다.
본원에서 사용되는 용어 "다면체 올리고머 실세스퀴옥산"은 실리카(SiO2)와 실리콘(R2SiO) 사이의 하이브리드 중간체(예를 들어, RSiO1.5)인 화학 조성을 지칭한다. 다면체 올리고머 실세스퀴옥산의 예는 그 전체 내용이 본원에 인용되어 포함된 문헌[Kehagias et al., Microelectronic Engineering 86 (2009), pp. 776-778]에 기재된 것일 수 있다. 한 예에서, 조성물은 화학식 [RSiO3/2]n을 갖는 유기규소 화합물이며, 여기서 R 기는 동일하거나 상이할 수 있다. 다면체 올리고머 실세스퀴옥산의 R 기의 예는 에폭시, 아지드/아지도, 티올, 폴리(에틸렌 글리콜), 노르보르넨, 테트라진, 아크릴레이트 및/또는 메타크릴레이트, 또는 추가로, 예를 들어 알킬, 아릴, 알콕시 및/또는 할로알킬 기를 포함한다. 다면체 올리고머성 실세스퀴옥산 수지의 예는 단량체 단위로서 하나 이상의 상이한 케이지 또는 코어 구조를 포함할 수 있다.
언급한 바와 같이, 패턴화된 절연 재료(26A, 26B)는 함몰부(28A, 28B)를 정의한다. 규칙적인 패턴, 반복적인 패턴, 및 비규칙적인 패턴을 포함하여 함몰부(28A, 28B)의 다양한 레이아웃이 예상될 수 있다. 한 예에서, 함몰부(28A, 28B)는 조밀한 패킹과 개선된 밀도를 위해 육각 격자에 배치된다. 다른 레이아웃은 예를 들어 직사각형 레이아웃, 삼각형 레이아웃 등을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 레이아웃 또는 패턴은 행과 열의 x-y 포맷일 수 있다. 일부 다른 예에서, 레이아웃 또는 패턴은 함몰부(28A, 28B) 및 간극 영역(30A, 30B)의 반복 배열일 수 있다. 또 다른 예에서, 레이아웃 또는 패턴은 함몰부(28A, 28B) 및 간극 영역(30A, 30B)의 무작위 배열일 수 있다.
레이아웃 또는 패턴은 정의된 영역의 함몰부(28A, 28B)의 밀도(수)에 따라 특성화될 수 있다. 예를 들어, 함몰부(28A, 28B)는 mm2당 대략 200만의 밀도로 존재할 수 있다. 밀도는 예를 들어, 약 100/mm2, 약 1,000/mm2, 약 10만/mm2, 약 100만/mm2, 약 200만/mm2, 약 500만/mm2, 약 1000만/mm2, 약 5000만/mm2 또는 그 이상, 또는 그 이하를 포함하여, 다양한 밀도로 조정될 수 있다. 밀도는 위 범위에서 선택된 하위 값들 중 하나와 상위 값들 중 하나 사이에 있을 수 있거나, 또는 다른 밀도들(주어진 범위 밖)이 사용될 수 있다는 것이 추가로 이해될 것이다. 예로서, 고밀도 어레이는 약 100 nm 미만으로 분리된 함몰부(28A, 28B)를 갖는 것을 특징으로 할 수 있고, 중밀도 어레이는 약 400 nm 내지 약 1 μm로 분리된 함몰부(28A, 28B)를 갖는 것을 특징으로 할 수 있으며, 저밀도 어레이는 약 1 μm보다 크게 분리된 함몰부(28A, 28B)를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
함몰부(28A, 28B)의 레이아웃 또는 패턴은 또한 또는 대안적으로 평균 피치, 또는 하나의 함몰부(28A, 28B)의 중심에서 인접 함몰부(28A, 28B)의 중심까지의 간격(중심간 간격) 또는 하나의 함몰부(28A, 28B)의 우측 에지에서 인접 함몰부(28A, 28B)의 좌측 에지까지의 간격(에지간 간격) 측면에서 특징지어질 수 있다. 패턴은 규칙적일 수 있어서, 평균 피치 주위의 변동 계수가 작거나, 패턴은 비규칙적일 수 있으며, 이 경우에 변동 계수는 비교적 클 수 있다. 어느 경우에도, 평균 피치는 예를 들어, 약 50 nm, 약 0.1 μm, 약 0.5 μm, 약 1 μm, 약 5 μm, 약 10 μm, 약 100 μm 또는 그 이상, 또는 그 이하일 수 있다. 특정 패턴에 대한 평균 피치는 상기 범위로부터 선택되는 하한 값들 중 하나와 상한 값들 중 하나 사이에 있을 수 있다. 한 예에서, 함몰부(28A, 28B)는 약 1.5 μm의 피치(중심간 간격)를 갖는다. 예시적인 평균 피치 값이 제공되었지만, 다른 평균 피치 값이 사용될 수 있음이 이해되어야 한다.
각각의 함몰부(28A, 28B)의 크기는 그의 부피, 개구 면적, 폭, 및/또는 직경에 의해 특징지어질 수 있다. 예를 들어, 체적은 약 1×10-3 μm3 내지 약 100 μm3의 범위, 예컨대, 약 1×10-2 μm3, 약 0.1 μm3, 약 1 μm3, 약 10 μm3, 또는 그 이상, 또는 그 이하일 수 있다. 다른 예에서, 개구 면적은 약 1×10-3 μm2 내지 약 100 μm2의 범위, 예컨대, 약 1×10-2 μm2, 약 0.1 μm2, 약 1 μm2, 적어도 약 10 μm2, 또는 그 이상, 또는 그 이하일 수 있다. 또 다른 예를 들어, 깊이는 약 0.1 μm 내지 약 100 μm의 범위, 예컨대, 약 0.5 μm, 약 1 μm, 약 10 μm, 또는 그 이상, 또는 그 이하일 수 있다. 또 다른 예를 들어, 직경 또는 길이 및 폭은 약 0.1 μm 내지 약 100 μm, 예를 들어, 약 0.5 μm, 약 1 μm, 약 10 μm, 또는 그 이상, 또는 그 이하의 범위일 수 있다.
도 2a의 구조에서, 각각의 작업 전극(24A, 24B)의 표면(32A, 32B)은 각각의 함몰부(28A, 28B)에서 노출된다.
일부 예에서, 노출된 작업 전극 표면(32A, 32B)은 변형되지 않는다. "변형되지 않은"이란 전극 물질이 작용화되지 않거나 비-고유 표면기를 추가하도록 처리되지 않음을 의미한다. 노출된 작업 전극 표면(32A, 32B)이 변형되지 않은 경우, 참조 번호(34A, 34B)로 점선으로 표시된 모이어티는 패턴화된 구조(18A, 18B)에 존재하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이러한 예에서, 작업 전극 표면(32A, 32B)의 고유 작용기는 원하는 표면 화학 물질을 포함하거나 원하는 표면 화학 물질에 부착할 수 있는 복합체의 연결 모이어티에 부착할 수 있다.
다른 예에서, 노출된 작업 전극 표면(32A, 32B)은 전이 금속 복합체 결합 쌍의 하나의 부재(34A, 34B)를 사용하여 변형된다. 전이 금속 복합체 결합 쌍은 전이 금속 복합체 및 전이 금속 복합체에 결합할 수 있는 또 다른 엔티티(예를 들어, 추가의 리간드)를 포함한다. 전이 금속 복합체는 중심 원자 또는 이온(보통 금속성)과 주변의 결합된 분자 또는 이온 어레이(리간드로 알려짐)를 포함한다.
전이 금속 복합체는 배위구를 바꿀 수 있으며, 산화 정도에 따라 수용할 수 있는 리간드의 수가 달라진다. 도 2a에 도시된 예에서 사용된 전이 금속 복합체는 작업 전극(24A, 24B)을 사용하여 생성된 전기장에 반응하여 가역적으로 산화 및 환원될 수 있다. 이와 같이, 전이 금속 복합체 결합 쌍의 이러한 예는 전기화학적으로 반응성인 전이 금속 복합체 결합 쌍으로 지칭될 수 있다.
일부 경우에, 전이 금속 복합체는 노출된 작업 전극 표면(32A, 32B)에 결합된 부재(34A, 34B)이고, 리간드는 표면 화학 물질의 일부로서 도입된다. 한 예로서, 전기화학적으로 반응성인 전이 금속 복합체 결합 쌍은 페로세닐-폴리(프로필렌 이민 덴드리머(전이 금속 복합체) 및 β-사이클로덱스트린(리간드)을 포함하고, 페로세닐-폴리(프로필렌 이민 덴드리머는 노출된 작업 전극 표면(32A, 32B)에 결합된 부재(34A, 34B)이다. 다른 경우에, 리간드는 노출된 작업 전극 표면(32A, 32B)에 결합된 부재(34A, 34B)이고, 전이 금속 복합체는 표면 화학 물질의 일부로서 도입된다. 한 예로서, 전기화학적으로 반응성인 전이 금속 복합체 결합 쌍은 아연 포르피린 복합체(전이 금속 복합체) 및 피리딘(리간드)을 포함하고, 피리딘은 노출된 작업 전극 표면(32A, 32B)에 결합된 부재(34A, 34B)이다.
노출된 작업 전극 표면(32A, 32B)에 부재(34A, 34B)를 부착하는 것은 공유 결합 또는 비공유 결합을 수반할 수 있다. 한 예로서, 피리딘 디아조늄 또는 기타 적합한 화학적으로 작용화된 피리딘은 탄소 기반 전극, 인듐 주석 산화물 전극, 백금 전극, 팔라듐 전극 또는 금 전극의 표면기에 결합할 수 있다. 또 다른 예로서, 페로세닐-폴리(프로필렌 이민) 덴드리머는 티올, 티올레이트, 아민, 브로모 또는 요오도 링커를 통해 금 전극에 부착될 수 있다. 페로세닐-폴리(프로필렌 이민) 덴드리머의 이민은 또한 임의의 친핵성 작업 전극 표면(32A, 32B)과 반응할 수 있다. 추가적으로, ITO 작업 전극은 부재(34A, 34B)와 반응할 수 있는 작용기를 갖는 임의의 트리메톡시, 트리에톡시 또는 클로로 유기실란으로 코팅될 수 있다. 한 예는 아미노프로필 트리메톡시 실란(APTES)이지만, 아민은 카르복실산, 티올, 알데하이드, 아크릴레이트 등으로 대체될 수 있다. 또 다른 예로서, 피리딘은 실란 링커를 통해 인듐 주석 산화물 전극에 부착될 수 있다. 구체적인 예로서, 작업 전극 표면(32A, 32B)은 제1 부재(34A, 34B) 및 실란 링커를 포함하는 2-(트리메톡시실릴에틸)피리딘으로 코팅된다. 비공유 결합 쌍의 어느 부재도 사용되는 전이 금속 복합체에 대한 리간드로 작용할 수 없는 한 비공유 결합(예를 들어, 비오틴-스트렙타비딘)을 사용할 수 있다.
도 2a의 구조에서, 작업 전극(24A, 24B)은 상대 전극(40)에 전기적으로 연결된다. 상대 전극(40)은 유체(플로우 채널(12)에 도입됨)와 접촉하는 동시에 작업 전극(24A, 24B)의 노출된 표면(32A, 32B)이 유체와 접촉할 수 있는 임의의 위치에 있을 수 있다. 유체는 각각의 작업 전극(24A, 24B)을 상대 전극(40)에 브릿지한다. 도 2a에 도시된 예에서, 상대 전극(40)은 입구 유체 장치(36)와 유체 접촉하여 위치된다. 예를 들어, 상대 전극(40)은 유체 입구(14)에 작동 가능하게 연결되는 유체 라인에 통합된다. 이 예에서, 유체는 플로우 채널(12)을 채우고 상대 전극(40)을 함유하는 유체 라인으로 연장된다. 다른 예에서, 상대 전극(40)은 기재(22A, 22B) 중 하나에 위치되어 각각의 작업 전극(24A, 24B)과 물리적으로 분리될 수 있다.
도 2a에 도시된 예에서, 단일 상대 전극(40)은 작업 전극(24A, 24B) 둘 모두에 전기적으로 연결된다. 이 예에서, 노출된 표면(들)(32A)에서 표면 화학 물질을 부착하거나 분리하기 위해 상대 전극(40)과 작업 전극 중 하나(예를 들어, 24A) 사이에 바이어스가 인가된 다음, 노출된 표면(들)(32B)에서 표면 화학 물질을 부착하거나 분리하기 위해 상대 전극(40)과 다른 작업 전극(예를 들어, 24B) 사이에 바이어스가 인가될 수 있다. 다른 예에서, 각각의 상대 전극은 각각의 작업 전극(24A, 24B)에 개별적으로 전기적으로 부착될 수 있다.
본원에 개시된 표면 화학 물질 중 일부는 전기적 트리거 없이 부착될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 금속 배위 화학 또는 기타 비-전기적으로 유도된 반응을 활용하는 표면 화학은 전기적 바이어스 없이 반응한 다음 전기적 바이어스를 사용하여 탈리, 분해, 해리 등(예를 들어, 산화 또는 환원을 통해)을 유발한다.
상대 전극(40)에 적합한 재료의 예는 백금, 은, 금, 황동, 전도성 탄소 재료(예를 들어, 흑연), 구리, 티타늄, 팔라듐, 루테늄, 은/염화은, 전도성 유기 재료 등을 포함한다.
작업 전극(24A, 24B) 및 상대 전극(40)은 원하는 전기 바이어스를 선택적으로 인가하도록 작동 가능한 컨트롤러(미도시)에 전기적으로 연결된다. 컨트롤러는 전위차계(전류 및 전압 레벨 판독용)를 포함할 수 있다.
도 2a에 도시된 패턴화된 구조(18A, 18B)의 일부 예는 제2 작업 전극(42A, 42B)을 포함한다. 제2 작업 전극(42A, 42B)은 패턴화된 절연 재료(26A, 26B) 위에 각각 위치되고 따라서 작업 전극(24A, 24B)으로부터 물리적으로 격리된다.
제2 작업 전극(42A, 42B)은 작업 전극(24A, 24B)에 대해 본원에 기재된 임의의 재료일 수 있다. 제2 작업 전극(42A, 42B)은 각각의 간극 영역(30A, 30B)에 적용되고 노출된 표면(32A, 32B)에는 적용되지 않는다. 제2 작업 전극(42A, 42B)은 선택적 침착 공정을 사용하여 침착될 수 있거나 예를 들어 접착제를 사용하여 각각의 간극 영역(30A, 30B)에 부착되는 사전 형성된 패턴화된 시트일 수 있다.
도 2a에 도시된 예에서, 상대 전극(40)은 또한 제2 작업 전극(42A, 42B) 둘 모두에 전기적으로 연결된다. 이 예에서, 각각의 바이어스는 상대 전극(40)과 작업 전극 중 하나(예를 들어 24A) 사이 및 상대 전극(40)과 제2 작업 전극 중 상응하는 하나(예를 들어 42A) 사이에 동시에 인가될 수 있다. 예를 들어, 작업 전극(예를 들어, 24A)에 인가되는 흡착 바이어스는 노출된 표면(들)(32A)에서 표면 화학 물질의 부착을 개시하고, 동시에 작업 전극(42A)에 인가되는 반대 바이어스(탈리 바이어스)는 간극(30A)을 깨끗하게 유지하기 위해 표면 화학 물질을 밀어낸다. 유사하게, 각각의 바이어스는 상대 전극(40)과 작업 전극 중 다른 하나(예를 들어 24B) 사이 및 상대 전극(40)과 제2 작업 전극 중 상응하는 하나(예를 들어 42B) 사이에 동시에 인가될 수 있다. 작업 전극(예를 들어, 24B)에 인가되는 흡착 바이어스는 노출된 표면(들)(32B)에서 표면 화학 물질의 부착을 개시하고, 동시에 작업 전극(42B)에 인가되는 반대 바이어스(탈리 바이어스)는 간극(30B)을 깨끗하게 유지하기 위해 표면 화학 물질을 밀어낸다. 표면 화학 물질로 작업 전극(24A, 24B)을 작용화하는 동안 제2 작업 전극(42A, 42B)에 탈리 전압 바이어스를 인가하는 것은 간극 영역(30A, 30B)이 표면 화학 물질 없이 유지되는 것을 보장하는 데 도움이 된다. 동일하거나 유사한 탈리 바이어스가 또한 전극 표면(32A, 32B)으로부터 표면 화학물질의 분리 또는 탈리 동안 작업 전극(24A, 24B) 및 제2 작업 전극(42A, 42B)에 인가될 수 있다.
따라서, 도 2a의 일부 예에서, 플로우 셀(10) 기재(22A, 22B); 기재(22A, 22B) 위에 위치되는 제1 작업 전극(24A, 24B); 제1 작업 전극(24A, 24B) 위에 위치된 패턴화된 절연 재료(26A, 26B)로서, 간극 영역(30A, 30B)에 의해 분리된 함몰부(28A, 28B)를 한정하며, 여기서 제1 작업 전극(24A, 24B)의 표면(32A, 32B)은 각각의 함몰부(28A, 28B)에서 노출되고, 표면(32A, 32B)은 변형되지 않거나 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재(34A, 34B)를 사용하여 변형되는, 패턴화된 절연 재료(26A, 26B); 간극 영역(30A, 30B) 위에 위치되는 제2 작업 전극(42A, 42B); 제1 작업 전극(24A, 24B) 및 제2 작업 전극(42A, 42B) 각각에 전기적으로 연결된 상대 전극(40); 제1 작업 전극(24A, 24B)의 표면(32A, 32B) 및 제2 작업 전극(42A, 42B)과 유체 연통하는 플로우 채널(12); 및 제1 작업 전극(24A, 24B), 제2 작업 전극(42A, 42B) 및 상대 전극(40)에 전기적으로 연결된 컨트롤러를 포함한다.
이제 도 2b를 참조하면, 플로우 채널(12) 내의 구조의 또 다른 예는 리드(44)에 부착된 하나의 패턴화된 구조(18C)를 포함한다. 이러한 예에서, 플로우 채널(12)은 패턴화된 구조(18C)와 리드(44) 사이에 형성된다. 다른 예(미도시)에서, 2개의 패턴화된 구조(18C)가 서로 부착될 수 있다(도 2a에 도시된 예와 유사). 이 다른 예에서, 플로우 채널(12)은 2개의 패턴화된 구조(18C) 사이에 형성된다.
리드(44)는 패턴화된 구조(18C)를 향해 지향되는 여기 광에 대해 투명한 임의의 재료일 수 있다. 예를 들어, 리드(44)는 유리(예를 들어, 보로실리케이트, 용융 실리카 등), 플라스틱 등일 수 있다. 적합한 보로실리케이트 유리의 구매가능한 예는 Schott North America, Inc.로부터 입수가능한 D 263®이다. 적합한 플라스틱 재료, 즉, 사이클로올레핀 중합체의 구매가능한 예는 Zeon Chemicals L.P.로부터 입수가능한 ZEONOR® 제품이다.
리드(44)는 스페이서 층(20)을 통해 패턴화된 구조(18C)에 부착될 수 있다. 스페이서 층(20)은 본원에 제시된 임의의 재료일 수 있다. 패턴화된 구조(18C) 및 리드는 레이저 결합, 확산 결합, 양극 결합, 공융 결합, 플라즈마 활성화 결합, 유리 프릿 접합, 또는 당업계에 알려진 다른 방법과 같은 임의의 적합한 기술을 사용하여 결합될 수 있다. 이 예에서, 투명 리드(44)는 기재(22D)에 연결되어 플로우 채널(12)의 표면을 형성한다.
도 2b에 도시된 구조에서, 패턴화된 구조(18C)는 기재(22C), 간극 영역(30C)에 의해 분리된 함몰부(28C)를 정의하기 위해 기재(22C) 위에 패턴화된 작업 전극(24C)을 포함하고, 여기서 작업 전극(24C)의 표면(32C)은 각각의 함몰부(28C)에서 노출되고 패턴화된 절연 재료(26C)는 간극 영역(30C) 위에 위치된다.
이 예에서, 기재(22C)는 단층 구조이다. 기재(22C)는 전기 절연성이며 리드(44)가 투명하기 때문에 투명할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 기재(22A, 22B)에 대해 본원에 설명된 예 중 임의의 것이 기재(22C)에 사용될 수 있다. 기재(22C)에 대한 다른 적합한 예는 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 사이클릭 올레핀/사이클로-올레핀 중합체(COP)(예컨대 Zeon의 ZEONOR®), 폴리이미드 등), 세라믹/세라믹 산화물, 알루미늄 실리케이트, 규소 및 규소 나이트라이드(Si3N4)를 포함한다. 2개의 패턴화된 구조(18C)가 서로 부착될 때, 기재(22C)는 전기적으로 절연성이고 투명하다. 기재(22C)의 형태는 본원에 개시된 임의의 예일 수 있다.
도 2b에서, 입구(14)와 출구(16)는 플로우 채널(12)의 반대편에 도시되어 있다. 이러한 위치는 입구(14)와 출구(16)가 플로우 채널(12)의 반대 단부에 있는 도 1에 도시된 것과 상이하다. 이와 같이, 도 2b의 단면도는 도 1에 도시되지 않은 변형을 포함한다. 본원에 언급된 바와 같이, 입구(14) 및 출구(16)는 바람직한 유체 흐름을 가능하게 하는 플로우 채널(12)의 길이 및 폭을 따라 어디에나 위치될 수 있다.
도 2b의 입구(14) 및 출구(16)의 예시는 입구(14) 및 출구(16)가 리드(44)를 통해 어떻게 형성될 수 있는지의 이해를 용이하게 하기 위해 포함되었다. 입구(14) 및 출구(16)는 각각 플로우 채널(12)을 입구 유체 장치(36)(예를 들어, 배관, 유체 라인, 시약 저장소 등) 및 출구 유체 장치(38)(예를 들어, 배관, 유체 라인, 폐기물 용기 등)에 연결하는 관통 홀이다. 입구(14) 및 출구(16)는 모두 리드(44) 또는 기재(22C)에 형성될 수 있거나 하나(예를 들어, 입구(14))는 리드(44)에 형성될 수 있고 다른 하나(예를 들어, 출구(16))는 기재(22C)에 형성될 수 있다.
도 2b의 구조에서, 작업 전극(24C)은 기재(22C) 상에 위치된다. 작업 전극(24C)은 전극(24A, 24B)에 대해 본원에 설명된 임의의 전극 재료일 수 있다. 패턴화된 구조(18C)가 리드(44)에 부착될 때, 작업 전극(24C)은 투명할 수도 있고 투명하지 않을 수도 있다. 패턴화된 구조(18C)가 다른 패턴화된 구조(18C)에 부착될 때, 작업 전극(24C)은 본원에 설명된 임의의 투명 전극 재료여야 한다. 전극(24C)은 또한 임의의 적합한 두께를 가질 수 있다.
도 2b의 예에서, 작업 전극(24C)은 간극 영역(30C)에 의해 분리된 함몰부(28C)를 정의하도록 패턴화된다. 패턴화된 작업 전극(24C)은 예를 들어 접착제를 사용하여 기재(22C)에 부착되는 사전 형성된 그리드일 수 있거나, 적절한 기술을 사용하여 원하는 패턴으로 기재(22C)에 침착될 수 있다. 한 예로서, 패턴화된 작업 전극(24C)을 생성하기 위한 추가 기술은 원하는 전극 재료의 포토리소그래피 및 스퍼터링을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 패턴화된 작업 전극(24C)을 생성하기 위한 감산 기술은 원하는 전극 재료의 블랭킷 침착에 이어 포토리소그래피 및 에칭을 포함할 수 있다. 패턴은 간극 영역(30C)을 형성하기 위한 더 두꺼운 부분과 간극 영역(30C) 사이에 함몰부(28C)를 형성하기 위한 더 얇은 부분을 포함할 수 있다. 도 2a의 함몰부(28A, 28B)에 대해 본원에 제시된 임의의 패턴, 레이아웃 및 치수는 도 2b에 도시된 함몰부(28C)에 사용될 수 있다.
도 2b의 구조에서, 패턴화된 절연 재료(26C)는 작업 전극(24C)의 간극 영역(30C) 위에 위치된다. (함몰부(28C)의 표면(32C)에 침착하지 않고) 간극 영역(30C)에 선택적으로 침착되거나 침착 및 패턴화될 수 있는 임의의 전기 절연 재료가 패턴화된 절연 재료(26C)에 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 패턴화된 절연 재료(26A, 26B)용 재료 중 임의의 재료가 패턴화된 절연 재료(26C)에 사용될 수 있다.
도 2b의 구조에서, 패턴화된 작업 전극(24C)의 표면(32C)은 각각의 함몰부(28C)에서 노출된다. 일부 예에서, 노출된 작업 전극 표면(32C)은 본원에 설명된 바와 같이 변형되지 않는다. 다른 예에서, 노출된 작업 전극 표면(32C)은 본원에 기술된 바와 같이 전이 금속 복합체 결합 쌍의 하나의 부재(34C)(가상선으로 도시됨)를 사용하여 변형된다.
도 2b의 구조에서, 패턴화된 작업 전극(24C)은 상대 전극(40)에 전기적으로 연결된다. 본원에 언급된 바와 같이, 상대 전극(40)에 적합한 재료의 예는 백금, 은 및 금을 포함한다. 상대 전극(40)은 패턴화된 작업 전극(24C)의 노출된 표면(32C)이 유체와 접촉하는 동시에 유체(플로우 채널(12) 내로 도입됨)와 접촉할 수 있는 임의의 위치에 있을 수 있다. 유체는 패턴화된 작업 전극(24C)을 상대 전극(40)에 브릿지한다. 도 2b에 도시된 예에서, 상대 전극(40)은 입구 유체 장치(36)와 유체 접촉하여 위치된다. 이 예에서, 투명한 상대 전극(40)은 대안적으로 리드(44) 상에 직접 패턴화될 수 있다.
상대 전극(40)과 패턴화된 작업 전극(24C) 사이에 인가된 바이어스는 노출된 표면(들)(32C)에서 표면 화학 물질을 부착하거나 분리한다.
플로우 셀(10)이 두 개의 반대되는 패턴화된 구조(18C)를 포함하는 경우(도 2a에 도시된 예와 유사), 단일 상대 전극(40)이 각각의 패턴화된 구조(18C)의 패턴화된 작업 전극(24C)에 전기적으로 연결될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 각각의 패턴화된 구조(18C)의 노출된 표면(들)(32C)에서 표면 화학 물질을 부착하거나 분리하기 위해 순차적 바이어스가 적용될 수 있다.
작업 전극(24C) 및 상대 전극(40)은 원하는 전기 바이어스를 선택적으로 인가하도록 작동 가능한 컨트롤러(미도시)에 전기적으로 연결된다. 이 예에서, 컨트롤러는 전위차계를 포함할 수 있다.
도 2b에 도시된 패턴화된 구조(18C)의 일부 예는 제2 작업 전극(42C)을 포함한다. 제2 작업 전극(42C)은 패턴화된 절연 재료(26C) 위에 위치되므로 패턴화된 작업 전극(24C)으로부터 물리적으로 단리된다.
제2 작업 전극(42C)은 작업 전극(24A, 24B) 및 패턴화된 작업 전극(24C)에 대해 본원에 설명된 재료 중 임의의 것일 수 있다. 제2 작업 전극(42C)은 패턴화된 절연 재료(26C)에 적용되고 노출된 표면(32C)에는 적용되지 않는다. 제2 작업 전극(42C)은 선택적 침착 공정을 사용하여 침착될 수 있거나, 예를 들어 접착제를 사용하여 패턴화된 절연 재료(26C)에 부착되는 사전 형성된 패턴화된 시트일 수 있다.
도 2b에 도시된 예에서, 상대 전극(40)은 또한 제2 작업 전극(42C)에 전기적으로 연결된다. 이 예에서, 각각의 바이어스는 상대 전극(40)과 패턴화된 작업 전극(예를 들어, 24C) 사이 및 상대 전극(40)과 제2 작업 전극(예를 들어, 42C) 사이에 동시에 인가될 수 있다. 예를 들어, 패턴화된 작업 전극, 예를 들어 24C에 적용된 흡착 바이어스는 노출된 표면(들)(32C)에서 표면 화학 물질의 부착을 개시하는 반면, 동시에 제2 작업 전극(42C)에 인가되는 반대 바이어스(탈리 바이어스)는 간극(30C)을 깨끗하게 유지하기 위해 표면 화학 물질을 밀어낸다. 동일하거나 유사한 탈리 바이어스가 또한 전극 표면(32C)으로부터 표면 화학물질의 분리 또는 탈리 동안 작업 전극(24C) 및 제2 작업 전극(42C)에 인가될 수 있다.
따라서, 도 2b의 일부 예에서, 플로우 셀(10)은 기재(22C); 기재(22C) 위에 위치된 제1 패턴화된 작업 전극(24C)으로서, 간극 영역(30C)에 의해 분리된 함몰부(28C)를 한정하며, 여기서 제1 패턴화된 작업 전극(24C)의 표면(32C)은 각각의 함몰부(28C)에서 노출되고, 표면(32C)은 변형되지 않거나 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재(34C)를 사용하여 변형되는, 제1 패턴화된 작업 전극(24C); 간극 영역(30C) 위에 위치된 패턴화된 절연 재료(26C); 패턴화된 절연 재료(26C) 위에 위치된 제2 패턴화된 작업 전극(42C); 제1 패턴화된 작업 전극(24C) 및 제2 패턴화된 작업 전극(42C) 각각에 전기적으로 연결된 상대 전극(40); 제1 패턴화된 작업 전극(24C) 및 제2 패턴화된 작업 전극(42C)의 표면(32C)과 유체 연통하는 플로우 채널(12); 및 제1 패턴화된 작업 전극(24C), 제2 패턴화된 작업 전극(42C) 및 상대 전극(40)에 전기적으로 연결된 컨트롤러를 포함한다.
이제 도 2c를 참조하면, 플로우 채널(12) 내의 구조의 한 예는 서로 부착된 2개의 비-패턴화된 구조(46A, 46B)를 포함한다. 플로우 채널(12)은 2개의 비-패턴화된 구조(46A, 46B) 사이에 형성된다. 다른 예(미도시)에서, 비-패턴화된 구조(46A)는 리드(44)에 부착될 수 있다. 이러한 다른 예에서, 플로우 채널(12)은 비-패턴화된 구조(46A)와 리드(44) 사이에 형성된다.
비-패턴화된 구조(46A, 46B) 각각은 기재(22D, 22E) 및 기재(22D, 22E)의 일부 위에 위치되는 작업 전극(24A, 24B)을 포함한다. 이 예에서, 각각의 작업 전극(24A, 24B)의 전체 표면(32A, 32B)이 노출된다. 비-패턴화된 구조(46A, 46B)는 간극 영역에 의해 분리된 함몰부를 포함하지 않는다.
기재(22D, 22E)는 단일층 구조이다. 각각의 기재(22D, 22E)는 전기적으로 절연되어 있으며 일부 예에서는 핵산 분석 동안 사용되는 여기 및 방출 파장(들)에 대해 투명하다. 예를 들어, 비-패턴화된 구조(46A, 46B)가 서로 부착될 때, 기재(22D, 22E)는 전기적으로 절연되고 투명하다. 대안적으로, 비-패턴화된 구조(46A)가 리드(44)에 부착될 때, 기재(22D)는 전기적으로 절연되지만, 리드(44)가 투명하기 때문에 투명할 수도 있고 그렇지 않을 수 있다. 기재(22A, 22B)의 임의의 예가 기재(22D, 22E)에 사용될 수 있다. 각각의 기재(22D, 22E)의 형태는 웨이퍼, 패널, 직사각형 시트, 다이, 또는 본원에 제시된 임의의 다른 구성일 수 있다.
도 2c에 도시된 예에서, 기재(22D, 22E)는 가장자리 영역(50A, 50B)으로 둘러싸인 오목 영역(48A, 48B)을 갖는다. 오목 영역(48A, 48B)은 작업 전극(24A, 24B)이 부착될 수 있는 지정된 영역을 제공한다. 가장자리 영역(50A, 50B)은 2개의 비-패턴화된 구조(46A, 46B)가 서로 부착될 수 있거나 1개의 비-패턴화된 구조(46A)가 리드(44)에 부착될 수 있는 결합 영역을 제공한다.
비-패턴화된 구조(46A, 46B)(또는 비-패턴화된 구조(46A) 및 리드(44))는 가장자리 영역(50A, 50B)에서 스페이서 층(20)을 통해 서로 부착될 수 있다. 스페이서 층(20)은 본원에 제시된 임의의 재료일 수 있다. 비-패턴화된 구조(46A, 46B)는 레이저 결합, 확산 결합, 양극 결합, 공융 결합, 플라즈마 활성화 결합, 유리 프릿 접합, 또는 당업계에 알려진 다른 방법과 같은 임의의 적합한 기술을 사용하여 결합될 수 있다.
도 2c의 구조에서, 작업 전극(24A, 24B)은 각각 기재(22D, 22E)의 오목 영역(48A, 48B)에 위치된다. 작업 전극(24A, 24B)은 오목 영역(48A, 48B)의 바닥 표면을 가로질러 연장되는 비-패턴화 전극이다. 작업 전극(24A, 24B)은 본원에 설명된 예 중 임의의 것일 수 있다.
전극(24A, 24B)은 적합한 침착 기술(예를 들어, 스퍼터링)을 사용하여 기재(22D, 22E)의 오목 영역(48A, 48B)에 참착될 수 있거나, 예를 들어 접착제를 사용하여 오목 영역(48A, 48B)에 부착되는 사전 형성된 시트일 수 있다.
도 2c에서, 입구(14)와 출구(16)는 플로우 채널(12)의 반대편에 도시되어 있다. 이러한 위치는 입구(14)와 출구(16)가 플로우 채널(12)의 반대 단부에 있는 도 1에 도시된 것과 상이하다. 이와 같이, 도 2c의 단면도는 도 1에 도시되지 않은 변형을 포함한다. 본원에 언급된 바와 같이, 입구(14) 및 출구(16)는 바람직한 유체 흐름을 가능하게 하는 플로우 채널(12)의 길이 및 폭을 따라 어디에나 위치될 수 있다.
도 2a의 입구(14) 및 출구(16)의 예시는 입구(14) 및 출구(16)가 기재(22D, 22E) 중 하나를 통해 어떻게 형성될 수 있는지의 이해를 용이하게 하기 위해 포함되었다. 입구(14) 및 출구(16)는 각각 플로우 채널(12)을 입구 유체 장치(36)(예를 들어, 배관, 유체 라인, 시약 저장소 등) 및 출구 유체 장치(38)(예를 들어, 배관, 유체 라인, 폐기물 용기 등)에 연결하는 관통 홀이다. 입구(14) 및 출구(16)는 동일한 기재(22D 또는 22E)에 또는 반대 기재(예를 들어, 기재(22D)의 입구 및 기재(22E)의 출구)에 형성될 수 있다.
도 2c의 구조에서, 각각의 작업 전극(24A, 24B)의 표면(32A, 32B)은 플로우 채널(12)을 가로질러 노출된다. 일부 예에서, 노출된 작업 전극 표면(32A, 32B)은 본원에 설명된 바와 같이 변형되지 않는다. 다른 예에서, 노출된 작업 전극 표면(32A, 32B)은 본원에 기술된 바와 같이 전이 금속 복합체 결합 쌍의 하나의 부재(34A, 34B)를 사용하여 변형된다.
도 2c의 구조에서, 작업 전극(24A, 24B)은 상대 전극(40)에 전기적으로 연결된다. 상대 전극(40)은 작업 전극(24A, 24B)이 유체와 접촉하는 것과 동시에 플로우 채널(12) 내로 도입되는 유체와 접촉할 수 있는 임의의 위치에 있을 수 있다. 유체는 각각의 작업 전극(24A, 24B)을 상대 전극(40)에 브릿지한다. 도 2c에 도시된 예에서, 상대 전극(40)은 오목 영역(48B)의 측벽을 따라 플로우 채널(12) 내에 위치된다.
도 2c에 도시된 예에서, 단일 상대 전극(40)은 작업 전극(24A, 24B) 둘 모두에 전기적으로 연결된다. 이 예에서, 노출된 표면(들)(32A)에서 표면 화학 물질을 부착하거나 분리하기 위해 상대 전극(40)과 작업 전극 중 하나(예를 들어, 24A) 사이에 바이어스가 인가된 다음, 노출된 표면(들)(32B)에서 표면 화학 물질을 부착하거나 분리하기 위해 상대 전극(40)과 다른 작업 전극(예를 들어, 24B) 사이에 바이어스가 인가될 수 있다. 다른 예에서, 각각의 상대 전극은 각각의 작업 전극(24A, 24B)에 개별적으로 전기적으로 부착될 수 있다.
상대 전극(40)에 적합한 재료의 예는 백금, 은 및 금을 포함한다.
작업 전극(24A, 24B) 및 상대 전극(40)은 원하는 전기 바이어스를 선택적으로 인가하도록 작동 가능한 컨트롤러(미도시)에 전기적으로 연결된다. 컨트롤러는 전위차계를 포함할 수 있다.
도 2a 내지 도 2c에 도시된 예 중 어느 하나에서, 제2 패턴화된 구조(18B), 리드(44), 또는 제2 비-패턴화된 구조(46B)는 투명한 상대 전극(40)으로 대체될 수 있다. 이 예에서, 상대 전극(40)은 플로우 채널(12)의 표면을 형성하는 투명한 상대 전극이다.
가시광 재생 가능 플로우 셀
플로우 채널(12) 내의 구조 중 일부는 플로우 셀 표면의 가시광 재생을 위해 설계되었다. 두 가지 예가 도 3a 및 도 3b에 도시되어 있다. 이러한 예에서, 플로우 셀(10)은 플로우 채널(12) 및 플로우 채널(12)에 적어도 부분적으로 노출된 표면(52A, 52B, 52C, 52D)을 갖는 기재(22F, 22G, 22H, 22I)를 포함하며, 표면(52A, 52B, 52C, 52D)은 전이 금속 복합체 결합 쌍의 가시광 반응성 제1 부재(54A, 54B)를 사용하여 변형된다.
이제 도 3a를 참조하면, 플로우 채널(12) 내의 구조의 또 다른 예는 서로 부착된 2개의 패턴화된 구조(18D, 18E)를 포함한다. 플로우 채널(12)은 2개의 패턴화된 구조(18D, 18E) 사이에 형성된다. 다른 예(미도시)에서, 패턴화된 구조(18D)는 리드(44)에 부착될 수 있다. 이러한 다른 예에서, 플로우 채널(12)은 패턴화된 구조(18D)와 리드(44) 사이에 형성된다.
2개의 패턴화된 구조(18D, 18E)는 스페이서 층(20)을 통해 부착된다. 스페이서 층(20)은 본원에 제시된 임의의 재료일 수 있다. 패턴화된 구조(18D, 18E)는 레이저 결합, 확산 결합, 양극 결합, 공융 결합, 플라즈마 활성화 결합, 유리 프릿 접합, 또는 당업계에 알려진 다른 방법과 같은 임의의 적합한 기술을 사용하여 결합될 수 있다.
패턴화된 구조(18D, 18E)의 기재(22F, 22G)는 다층 구조이다. 다층 구조는 베이스 지지체(56A, 56B)와 베이스 지지체(56A, 56B) 위의 패턴화된 층(58A, 58B)을 포함한다. 패턴화된 구조(18D, 18E)를 서로 접착시키면, 다층 구조의 구성 요소는 가시광에 대해 투명해야 하거나(표면 화학의 흡수 및/또는 탈리 및 핵산 분석에 사용됨) 가시광(표면 화학의 흡수 및/또는 탈리에 사용)과 자외선광(핵산 분석에 사용) 들 모두에 대해 투명해야 한다. 패턴화된 구조(18D)가 리드(44)에 부착될 때, 다층 구조의 구성 요소는 투명할 수 있거나 투명하지 않을 수 있는데, 리드(44)가 가시광과 자외선광 둘 모두에 투명하기 때문이다.
기재(22F, 22G)의 베이스 지지체(56A, 56B)의 예는 유리, UV 용융 실리카, CaF2, MgF2, BaF2, 석영, 사파이어 및 일부 세라믹을 포함한다. 베이스 지지체(56A, 56B)에 적합한 다른 재료는 강성 투명 플라스틱, 예컨대 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 사이클릭 올레핀 공중합체(COC) 및 폴리카르보네이트를 포함한다. 기재(22F, 22G)의 패턴화된 층(58A, 58B)의 예는 다면체 올리고머성 실세스퀴옥산 기반 수지, 광개시제 및/또는 광산 발생제 존재 시 광경화 가능한 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 티올 또는 에폭시 작용성 수지, UV/VIS 투명 세라믹 산화물(예를 들어, 탄탈륨 펜톡사이드), 인듐 주석 산화물(적합, 예를 들어, 빨간색/녹색 시스템의 경우), 및 선택적으로 침착되거나 침착 및 패턴화되어 함몰부(28D, 28E) 및 간극 영역(30D, 30E)을 형성할 수 있는 임의의 재료를 포함한다. 다층 구조(기재(22F, 22G))의 예는 탄탈륨 산화물 층(예를 들어, 탄탈륨 펜톡사이드 또는 다른 탄탈륨 산화물(들)(TaOx))을 갖는 베이스 지지체(56A, 56B)로서의 유리 또는 패턴화된 층(58A, 58B)으로서 다른 UV/VIS 투명 세라믹 산화물을 포함한다.
각각의 기재(22F, 22G)의 형태는 웨이퍼, 패널, 직사각형 시트, 다이, 또는 본원에 개시된 임의의 다른 적합한 구성일 수 있다.
도 3a의 예에서, 패턴화된 층(58A, 58B)은 간극 영역(30D, 30E)에 의해 분리된 함몰부(28D, 28E)를 정의하도록 패턴화된다. 도 2a의 함몰부(28A, 28B)에 대해 본원에 제시된 임의의 패턴, 레이아웃 및 치수는 도 3a에 도시된 함몰부(28D, 28E)에 사용될 수 있다.
도 3a의 구조에서, 기재(22F, 22G)의 패턴화된 층(58A, 58B)은 플로우 채널(12)에 노출된다. 함몰부(28D, 28E) 및 간극 영역(30D, 30E) 내의 표면(52A, 52B)은 플로우 채널(12)에 노출된다.
이 예에서, 표면(52A, 52B)은 전이 금속 복합체 결합 쌍의 가시광 반응성 제1 부재(54A, 54B)를 사용하여 변형된다. 본원에 언급된 바와 같이, 전이 금속 복합체 결합 쌍은 전이 금속 복합체 및 전이 금속 복합체에 결합할 수 있는 추가의 엔티티(예를 들어, 리간드)를 포함한다. 도 3a에 도시된 예에서, 전이 금속 복합체는 표면(52A, 52B)에 부착된 가시광 반응성 제1 부재(54A, 54B)이고, 추가 리간드는 플로우 셀(10)에 도입되는 표면 화학 물질이다. 추가 리간드는 가시광 반응성 제1 부재(54A, 54B)에 부착될 수 있고 가시광에 노출되면 가시광 반응성 제1 부재(54A, 54B)로부터 절단될 수 있는 전이 금속 복합체 결합 쌍의 가시광 반응성 제2 부재이다.
이러한 전이 금속 복합체 결합 쌍의 예는 가시광 반응성 제1 부재(54A, 54B)로서 루테늄 복합체를 포함하고, 가시광 반응성 제2 부재로서 작용화된 티오에테르 리간드를 포함한다. 루테늄 복합체는 일반식 [Ru(bpy)2L2]2+H2O를 가지며, 여기서 bpy는 2,2'-바이피리딘이고 L은 4-아미노피리딘이다. 전이 금속 복합체 결합 쌍의 전이 금속은 대안적으로 오스뮴, 철, 코발트, 니켈, 로듐, 팔라듐, 이리듐 등일 수 있다. 전이 금속 복합체 결합 쌍의 리간드는 대안적으로 페난트롤린, 퀴놀린, 이미다졸, 인돌 및 다양한 기타 헤테로사이클일 수 있다.
가시광 반응성 제1 부재(54A, 54B)를 표면(52A, 52B)에 부착하는 것은 공유 결합 또는 비공유 결합을 수반할 수 있다. 일례로서, 가시광 반응성 제1 부재(54A, 54B)는 실란 링커(예를 들어, (3-아미노프로필)트리메톡시실란(APTMS), (3-아미노프로필)트리에톡시실란(APTES), 노르보넨 실란 등)를 통해 표면(52A, 52B)에 부착될 수 있다. 이 예에서, 패턴화된 층(58A, 58B)은 (-OH 기를 생성하기 위한) 플라즈마 애싱, 실란화, 그리고 표면(52A, 52B)에 부착된 실란 링커를 남기면서 간극 영역(30D, 30E)으로부터 실란 링커를 제거하기 위한 연마에 노출될 수 있다. 비공유 결합 쌍의 어느 부재도 사용되는 전이 금속 복합체에 대한 리간드로 작용할 수 없는 한 비공유 결합(예를 들어, 비오틴-스트렙타비딘)을 사용할 수 있다.
도 3a에서, 입구(14)와 출구(16)는 플로우 채널(12)의 반대편에 도시되어 있다. 이러한 위치는 입구(14)와 출구(16)가 플로우 채널(12)의 반대 단부에 있는 도 1에 도시된 것과 상이하다. 이와 같이, 도 3a의 단면도는 도 1에 도시되지 않은 변형을 포함한다. 본원에 언급된 바와 같이, 입구(14) 및 출구(16)는 바람직한 유체 흐름을 가능하게 하는 플로우 채널(12)의 길이 및 폭을 따라 어디에나 위치될 수 있다.
도 3a의 입구(14) 및 출구(16)의 예시는 입구(14) 및 출구(16)가 패턴화된 구조(18D, 18E) 중 하나를 통해 어떻게 형성될 수 있는지의 이해를 용이하게 하기 위해 포함되었다. 입구(14) 및 출구(16)는 각각 플로우 채널(12)을 입구 유체 장치(36)(예를 들어, 배관, 유체 라인, 시약 저장소 등) 및 출구 유체 장치(38)(예를 들어, 배관, 유체 라인, 폐기물 용기 등)에 연결하는 관통 홀이다. 입구(14) 및 출구(16)는 동일한 기재(22F 또는 22G)에 형성될 수 있거나, 또는 도 3a에 도시된 바와 같이 반대 기재(예를 들어, 기재(22G)의 입구 및 기재(22F)의 출구)에 형성될 수 있다.
이제 도 3b를 참조하면, 플로우 채널(12) 내의 구조의 또 다른 예는 서로 부착된 2개의 비-패턴화된 구조(46C, 46D)를 포함한다. 플로우 채널(12)은 2개의 비-패턴화된 구조(46C, 46D) 사이에 형성된다. 다른 예(미도시)에서, 비-패턴화된 구조(46C)는 리드(44)에 부착될 수 있다. 이러한 다른 예에서, 플로우 채널(12)은 비-패턴화된 구조(46C)와 리드(44) 사이에 형성된다.
비-패턴화된 구조(46C, 46D) 각각은 기재(22H, 22I) 및 기재(22H, 22I)의 표면(52C, 52D)의 일부에 부착된 가시광 반응성 제1 부재(54A, 54B)를 포함한다. 비-패턴화된 구조(46C, 46D)는 간극 영역에 의해 분리된 함몰부를 포함하지 않는다.
도시된 예에서, 기재(22H, 22I)는 단일층 구조이다. 본원에 개시된 베이스 지지체(58A, 58B)의 임의의 예는 기재(22H, 22I)에 사용될 수 있다. 각각의 기재(22H, 22I)의 형태는 웨이퍼, 패널, 직사각형 시트, 다이, 또는 본원에 제시된 임의의 다른 구성일 수 있다.
도 3b에 도시된 예에서, 기재(22H, 22I)는 가장자리 영역(50C, 50D)으로 둘러싸인 오목 영역(48C, 48D)을 갖는다. 오목 영역(48C, 48D)은 가시광 반응성 제1 부재(54A, 54B)가 부착될 수 있는 지정된 영역을 제공한다. 가장자리 영역(50C, 50D)은 2개의 비-패턴화된 구조(46C, 46D)가 서로 부착될 수 있거나 1개의 비-패턴화된 구조(46C)가 리드(44)에 부착될 수 있는 결합 영역을 제공한다.
비-패턴화된 구조(46C, 46D)(또는 비-패턴화된 구조(46C) 및 리드(44))는 가장자리 영역(50C, 50D)에서 스페이서 층(20)을 통해 서로 부착될 수 있다. 스페이서 층(20)은 본원에 제시된 임의의 재료일 수 있다. 비-패턴화된 구조(46C, 46D)는 레이저 결합, 확산 결합, 양극 결합, 공융 결합, 플라즈마 활성화 결합, 유리 프릿 접합, 또는 당업계에 알려진 다른 방법과 같은 임의의 적합한 기술을 사용하여 결합될 수 있다.
도 3b의 구조에서, 기재(22H, 22I)의 오목 영역(48C, 48D)은 플로우 채널(12)에 노출된다. 오목 영역(48C, 48D) 내의 표면(52C, 52D)은 플로우 채널(12)에 노출된다.
이 예에서, 표면(52C, 52D)은 전이 금속 복합체 결합 쌍의 가시광 반응성 제1 부재(54A, 54B)를 사용하여 변형된다. 가시광 반응성 제1 부재(54A, 54B) 및 표면(52C, 52D)에 대한 임의의 부착 메커니즘의 임의의 예가 사용될 수 있다.
도 3b에서, 입구(14)와 출구(16)는 플로우 채널(12)의 반대편에 도시되어 있다. 이러한 위치는 입구(14)와 출구(16)가 플로우 채널(12)의 반대 단부에 있는 도 1에 도시된 것과 상이하다. 이와 같이, 도 3b의 단면도는 도 1에 도시되지 않은 변형을 포함한다. 본원에 언급된 바와 같이, 입구(14) 및 출구(16)는 바람직한 유체 흐름을 가능하게 하는 플로우 채널(12)의 길이 및 폭을 따라 어디에나 위치될 수 있다.
도 3b의 입구(14) 및 출구(16)의 예시는 입구(14) 및 출구(16)가 비-패턴화된 구조(46C, 46D) 중 하나를 통해 어떻게 형성될 수 있는지의 이해를 용이하게 하기 위해 포함되었다. 입구(14) 및 출구(16)는 각각 플로우 채널(12)을 입구 유체 장치(36)(예를 들어, 배관, 유체 라인, 시약 저장소 등) 및 출구 유체 장치(38)(예를 들어, 배관, 유체 라인, 폐기물 용기 등)에 연결하는 관통 홀이다. 입구(14) 및 출구(16)는 동일한 기재(22H, 22I)에 형성될 수 있거나, 또는 도 3b에 도시된 바와 같이 반대 기재(예를 들어, 기재(22I)의 입구 및 기재(22H)의 출구)에 형성될 수 있다.
표면 화학 물질　복합체
본원에 개시된 플로우 셀(50)은 핵산 시퀀싱을 위해 표면(32A, 32B, 32C, 52A, 52B)을 일시적으로 작용화하는 표면 화학 물질을 수용하고 부착할 수 있다. 표면 화학 물질은 전기화학적으로 또는 가시광 노출을 통해 제거 가능하다. 이제 표면 화학 물질의 예가 설명될 것이다.
표면 화학 물질의 각각의 예는 복합체를 포함한다. 복합체의 각각의 예는 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C, 52A, 52B) 중 하나 이상에 부착할 수 있는 연결 모이어티를 포함한다. 일부 경우에는 복합체는 핵산 분석에 참여할 수 있는 다른 표면 화학 물질에 대한 링커 역할을 한다. 다른 경우에는 복합체는 핵산 분석에 참여할 수 있는 추가 표면 화학 물질을 포함한다. 다양한 복합체의 예가 도 4a 내지 도 4e에 개략적으로 도시되어 있다.
하나의 예시적인 복합체(60A)가 도 4a에 도시되어 있다. 이 복합체(60A)는 전기화학적으로 제거 가능하며 변형되지 않은 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)과 함께 사용될 수 있다. 복합체(60A)는 변형되지 않은 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)에 부착 및 분리될 수 있는 연결 모이어티(62A), 및 변형되지 않은 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)에 부착되지 않은 직교 작용기(64)를 포함한다.
연결 모이어티(62A)는 변형되지 않은 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)에 부착 및 분리될 수 있기 때문에, 연결 모이어티(62A)는 전극 재료 및 전극 재료의 고유 작용기에 따라 달라질 것이다. 작업 전극(24A, 24B, 24C)이 탄소계 전극, 인듐 주석 산화물, 백금, 팔라듐 및 금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 경우, 연결 모이어티(62A)는 티올, 디아조늄, 알킨, 카르벤, 아데노신 올리고뉴클레오티드, 디티오에스테르, 아이소니트릴, 아이소티오시아네이트, 카르복실, 아민, 니트릴, 니트로 및 트리알킬실릴로 이루어진 군으로부터 선택된다. 이들 연결 모이어티(62A)는 적절한 반응 조건에 노출될 때 변형되지 않은 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)의 고유 작용기에 결합할 수 있고, 탈리 바이어스에 노출될 때 변형되지 않은 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)으로부터 탈리될 수 있다. 반응 조건은 연결 모이어티(62A)와 작업 전극(24A, 24B, 24C)에 따라 달라질 것이며, 일부 경우에는 연결 모이어티(62A)를 도입하는 데 사용된 유체에서 반응은 자발적일 것이다. 일부 예에서, 이들 연결 모이어티(62A)는 i) 제1 바이어스가 없을 때 또는 ii) 제1 바이어스에 노출될 때 변형되지 않은 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)의 고유 작용기에 결합할 수 있으며, i) 바이어스에 노출될 때 또는 ii) 제1 바이어스와 반대인 제2 바이어스에 노출될 때 변형되지 않은 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)으로부터 탈리될 수 있다. 부착 또는 분리에 적용되는 바이어스는 0 V 내지 +/- 3 V 범위일 수 있으며(0은 바이어스가 없음) 사용되는 연결 모이어티(62A)에 따라 달라질 것이다. 일례로서, (연결 모이어티(62A)로서) 디아조늄 기를 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)에 부착하기 위해 음의 바이어스가 적용될 수 있고, 분리를 위해 양의 바이어스 또는 보다 음의 바이어스가 사용될 수 있다. 다른 예로서, 연결 모이어티(62A)는 바이어스 없이(0 V 인가) 전극 표면(32A, 32B, 32C)과 자발적으로 반응할 수 있고, 양의 바이어스 또는 음의 바이어스에서 분리될 수 있다.
직교 작용기(64)는 그 반응성이 연결 모이어티(62A)와 직교하고 따라서 변형되지 않은 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)의 고유 작용기와 반응성이 아니도록 선택된다. 직교 작용기(64)는 또한 변형되지 않은 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)에 추가될 추가 표면 화학 물질의 반응성 작용기와 반응성이도록 선택된다. 직교 작용기(64)가 부착하는 추가적인 표면 화학 물질은 프라이머 작용화된 하이드로겔 또는 입자 또는 미리 클러스터링된 하이드로겔 또는 입자일 수 있다. 예로서, 직교 작용기(64)는 추가 표면 화학 물질의 알킨(예를 들어, 디알킨, 변형된 알킨) 또는 적인 테트라진에 공유적으로 부착되는 아지드일 수 있거나; 직교 작용기(64)는 추가 표면 화학 물질의 유리 아민기에 공유적으로 부착되는 에폭시이거나; 직교 작용기(64)는 추가 표면 화학 물질의 유리 아민기에 공유적으로 부착되는 활성화된 카르복실레이트(예를 들어, N-하이드록시석신이미드 에스테르)이거나; 직교 작용기(64)는 추가 표면 화학 물질의 하이드라진에 공유적으로 부착되는 알데하이드이거나; 직교 작용기(64)는 추가 표면 화학 물질의 티오에테르에 공유적으로 부착되는 포스포라미다이트이거나; 직교 작용기(64)는 추가 표면 화학의 티오에테르에 공유적으로 부착되는 알킬화제이다. 직교 작용기(64)는 또한 추가 표면 화학 물질의 반응성 작용기와 비공유 결합을 형성할 수 있다. 예를 들어, 직교 작용기(64)는 추가 표면 화학 물질의 스트렙타비딘에 비공유 결합하는 비오틴이거나; 직교 작용기(64)는 추가 표면 화학 물질의 스파이-태그(spy-tag)에 비공유적으로 결합하는 스파이-캐쳐(spy-catcher)이다.
또 다른 예시적인 복합체(60B)가 도 4b에 도시되어 있다. 이 복합체(60B)는 전기화학적으로 제거 가능하며 변형되지 않은 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)과 함께 사용될 수 있다. 복합체(60B)는 변형되지 않은 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)에 부착 및 분리될 수 있는 연결 모이어티(62A) 및 포획 올리고뉴클레오티드(66)를 포함한다.
연결 모이어티(62A)의 임의의 예가 복합체(60B)에 사용될 수 있다.
포획 올리고뉴클레오티드(66)는 변형되지 않은 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)에 추가될 추가 표면 화학 물질의 상보적 올리고뉴클레오티드에 혼성화할 수 있는 단일 가닥 핵산 서열이다. 포획 올리고뉴클레오티드(66)는 약 10개 뉴클레오티드 내지 약 100개 뉴클레오티드, 또는 약 12개 뉴클레오티드 내지 약 60개 뉴클레오티드, 또는 약 15개 뉴클레오티드 내지 약 50개 뉴클레오티드 범위의 길이를 가질 수 있다.
또 다른 복합체(60C, 60C', 60C'')가 도 4c에 도시되어 있다.
한 예에서, 복합체(60C)는 전기화학적으로 제거 가능하며 변형되지 않은 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)과 함께 사용될 수 있다. 복합체(60C)의 이러한 예는 변형되지 않은 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)에 부착 및 분리될 수 있는 연결 모이어티(62A), 및 i) 부착되어 있는 연결 모이어티(62A) 및 ii) 부착되어 있는 복수의 프라이머(70, 70')를 갖는 하이드로겔(68)을 포함한다.
다른 예에서, 복합체(60C')는 전기화학적으로 제거 가능하고 전기화학적으로 반응하는 전이 금속 복합체 결합 쌍의 하나의 부재(34A, 34B)를 사용하여 변형된 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)과 함께 사용될 수 있다. 복합체(60C')의 이러한 예는, 연결 모이어티(62B)로서의 리간드 또는 전이 금속 복합체 (전기화학적으로 반응하는 전이 금속 복합체 결합 쌍의 것), 및 i) 부착되어 있는 연결 모이어티(62B) 및 ii) 부착되어 있는 복수의 프라이머(70, 70')를 갖는 하이드로겔(68)을 포함한다.
또 다른 예에서, 복합체(60C'')는 가시광 노출을 통해 제거 가능하고, 가시광 반응성 전이 금속 복합체 결합 쌍의 하나의 부재(54A, 54B)를 사용하여 변형된 기재 표면(52A, 52B, 52C, 52D)과 함께 사용될 수 있다. 복합체(60C'')의 이러한 예는, 연결 모이어티(62C)로서의 티오에테르 리간드 또는 전이 금속 복합체 (가시광 반응성 전이 금속 복합체 결합 쌍의 것), 및 i) 부착되어 있는 연결 모이어티(62C) 및 ii) 부착되어 있는 복수의 프라이머(70, 70')를 갖는 하이드로겔(68)을 포함한다.
연결 모이어티(62A)의 임의의 예가 복합체(60C)에 사용될 수 있다. 연결 모이어티(62A)는 하이드로겔(68)의 임의의 작용기에 결합될 수 있다.
하이드로겔(68)은 액체가 흡수될 때 팽창할 수 있고, 액체가 예를 들어 건조에 의해 제거될 때 수축할 수 있는 임의의 겔 재료일 수 있다. 한 예에서, 중합체성 하이드로겔은 아크릴아미드 공중합체를 포함한다. 아크릴아미드 공중합체의 일부 예는 하기 구조식 (I)로 표시된다:
상기 식에서:
RA는 아지도, 선택적으로 치환된 아미노, 선택적으로 치환된 알케닐, 선택적으로 치환된 알킨, 할로겐, 선택적으로 치환된 하이드라존, 선택적으로 치환된 하이드라진, 카르복실, 하이드록시, 선택적으로 치환된 테트라졸, 선택적으로 치환된 테트라진, 니트릴 옥사이드, 니트론, 설페이트 및 티올로 이루어진 군으로부터 선택되고;
RB는 H 또는 선택적으로 치환된 알킬이고;
RC, RD 및 RE는 각각 독립적으로 H 및 선택적으로 치환된 알킬로 이루어진 군으로부터 선택되고;
각각의 -(CH2)p-는 선택적으로 치환될 수 있고;
p는 1 내지 50의 범위의 정수이고;
n은 1 내지 50,000의 범위의 정수이고;
m은 1 내지 100,000 범위의 정수이다.
구조식 (I)로 표현되는 아크릴아미드 공중합체의 하나의 구체적인 예는 폴리(N-(5-아지도아세트아미딜펜틸)아크릴아미드-코-아크릴아미드, PAZAM이다.
당업자는, 구조식 (I)에서 반복되는 "n" 및 "m" 특징부의 배열이 대표적이며, 단량체 서브유닛이 중합체 구조(예를 들어, 랜덤, 블록, 패턴화 또는 이들의 조합)에서 임의의 순서로 존재할 수 있음을 알 것이다.
아크릴아미드 공중합체의 분자량은 약 5 kDa 내지 약 1500 kDa, 또는 약 10 kDa 내지 약 1000 kDa 범위일 수 있거나, 구체적인 예에서 약 312 kDa일 수 있다.
일부 예에서, 아크릴아미드 공중합체는 선형 중합체이다. 일부 다른 예에서, 아크릴아미드 공중합체는 약하게 가교된 중합체이다.
다른 예들에서, 겔 재료는 구조식 (I)의 변형체일 수 있다. 한 예에서, 아크릴아미드 단위는 N,N-디메틸아크릴아미드()로 치환될 수 있다. 이러한 예에서, 구조식 (I)의 아크릴아미드 단위는 로 치환될 수 있으며, 여기서 RD, RE 및 RF는 각각 H 또는 C1-C6 알킬이고, RG 및 RH는 각각 C1-C6 알킬(아크릴아미드의 경우와 같이 H 대신)이다. 이러한 예에서, q는 1 내지 100,000 범위의 정수일 수 있다. 다른 예에서, 아크릴아미드 단위 이외에, N,N-디메틸아크릴아미드가 사용될 수 있다. 이러한 예에서, 구조식 (I)은 반복되는 "n" 및 "m" 특징부 이외에 를 포함할 수 있으며, 여기서 RD, RE 및 RF는 각각 H 또는 C1-C6 알킬이고, RG 및 RH는 각각 C1-C6 알킬이다. 이러한 예에서, q는 1 내지 100,000 범위의 정수일 수 있다.
중합체성 하이드로겔의 다른 예로서, 구조식 (I)의 반복되는 "n" 특징부는 하기 구조식 (II)를 갖는 헤테로사이클릭 아지도기를 포함하는 단량체로 치환될 수 있다:
식에서, R1은 H 또는 C1-C6 알킬이고; R2는 H 또는 C1-C6 알킬이고; L은 탄소, 산소 및 질소로 이루어진 군으로부터 선택되는 2 내지 20개의 원자를 갖는 선형 사슬 및 상기 사슬의 탄소 및 임의의 질소 원자 상의 10개의 임의의 치환기를 포함하는 링커이고; E는 탄소, 산소 및 질소로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 내지 4개의 원자, 및 선형 사슬의 탄소 및 임의의 질소 원자 상의 임의의 치환기를 포함하는 선형 사슬이며; A는 N에 부착된 H 또는 C1-C4 알킬을 갖는 N 치환된 아미드이고; Z는 질소 함유 헤테로사이클이다. Z의 예는 단일 사이클릭 구조 또는 융합 구조로서 존재하는 5 내지 10개의 탄소 함유 고리 구성원을 포함한다. Z의 일부 구체적인 예에는 피롤리디닐, 피리디닐 또는 피리미디닐이 포함된다.
또 다른 예로서, 겔 재료는 하기 구조식 (III) 및 구조식 (IV)의 각각의 반복 단위를 포함할 수 있다:
및
상기 식에서, R1a, R2a, R1b 및 R2b는 각각 독립적으로 수소, 선택적으로 치환된 알킬 또는 선택적으로 치환된 페닐로부터 선택되고; R3a 및 R3b는 각각 독립적으로 수소, 선택적으로 치환된 알킬, 선택적으로 치환된 페닐 또는 선택적으로 치환된 C7-C14 아르알킬로부터 선택되고; L1 및 L2는 각각 독립적으로 선택적으로 치환된 알킬렌 링커 또는 선택적으로 치환된 헤테로알킬렌 링커로부터 선택된다.
또 다른 예에서, 아크릴아미드 공중합체는 니트록사이드 매개 중합을 사용하여 형성되고, 따라서 공중합체 사슬의 적어도 일부는 알콕시아민 말단기를 갖는다. 공중합체 사슬에서, 용어 "알콕시아민 말단기"는 휴면 종 -ONR1R2를 지칭하며, 여기서, 각각의 R1 및 R2는 동일하거나 상이할 수 있으며, 독립적으로 선형 또는 분지형 알킬, 또는 고리 구조일 수 있고, 산소 원자는 공중합체 사슬의 나머지 부분에 부착된다. 일부 예에서, 알콕시아민은 또한, 예를 들어, 구조식 (I)의 위치 RA에서, 반복 아크릴아미드 단량체의 일부에 도입될 수 있다. 이와 같이, 일례에서, 구조식 (I)은 알콕시아민 말단기를 포함하고; 다른 예에서, 구조식 (I)은 측쇄의 적어도 일부에 알콕시아민 말단기 및 알콕시아민 기를 포함한다.
원하는 화학적 물질로 작용화될 수 있는 한, 다른 분자, 예를 들어 링커 분자(62A) 및 프라이머(70, 70')가 하이드로겔(68)을 형성하는 데 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 적합한 하이드로겔(68) 재료의 일부 예는 작용화된 실란, 예컨대 노르보르넨 실란, 아지도 실란, 알킨 작용화된 실란, 아민 작용화된 실란, 말레이미드 실란, 또는 각각 원하는 화학 물질(예를 들어, 링커 분자(62A) 및 프라이머(70, 70'))을 부착할 수 있는 작용기를 갖는 임의의 다른 실란를 포함한다. 적합한 하이드로겔(68) 재료의 다른 예는 콜로이드 구조를 갖는 것들, 예컨대 아가로스; 또는 중합체 메시 구조, 예컨대 젤라틴; 또는 가교결합된 중합체 구조, 예컨대 폴리아크릴아미드 중합체 및 공중합체, 실란 비함유 아크릴아미드(SFA: silane free acrylamide) 또는 SFA의 아지도 분해된(azidolyzed) 버전을 갖는 것들을 포함한다. 적합한 폴리아크릴아미드 중합체의 예는 아크릴아미드 및 아크릴산, 또는 비닐 기를 포함하는 아크릴산으로부터, 또는 [2+2] 광고리화 첨가반응을 형성하는 단량체로부터 합성될 수 있다. 적합한 하이드로겔(68) 재료의 또 다른 예는 아크릴아미드와 아크릴레이트의 혼합 공중합체를 포함한다. 아크릴 단량체(예를 들어, 아크릴아미드, 아크릴레이트 등)를 함유하는 다양한 중합체 구조, 예컨대 덴드리머(예를 들어, 멀티-아암 또는 별모양 중합체), 별형상 또는 별모양-블록 중합체 등을 포함하는 분지형 중합체가 본원에 개시된 예에 이용될 수 있다. 예를 들어, 단량체(예를 들어, 아크릴아미드, 촉매를 함유하는 아크릴아미드 등)는 덴드리머의 분지(아암)에 무작위로 또는 블록으로 혼입될 수 있다.
하이드로겔(68)은 니트록사이드 매개 중합(NMP), 가역적 첨가-단편화 사슬 전달(RAFT) 중합 등과 같은 임의의 적합한 공중합 공정을 사용하여 형성될 수 있다.
프라이머(70, 70')는 순방향 및 역방향 증폭 프라이머일 수 있다. 프라이머(70, 70')는 함께 프라이머(70, 70')에 상보적인 말단 어댑터를 갖는 라이브러리 주형의 증폭을 가능하게 한다. 예로서, 프라이머(70, 70')는 P5, P7 프라이머를 포함한다. P5 및 P7 프라이머들의 예는 시퀀싱을 위해 Illumina Inc.에서 판매되는 시판 플로우 셀의 표면에서, 예를 들어, HiSeq™, HiSeqX™, MiSeq™, MiSeqDX™, MiNISeq™, NextSeq™, NextSeqDX™, NovaSeq™, iSEQTM, Genome Analyzer™, 및 다른 기기 플랫폼에서 사용된다.
한 예에서, P5 프라이머는 하기이다:
P5: 5' → 3'
AATGATACGGCGACCACCGAGAUCTACAC (SEQ. ID. NO. 1)
P7 프라이머는 하기 중 하나일 수 있다:
P7 #1: 5' → 3'
CAAGCAGAAGACGGCATACGAnAT (SEQ. ID. NO. 2)
P7 #2: 5' → 3'
CAAGCAGAAGACGGCATACnAGAT (SEQ. ID. NO. 3)
여기서 "n"은 각각의 서열의 8-옥소구아닌이다.
프라이머(70, 70')는 5' 말단에서 하이드로겔(68)의 작용기와 단일 지점 공유 부착이 가능한 작용기로 종결될 수 있다. 사용될 수 있는 말단 프라이머의 예는 알킨 말단 프라이머, 테트라진 말단 프라이머, 아지도 말단 프라이머, 아미노 말단 프라이머, 에폭시 또는 글리시딜 말단 프라이머, 티오포스페이트 말단 프라이머, 티올 말단 프라이머, 알데하이드 말단 프라이머, 하이드라진 말단 프라이머, 포스포르아미다이트 말단 프라이머, 및 트리아졸린디온 말단 프라이머를 포함한다. 일부 특정 예에서, 석신이미딜(NHS) 에스테르 말단 프라이머는 하이드로겔(68)의 아민과 반응할 수 있거나, 알데하이드 말단 프라이머는 하이드로겔(68)의 하이드라진과 반응할 수 있거나, 알킨 말단 프라이머는 하이드로겔(68)의 아지드와 반응할 수 있거나, 아지드 말단 프라이머는 하이드로겔(68)의 알킨 또는 DBCO(디벤조사이클로옥틴)와 반응할 수 있거나, 아미노 말단 프라이머는 하이드로겔(68)의 활성화된 카르복실레이트 기 또는 NHS 에스테르와 반응할 수 있거나, 티올 말단 프라이머는 하이드로겔(68)의 알킬화 반응물(예를 들어, 요오도아세트아민 또는 말레이미드)과 반응할 수 있거나, 포스포르아미다이트 말단 프라이머는 중합체성 하이드로겔(68)의 티오에테르와 반응할 수 있다. 몇몇 예가 제공되었지만, 프라이머(70, 70')에 부착될 수 있고 하이드로겔(68)의 작용기에 부착될 수 있는 임의의 작용기가 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
위에서 언급한 바와 같이, 복합체(60C')는 하이드로겔(68), 프라이머(70, 70'), 및 연결 모이어티(62A) 대신의 연결 모이어티(62B)를 포함한다. 하이드로겔(68) 및 프라이머(70, 70')의 임의의 예가 사용될 수 있다. 전기화학적 반응성 전이 금속 복합체 결합 쌍의 리간드 또는 전이 금속 복합체 중 하나가 연결 모이어티(62B)로서 사용될 수 있다. 연결 모이어티(62B)는 하이드로겔(68)의 임의의 작용기에 결합될 수 있다.
또한 위에서 언급한 바와 같이, 복합체(60C'')는 하이드로겔(68), 프라이머(70, 70'), 및 연결 모이어티(62A) 대신의 연결 모이어티(62C)를 포함한다. 하이드로겔(68) 및 프라이머(70, 70')의 임의의 예가 사용될 수 있다. 가시광 반응성 전이 금속 복합체 결합 쌍의 리간드 또는 전이 금속 복합체 중 하나가 연결 모이어티(62C)로서 사용될 수 있다. 연결 모이어티(62C)는 하이드로겔(68)의 임의의 작용기에 결합될 수 있다. 하나의 구체적인 예에서, 연결 모이어티(62C)는 티오에테르이고 복합체(60C'')는, i) 부착되어 있는 티오에테르 및 ii) 부착되어 있는 복수의 프라이머(70, 70')를 갖는 하이드로겔(68)이다.
또 다른 복합체(60D, 60D', 60D'')가 도 4d에 도시되어 있다.
한 예에서, 복합체(60D)는 전기화학적으로 제거 가능하며 변형되지 않은 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)과 함께 사용될 수 있다. 복합체(60D)의 이러한 예는 변형되지 않은 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)에 부착 및 분리될 수 있는 연결 모이어티(62A), 및 i) 부착되어 있는 연결 모이어티(62A) 및 ii) 부착되어 있는 주형 핵산 가닥(74)의 클러스터를 갖는 입자(72)를 포함한다.
다른 예에서, 복합체(60D')은 전기화학적으로 제거 가능하고 전기화학적으로 반응하는 전이 금속 복합체 결합 쌍의 하나의 부재(34A, 34B)를 사용하여 변형된 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)과 함께 사용될 수 있다. 복합체(60D')의 이러한 예는, 연결 모이어티(62B)로서의 리간드 또는 전이 금속 복합체 (전기화학적으로 반응하는 전이 금속 복합체 결합 쌍의 것), 및 i) 부착되어 있는 연결 모이어티(62B) 및 ii) 부착되어 있는 주형 핵산 가닥(74)의 클러스터를 갖는 입자(72)를 포함한다.
또 다른 예에서, 복합체(60D'')는 가시광 노출을 통해 제거 가능하고, 가시광 반응성 전이 금속 복합체 결합 쌍의 하나의 부재(54A, 54B)를 사용하여 변형된 기재 표면(52A, 52B, 52C, 52D)과 함께 사용될 수 있다. 복합체(60D'')의 이러한 예는, 연결 모이어티(62C)로서의 티오에테르 리간드 또는 전이 금속 복합체 (가시광 반응성 전이 금속 복합체 결합 쌍의 것), 및 i) 부착되어 있는 연결 모이어티(62B) 및 ii) 부착되어 있는 주형 핵산 가닥(74)의 클러스터를 갖는 입자(72)를 포함한다.
연결 모이어티(62A)의 임의의 예가 복합체(60D)에 사용될 수 있다. 연결 모이어티(62A)는 입자(72)의 임의의 작용기에 결합될 수 있다.
입자(72)는 주형 핵산 가닥(74)의 클러스터를 생성하는 데 사용되는 연결 모이어티(62A) 및 프라이머(70, 70')를 부착할 수 있는 작용기를 포함하는 임의의 적합한 물질일 수 있다. 대안적으로, 입자(72)는 주형 핵산 가닥(74)의 클러스터를 생성하는 데 사용되는 연결 모이어티(62A) 및 프라이머(70, 70')를 부착할 수 있는 작용기를 포함하는 하이드로겔(68)로 코팅될 수 있다.
입자(72)에 유용한 예시적인 재료는 단백질 스캐폴드; 유리(예를 들어, 제어된 기공 유리 비드); 플라스틱, 예컨대 아크릴, 폴리스티렌, 또는 스티렌과 다른 재료의 공중합체, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리부틸렌, 폴리우레탄 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(Teflon®, Chemours); 다당류 또는 가교결합된 다당류, 예컨대 아가로스 또는 세파로스®(Cytiva Bioprocess); 나일론; 니트로셀룰로스; 규소 및 변형 규소를 포함하는 실리카 또는 규소계 물질; 상자성 비드; 탄소 섬유; 금속(예를 들어, 금, 은, 주석, 로듐, 루테늄, 팔라듐, 오스뮴, 이리듐, 백금, 구리, 알루미늄 등); 도핑된 반금속(예를 들어, 도핑된 규소); 직접 밴드갭 반도체(예를 들어, 갈륨 비소); 금속 복합재(위에 나열된 금속 중 2개 이상); 또는 본원에 개시된 하이드로겔(68)을 포함한다. 한 예에서, 입자(72)는 실리카, 본원에 개시된 하이드로겔(68)의 임의의 예, 하이드로겔(68) 코팅된 금속 나노입자, 또는 단백질 스캐폴드로 이루어진 군으로부터 선택된다.
입자(72)는 예를 들어 구형, 타원형, 미소구체, 또는 규칙적이거나 불규칙한 치수를 갖는 다른 인식된 입자 형상으로 특징지어지는 형상을 가질 수 있다.
도 4d에는 도시되지 않았지만, 입자(72)는 초기에 표면에 부착된 프라이머(70, 70')를 갖는다. 이 예에서, 프라이머(70, 70')는 5' 말단에서 입자(72)의 작용기와 단일 지점 공유 부착이 가능한 작용기로 종결될 수 있다. 프라이머(70, 70')는 도 4d에 도시된 주형 핵산 가닥(74)의 클러스터를 생성하는 데 사용된다.
입자(72)에 주형 핵산 가닥(74)의 클러스터를 생성하기 위해, 라이브러리 주형은 먼저 임의의 핵산 샘플(예를 들어, DNA 샘플 또는 RNA 샘플)로부터 준비될 수 있다. DNA 핵산 샘플은 단일-가닥의 유사한 크기(예를 들어, 1000 bp 미만)의 DNA 단편으로 단편화될 수 있다. RNA 핵산 샘플은 상보적 DNA(cDNA)를 합성하는 데 사용될 수 있고, cDNA는 단일-가닥의 유사한 크기(예를 들어, 1000 bp 미만)의 cDNA 단편으로 단편화될 수 있다. 제조 동안, 어댑터가 임의의 단편의 단부에 첨가될 수 있다. 감소된 사이클 증폭을 통해, 입자(72)의 프라이머(70, 70')에 상보적인 프라이머 결합 부위, 인덱스 및 영역의 시퀀싱과 같은 다양한 모티프가 어댑터에 도입될 수 있다. 일부 예에서, 단일 핵산 샘플로부터의 단편은 이것에 첨가된 동일한 어댑터를 갖는다. 최종 라이브러리 주형은 양 단부에 DNA 또는 cDNA 단편 및 어댑터를 포함한다. DNA 또는 cDNA 단편은 시퀀싱되는 최종 라이브러리 주형의 부분을 나타낸다.
복수의 라이브러리 주형이 액체 담체 및 부착되어 있는 프라이머(70, 70')를 갖는 입자(72)를 포함하는 입자 현탁액에 도입될 수 있다. 예를 들어 여러 라이브러리 주형은 두 가지 유형의 프라이머(70, 70') 중 하나에 혼성화된다.
입자(72) 상의 주형 핵산 가닥(들)의 증폭은 주형 가닥(74)의 클러스터와 함께 복합체(60D)를 형성하기 위해 개시될 수 있다. 한 예에서, 증폭은 클러스터 생성을 수반한다. 클러스터 생성의 한 예에서, 라이브러리 주형은 고충실도 DNA 폴리머라제를 사용하여 3' 연장에 의해 혼성화된 프라이머로부터 복사된다. 원본 라이브러리 주형은 변성되어 입자(72) 주위 전체에 복사본이 고정된다. 등온 브릿지 증폭 또는 일부 다른 형태의 증폭을 사용하여, 고정화된 복사본을 증폭시킬 수 있다. 예를 들어, 복사된 주형은 루프 오버되어 인접한 상보적 프라이머에 혼성화되고, 폴리머라제는 복사된 주형을 복사하여 이중 가닥 브릿지를 형성하고, 이는 변성되어 2개의 단일 가닥으로 된 가닥을 형성한다. 이들 2개의 가닥은 루프 오버되어 인접한 상보적 프라이머에 혼성화되고 다시 연장되어 2개의 새로운 이중 가닥 루프를 형성한다. 이 과정은 입자(72)에 조밀한 클론 클러스터를 생성하기 위한 등온 변성 및 증폭의 사이클에 의해 각각의 주형 사본에서 반복된다. 이중 가닥 브리지의 각각의 클러스터는 변성된다. 한 예에서, 역방향 가닥은 특정 염기 절단에 의해 제거되어, 정방향 주형 가닥을 남긴다. 클러스터링으로 인해 입자(72)에 고정된 여러 주형 가닥(74)이 형성된다. 클러스터링의 이러한 예는 브릿지 증폭으로 지칭되며, 수행될 수 있는 증폭의 한 예이다. 다른 증폭 기술이 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
위에서 언급한 바와 같이, 복합체(60D')는 입자(72), 주형 가닥(74), 및 연결 모이어티(62A) 대신의 연결 모이어티(62B)를 포함한다. 입자(72) 및 주형 가닥(74)의 임의의 예가 사용될 수 있다. 전기화학적 반응성 전이 금속 복합체 결합 쌍의 리간드 또는 전이 금속 복합체 중 하나가 연결 모이어티(62B)로서 사용될 수 있다. 연결 모이어티(62B)는 입자(72) 표면의 작용기를 통해 입자(72)에 결합될 수 있다.
또한 위에서 언급한 바와 같이, 복합체(60D'')는 입자(72), 주형 가닥(74), 및 연결 모이어티(62A) 대신의 연결 모이어티(62C)를 포함한다. 하이드로겔(68) 및 프라이머(70, 70')의 임의의 예가 사용될 수 있다. 가시광 반응성 전이 금속 복합체 결합 쌍의 리간드 또는 전이 금속 복합체 중 하나가 연결 모이어티(62C)로서 사용될 수 있다. 연결 모이어티(62C)는 하이드로겔(68)의 임의의 작용기에 결합될 수 있다. 하나의 구체적인 예에서, 연결 모이어티(62C)는 티오에테르이고 복합체(60D'')는 i) 부착되어 있는 티오에테르 및 ii) 부착되어 있는 주형 핵산 가닥(74)의 클러스터를 갖는 하이드로겔 입자(72)이다.
또 다른 복합체(60E)가 도 4e에 도시되어 있다. 복합체(60E)는 가시광 노출을 통해 제거 가능하고, 가시광 반응성 전이 금속 복합체 결합 쌍의 하나의 부재(54A, 54B)를 사용하여 변형된 기재 표면(52A, 52B, 52C, 52D)과 함께 사용될 수 있다. 복합체(60E)의 이러한 예는 연결 모이어티(62C)로서 티오에테르 리간드 (가시광 반응성 전이 금속 복합체 결합 쌍의 것) 및 i) 리간드 및 ii) 부착되어 있는 복수의 프라이머(70, 70')를 갖는 하이드로겔(68')로 작용화된 금속 나노입자(73)를 포함한다.
이러한 예에서, 금속 나노입자(73)는 금, 은, 주석, 로듐, 루테늄, 팔라듐, 오스뮴, 이리듐, 백금, 구리, 알루미늄 등일 수 있고, 하이드로겔(68')은 본원에 제시된 하이드로겔(68)의 임의의 예일 수 있고, 프라이머(70, 70')은 본원에 제시된 임의의 예일 수 있다.
프라이머(70, 70')가 부착된 복합체(60C 내지 60E) 중 임의의 것은 플로우 셀(10)에 도입되기 전에 플로우 셀 외부에 클러스터링되거나 부분적으로 클러스터링되어 주형 핵산 가닥(74)을 생성할 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 부분 클러스터링에서는 금속 나노입자(73)가 주형 핵산 가닥(74)으로 완전히 덮이지 않도록 증폭 사이클을 제어한다. 유사하게, 주형 가닥(74)과 함께 표시된 복합체(60C 내지 60E) 중 임의의 것은 대신 프라이머(70, 70')를 포함할 수 있다. 이들 예는 주형 핵산 가닥(74)을 생성하기 위해 플로우 셀에 클러스터링될 수 있다.
또한, 복합체(60A 내지 60E) 중 임의의 것은 중합효소가 부착되어 있을 수도 있다. 부착된 중합효소는 단일 분자 센싱 작업에 바람직할 수 있다. 임의의 적합한 폴리머라제 및 연결 분자가 이들 예에서 사용될 수 있다.
플로우 셀 표면을 전기화학적으로 재생하는 방법
도 2a 내지 도 2c에 도시된 플로우 셀(10)의 예 중 임의의 것은 본원에 개시된 복합체(60)의 예를 사용하여 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)이 일시적으로 변형되고 전기화학을 사용하여 재생 가능한 방법에 사용될 수 있다.
한 예에서, 방법은 일반적으로 하기를 포함한다: 플로우 채널(12)에 적어도 부분적으로 노출된 표면(32A, 32B, 32C)을 갖는 작업 전극(24A, 24B, 24C)을 포함하는 플로우 셀(10)의 플로우 채널(12)에 제1 유체를 도입하는 단계로서, 표면(32A, 32B, 32C)이 변형되지 않거나 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재(34A, 34B)를 사용하여 변형되고, 이에 의해 제1 유체에 존재하는 복합체(60A, 60B, 60C, 60C', 60D, 60D')의 연결 모이어티(62A, 62B)가 복합체(60A, 60B, 60C, 60C', 60D, 60D')를 표면(32A, 32B, 32C)에 화학적으로 부착하여 작업 전극(24A, 24B, 24C)의 일시적으로 변형된 표면을 형성하는, 단계; 일시적으로 변형된 표면의 복합체(60A, 60B, 60C, 60C', 60D, 60D')를 포함하는 센싱 작업을 수행하는 단계; 및 작업 전극(24A, 24B, 24C)에 연결 모이어티(62A, 62B)의 탈리 전압을 인가하고, 이에 의해 연결 모이어티(62A, 62B)를 분리하고 표면(32A, 32B, 32C)을 재생하는 단계. 이 방법의 예는 도 5 내지 도 8을 참조하여 도시되고 설명된다.
이 방법의 한 예가 도 5에 개략적으로 도시되어 있다. 도 5는 플로우 채널(12), 및 플로우 채널(12)에 적어도 부분적으로 노출된 표면(32A, 32B, 32C)을 갖는 작업 전극(24A, 24B, 24C)을 포함하는 플로우 셀(10)의 일부를 도시한다. 이 예에서, 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)은 변형되지 않는다.
이 예시적인 방법에서, 복합체(60A)는 제1 유체(76)에 존재한다. 제1 유체(76)는 물과 완충액을 포함할 수 있다. 적합한 완충제의 예는 TRIS(트리스(하이드록시메틸)아미노메탄 또는 Trizma®), 비스-트리스 메탄 완충제, ADA 완충제(쯔비터이온성 완충화제), MES(2-에탄설폰산), MOPS(3-(N-모르폴리노)프로판설폰산), 또는 다른 산성 완충제를 포함한다. 대안적으로, 제1 유체(76)는 테트라알킬암모늄 할라이드와 같은 선택적 유기 가용성 전해질을 갖는 유기 용매로 구성될 수 있다.
제1 유체(76)는 유체 제어 시스템을 사용하여 유체 장치(36)를 통해 플로우 채널(12) 내로 도입된다. 한 예에서, 제1 유체(76)는 저장 저장소로부터 유체 라인을 통해 그리고 유체 입구(14)(도 5에는 미도시)를 통해 플로우 채널(12) 내로 펌핑된다.
플로우 채널(12) 내에서 복합체(60A)의 연결 모이어티(62A)는 변형되지 않은 표면(32A, 32B, 32C)과 반응한다. 사용되는 반응 조건은 연결 모이어티(62A) 및 변형되지 않은 표면(32A, 32B, 32C)에 따라 달라질 것이다. 언급된 바와 같이, 반응은 제1 유체(76)의 존재 시 자발적일 수 있거나, 인가된 바이어스의 존재 시 발생할 수 있다(예를 들어, 디아조늄은 0 V 내지 -2 V의 음의 바이어스를 인가하여 전극에 부착될 수 있다). 변형되지 않은 표면(32A, 32B, 32C)에 복합체(60A)를 부착하면 일시적으로 변형된 표면(32A', 32B', 32C')의 한 예가 생성된다.
일단 복합체(60A)가 부착되고 센싱 작업을 수행하기 전에, 이 예시적인 방법은 센싱 작업에 사용될 추가 표면 화학 물질(80A, 80B, 80C)을 함유하는 제2 유체(78)를 플로우 채널(12)에 도입하는 단계를 추가로 포함한다.
도 5에 도시된 방법의 한 예에서, 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)은 변형되지 않고, 복합체(60A)는 연결 모이어티(62A) 및 변형되지 않은 표면(32A, 32B, 32C)에 부착되지 않는 직교 작용기(64)를 포함하고; 센싱 작업을 수행하기 전에, 방법은 추가 표면 화학 물질(80A)을 포함하는 제2 유체(78)를 플로우 채널(12) 내로 도입하는 단계를 추가로 포함하고, 이는 i) 부착되어 있는 복수의 프라이머(70, 70') 및 ii) 직교 작용기(64)와 반응성인 부착되어 있는 반응성 작용기(82)를 갖는 하이드로겔(68)을 포함한다.
추가 표면 화학 물질(80A)의 하이드로겔(68) 및 프라이머(70, 70')는 본원에 개시된 임의의 예일 수 있다.
반응성 작용기(82)는 복합체(60A)의 직교 작용기(64)와 반응성이도록 선택된다. 예로서, 반응성 작용기(82)는 아지드 직교 작용기(64)에 공유적으로 부착된 알킨(예를 들어, 디알킨, 변형된 알킨) 또는 테트라진일 수 있거나; 반응성 작용기(82)는 에폭시 직교 작용기(64)에 공유적으로 부착되는 유리 아민일 수 있거나; 반응성 작용기(82)는 활성화된 카르복실레이트 직교 작용기(64)에 공유적으로 부착된 유리 아민일 수 있거나; 반응성 작용기(82)는 알데하이드 직교 작용기(64)에 공유적으로 부착된 하이드라진일 수 있거나; 반응성 작용기(82)는 포스포라미다이트 직교 작용기(64)에 공유적으로 부착된 티오에테르일 수 있거나; 반응성 작용기(82)는 알킬화제 직교 작용기(64)에 공유적으로 부착된 티오에테르일 수 있다. 반응성 작용기(82)는 또한 복합체(60A)의 직교 작용기(64)와 비공유 결합을 형성할 수 있다. 예를 들어, 반응성 작용기(82)는 비오틴에 비공유 결합하는 스트렙타비딘일 수 있거나; 반응성 작용기(82)는 스파이-캐처에 비공유적으로 결합하는 스파이-태그일 수 있다.
반응성 작용기(82)와 작용기(64)의 반응은, 일시적으로 변형된 표면(32A', 32B', 32C')에 추가적인 표면 화학 물질(80A)을 부착하고 일시적으로 변형된 표면(32A', 32B', 32C')을 센싱 작업을 위한 준비가 되게 한다(도 5의 #1로 표시됨).
자세한 내용은 도 5에 도시되지 않았지만, 이 예시적인 방법의 센싱 작업은 일시적으로 변형된 표면(32A', 32B', 32C')에 주형 핵산 가닥(74)의 클러스터를 생성하기 위해 복수의 프라이머(70, 70')를 사용하여 주형 핵산 가닥(74)을 증폭시키는 단계; 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드를 포함하는 제3 유체를 플로우 채널(12) 내로 도입하는 단계; 및 주형 핵산 가닥(74) 중 적어도 일부를 따라 신생 가닥(nascent strand)으로의 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드 각각의 하나의 혼입 이벤트를 광학적으로 검출하는 단계를 포함한다.
일시적으로 변형된 표면 32A', 32B', 32C' 상의 클러스터 생성은 라이브러리 주형 및 프라이머(70, 70')를 사용하여 본원에 기재된 바와 같이 수행될 수 있다. 이 예에서, 시약은 플로우 셀(10)에 도입되고 증폭 사이클은 추가 표면 화학물질(80A)의 프라이머(70, 70')를 사용하여 수행된다.
이어서 시퀀싱 프라이머가 플로우 셀(10)에 도입될 수 있다. 시퀀싱 프라이머는 일시적으로 변형된 표면(32A', 32B', 32C') 상의 주형 핵산 가닥(74)에 혼성화된다. 이러한 시퀀싱 프라이머는 주형 가닥(74)을 시퀀싱을 위한 준비가 되게 한다.
표지된 뉴클레오티드를 포함하는 혼입 혼합물은 이어서 예를 들어 입구(14)를 통해 플로우 셀(10)에 도입될 수 있다. 표지된 뉴클레오티드에 더하여, 혼입 혼합물은 물, 완충액 및 폴리머라제를 포함할 수 있다. 혼입 혼합물이 플로우 셀(10)에 도입될 때, 혼합물은 플로우 채널(12)로 들어가고 고정되고 준비가 된 주형 가닥(74)을 시퀀싱한다.
혼입 혼합물은 플로우 셀(10)에서 인큐베이션되고, 표지된 뉴클레오티드(광학적 표지 포함)는 각각의 중합효소에 의해 주형 가닥(74)을 따라 신생 가닥으로 혼입된다. 혼입 동안, 표지된 뉴클레오티드 중 하나는, 각각의 폴리머라제에 의해, 하나의 시퀀싱 프라이머를 연장시키고 주형 가닥 중 하나에 상보적인 하나의 신생 가닥에 혼입된다. 혼입은 주형 가닥 의존적 방식으로 수행되므로, 신생 가닥에 첨가된 표지된 뉴클레오티드의 순서 및 유형의 검출은 주형 가닥(74)의 서열을 결정하는 데 사용될 수 있다. 혼입은 단일 시퀀싱 주기 동안 일시적으로 변형된 표면(32A', 32B', 32C')을 가로질러 주형 가닥(74) 중 적어도 일부에서 발생한다.
혼입된 표지된 뉴클레오티드는 3' OH 차단 기의 존재로 인해 가역적 종결 특성을 포함할 수 있으며, 표지된 뉴클레오티드가 부가되면 추가 시퀀싱 프라이머 연장을 종결시킨다. 인큐베이션 및 혼입을 위한 목적하는 시간 후, 혼입되지 않은 표지된 뉴클레오티드를 포함하는 혼입 혼합물은 세척 주기 동안 플로우 셀(10)에서 제거될 수 있다. 세척 주기는 세척 용액(예를 들어, 완충액)이, 예를 들어, 펌프 또는 다른 적합한 메커니즘에 의해 플로우 채널로 향하고, 플로우 채널(12)을 통과한 후, 밖으로 향하는 관류 기술을 포함할 수 있다.
추가의 혼입이 일어나지 않고서, 가장 최근에 혼입된 표지된 뉴클레오티드가 이미징 사건을 통해 검출될 수 있다. 이미징 사건 동안, 조명 시스템은 플로우 셀(10)에 여기광을 제공할 수 있다. 혼입된 표지된 뉴클레오티드의 광학 표지는 여기 광에 반응하여 광학 신호를 방출한다. 이러한 광학 신호는 이미징 장치를 사용하여 캡처될 수 있다.
이미징이 수행된 후, 이후 절단 믹스가 플로우 셀(10)로 도입될 수 있다. 한 예에서, 절단 믹스는 i) 혼입된 뉴클레오티드에서 3' OH 차단 기를 제거할 수 있고, ii) 혼입된 뉴클레오티드로부터 광학 표지를 절단할 수 있다. 3' OH 차단기와 절단 믹스 내 적합한 차단해제 작용제/구성요소의 예는 하기를 포함할 수 있다: 염기 가수분해에 의해 제거될 수 있는 에스테르 모이어티; Nal, 클로로트리메틸실란 및 Na2S2O3에 의해 또는 아세톤/물 중 Hg(II)에 의해 제거될 수 있는 알릴-모이어티; 포스핀, 예를 들어 트리스(2-카르복시에틸)포스핀(TCEP) 또는 트리(하이드록시프로필)포스핀(THP)에 의해 절단될 수 있는 아지도메틸; 산성 조건에 의해 절단될 수 있는 아세탈, 예를 들어, tert-부톡시-에톡시; LiBF4 및 CH3CN/H2O에 의해 절단될 수 있는 MOM (-CH2OCH3) 모이어티; 티오페놀 및 티오설페이트와 같은 친핵체에 의해 절단될 수 있는 2,4-디니트로벤젠 설페닐; Ag(I) 또는 Hg(II)에 의해 절단될 수 있는 테트라하이드로푸라닐 에테르; 및 포스파타제 효소(예를 들어, 폴리뉴클레오타이드 키나제)에 의해 절단될 수 있는 3' 포스페이트가 포함될 수 있다. 절단 혼합물에서 적합한 광학 표지 절단제/구성요소의 예에는, 비시날 디올을 절단할 수 있는 과요오드화 나트륨; 아지도메틸 연결을 절단할 수 있는 트리스(2-카르복시에틸)포스핀(TCEP) 또는 트리스(하이드록시프로필)포스핀(THP)과 같은 포스핀; 알릴을 절단할 수 있는 팔라듐 및 THP; 에스테르 모이어티를 절단할 수 있는 염기; 또는 임의의 다른 적합한 절단제가 포함될 수 있다.
이후, 주형 가닥(74)이 시퀀싱될 때까지 추가의 시퀀싱 주기가 수행될 수 있다.
센싱 작업이 완료되면 연결 모이어티(62A)의 탈리 전압이 작업 전극(24A, 24B, 24C)에 인가된다(도 5의 #2). 작업 전극(들)(24A, 24B, 24C) 및 상대 전극(40)(도 5에는 미도시)과 접촉하도록 전해질 용액이 플로우 셀(10) 내로 도입된다. 전해질 용액은 전기화학을 구동하기에 충분한 염을 갖는 임의의 수성 또는 유기 용액일 수 있다. 광범위한 염 농도(예를 들어, 1 mM < 염 < 3 M)를 사용할 수 있다. 예시적인 전해질 용액은 아세토니트릴 또는 프로필렌 카르보네이트에 용해된 나트륨 염(예를 들어, 염화나트륨), 칼륨 염, 마그네슘 염, 망간 염 등 또는 테트라에틸암모늄 테트라플루오로보레이트(TEABF4)의 수용액을 포함한다. 아세토니트릴, 디메틸설폭사이드, 테트라하이드로푸란, 프로필렌 카르보네이트, 메틸렌 클로라이드 또는 클로로포름을 포함하는 유기 용매 중 테트라알킬암모늄 할라이드와 같은 유기 전해질도 사용될 수 있다.
탈리 전압은 연결 모이어티(62A)와 복합체(60A)에 부착된 추가 표면 화학 물질(80A)을 분리하여 표면(32A, 32B, 32C)을 재생한다. 탈리 전압은 사용되는 연결 모이어티(62A)에 따라 달라질 것이다. 일부 예에서, 탈리 전압을 인가하는 단계는 작업 전극(24A, 24B, 24C)에 음의 바이어스를 인가하는 단계는 포함한다. 충분히 큰 음의 바이어스(예를 들어, -2 V 내지 -3 V)는 대부분의 연결 모이어티(62A)(예를 들어, 아세틸렌 등)를 제거해야 한다. 다른 예에서, 탈리 전압을 인가하는 단계는 작업 전극(24A, 24B, 24C)에 양의 바이어스를 인가하는 단계는 포함한다. 충분히 큰 양의 바이어스(예를 들어, +2 V 내지 +3 V)는 또한 대부분의 연결 모이어티(62A)(예를 들어, 디아조늄 등)를 제거하는 데 적합할 수 있다.
이 예시적인 방법은 탈리 전압이 인가된 후에 플로우 채널(12)에 세척 유체를 도입하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 이는 분리된 모든 표면 화학 물질이 플로우 셀(10)에서 제거되는 것을 보장하는 데 도움이 된다.
도 5에 도시된 방법의 다른 예에서, 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)은 변형되지 않고, 복합체(60A)는 연결 모이어티(62A) 및 변형되지 않은 표면(32A, 32B, 32C)에 부착되지 않는 직교 작용기(64)를 포함하고; 센싱 작업을 수행하기 전에, 방법은 추가 표면 화학 물질(80B)을 포함하는 제2 유체(78)를 플로우 채널(12) 내로 도입하는 단계를 추가로 포함하고, 이는 i) 부착되어 있는 주형 핵산 가닥(74)의 클러스터 및 ii) 직교 작용기(64)와 반응성인 반응성 부착되어 있는 작용기(82)를 갖는 하이드로겔(68)을 포함한다.
추가적인 표면 화학 물질(80B)의 하이드로겔(68)은 본원에 개시된 임의의 예일 수 있고, 핵산 가닥(74)의 주형은 본원에 기술된 바와 같이 플로우 셀(10) 외부에서 생성될 수 있다(예를 들어, 도 4d 참조). 추가 표면 화학 물질(80B)의 반응성 작용기(82)는 또한 복합체(60A)의 직교 작용기(64)와 반응성인 임의의 기일 수 있다.
도 5는 일시적으로 변형된 표면(32A', 32B', 32C')에 부착된 추가적인 표면 화학 물질(80A)을 예시하고 있지만, 이 예에서, 반응성 작용기(82)와 작용기(64)의 반응은 일시적으로 변형된 표면(32A', 32B', 32C')에 추가적인 표면 화학 물질(80B)을 부착시키는 것으로 이해되어야 한다. 추가적인 표면 화학 물질(80B)의 부착은 일시적으로 변형된 표면(32A', 32B', 32C')을 센싱 작업을 위한 준비가 되게 한다.
자세한 내용은 도 5에 도시되지 않았지만, 이 예시적인 방법의 센싱 작업은, 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드를 포함하는 제3 유체를 플로우 채널(12)에 도입하여 주형 핵산 가닥(74)의 클러스터를 시퀀싱하는 단계; 및 주형 핵산 가닥(74) 중 적어도 일부를 따라 신생 가닥으로의 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드 각각의 하나의 혼입 이벤트를 광학적으로 검출하는 단계를 포함한다. 혼입 이벤트의 시퀀싱 및 광학적 검출은 본원에 기술된 바와 같이 일어날 수 있다.
센싱 작업이 완료되면 연결 모이어티(62A)의 탈리 전압이 작업 전극(24A, 24B, 24C)에 인가된다. 작업 전극(들)(24A, 24B, 24C) 및 상대 전극(40)(도 5에는 미도시)과 접촉하도록 전해질 용액이 플로우 셀(10) 내로 도입된다. 탈리 전압은 연결 모이어티(62A)와 복합체(60A)에 부착된 추가 표면 화학 물질(80B)을 분리하여 표면(32A, 32B, 32C)을 재생한다.
이 예시적인 방법은 탈리 전압이 인가된 후에 플로우 채널(12)에 세척 유체를 도입하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 이는 분리된 모든 표면 화학 물질이 플로우 셀(10)에서 제거되는 것을 보장하는 데 도움이 된다.
도 5에 도시된 방법의 또 다른 예에서, 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)은 변형되지 않고, 복합체(60A)는 연결 모이어티(62A) 및 변형되지 않은 표면(32A, 32B, 32C)에 부착되지 않는 직교 작용기(64)를 포함하고; 센싱 작업을 수행하기 전에, 방법은 추가 표면 화학 물질(80C)을 포함하는 제2 유체(78)를 플로우 채널(12) 내로 도입하는 단계를 추가로 포함하고, 이는 i) 부착되어 있는 주형 핵산 가닥(74)의 클러스터 및 ii) 직교 작용기(64)와 반응성인 반응성 부착되어 있는 작용기(82)를 갖는 입자(72')를 포함한다.
추가적인 표면 화학 물질(80C)의 입자(72')는 본원에 개시된 입자(72)의 임의의 예일 수 있고, 핵산 가닥(74)의 주형은 본원에 기술된 바와 같이 플로우 셀(10) 외부에서 생성될 수 있다(예를 들어, 도 4d 참조). 추가 표면 화학 물질(80C)의 반응성 작용기(82)는 또한 복합체(60A)의 직교 작용기(64)와 반응성인 임의의 기일 수 있다.
도 5는 일시적으로 변형된 표면(32A', 32B', 32C')에 부착된 추가적인 표면 화학 물질(80A)을 예시하고 있지만, 이 예에서, 반응성 작용기(82)와 작용기(64)의 반응은 일시적으로 변형된 표면(32A', 32B', 32C')에 추가적인 표면 화학 물질(80C)을 부착시키는 것으로 이해되어야 한다. 추가적인 표면 화학 물질(80C)의 부착은 일시적으로 변형된 표면(32A', 32B', 32C')을 센싱 작업을 위한 준비가 되게 한다.
자세한 내용은 도 5에 도시되지 않았지만, 이 예시적인 방법의 센싱 작업은, 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드를 포함하는 제3 유체를 플로우 채널(12)에 도입하여 주형 핵산 가닥(74)의 클러스터를 시퀀싱하는 단계; 및 주형 핵산 가닥(74) 중 적어도 일부를 따라 신생 가닥으로의 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드 각각의 하나의 혼입 이벤트를 광학적으로 검출하는 단계를 포함한다. 혼입 이벤트의 시퀀싱 및 광학적 검출은 본원에 기술된 바와 같이 일어날 수 있다.
센싱 작업이 완료되면 연결 모이어티(62A)의 탈리 전압이 작업 전극(24A, 24B, 24C)에 인가된다. 작업 전극(들)(24A, 24B, 24C) 및 상대 전극(40)(도 5에는 미도시)과 접촉하도록 전해질 용액이 플로우 셀(10) 내로 도입된다. 탈리 전압은 연결 모이어티(62A)와 복합체(60A)에 부착된 추가 표면 화학 물질(80C)을 분리하여 표면(32A, 32B, 32C)을 재생한다.
이 예시적인 방법은 탈리 전압이 인가된 후에 플로우 채널(12)에 세척 유체를 도입하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 이는 분리된 모든 표면 화학 물질이 플로우 셀(10)에서 제거되는 것을 보장하는 데 도움이 된다.
이 방법의 또 다른 예가 도 6에 개략적으로 도시되어 있다. 도 6은 플로우 채널(12), 및 플로우 채널(12)에 적어도 부분적으로 노출된 표면(32A, 32B, 32C)을 갖는 작업 전극(24A, 24B, 24C)을 포함하는 플로우 셀(10)의 일부를 도시한다. 이 예에서, 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)은 변형되지 않는다.
이 예시적인 방법에서, 복합체(60B)는 제1 유체(76)에 존재한다. 제1 유체(76)의 임의의 예가 사용될 수 있다. 제1 유체(76)는 유체 제어 시스템을 사용하여 유체 장치(36)를 통해 플로우 채널(12) 내로 도입된다. 한 예에서, 제1 유체(76)는 저장 저장소로부터 유체 라인을 통해 그리고 유체 입구(14)(도 6에는 미도시)를 통해 플로우 채널(12) 내로 펌핑된다.
플로우 채널(12) 내에서 복합체(60B)의 연결 모이어티(62A)는 변형되지 않은 표면(32A, 32B, 32C)과 반응한다. 언급된 바와 같이, 사용되는 반응 조건은 연결 모이어티(62A) 및 변형되지 않은 표면(32A, 32B, 32C)에 따라 달라질 것이다. 일부 예에서, 반응 조건은 변형되지 않은 표면(32A, 32B, 32C)에의 연결 모이어티(62A)의 부착을 개시하는 바이어스 전압의 인가를 포함한다. 변형되지 않은 표면(32A, 32B, 32C)에 복합체(60B)를 부착하면 일시적으로 변형된 표면(32A'', 32B'', 32C'')의 또 다른 예가 생성된다.
일단 복합체(60B)가 부착되고 센싱 작업을 수행하기 전에, 이 예시적인 방법은 센싱 작업에 사용될 추가 표면 화학 물질(80D, 80E, 80F)을 함유하는 제2 유체(78)를 플로우 채널(12)에 도입하는 단계를 추가로 포함한다.
도 6에 도시된 방법의 한 예에서, 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)은 변형되지 않고, 복합체(60B)는 연결 모이어티(62A) 및 연결 모이어티(62A)에 부착된 포획 올리고뉴클레오티드(66)를 포함하고; 센싱 작업을 수행하기 전에, 방법은 추가 표면 화학 물질(80D)을 포함하는 제2 유체(78)를 플로우 채널(12) 내로 도입하는 단계를 추가로 포함하고, 이는 i) 부착되어 있는 주형 핵산 가닥(74)의 클러스터 및 ii) 포획 올리고뉴클레오티드(66)에 상보적인 부착되어 있는 올리고뉴클레오티드(84)를 갖는 입자(72')를 포함한다.
추가적인 표면 화학 물질(80D)의 입자(72')는 본원에 개시된 입자(72)의 임의의 예일 수 있고, 핵산 가닥(74)의 주형은 본원에 기술된 바와 같이 플로우 셀(10) 외부에서 생성될 수 있다(예를 들어, 도 4d 참조).
올리고뉴클레오티드(84)는 변형된 작업 전극 표면(32A'', 32B'', 32C'')에 부착된 복합체(60B)의 상보적 포획 올리고뉴클레오티드(66)에 혼성화할 수 있는 단일 가닥 핵산 서열이다. 올리고뉴클레오티드(84)는 약 10개 뉴클레오티드 내지 약 100개 뉴클레오티드, 또는 약 12개 뉴클레오티드 내지 약 60개 뉴클레오티드, 또는 약 15개 뉴클레오티드 내지 약 50개 뉴클레오티드 범위의 길이를 가질 수 있으며, 이는 사용되는 포획 올리고뉴클레오티드(66)에 따라 달라진다.
추가적인 표면 화학 물질(80D)은 올리고뉴클레오티드(84)를 포획 올리고뉴클레오티드(66)에 혼성화하는 데 적합한 온도에서 플로우 셀(10) 내에서 인큐베이션되도록 허용된다. 혼성화의 결과로, 추가적인 표면 화학 물질(80D)은 일시적으로 변형된 표면(32A'', 32B'', 32C'')에 부착되어 일시적으로 변형된 표면(32A'', 32B'', 32C'')을 센싱 작업을 위한 준비가 되게 한다(도 6의 #1로 표시됨).
자세한 내용은 도 6에 도시되지 않았지만, 이 예시적인 방법의 센싱 작업은, 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드를 포함하는 제3 유체를 플로우 채널(12)에 도입하여 주형 핵산 가닥(74)의 클러스터를 시퀀싱하는 단계; 및 주형 핵산 가닥(74) 중 적어도 일부를 따라 신생 가닥으로의 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드 각각의 하나의 혼입 이벤트를 광학적으로 검출하는 단계를 포함한다. 혼입 이벤트의 시퀀싱 및 광학적 검출은 본원에 기술된 바와 같이 일어날 수 있다.
센싱 작업이 완료되면 연결 모이어티(62A)의 탈리 전압이 작업 전극(24A, 24B, 24C)에 인가된다. 작업 전극(들)(24A, 24B, 24C) 및 상대 전극(40)(도 6에는 미도시)과 접촉하도록 전해질 용액이 플로우 셀(10) 내로 도입된다. 탈리 전압은 연결 모이어티(62A)와 복합체(60B)에 부착된 추가 표면 화학 물질(80D)을 분리하여 표면(32A, 32B, 32C)을 재생한다.
이 예시적인 방법은 탈리 전압이 인가된 후에 플로우 채널(12)에 세척 유체를 도입하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 이는 분리된 모든 표면 화학 물질이 플로우 셀(10)에서 제거되는 것을 보장하는 데 도움이 된다.
도 6에 도시된 방법의 또 다른 예에서, 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)은 변형되지 않고, 복합체(60B)는 연결 모이어티(62A) 및 연결 모이어티(62A)에 부착된 포획 올리고뉴클레오티드(66)를 포함하고; 센싱 작업을 수행하기 전에, 방법은 추가 표면 화학 물질(80E)을 포함하는 제2 유체(78)를 플로우 채널(12) 내로 도입하는 단계를 추가로 포함하고, 이는 i) 부착되어 있는 복수의 프라이머(70, 70') 및 ii) 포획 올리고뉴클레오티드(66)에 상보적인 부착되어 있는 올리고뉴클레오티드(84)를 갖는 하이드로겔(68)을 포함한다.
추가 표면 화학 물질(80E)의 하이드로겔(68) 및 프라이머(70, 70')는 본원에 개시된 임의의 예일 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 올리고뉴클레오티드(84)는 변형된 작업 전극 표면(32A'', 32B'', 32C'')에 부착된 복합체(60B)의 상보적 포획 올리고뉴클레오티드(66)에 혼성화할 수 있는 단일 가닥 핵산 서열이다.
도 6은 일시적으로 변형된 표면(32A'', 32B'', 32C'')에 부착된 추가적인 표면 화학 물질(80D)을 예시하고 있지만, 이 예에서는 추가적인 표면 화학 물질(80E)이 일시적으로 변형된 표면(32A'', 32B'', 32C'')에 부착된다는 것을 이해해야 한다. 또한, 자세한 내용은 도 6에 도시되지 않았지만, 이 예시적인 방법의 센싱 작업은 일시적으로 변형된 표면(32A'', 32B'', 32C'')에 주형 핵산 가닥(74)의 클러스터를 생성하기 위해 복수의 프라이머(70, 70')를 사용하여 주형 핵산 가닥(74)을 증폭시키는 단계; 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드를 포함하는 제3 유체를 플로우 채널(12) 내로 도입하는 단계; 및 주형 핵산 가닥(74) 중 적어도 일부를 따라 신생 가닥으로의 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드 각각의 하나의 혼입 이벤트를 광학적으로 검출하는 단계를 포함한다.
일시적으로 변형된 표면 32A'', 32B'', 32C'' 상의 클러스터 생성은 라이브러리 주형 및 프라이머(70, 70')를 사용하여 본원에 기재된 바와 같이 수행될 수 있다. 이 예에서, 시약은 플로우 셀(10)에 도입되고 증폭 사이클은 추가 표면 화학물질(80E)의 프라이머(70, 70')를 사용하여 수행된다.
이어서, 혼입 이벤트의 시퀀싱 및 광학적 검출은 본원에 기술된 바와 같이 일어날 수 있다.
센싱 작업이 완료되면 연결 모이어티(62A)의 탈리 전압이 작업 전극(24A, 24B, 24C)에 인가된다. 작업 전극(들)(24A, 24B, 24C) 및 상대 전극(40)(도 6에는 미도시)과 접촉하도록 전해질 용액이 플로우 셀(10) 내로 도입된다. 탈리 전압은 연결 모이어티(62A)와 복합체(60B)에 부착된 추가 표면 화학 물질(80E)을 분리하여 표면(32A, 32B, 32C)을 재생한다.
이 예시적인 방법은 탈리 전압이 인가된 후에 플로우 채널(12)에 세척 유체를 도입하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 이는 분리된 모든 표면 화학 물질이 플로우 셀(10)에서 제거되는 것을 보장하는 데 도움이 된다.
도 6에 도시된 방법의 또 다른 예에서, 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)은 변형되지 않고, 복합체(60B)는 연결 모이어티(62A) 및 연결 모이어티(62A)에 부착된 포획 올리고뉴클레오티드(66)를 포함하고; 센싱 작업을 수행하기 전에, 방법은 추가 표면 화학 물질(80F)을 포함하는 제2 유체(78)를 플로우 채널(12) 내로 도입하는 단계를 추가로 포함하고, 이는 i) 부착되어 있는 주형 핵산 가닥(74)의 클러스터 및 ii) 포획 올리고뉴클레오티드(66)에 상보적인 부착되어 있는 올리고뉴클레오티드(84)를 갖는 하이드로겔(68)을 포함한다.
추가적인 표면 화학 물질(80F)의 하이드로겔(68)은 본원에 개시된 임의의 예일 수 있고, 핵산 가닥(74)의 주형은 본원에 기술된 바와 같이 플로우 셀(10) 외부에서 생성될 수 있다(예를 들어, 도 4d 참조). 위에서 언급한 바와 같이, 올리고뉴클레오티드(84)는 변형된 작업 전극 표면(32A'', 32B'', 32C'')에 부착된 복합체(60B)의 상보적 포획 올리고뉴클레오티드(66)에 혼성화할 수 있는 단일 가닥 핵산 서열이다.
도 6은 일시적으로 변형된 표면(32A'', 32B'', 32C'')에 부착된 추가적인 표면 화학 물질(80D)을 예시하고 있지만, 이 예에서는 올리고뉴클레오티드(84)와 포획 올리고뉴클레오티드(66)의 혼성화는 일시적으로 변형된 표면(32A'', 32B'', 32C'')에 추가적인 표면 화학 물질(80F)을 부착시키는 것으로 이해되어야 한다. 추가적인 표면 화학 물질(80F)의 부착은 일시적으로 변형된 표면(32A'', 32B'', 32C'')을 센싱 작업을 위한 준비가 되게 한다.
자세한 내용은 도 6에 도시되지 않았지만, 이 예시적인 방법의 센싱 작업은, 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드를 포함하는 제3 유체를 플로우 채널(12)에 도입하여 주형 핵산 가닥(74)의 클러스터를 시퀀싱하는 단계; 및 주형 핵산 가닥(74) 중 적어도 일부를 따라 신생 가닥으로의 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드 각각의 하나의 혼입 이벤트를 광학적으로 검출하는 단계를 포함한다. 혼입 이벤트의 시퀀싱 및 광학적 검출은 본원에 기술된 바와 같이 일어날 수 있다.
센싱 작업이 완료되면 연결 모이어티(62A)의 탈리 전압이 작업 전극(24A, 24B, 24C)에 인가된다. 작업 전극(들)(24A, 24B, 24C) 및 상대 전극(40)(도 6에는 미도시)과 접촉하도록 전해질 용액이 플로우 셀(10) 내로 도입된다. 탈리 전압은 연결 모이어티(62A)와 복합체(60B)에 부착된 추가 표면 화학 물질(80F)을 분리하여 표면(32A, 32B, 32C)을 재생한다.
이 예시적인 방법은 탈리 전압이 인가된 후에 플로우 채널(12)에 세척 유체를 도입하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 이는 분리된 모든 표면 화학 물질이 플로우 셀(10)에서 제거되는 것을 보장하는 데 도움이 된다.
이 방법의 또 다른 예가 도 7에 개략적으로 도시되어 있다. 도 7은 플로우 채널(12), 및 플로우 채널(12)에 적어도 부분적으로 노출된 표면(32A, 32B, 32C)을 갖는 작업 전극(24A, 24B, 24C)을 포함하는 플로우 셀(10)의 일부를 도시한다. 이 예에서, 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)은 변형되지 않는다.
이 예시적인 방법에서, 복합체(60C 또는 60D)는 제1 유체(76)에 존재한다. 본원에 개시된 제1 유체(76)의 임의의 예가 사용될 수 있다. 제1 유체(76)는 유체 제어 시스템을 사용하여 유체 장치(36)를 통해 플로우 채널(12) 내로 도입된다. 한 예에서, 제1 유체(76)는 저장 저장소로부터 유체 라인을 통해 그리고 유체 입구(14)(도 7에는 미도시)를 통해 플로우 채널(12) 내로 펌핑된다.
플로우 채널(12) 내에서 복합체(60C 또는 60D)의 연결 모이어티(62A)는 변형되지 않은 표면(32A, 32B, 32C)과 반응한다. 사용되는 반응 조건은 연결 모이어티(62A) 및 변형되지 않은 표면(32A, 32B, 32C)에 따라 달라질 것이다. 일부 예에서, 반응 조건은 변형되지 않은 표면(32A, 32B, 32C)에의 연결 모이어티(62A)의 부착을 개시하는 바이어스 전압의 인가를 포함한다. 변형되지 않은 표면(32A'', 32B'', 32C'')에 복합체(60C 또는 60D)를 부착하면 일시적으로 변형된 표면(32A''', 32B''', 32C''')의 또 다른 예가 생성된다.
복합체(60C 또는 60D)가 부착되면 센싱 작업이 수행될 수 있다(도 7의 #1). 사용되는 복합체(60C, 60D)에 따라 센싱 작업이 달라진다.
한 예에서, 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)은 변형되지 않고, 복합체(60C)는 i) 부착되어 있는 연결 모이어티(62A) 및 ii) 부착되어 있는 복수의 프라이머(70, 70')를 갖는 하이드로겔(68)을 포함한다. 이 예에서, 하이드로겔(68), 프라이머(70, 70') 및 연결 모이어티(62A)는 본원에 개시된 임의의 예일 수 있다.
자세한 내용은 도 7에 도시되지 않았지만, 이 예시적인 방법의 센싱 작업은 일시적으로 변형된 표면(32A''' 32B''', 32C''')에 주형 핵산 가닥(74)의 클러스터를 생성하기 위해 복수의 프라이머(70, 70')를 사용하여 주형 핵산 가닥(74)을 증폭시키는 단계; 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드를 포함하는 제2 유체를 플로우 채널(12) 내로 도입하는 단계; 및 주형 핵산 가닥(74) 중 적어도 일부를 따라 신생 가닥으로의 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드 각각의 하나의 혼입 이벤트를 광학적으로 검출하는 단계를 포함한다.
일시적으로 변형된 표면 32A''', 32B''', 32C''' 상의 클러스터 생성은 라이브러리 주형 및 프라이머(70, 70')를 사용하여 본원에 기재된 바와 같이 수행될 수 있다. 이 예에서, 시약은 플로우 셀(10)에 도입되고 증폭 사이클은 복합체(60C)의 프라이머(70, 70')를 사용하여 수행된다.
이어서, 혼입 이벤트의 시퀀싱 및 광학적 검출은 본원에 기술된 바와 같이 일어날 수 있다.
센싱 작업이 완료되면 연결 모이어티(62A)의 탈리 전압이 작업 전극(24A, 24B, 24C)에 인가된다. 작업 전극(들)(24A, 24B, 24C) 및 상대 전극(40)(도 7에는 미도시)과 접촉하도록 전해질 용액이 플로우 셀(10) 내로 도입된다. 탈리 전압은 연결 모이어티(62A)와 복합체(60C)에 부착된 표면 화학 물질을 분리한다. 이는 변형되지 않은 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)을 재생한다.
이 예시적인 방법은 탈리 전압이 인가된 후에 플로우 채널(12)에 세척 유체를 도입하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 이는 분리된 모든 표면 화학 물질이 플로우 셀(10)에서 제거되는 것을 보장하는 데 도움이 된다.
또 다른 예에서, 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)은 변형되지 않고, 복합체(60D)는 i) 부착되어 있는 연결 모이어티(62A) 및 ii) 부착되어 있는 복수의 프라이머(70, 70')를 갖는 하이드로겔(68)을 포함한다. 이 예에서, 하이드로겔(68), 프라이머(70, 70') 및 연결 모이어티(62A)는 본원에 개시된 임의의 예일 수 있다.
한 예에서, 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)은 변형되지 않고, 복합체(60D)는 i) 부착되어 있는 연결 모이어티(62A) 및 ii) 부착되어 있는 주형 가닥(74)의 클러스터를 갖는 입자(72)를 포함한다. 이 예에서, 하이드로겔(68) 및 연결 모이어티(62A)는 본원에 개시된 임의의 예일 수 있다. 핵산 가닥(74)의 주형은 본원에 설명된 바와 같이 플로우 셀(10) 외부에서 생성될 수 있다(예를 들어, 도 4d를 참조).
자세한 내용은 도 7에 도시되지 않았지만, 이 예시적인 방법의 센싱 작업은, 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드를 포함하는 제2 유체를 플로우 채널(12)에 도입하여 주형 핵산 가닥(74)의 클러스터를 시퀀싱하는 단계; 및 주형 핵산 가닥(74) 중 적어도 일부를 따라 신생 가닥으로의 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드 각각의 하나의 혼입 이벤트를 광학적으로 검출하는 단계를 포함한다. 이어서, 혼입 이벤트의 시퀀싱 및 광학적 검출은 본원에 기술된 바와 같이 일어날 수 있다.
센싱 작업이 완료되면 연결 모이어티(62A)의 탈리 전압이 작업 전극(24A, 24B, 24C)에 인가된다. 작업 전극(들)(24A, 24B, 24C) 및 상대 전극(40)(도 7에는 미도시)과 접촉하도록 전해질 용액이 플로우 셀(10) 내로 도입된다. 탈리 전압은 연결 모이어티(62A)와 복합체(60D)에 부착된 표면 화학 물질을 분리한다. 이는 변형되지 않은 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)을 재생한다.
이 예시적인 방법은 탈리 전압이 인가된 후에 플로우 채널(12)에 세척 유체를 도입하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 이는 분리된 모든 표면 화학 물질이 플로우 셀(10)에서 제거되는 것을 보장하는 데 도움이 된다.
이 방법의 또 다른 예가 도 8에 개략적으로 도시되어 있다. 도 8은 플로우 채널(12), 및 플로우 채널(12)에 적어도 부분적으로 노출된 표면(32A, 32B, 32C)을 갖는 작업 전극(24A, 24B, 24C)을 포함하는 플로우 셀(10)의 일부를 도시한다. 이 예에서, 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)은 전기화학적으로 가역적인 전이 금속 결합 쌍의 하나의 부재(34A, 34B)를 사용하여 변형된다.
이 예시적인 방법에서, 연결 모이어티(62B)를 포함하는 복합체(60C' 또는 60D')가 사용된다. 도 4c 및 도 4d를 참조하여 본원에 기술된 바와 같이, 연결 모이어티(62B)는 부재(34A, 34B)에 결합할 수 있는 전기화학적으로 가역적인 전이 금속 결합 쌍의 다른 부재를 포함한다.
복합체(60C' 또는 60D')는 제1 유체(76)에 존재하며, 이는 본원에 개시된 임의의 예일 수 있다. 복합체(60C' 또는 60D')를 함유하는 제1 유체(76)는 본원에 설명된 바와 같이 유체 제어 시스템을 사용하여 입구 유체 장치(36)를 통해 플로우 채널(12) 내로 도입된다.
플로우 채널(12) 내에서 복합체(60C' 또는 60D')의 연결 모이어티(62B)는 부재(34A, 34B)에 결합한다. 사용되는 반응 조건은 전이 금속 결합 쌍에 따라 달라질 것이다. 일부 예에서, 반응 조건은 부재(34A, 34B)에의 연결 모이어티(62B)의 부착을 개시하는 바이어스 전압의 인가를 포함한다. 복합체(60C' 또는 60D')의 연결 모이어티(62B)를 부재(34A, 34B)에 부착하면 일시적으로 변형된 표면 (32A'''', 32B'''', 32C'''')의 또 다른 예가 생성된다.
일시적으로 변형된 표면(32A'''', 32B'''', 32C'''')에 결합 쌍이 형성되면 센싱 작업이 수행될 수 있다(도 8의 #1). 사용되는 복합체(60C', 60D')에 따라 센싱 작업이 달라진다.
복합체(60C')를 수반하는 한 예에서, 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)은 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재(34A, 34B)를 사용하여 변형되고 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재(34A, 34B)는 리간드이고; 연결 모이어티(62B)는 전이 금속 복합체이고 전이 금속 복합체는 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제2 부재이고; 복합체(60C')는 i) 부착되어 있는 전이 금속 복합체 및 ii) 부착되어 있는 복수의 프라이머(70, 70')를 갖는 하이드로겔(68)을 포함한다.
이 예에서, 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)에 부착된 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재(34A, 34B)는 피리딘일 수 있고, 하이드로겔(68)에 부착된 전이 금속 복합체(즉, 연결 모이어티(62B))는 아연 포르피린 복합체일 수 있다. 이 예에서, 피리딘이 아연 포르피린 복합체의 아연과 복합체를 형성할 때 복합체(60C')는 표면(32A, 32B, 32C)을 작용화한다.
자세한 내용은 도 8에 도시되지 않았지만, 이 예시적인 방법의 센싱 작업은 일시적으로 변형된 표면(32A'''' 32B'''', 32C'''')에 주형 핵산 가닥(74)의 클러스터를 생성하기 위해 복수의 프라이머(70, 70')를 사용하여 주형 핵산 가닥(74)을 증폭시키는 단계; 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드를 포함하는 제2 유체를 플로우 채널(12) 내로 도입하는 단계; 및 주형 핵산 가닥(74) 중 적어도 일부를 따라 신생 가닥으로의 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드 각각의 하나의 혼입 이벤트를 광학적으로 검출하는 단계를 포함한다.
일시적으로 변형된 표면 32A'''', 32B'''', 32C'''' 상의 클러스터 생성은 라이브러리 주형 및 프라이머(70, 70')를 사용하여 본원에 기재된 바와 같이 수행될 수 있다. 이 예에서, 시약은 플로우 셀(10)에 도입되고 증폭 사이클은 복합체(60C')의 프라이머(70, 70')를 사용하여 수행된다.
이어서, 혼입 이벤트의 시퀀싱 및 광학적 검출은 본원에 기술된 바와 같이 일어날 수 있다.
센싱 작업이 완료되면 연결 모이어티(62B)의 탈리 전압이 작업 전극(24A, 24B, 24C)에 인가된다. 작업 전극(들)(24A, 24B, 24C) 및 상대 전극(40)(도 8에는 미도시)과 접촉하도록 전해질 용액이 플로우 셀(10) 내로 도입된다. 탈리 전압은 사용되는 연결 모이어티(62B)에 따라 달라질 것이다. 일부 예에서, 탈리 전압을 인가하는 단계는 작업 전극(24A, 24B, 24C)에 음의 바이어스를 인가하는 단계는 포함한다. 다른 예에서, 탈리 전압을 인가하는 단계는 작업 전극(24A, 24B, 24C)에 양의 바이어스를 인가하는 단계는 포함한다. 피리딘과 아연 포르피린 복합체 결합 쌍의 예에서, 탈리 전압은 아연 1을 아연 0으로 감소시키는 전압이다.
탈리 전압은 연결 모이어티(62B)를 제1 부재(34A, 34B)로부터 분리한다. 이로써, 연결 모이어티(62B)를 통해 부착된 표면 화학 물질이 제거된다. 이는 제1 부재(34A, 34B)를 사용하여 변형된 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)을 재생한다.
이 예시적인 방법은 탈리 전압이 인가된 후에 플로우 채널(12)에 세척 유체를 도입하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 이는 분리된 모든 표면 화학 물질이 플로우 셀(10)에서 제거되는 것을 보장하는 데 도움이 된다.
복합체(60D)를 수반하는 또 다른 예에서, 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)은 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재(34A, 34B)를 사용하여 변형되고 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재(34A, 34B)는 전이 금속 복합체이고; 연결 모이어티(62B)는 리간드이고, 리간드는 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제2 부재이고; 복합체(60D')는 i) 리간드(연결 모이어티(62B)) 및 ii) 부착되어 있는 주형 핵산 가닥(74)의 클러스터를 갖는 하이드로겔(68)로 작용화된 금속 나노입자를 포함한다.
이 예에서, 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)에 부착된 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재(34A, 34B)는 페로세닐-폴리(프로필렌 이민) 덴드리머일 수 있고, 하이드로겔(68)에 부착된 리간드(즉, 연결 모이어티(62B))는 β-사이클로덱스트린일 수 있다. 이 예에서, 복합체(60D')는 페로세닐 말단기의 전기화학적 환원을 사용하여 표면(32A, 32B, 32C)을 작용화한다.
자세한 내용은 도 8에 도시되지 않았지만, 이 예시적인 방법의 센싱 작업은, 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드를 포함하는 제2 유체를 플로우 채널(12)에 도입하여 주형 핵산 가닥(74)의 클러스터를 시퀀싱하는 단계; 및 주형 핵산 가닥(74) 중 적어도 일부를 따라 신생 가닥으로의 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드 각각의 하나의 혼입 이벤트를 광학적으로 검출하는 단계를 포함한다. 이어서, 혼입 이벤트의 시퀀싱 및 광학적 검출은 본원에 기술된 바와 같이 일어날 수 있다.
센싱 작업이 완료되면 연결 모이어티(62B)의 탈리 전압이 작업 전극(24A, 24B, 24C)에 인가된다. 작업 전극(들)(24A, 24B, 24C) 및 상대 전극(40)(도 8에는 미도시)과 접촉하도록 전해질 용액이 플로우 셀(10) 내로 도입된다. 탈리 전압은 연결 모이어티(62B)를 제1 부재(34A, 34B)로부터 분리한다. 이로써, 연결 모이어티(62B)를 통해 부착된 표면 화학 물질이 제거된다. 이는 제1 부재(34A, 34B)를 사용하여 변형된 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)을 재생한다. 페로세닐-폴리(프로필렌 이민) 덴드리머와 β-사이클로덱스트린 결합 쌍의 예에서 탈리 전압은 페로세닐 말단기를 산화시키는 전압이다. 일부 예에서, 탈리 전압은 연결 모이어티(62B)를 제1 부재(34A, 34B)로부터 분리하고 제1 부재(34A, 34B)를 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)으로부터 분리한다. 이러한 경우에, 추가 표면 화학 물질이 플로우 셀(10)에 추가될 때 제1 부재(34A, 34B)는 (예를 들어, 실란 링커 등을 통해) 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)에 도입되고 부착될 수 있다.
이 예시적인 방법은 탈리 전압이 인가된 후에 플로우 채널(12)에 세척 유체를 도입하는 것을 추가로 포함할 수 있다. 이는 분리된 모든 표면 화학 물질이 플로우 셀(10)에서 제거되는 것을 보장하는 데 도움이 된다.
화학적 세척 방법(예를 들어, 강산 또는 강염기 도입 등)과는 달리, 도 5 내지 도 8을 참조하여 설명된 전기화학적 탈리 방법은 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C) 상의 벌크 재료를 분해하지 않으며, 오히려, 이는 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)과 표면 화학 물질 사이의 경계면(예를 들어, 연결 모이어티(62A, 62B))을 분해한다. 이들 실시예 중 임의의 것에서, 탈리 바이어스를 적용하는 동안 표면으로부터 반발될 수 있는 순 전하를 보유하는 표면 화학 물질을 활용함으로써 표면 화학 물질의 제거가 더욱 효율적으로 이루어질 수도 있다.
전기화학적 재생과 관련된 방법의 또 다른 예는 하기를 포함한다: 플로우 채널(12)에 적어도 부분적으로 노출된 변형되지 않은 표면(32A, 32B, 32C)을 갖는 작업 전극(24A, 24B, 24C)을 포함하는 플로우 셀(10)의 플로우 채널(12)에 제1 유체(76)를 도입하고, 이에 의해 제1 유체(76)에 존재하는 복합체(60A, 60B, 60C, 60D)의 연결 모이어티 62A가 복합체(60A, 60B, 60C, 60D)를 표면(32A, 32B, 32C)에 화학적으로 부착하여 작업 전극(24A, 24B, 24C)의 일시적으로 변형된 표면(예를 들어, 32A', 32A'', 32A''')을 형성하는, 단계; 일시적으로 변형된 표면(예를 들어, 32A', 32A'', 32A''')의 복합체(60A, 60B, 60C, 60D)를 수반하는 센싱 작업을 수행하는 단계; 플로우 셀(10)에 전해질 용액을 도입하는 단계; 및 전해질 용액의 존재 하에 작업 전극(24A, 24B, 24C)에 전압을 인가하고, 이에 의해 작업 전극(24A, 24B, 24C)의 층을 제거하고 변형되지 않은 표면(32A, 32B, 32C)을 재생하는 단계.
변형되지 않은 표면(32A, 32B, 32C)에 복합체(60A, 60B, 60C, 60D)를 부착하는 방법은 도 5 내지 도 7을 참조하여 본원에 설명된 대로 수행될 수 있다.
이 추가 예에서, 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)과 표면 화학 물질 사이의 계면(예를 들어, 연결 모이어티(62A, 62B))을 분해하는 대신, 표면 결합기는 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)의 얇은 층을 부식시킴으로써 전기화학적으로 제거될 수 있다. 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)의 얇은 층을 부식시키기 위해 인가되는 바이어스는 특정 금속 및 용액 내 염의 농도에 따라 달라질 것이다. 일부 경우에, 0 바이어스에서 부식이 가능하거나 0 내지 +1 V의 양의 바이어스를 인가해야 할 수도 있다. 부식이 0 바이어스에서 자연적으로 발생하는 경우, 표면 화학 물질이 도입 및 활용될 때 표면 화학 물질을 보존하기 위해 센싱 작업 동안 부식 방지를 위해 음의 바이어스가 인가될 수 있다.
이는 표면 화학 물질에 결합된 작업 전극 표면(32A, 32B, 32C)의 금속이 표면을 이온으로 떠나기 때문에 표면 화학 물질을 제거한다.
이 예에서, 플로우 셀(10)은 작업 전극(24A, 24B, 24C)의 초기 두께 및 세척 사이클당 두께 손실과 관련된 특정 수명을 갖게 된다.
플로우 셀(10)이 제2 작업 전극(42A, 42B, 42C)을 포함하는 경우, 임의의 방법은 또한 표면 화학 물질의 도입 동안 표면 화학 물질의 부착을 밀어내기 위해 제2 작업 전극(42A, 42B, 42C)에 전압을 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 방법의 일부 예는 제1 유체(76)가 도입될 때 연결 모이어티(62A, 62B)의 탈리 전압을 제2 작업 전극(42A, 42B, 42C)에 인가하고, 이에 의해 복합체(60A, 60B, 60C, 60C', 60D, 60D')를 간극 영역(30A, 30B, 30C)로부터 밀어내는 단계를 포함한다. 플로우 셀(10)이 제2 작업 전극(42A, 42B, 42C)을 포함하는 경우, 임의의 방법은 또한 표면 화학 물질의 탈리 동안 제2 작업 전극(42A, 42B, 42C)을 세척하는 데 도움을 주기 위해 제2 작업 전극(42A, 42B, 42C)에 전압을 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 방법의 일부 예는 센싱 작업 후에 연결 모이어티(62A, 62B)의 탈리 전압을 제2 작업 전극(42A, 42B, 42C)에 인가하는 단계를 포함한다.
가시광으로 플로우 셀 표면을 재생하는 방법
도 3a 및 도 3b에 도시된 플로우 셀(10)의 예 중 임의의 것은 기재 표면(52A, 52B, 52C, 52D)이 본원에 개시된 복합체(60C'', 60D'', 60E)의 예를 사용하여 일시적으로 변형되고 가시광 노출을 사용하여 재생 가능한 방법에 사용될 수 있다.
한 예에서, 방법은 일반적으로 하기를 포함한다: 플로우 채널(12)에 적어도 부분적으로 노출된 기재(22F, 22G, 22H, 22I)의 표면(52A, 52B, 52C, 52D)을 포함하는 플로우 셀(10)의 플로우 채널(12)에 제1 유체(76)를 도입하는 단계로서, 표면(52A, 52B, 52C, 52D)이 전이 금속 복합체 결합 쌍의 가시광 반응성 제1 부재(54A, 54B)를 사용하여 변형되고, 이에 의해 제1 유체(76)에 존재하는 복합체(60C'', 60D'', 60E)의 연결 모이어티(62C)가 복합체(60C'', 60D'', 60E)를 표면(52A, 52B, 52C, 52D)에 화학적으로 부착하여 기재(22F, 22G, 22H, 22I)의 일시적으로 변형된 표면을 형성하는, 단계; 일시적으로 변형된 표면의 복합체(60C'', 60D'', 60E)를 수반하는 센싱 작업을 수행하는 단계; 및 일시적으로 변형된 표면을 가시광에 노출시키고, 이에 의해 연결 모이어티(62C)를 분리하고 표면(52A, 52B, 52C, 52D)을 재생시키는 단계. 이 방법의 예는 도 9를 참조하여 도시되고 설명된다.
도 9는 플로우 채널(12), 및 플로우 채널(12)에 적어도 부분적으로 노출된 표면(52A, 52B, 52C, 52D)을 갖는 기재(22F, 22G, 22H, 22I)를 포함하는 플로우 셀(10)의 일부를 도시한다. 이 예에서, 기재 표면(52A, 52B, 52C, 52D)은 가시광 반응성 전이 금속 결합 쌍의 하나의 부재(54A, 54B)를 사용하여 변형된다.
이 예시적인 방법에서, 연결 모이어티(62C)를 포함하는 복합체(60C'' 또는 60D'' 또는 60E)가 사용된다. 도 4c 내지 도 4e를 참조하여 본원에 기술된 바와 같이, 연결 모이어티(62C)는 부재(54A, 54B)에 결합할 수 있는 가시광 반응성 전이 금속 결합 쌍의 다른 부재를 포함한다.
복합체(60C'' 또는 60D'' 또는 60E)는 제1 유체(76)에 존재하며, 이는 본원에 개시된 임의의 예일 수 있다. 복합체(60C'' 또는 60D'' 또는 60E)를 함유하는 제1 유체(76)는 본원에 설명된 바와 같이 유체 제어 시스템을 사용하여 입구 유체 장치(36)를 통해 플로우 채널(12) 내로 도입된다.
플로우 채널(12) 내에서 복합체(60C'' 또는 60D'' 또는 60E)의 연결 모이어티(62C)는 부재(54A, 54B)에 결합한다. 사용되는 반응 조건은 전이 금속 결합 쌍에 따라 달라질 것이다. 한 예에서, 반응은 약 20분 내지 약 30분의 광 노출과 함께 클로로포름 중에서 수행될 수 있다. 복합체(60C'' 또는 60D'' 또는 60E)의 연결 모이어티(62C)를 부재(54A, 54B)에 부착하면 일시적으로 변형된 표면(52A', 52B', 52C', 52D')의 예가 생성된다. 이들 예 중 임의의 것에서, 제1 부재(54A, 54B)는 가수분해된 루테늄 복합체일 수 있고, 연결 모이어티(62C)는 티오에테르일 수 있다. 이러한 예에서, 가수분해된 루테늄 복합체가 티오에테르 연결 모이어티(62C)의 티올과 복합체를 형성할 때 복합체(60C'' 또는 60D'' 또는 60E)는 기재 표면(52A, 52B, 52C, 52D)을 작용화한다.
일시적으로 변형된 표면(52A', 52B', 52C', 52D')에 결합 쌍이 형성되면 센싱 작업이 수행될 수 있다(도 9의 #1). 사용되는 복합체(60C'', 60D'', 60E)에 따라 센싱 작업이 달라진다.
복합체(60C'')와 관련된 예에서, 연결 모이어티(62C)는 티오에테르이고 복합체(60C'')는 i) 부착되어 있는 티오에테르 및 ii) 부착되어 있는 복수의 프라이머(70, 70')를 갖는 하이드로겔(68)이다.
하이드로겔(68) 및 프라이머(70, 70')는 본원에 개시된 임의의 예일 수 있다. 티오에테르는 하이드로겔(68)의 적합한 작용기에 부착될 수 있다.
자세한 내용은 도 9에 도시되지 않았지만, 이 예시적인 방법의 센싱 작업은 일시적으로 변형된 표면(52A', 52B', 52C', 52D')에 주형 핵산 가닥(74)의 클러스터를 생성하기 위해 복수의 프라이머(70, 70')를 사용하여 주형 핵산 가닥(74)을 증폭시키는 단계; 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드를 포함하는 제2 유체를 플로우 채널(12) 내로 도입하는 단계; 및 주형 핵산 가닥(74) 중 적어도 일부를 따라 신생 가닥으로의 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드 각각의 하나의 혼입 이벤트를 광학적으로 검출하는 단계를 포함한다.
일시적으로 변형된 표면(52A', 52B', 52C', 52D') 상의 클러스터 생성은 라이브러리 주형 및 프라이머(70, 70')를 사용하여 본원에 기재된 바와 같이 수행될 수 있다. 이 예에서, 시약은 플로우 셀(10)에 도입되고 증폭 사이클은 복합체(60C'')의 프라이머(70, 70')를 사용하여 수행된다.
이어서, 혼입 이벤트의 시퀀싱 및 광학적 검출은 본원에 기술된 바와 같이 일어날 수 있다.
센싱 작업이 완료되면 일시적으로 변형된 표면(52A', 52B', 52C', 52D')이 가시광에 노출될 수 있다. 가시광 노출은 티오에테르 연결 모이어티(62C) 및 따라서 복합체(60C'')의 해리를 유도하는 파장을 방출하는 광원(예를 들어, 레이저)을 사용하여 수행될 수 있다. 가시광 노출 시간은 광원의 전력에 따라 달라질 수 있다. 더 높은 전력의 광원은 더 짧은 노출 시간을 수반할 수 있고 더 낮은 전력의 광원은 더 긴 노출 시간을 수반할 수 있다.
가시광은 제1 부재(54A, 54B)로부터 연결 모이어티(62C)를 해리한다. 이로써, 연결 모이어티(62C)를 통해 부착된 표면 화학 물질이 제거된다. 이는 제1 부재(54A, 54B)를 사용하여 변형된 기재 표면(52A, 52B, 52C, 52D)을 재생한다.
이 예시적인 방법은 가시광 노출 후에 플로우 채널(12)에 세척 유체를 도입하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이는 분리된 모든 표면 화학 물질이 플로우 셀(10)에서 제거되는 것을 보장하는 데 도움이 된다.
복합체(60D'')와 관련된 예에서, 연결 모이어티(62C)는 티오에테르이고 복합체(60D'')는 i) 부착되어 있는 티오에테르 및 ii) 부착되어 있는 주형 가닥(74)의 클러스터를 갖는 하이드로겔(68)이다.
하이드로겔(68)은 본원에 개시된 임의의 예일 수 있고, 핵산 가닥(74)의 주형은 본원에 기술된 바와 같이 플로우 셀(10) 외부에서 생성될 수 있다(예를 들어, 도 4d 참조).
자세한 내용은 도 9에 도시되지 않았지만, 이 예시적인 방법의 센싱 작업은, 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드를 포함하는 제2 유체를 플로우 채널(12)에 도입하여 주형 가닥(74)의 클러스터를 시퀀싱하는 단계; 및 주형 핵산 가닥(74) 중 적어도 일부를 따라 신생 가닥으로의 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드 각각의 하나의 혼입 이벤트를 광학적으로 검출하는 단계를 포함한다. 이어서, 혼입 이벤트의 시퀀싱 및 광학적 검출은 본원에 기술된 바와 같이 일어날 수 있다.
센싱 작업이 완료되면 일시적으로 변형된 표면(52A', 52B', 52C', 52D')이 가시광에 노출될 수 있다. 가시광 노출은 연결 모이어티(62C) 및 따라서 복합체(60D'')의 해리를 유도하는 파장을 방출하는 광원(예를 들어, 레이저)을 사용하여 수행될 수 있다. 가시광 노출 시간은 광원의 전력에 따라 달라질 수 있다.
가시광은 제1 부재(54A, 54B)로부터 연결 모이어티(62C)를 해리한다. 이로써, 연결 모이어티(62C)를 통해 부착된 표면 화학 물질이 제거된다. 이는 제1 부재(54A, 54B)를 사용하여 변형된 기재 표면(52A, 52B, 52C, 52D)을 재생한다.
이 예시적인 방법은 가시광 노출 후에 플로우 채널(12)에 세척 유체를 도입하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이는 분리된 모든 표면 화학 물질이 플로우 셀(10)에서 제거되는 것을 보장하는 데 도움이 된다.
복합체(60E)와 관련된 예에서, 연결 모이어티(62C)는 티오에테르이고 복합체(60E)는 i) 티오에테르 및 ii) 부착되어 있는 복수의 프라이머(70, 70')로 작용화된 금속 나노입자(73)이다.
금속 나노입자(73) 및 복수의 프라이머(70, 70')는 본원에 개시된 임의의 예일 수 있다. 티오에테르는 하이드로겔(68)의 적합한 작용기에 부착될 수 있다.
자세한 내용은 도 9에 도시되지 않았지만, 이 예시적인 방법의 센싱 작업은 일시적으로 변형된 표면(52A', 52B', 52C', 52D')에 주형 핵산 가닥(74)의 클러스터를 생성하기 위해 복수의 프라이머(70, 70')를 사용하여 주형 핵산 가닥(74)을 증폭시키는 단계; 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드를 포함하는 제2 유체를 플로우 채널(12) 내로 도입하는 단계; 및 주형 핵산 가닥(74) 중 적어도 일부를 따라 신생 가닥으로의 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드 각각의 하나의 혼입 이벤트를 광학적으로 검출하는 단계를 포함한다.
일시적으로 변형된 표면(52A', 52B', 52C', 52D') 상의 클러스터 생성은 라이브러리 주형 및 프라이머(70, 70')을 사용하여 본원에 기재된 바와 같이 수행될 수 있다. 이 예에서, 시약은 플로우 셀(10)에 도입되고 증폭 사이클은 복합체(60E)의 프라이머(70, 70')를 사용하여 수행된다.
이어서, 혼입 이벤트의 시퀀싱 및 광학적 검출은 본원에 기술된 바와 같이 일어날 수 있다.
센싱 작업이 완료되면 일시적으로 변형된 표면(52A', 52B', 52C', 52D')이 가시광에 노출될 수 있다. 가시광 노출은 연결 모이어티(62C) 및 따라서 복합체(60E)의 해리를 유도하는 파장을 방출하는 광원(예를 들어, 레이저)을 사용하여 수행될 수 있다. 가시광 노출 시간은 광원의 전력에 따라 달라질 수 있다.
가시광은 제1 부재(54A, 54B)로부터 연결 모이어티(62C)를 해리한다. 이로써, 연결 모이어티(62C)를 통해 부착된 표면 화학 물질이 제거된다. 이는 제1 부재(54A, 54B)를 사용하여 변형된 기재 표면(52A, 52B, 52C, 52D)을 재생한다.
이 예시적인 방법은 가시광 노출 후에 플로우 채널(12)에 세척 유체를 도입하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이는 분리된 모든 표면 화학 물질이 플로우 셀(10)에서 제거되는 것을 보장하는 데 도움이 된다.
키트
본원에 개시된 플로우 셀(10)의 임의의 예는 키트의 일부로서 플로우 셀 표면 화학 유체(들)와 함께 포함될 수 있다. 키트의 한 가지 예는 i) 플로우 셀(10)로서, 플로우 채널(12); 플로우 채널(12)에 적어도 부분적으로 노출된 표면(32A, 32B, 32C)을 갖는 작업 전극(24A, 24B, 24C)(표면(32A, 32B, 32C)은 변형되지 않거나 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재(34A, 34B)를 사용하여 변형됨); 및 작업 전극(24A, 24B, 24C)에 전기적으로 연결된 상대 전극(40)을 포함하는 플로우 셀(10); 및 ii) 플로우 셀 표면 화학 물질 유체로서, 액체 담체(예를 들어, 유체(76)); 변형되지 않은 표면 또는 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재(34A, 34B)에 화학적으로 부착되고 변형되지 않은 표면으로부터 또는 탈리 전압에 노출될 때 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재(34A, 34B)로부터 탈리되는 연결 모이어티(62A, 62B)를 포함하는 복합체(60A, 60B, 60C, 60C', 60D, 60D')를 포함하는 플로우 셀 표면 화학 물질 유체를 포함한다. 이 키트의 플로우 셀(10)의 예는 또한 본원에 설명된 구성 중 임의의 구성의 제2 작업 전극(42A, 42B, 42C), 본원에 설명된 구성 중 임의의 구성의 상대 전극(40), 및 본원에 설명된 구성 중 임의의 구성의 컨트롤러를 포함한다.
이 키트의 한 예에서, 표면(32A, 32B, 32C)은 변형되지 않고; 복합체(60A)는 연결 모이어티(62A) 및 변형되지 않은 표면(32A, 32B, 32C)에 부착되지 않는 직교 작용기(64)를 포함하고; 키트는 i) 부착되어 있는 복수의 프라이머(70, 70') 및 ii) 직교 작용기(64)와 반응성인 부착되어 있는 반응성 작용기(82)를 갖는 하이드로겔(68)을 포함하는 제2 유체(예를 들어, 유체(78))를 추가로 포함한다. 이 예시적인 키트는 또한 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드를 포함하는 제3 유체를 포함할 수 있다.
이 키트의 또 다른 예에서, 표면(32A, 32B, 32C)은 변형되지 않고; 복합체(60A)는 연결 모이어티(62A) 및 변형되지 않은 표면(32A, 32B, 32C)에 부착되지 않는 직교 작용기(64)를 포함하고; 키트는 i) 부착되어 있는 주형 가닥(74)의 클러스터 및 ii) 직교 작용기(64)와 반응성인 부착되어 있는 반응성 작용기(82)를 갖는 입자(72)를 포함하는 제2 유체(예를 들어, 유체 (78))를 추가로 포함한다. 이 예시적인 키트는 또한 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드를 포함하는 제3 유체를 포함할 수 있다.
이 키트의 또 다른 예에서, 표면(32A, 32B, 32C)은 변형되지 않고; 복합체(60B)는 연결 모이어티(62A) 및 연결 모이어티(62A)에 부착된 포획 올리고뉴클레오티드(66)를 포함하고; 키트는 i) 부착되어 있는 주형 가닥(74)의 클러스터 및 ii) 포획 올리고뉴클레오티드(66)에 상보적인 부착되어 있는 올리고뉴클레오티드(84)를 갖는 입자(72)를 포함하는 제2 유체(예를 들어, 유체(78))를 추가로 포함한다. 이 예시적인 키트는 또한 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드를 포함하는 제3 유체를 포함할 수 있다.
이 키트의 또 다른 예에서, 표면(32A, 32B, 32C)은 변형되지 않고; 복합체(60C)는 i) 부착되어 있는 연결 모이어티(62A) 및 ii) 부착되어 있는 복수의 프라이머(70, 70')를 갖는 입자(72)를 포함한다. 이 예시적인 키트는 또한 주형 가닥(74)을 생성하기 위한 시약이 포함된 제2 유체 및 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드를 포함하는 제3 유체를 포함할 수 있다.
이 키트의 또 다른 예에서, 표면(32A, 32B, 32C)은 변형되지 않고; 복합체(60D)는 i) 부착되어 있는 연결 모이어티(62A) 및 ii) 부착되어 있는 주형 핵산 가닥(74)의 클러스터를 갖는 입자(72)를 포함한다. 이 예시적인 키트는 또한 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드를 포함하는 제2 유체를 포함할 수 있다.
이 키트의 또 다른 예에서, 표면(32A, 32B, 32C)은 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재(34A, 34B)를 사용하여 변형되고; 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재(34A, 34B)는 리간드이고; 연결 모이어티는 전이 금속 복합체이고 전이 금속 복합체는 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제2 부재이고; 복합체(60C')는 i) 부착되어 있는 전이 금속 복합체(예를 들어, 연결 모이어티(62B)) 및 ii) 부착되어 있는 복수의 프라이머(70, 70')를 갖는 하이드로겔(68)을 포함한다.
이 키트의 추가의 예에서, 표면(32A, 32B, 32C)은 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재(34A, 34B)를 사용하여 변형되고; 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재(34A, 34B)는 전이 금속 복합체이고; 연결 모이어티(62B)는 리간드이고, 리간드는 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제2 부재이고; 복합체(60D')는 i) 리간드(예를 들어, 연결 모이어티(62B)) 및 ii) 부착되어 있는 주형 핵산 가닥(74)의 클러스터를 갖는 하이드로겔(68)로 작용화된 금속 나노입자(72)를 포함한다.
키트의 또 다른 예는 i) 플로우 채널(12); 및 플로우 채널(12)에 적어도 부분적으로 노출된 표면(52A, 52B, 52C, 52D)을 갖는 기재(22E, 22F, 22G, 22H)(표면(52A, 52B, 52C, 52D)은 전이 금속 복합체 결합 쌍의 가시광 반응성 제1 부재(54A, 54B)를 사용하여 변형됨)를 포함하는 플로우 셀(10); 및 ii) 액체 담체(예를 들어, 유체(76)); 및 가시광 반응성 제1 부재(54A, 54B)에 화학적으로 부착되고 가시광에 노출될 때 가시광 반응성 제1 부재(54A, 54B)로부터 탈리되는 연결 모이어티(62C)를 포함하는 복합체(60C'', 60D'', 60F)를 포함하는 플로우 셀 표면 화학 물질 유체를 포함한다.
시퀀싱 시스템
본원에 기재된 플로우 셀(10)의 임의의 예는 시퀀싱 시스템의 일부일 수 있다. 예시적인 시퀀싱 시스템(90)이 도 10에 개략적으로 도시되어 있다. 시퀀싱 시스템(90)은 전기화학적으로 또는 가시광 노출을 통해 시퀀싱 준비완료 상태로부터 시퀀싱 미준비 상태로 전환 가능한 재생가능 표면(예를 들어, 32A, 32B, 32C, 52A, 52B, 52C, 52D)을 포함하는 플로우 셀(10); 플로우 셀(10)에 유체를 전달하기 위한 전달 유체 장치를 포함하는 유체 제어 시스템(92); 재생가능 표면(예를 들어, 32A, 32B, 32C, 52A, 52B, 52C, 52D)을 조명하도록 위치된 조명 시스템(94); 재생가능 표면(예를 들어, 32A, 32B, 32C, 52A, 52B, 52C, 52D)의 이미지를 캡처하도록 배치된 검출 시스템(96); 플로우 셀(10)의 전극(24A, 24B, 24C)이 시퀀싱 미준비 상태를 유도하도록 하거나; 조명 시스템(94)이 플로우 셀(10)을 가시광에 노출시키도록 하는 컨트롤러(102)를 포함한다.
"시퀀싱 준비완료 상태"는 표면 화학 물질이 부착되어 일시적으로 변형된 표면의 임의의 예를 형성하는 상태이다. 즉, 이 상태는 원하는 핵산 분석을 위한 표면 화학 물질이 표면에 부착되었을 때의 플로우 셀(10)의 상태를 지칭한다. 시퀀싱 준비완료 상태에서, 플로우 셀(10)은 시퀀싱 작업 또는 다른 핵산 분석에 사용될 수 있다. "시퀀싱 미준비 상태"는 표면 화학 물질이 재생가능 표면(예를 들어, 32A, 32B, 32C, 52A, 52B, 52C, 52D)에 부착되지 않은 상태이다. 즉, 이 상태는 원하는 핵산 분석을 위한 표면 화학 물질이 표면에 부착되지 않았을 때의 플로우 셀(10)의 상태를 지칭한다. 시퀀싱 미준비 상태에서, 플로우 셀(10)은 적합한 표면 화학 물질이 부족하기 때문에 시퀀싱 작업 또는 다른 핵산 분석에 사용될 수 없다.
유체 제어 시스템(92)은 본원에 설명된 바와 같이 입구 유체 장치(36) 및 출구 유체 장치(38)를 포함한다. 입구 유체 장치(36)는 입구(14)를 통해 플로우 셀(10)에 원하는 유체, 예를 들어 (76), (78), 세척 유체 등을 공급하는 유체 저장소 또는 유체 카트리지(98) 및 유체 라인을 포함할 수 있다. 출구 유체 장치(38)는 폐기물 저장소(100) 및 출구(16)를 통해 플로우 셀(10)로부터 유체, 예를 들어 (76), (78), 세척 유체 등을 제거하는 유체 라인을 포함할 수 있다. 유체 제어 시스템(92)은 컨트롤러(102)로부터의 명령에 응답하여 바람직한 방식으로 유체를 이동시키기 위해 펌프, 밸브 등을 포함할 수 있다. 시퀀싱 시스템(90)의 한 구체적인 예는 전달 유체 장치에 유체적으로 연결된 저장소; 및 저장소에 함유된 유체(예를 들어, 제1 유체(76))
조명 시스템(94)은 핵산 분석을 위해 여기 파장(예를 들어, 자외선광)을 방출할 수 있는 임의의 광원(예를 들어, 레이저)일 수 있다. 일부 예에서, 조명 시스템(94)은 기재 표면(52A, 52B, 52C, 52D) 재생을 개시하기 위해 가시광을 방출할 수 있는 다른 광원을 포함한다. 조명 시스템은 컨트롤러(102)로부터의 명령에 응답하여 작동 가능하다.
검출 시스템(96)은 핵산 분석으로 인한 방출 광자를 등록할 수 있고 기록 가능한 출력을 생성할 수 있는 임의의 검출기일 수 있다. 일부 예에서, 검출 시스템(96)은 디지털 이미징 시스템이다. 검출 시스템(96)은 컨트롤러(102)로부터의 명령에 응답하여 작동한다.
컨트롤러(102)는 마이크로컨트롤러, 축소 명령어 세트 컴퓨터(RISC), 애플리케이션별 집적 회로(ASIC), 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이(FPGA), 논리 회로를 사용하는 시스템을 포함하는 임의의 프로세서 기반 또는 마이크로프로세서 기반 시스템 및 본원에 설명된 기능을 실행할 수 있는 임의의 다른 회로 또는 프로세서를 포함할 수 있다. 몇몇 예가 제공되었지만, 이는 시스템 컨트롤러라는 용어의 정의 및/또는 의미를 어떤 식으로든 제한하려는 의도가 아니라는 점을 이해해야 한다. 한 예에서, 본원에 제시된 예에 따르면, 시스템 컨트롤러(102)는 유체 전달, 전압 바이어스 인가, 조명 시스템(94) 작동, 검출 시스템(96) 작동 등을 위해 하나 이상의 저장 요소, 메모리 또는 모듈에 저장된 명령 세트를 실행한다. 전기화학적 재생가능 표면(32A, 32B, 32C)을 포함하는 예에서, 컨트롤러(102)는 또한 작업 전극(들)(24A, 24B, 24C)과 상대 전극(40) 사이 및/또는 제2 작업 전극(들)(42A, 42B, 42C)과 상대 전극(40) 사이의 원하는 바이어스를 제어하기 위해 전위차를 포함할 수 있다.
시퀀싱 시스템(90)의 한 예에서, 재생가능 표면은 작업 전극 표면(24A, 24B, 24C)이고; 작업 전극 표면(24A, 24B, 24C)은 시퀀싱 미준비 상태에서 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재(34A, 34B)를 사용하여 변형된다.
시퀀싱 시스템(90)의 또 다른 예에서, 재생가능 표면은 작업 전극 표면(24A, 24B, 24C)이고; 작업 전극 표면(24A, 24B, 24C)은 시퀀싱 미준비 상태에서 변형되지 않는다.
시퀀싱 시스템(90)의 또 다른 예에서, 재생가능 표면은 기재 표면(52A, 52B, 52C)이고; 기재 표면(52A, 52B, 52C)은 시퀀싱 미준비 상태에서 전이 금속 복합체 결합 쌍의 가시광 반응성 제1 부재(54A, 54B)를 사용하여 변형된다.
보충 주석
본원에 제시된 실시예의 임의의 특징은 예를 들어 플로우 셀을 수득하는 것을 포함하여 본 개시내용에 설명된 바와 같은 이점을 달성하기 위해 임의의 바람직한 방식으로 함께 결합될 수 있음이 이해되어야 한다.
또한, 하기에 더 상세히 논의되는 전술한 개념들 및 추가의 개념들의 모든 조합은 (그러한 개념들이 상호 불일치하지 않는다면) 본원에 개시된 발명 요지의 일부인 것으로 고려됨이 이해되어야 한다. 특히, 본 개시내용의 끝부분에 나타나는 청구된 발명 요지의 모든 조합은 본원에 개시된 발명 요지의 일부인 것으로 고려된다. 인용되어 포함된 임의의 개시내용에서 또한 나타날 수 있는 본원에서 명시적으로 사용된 용어는 본원에 개시된 특정 개념과 가장 일치하는 의미가 부여되어야 함이 또한 이해되어야 한다.
본원 전체에 걸쳐 "하나의 예", "다른 예", "한 예" 등에 대한 언급은 그 예와 관련하여 설명된 특정 요소(예를 들어, 특징, 구조, 및/또는 특성)가 본원에 기재된 적어도 하나의 예에 포함되고, 다른 예에 존재할 수도 있고 존재하지 않을 수도 있음을 의미한다. 게다가, 임의의 예에 대해 설명된 요소는 그 문맥에 달리 명확히 나타나 있지 않는 한 다양한 예에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있음이 이해되어야 한다.
몇몇 예가 상세하게 설명되었지만, 개시된 예는 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 전술한 설명은 비제한적인 것으로 여겨져야 한다.
SEQUENCE LISTING <110> Illumina Inc. Illumina Cambridge Ltd. <120> FLOW CELLS <130> IP-2117-PCT <150> 63/179,794 <151> 2021-04-26 <160> 3 <170> PatentIn version 3.5 <210> 1 <211> 29 <212> DNA <213> Synthesized <400> 1 aatgatacgg cgaccaccga gauctacac 29 <210> 2 <211> 24 <212> DNA <213> Synthesized <220> <221> misc_feature <222> (22)..(22) <223> 8-oxoguanine <400> 2 caagcagaag acggcatacg anat 24 <210> 3 <211> 24 <212> DNA <213> Synthesized <220> <221> misc_feature <222> (20)..(20) <223> 8-oxoguanine <400> 3 caagcagaag acggcatacn agat 24

Claims (58)

  1. 방법으로서:
    플로우 채널에 적어도 부분적으로 노출된 표면을 갖는 작업 전극을 포함하는 플로우 셀의 플로우 채널에 제1 유체를 도입하는 단계로서, 표면이 변형되지 않거나 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재를 사용하여 변형되고, 이에 의해 제1 유체에 존재하는 복합체의 연결 모이어티가 복합체를 표면에 화학적으로 부착하여 작업 전극의 일시적으로 변형된 표면을 형성하는, 단계;
    일시적으로 변형된 표면의 복합체를 포함하는 센싱 작업을 수행하는 단계; 및
    연결 모이어티의 탈리 전압을 작업 전극에 인가하고, 이에 의해 연결 모이어티를 분리하고 표면을 재생하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    표면은 변형되지 않고;
    복합체는 연결 모이어티, 및 변형되지 않은 표면에 부착되지 않는 직교 작용기를 포함하며;
    센싱 작업을 수행하기 전에, 방법은 i) 부착되어 있는 복수의 프라이머 및 ii) 직교 작용기와 반응성인 부착되어 있는 반응성 작용기를 갖는 하이드로겔을 포함하는 제2 유체를 플로우 채널에 도입하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서, 센싱 작업은,
    주형 핵산 가닥의 클러스터를 생성하기 위해 복수의 프라이머를 사용하여 주형 핵산 가닥을 증폭하는 단계;
    광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드를 포함하는 제3 유체를 플로우 채널에 도입하는 단계; 및
    주형 핵산 가닥 중 적어도 일부를 따라 신생 가닥(nascent strand)으로의 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드 각각의 하나의 혼입 이벤트를 광학적으로 검출하는 단계를 포함하는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    표면은 변형되지 않고;
    복합체는 연결 모이어티, 및 변형되지 않은 표면에 부착되지 않는 직교 작용기를 포함하며;
    센싱 작업을 수행하기 전에, 방법은 i) 부착되어 있는 주형 핵산 가닥의 클러스터 및 ii) 직교 작용기와 반응성인 부착되어 있는 반응성 작용기를 갖는 입자를 포함하는 제2 유체를 플로우 채널에 도입하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    표면은 변형되지 않고;
    복합체는 연결 모이어티, 및 연결 모이어티에 부착된 포획 올리고뉴클레오티드를 포함하며;
    센싱 작업을 수행하기 전에, 방법은 i) 부착되어 있는 주형 핵산 가닥의 클러스터 및 ii) 포획 올리고뉴클레오티드에 상보적인 부착되어 있는 올리고뉴클레오티드를 갖는 입자를 포함하는 제2 유체를 플로우 채널에 도입하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 센싱 작업은
    광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드를 포함하는 제3 유체를 플로우 채널에 도입하는 단계; 및
    주형 핵산 가닥 중 적어도 일부를 따라 신생 가닥으로의 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드 각각의 하나의 혼입 이벤트를 광학적으로 검출하는 단계에 의해 주형 핵산 가닥의 클러스터를 시퀀싱하는 단계를 포함하는, 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    표면은 변형되지 않고;
    복합체는 i) 부착되어 있는 연결 모이어티 및 ii) 부착되어 있는 복수의 프라이머를 갖는 하이드로겔을 포함하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    표면은 변형되지 않고;
    복합체는 i) 부착되어 있는 연결 모이어티 및 ii) 부착되어 있는 주형 핵산 가닥의 클러스터를 갖는 입자를 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 센싱 작업은
    광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드를 포함하는 제2 유체를 플로우 채널에 도입하는 단계; 및
    주형 핵산 가닥 중 적어도 일부를 따라 신생 가닥으로의 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드 각각의 하나의 혼입 이벤트를 광학적으로 검출하는 단계에 의해 주형 핵산 가닥의 클러스터를 시퀀싱하는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    표면은 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재를 사용하여 변형되고;
    전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재는 전이 금속 복합체이고;
    연결 모이어티는 리간드이고, 리간드는 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제2 부재이고;
    복합체는 i) 리간드 및 ii) 부착되어 있는 주형 핵산 가닥의 클러스터를 갖는 하이드로겔로 작용화된 금속 나노입자를 포함하는, 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    표면은 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재를 사용하여 변형되고;
    전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재는 리간드이고;
    연결 모이어티는 전이 금속 복합체이고, 전이 금속 복합체는 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제2 부재이고;
    복합체는 i) 부착되어 있는 전이 금속 복합체 및 ii) 부착되어 있는 복수의 프라이머를 갖는 하이드로겔을 포함하는, 방법.
  12. 제1항에 있어서, 탈리 전압을 인가하는 단계는 작업 전극에 음의 바이어스를 인가하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제1항에 있어서, 탈리 전압을 인가하는 단계는 작업 전극에 양의 바이어스를 인가하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제1항에 있어서, 탈리 전압이 인가된 후에 플로우 채널에 세척 유체를 도입하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    플로우 셀은,
    기재;
    기재 위에 위치된 작업 전극;
    작업 전극 위에 위치된 패턴화된 절연 재료로서, 간극 영역에 의해 분리된 함몰부를 한정하며, 여기서 변형되지 않은 표면은 각각의 함몰부에서 노출되는, 패턴화된 절연 재료; 및
    간극 영역 위에 위치된 제2 작업 전극을 포함하며;
    방법은 제1 유체가 도입됨에 따라 연결 모이어티의 탈리 전압을 제2 작업 전극에 인가하고, 이에 의해 간극 영역에서 복합체를 밀어내는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서, 센싱 작업 이후에 제2 작업 전극에 연결 모이어티의 탈리 전압을 인가하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  17. 방법으로서:
    플로우 채널에 적어도 부분적으로 노출된 기재의 표면을 포함하는 플로우 셀의 플로우 채널에 제1 유체를 도입하는 단계로서, 표면이 전이 금속 복합체 결합 쌍의 가시광 반응성 제1 부재를 사용하여 변형되고, 이에 의해 제1 유체에 존재하는 복합체의 연결 모이어티가 복합체를 표면에 화학적으로 부착하여 기재의 일시적으로 변형된 표면을 형성하는 단계;
    일시적으로 변형된 표면의 복합체를 포함하는 센싱 작업을 수행하는 단계; 및
    일시적으로 변형된 표면을 가시광에 노출시키고, 이에 의해 연결 모이어티를 분리하고 표면을 재생하는 단계를 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    연결 모이어티는 티오에테르이고;
    복합체는 i) 부착되어 있는 티오에테르 및 ii) 부착되어 있는 복수의 프라이머를 갖는 하이드로겔인, 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    연결 모이어티는 티오에테르이고;
    복합체는 i) 부착되어 있는 티오에테르 및 ii) 부착되어 있는 주형 핵산 가닥의 클러스터를 갖는 하이드로겔인, 방법.
  20. 방법으로서:
    플로우 채널에 적어도 부분적으로 노출된 변형되지 않은 표면을 갖는 작업 전극을 포함하는 플로우 셀의 플로우 채널에 제1 유체를 도입하고, 이에 의해 제1 유체에 존재하는 복합체의 연결 모이어티가 복합체를 변형되지 않은 표면에 화학적으로 부착하여 작업 전극의 일시적으로 변형된 표면을 형성하는, 단계;
    일시적으로 변형된 표면의 복합체를 포함하는 센싱 작업을 수행하는 단계;
    플로우 셀에 전해질 용액을 도입하는 단계; 및
    전해질 용액 존재 하에 작업 전극에 전압을 인가하고, 이에 의해 작업 전극의 층을 제거하고 표면을 재생하는 단계를 포함하는 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    표면은 변형되지 않고;
    복합체는 연결 모이어티, 및 변형되지 않은 표면에 부착되지 않는 직교 작용기를 포함하며;
    센싱 작업을 수행하기 전에, 방법은 i) 부착되어 있는 복수의 프라이머 및 ii) 직교 작용기와 반응성인 부착되어 있는 반응성 작용기를 갖는 하이드로겔을 포함하는 제2 유체를 플로우 채널에 도입하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  22. 제21항에 있어서, 센싱 작업은,
    주형 핵산 가닥의 클러스터를 생성하기 위해 복수의 프라이머를 사용하여 주형 핵산 가닥을 증폭하는 단계;
    광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드를 포함하는 제3 유체를 플로우 채널에 도입하는 단계; 및
    주형 핵산 가닥 중 적어도 일부를 따라 신생 가닥으로의 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드 각각의 하나의 혼입 이벤트를 광학적으로 검출하는 단계를 포함하는, 방법.
  23. 제20항에 있어서,
    표면은 변형되지 않고;
    복합체는 연결 모이어티, 및 변형되지 않은 표면에 부착되지 않는 직교 작용기를 포함하며;
    센싱 작업을 수행하기 전에, 방법은 i) 부착되어 있는 주형 핵산 가닥의 클러스터 및 ii) 직교 작용기와 반응성인 부착되어 있는 반응성 작용기를 갖는 입자를 포함하는 제2 유체를 플로우 채널에 도입하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  24. 제20항에 있어서,
    표면은 변형되지 않고;
    복합체는 연결 모이어티, 및 연결 모이어티에 부착된 포획 올리고뉴클레오티드를 포함하며;
    센싱 작업을 수행하기 전에, 방법은 i) 부착되어 있는 주형 핵산 가닥의 클러스터 및 ii) 포획 올리고뉴클레오티드에 상보적인 부착되어 있는 올리고뉴클레오티드를 갖는 입자를 포함하는 제2 유체를 플로우 채널에 도입하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  25. 제23항 또는 제24항에 있어서, 센싱 작업은
    광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드를 포함하는 제3 유체를 플로우 채널에 도입하는 단계; 및
    주형 핵산 가닥 중 적어도 일부를 따라 신생 가닥으로의 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드 각각의 하나의 혼입 이벤트를 광학적으로 검출하는 단계에 의해 주형 핵산 가닥의 클러스터를 시퀀싱하는 단계를 포함하는, 방법.
  26. 제20항에 있어서,
    표면은 변형되지 않고;
    복합체는 i) 부착되어 있는 연결 모이어티 및 ii) 부착되어 있는 복수의 프라이머를 갖는 하이드로겔을 포함하는, 방법.
  27. 제20항에 있어서,
    표면은 변형되지 않고;
    복합체는 i) 부착되어 있는 연결 모이어티 및 ii) 부착되어 있는 주형 핵산 가닥의 클러스터를 갖는 입자를 포함하는, 방법.
  28. 제27항에 있어서, 센싱 작업은
    광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드를 포함하는 제2 유체를 플로우 채널에 도입하는 단계; 및
    주형 핵산 가닥 중 적어도 일부를 따라 신생 가닥으로의 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드 각각의 하나의 혼입 이벤트를 광학적으로 검출하는 단계에 의해 주형 핵산 가닥의 클러스터를 시퀀싱하는 단계를 포함하는, 방법.
  29. 제20항에 있어서, 전압이 인가된 후에 플로우 채널에 세척 유체를 도입하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  30. 키트로서:
    플로우 셀로서,
    플로우 채널;
    표면이 변형되지 않거나 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재를 사용하여 변형되는, 플로우 채널에 적어도 부분적으로 노출된 표면을 갖는 작업 전극; 및
    작업 전극과 전기적으로 연결된 상대 전극을 포함하는 플로우 셀; 및
    플로우 셀 표면 화학 유체로서,
    액체 담체; 및
    변형되지 않은 표면 또는 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재에 화학적으로 부착되고 변형되지 않은 표면으로부터 또는 탈리 전압에 노출될 때 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재로부터 탈리되는 연결 모이어티를 포함하는 복합체를 포함하는, 플로우 셀 표면 화학 유체를 포함하는 키트.
  31. 제30항에 있어서,
    표면은 변형되지 않고;
    복합체는 연결 모이어티, 및 변형되지 않은 표면에 부착되지 않는 직교 작용기를 포함하며;
    키트는 i) 부착되어 있는 복수의 프라이머 및 ii) 직교 작용기와 반응성인 부착되어 있는 반응성 작용기를 갖는 하이드로겔을 포함하는 제2 유체를 추가로 포함하는, 키트.
  32. 제30항에 있어서,
    표면은 변형되지 않고;
    복합체는 연결 모이어티, 및 변형되지 않은 표면에 부착되지 않는 직교 작용기를 포함하며;
    키트는 i) 부착되어 있는 주형 핵산 가닥의 클러스터 및 ii) 직교 작용기와 반응성인 부착되어 있는 반응성 작용기를 갖는 입자를 포함하는 제2 유체를 추가로 포함하는, 키트.
  33. 제30항에 있어서,
    표면은 변형되지 않고;
    복합체는 연결 모이어티, 및 연결 모이어티에 부착된 포획 올리고뉴클레오티드를 포함하며;
    키트는 i) 부착되어 있는 주형 핵산 가닥의 클러스터 및 ii) 포획 올리고뉴클레오티드에 상보적인 부착되어 있는 올리고뉴클레오티드를 갖는 입자를 포함하는 제2 유체를 추가로 포함하는, 키트.
  34. 제32항 또는 제33항에 있어서, 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드를 포함하는 제3 유체를 추가로 포함하는, 키트.
  35. 제30항에 있어서,
    표면은 변형되지 않고;
    복합체는 i) 부착되어 있는 연결 모이어티 및 ii) 부착되어 있는 주형 핵산 가닥의 클러스터를 갖는 입자를 포함하는, 키트.
  36. 제35항에 있어서, 광학적으로 표지된 복수의 뉴클레오티드를 포함하는 제2 유체를 추가로 포함하는, 키트.
  37. 제30항에 있어서,
    표면은 변형되지 않고;
    복합체는 i) 부착되어 있는 연결 모이어티 및 ii) 부착되어 있는 복수의 프라이머를 갖는 하이드로겔을 포함하는, 키트.
  38. 제30항에 있어서, 플로우 셀은
    기재;
    기재 위에 위치된 작업 전극;
    작업 전극 위에 위치된 패턴화된 절연 재료로서, 간극 영역에 의해 분리된 함몰부를 한정하며, 여기서 표면은 각각의 함몰부에서 노출되는, 패턴화된 절연 재료;
    간극 영역 위에 위치된 제2 작업 전극;
    작업 전극 및 제2 작업 전극 각각에 전기적으로 연결된 상대 전극; 및
    작업 전극 및 제2 작업 전극에 전기적으로 연결된 제1 컨트롤러를 포함하는, 키트.
  39. 제30항에 있어서,
    플로우 셀은 기재를 포함하고;
    작업 전극은 간극 영역에 의해 분리된 함몰부를 정의하기 위해 기재 위에 패턴화되고;
    작업 전극의 표면은 각각의 함몰부에서 노출되고;
    플로우 셀은,
    간극 영역 위에 위치된 패턴화된 절연 재료;
    패턴화된 절연 재료 위에 위치된 제2 패턴화된 작업 전극;
    작업 전극 및 제2 작업 전극 각각에 전기적으로 연결된 상대 전극; 및
    작업 전극 및 제2 작업 전극에 전기적으로 연결된 컨트롤러를 추가로 포함하는, 키트.
  40. 제30항에 있어서, 하기 중 하나인, 키트:
    작업 전극은 탄소 기반 전극, 인듐 주석 산화물, 백금, 팔라듐 및 금으로 이루어진 군으로부터 선택됨; 및
    연결 모이어티는 티올, 디아조늄, 알킨, 카르벤, 아데노신 올리고뉴클레오티드, 디티오에스테르, 아이소니트릴, 아이소티오시아네이트, 카르복실, 아민, 니트릴, 니트로 및 트리알킬실릴로 이루어진 군으로부터 선택됨.
  41. 제30항에 있어서,
    표면은 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재를 사용하여 변형되고;
    전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재는 전이 금속 복합체이고;
    연결 모이어티는 리간드이고, 리간드는 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제2 부재이고;
    복합체는 i) 리간드 및 ii) 부착되어 있는 주형 핵산 가닥의 클러스터를 갖는 하이드로겔로 작용화된 금속 나노입자를 포함하는, 키트.
  42. 제30항에 있어서,
    표면은 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재를 사용하여 변형되고;
    전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재는 리간드이고;
    연결 모이어티는 전이 금속 복합체이고, 전이 금속 복합체는 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제2 부재이고;
    복합체는 i) 부착되어 있는 전이 금속 복합체 및 ii) 부착되어 있는 복수의 프라이머를 갖는 하이드로겔을 포함하는, 키트.
  43. 키트로서:
    플로우 셀로서,
    플로우 채널; 및
    표면이 전이 금속 복합체 결합 쌍의 가시광 반응성 제1 부재를 사용하여 변형된, 플로우 채널에 적어도 부분적으로 노출된 표면을 갖는 기재를 포함하는 플로우 셀; 및
    플로우 셀 표면 화학 유체로서,
    액체 담체; 및
    가시광 반응성 제1 부재에 화학적으로 부착되고 가시광에 노출될 때 가시광 반응성 제1 부재로부터 탈리되는 연결 모이어티를 포함하는 복합체를 포함하는 플로우 셀 표면 화학 유체를 포함하는 키트.
  44. 제43항에 있어서,
    연결 모이어티는 티오에테르이고;
    복합체는 i) 부착되어 있는 티오에테르 및 ii) 부착되어 있는 복수의 프라이머를 갖는 하이드로겔인, 키트.
  45. 제43항에 있어서,
    연결 모이어티는 티오에테르이고;
    복합체는 i) 부착되어 있는 티오에테르 및 ii) 부착되어 있는 주형 핵산 가닥의 클러스터를 갖는 하이드로겔인. 키트.
  46. 플로우 셀로서:
    기재;
    기재 위에 위치된 제1 작업 전극;
    제1 작업 전극 위에 위치된 패턴화된 절연 재료로서, 간극 영역에 의해 분리된 함몰부를 한정하며, 여기서 제1 작업 전극의 표면은 각각의 함몰부에서 노출되고, 표면은 변형되지 않거나 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재를 사용하여 변형되는, 패턴화된 절연 재료;
    간극 영역 위에 위치된 제2 작업 전극;
    제1 작업 전극 및 제2 작업 전극 각각에 전기적으로 연결된 상대 전극;
    제1 작업 전극의 표면 및 제2 작업 전극과 유체 연통하는 플로우 채널; 및
    제1 작업 전극, 제2 작업 전극, 및 상대 전극에 전기적으로 연결된 컨트롤러를 포함하는 플로우 셀.
  47. 제46항에 있어서, 상대 전극은 플로우 채널의 표면을 형성하는 투명한 상대 전극인, 플로우 셀.
  48. 제47항에 있어서, 기재에 연결되고 플로우 채널의 표면을 형성하는 투명한 리드(lid)를 추가로 포함하는, 플로우 셀.
  49. 플로우 셀로서:
    기재;
    기재 위에 위치된 제1 패턴화된 작업 전극으로서, 간극 영역에 의해 분리된 함몰부를 한정하며, 여기서 제1 패턴화된 작업 전극의 표면은 각각의 함몰부에서 노출되고, 표면은 변형되지 않거나 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재를 사용하여 변형되는, 제1 패턴화된 작업 전극;
    간극 영역 위에 위치된 패턴화된 절연 재료;
    패턴화된 절연 재료 위에 위치된 제2 패턴화된 작업 전극;
    제1 패턴화된 작업 전극 및 제2 패턴화된 작업 전극 각각에 전기적으로 연결된 상대 전극;
    제1 패턴화된 작업 전극 및 제2 패턴화된 작업 전극의 표면과 유체 연통하는 플로우 채널; 및
    제1 패턴화된 작업 전극, 제2 패턴화된 작업 전극 및 상대 전극에 전기적으로 연결되는 컨트롤러를 포함하는 플로우 셀.
  50. 제49항에 있어서, 상대 전극은 플로우 채널의 표면을 형성하는 투명한 상대 전극인, 플로우 셀.
  51. 제50항에 있어서, 기재에 연결되고 플로우 채널의 표면을 형성하는 투명한 리드를 추가로 포함하는, 플로우 셀.
  52. 시퀀싱 시스템으로서:
    전기화학적으로 또는 가시광 노출을 통해 시퀀싱 준비완료 상태로부터 시퀀싱 미준비 상태로 전환 가능한 재생가능 표면을 포함하는 플로우 셀;
    플로우 셀에 유체를 전달하기 위한 전달 유체 장치를 포함하는 유체 제어 시스템;
    재생가능 표면을 조명하도록 위치된 조명 시스템;
    재생가능 표면의 이미지를 캡처하도록 위치된 검출 시스템; 및
    컨트롤러로서,
    플로우 셀의 전극이 시퀀싱 미준비 상태를 유도하도록 하거나;
    조명 시스템이 플로우 셀을 가시광에 노출시키도록 하는 컨트롤러를 포함하는 시퀀싱 시스템.
  53. 제52항에 있어서,
    재생가능 표면은 작업 전극 표면이고;
    작업 전극 표면은 시퀀싱 미준비 상태에서 전이 금속 복합체 결합 쌍의 제1 부재를 사용하여 변형되는, 시퀀싱 시스템.
  54. 제52항에 있어서,
    재생가능 표면은 작업 전극 표면이고;
    작업 전극 표면은 시퀀싱 미준비 상태에서 변형되지 않는, 시퀀싱 시스템.
  55. 제52항에 있어서,
    재생가능 표면은 기재 표면이고;
    기재 표면은 시퀀싱 미준비 상태에서 전이 금속 복합체 결합 쌍의 가시광 반응성 제1 부재를 사용하여 변형되는, 시퀀싱 시스템.
  56. 제52항에 있어서,
    전달 유체 장치에 유체적으로 연결된 저장소; 및
    저장소에 함유된 유체로서, 재생가능 표면에 복합체를 화학적으로 부착하는 연결 모이어티를 갖는 복합체를 포함하는 유체를 추가로 포함하는, 시퀀싱 시스템.
  57. 제56항에 있어서, 복합체는 복수의 프라이머를 추가로 포함하는, 시퀀싱 시스템.
  58. 제56항에 있어서, 복합체는 주형 핵산 가닥의 클러스터를 추가로 포함하는, 시퀀싱 시스템.
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