RU2791444C2 - Reading systems - Google Patents

Reading systems Download PDF

Info

Publication number
RU2791444C2
RU2791444C2 RU2020142063A RU2020142063A RU2791444C2 RU 2791444 C2 RU2791444 C2 RU 2791444C2 RU 2020142063 A RU2020142063 A RU 2020142063A RU 2020142063 A RU2020142063 A RU 2020142063A RU 2791444 C2 RU2791444 C2 RU 2791444C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
enzyme
secondary substrate
polymerase
complex
label
Prior art date
Application number
RU2020142063A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2020142063A (en
Inventor
Джеффри С. ФИШЕР
Брайан Д. МАТЕР
Кайтлин М. ПУГЛИС
Джеффри Г. МЭНДЕЛЛ
Мария Канделария РОХЕРТ БАСИГАЛУПО
Боян БОЯНОВ
Original Assignee
Иллумина, Инк.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Иллумина, Инк. filed Critical Иллумина, Инк.
Publication of RU2020142063A publication Critical patent/RU2020142063A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2791444C2 publication Critical patent/RU2791444C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: biotechnology.
SUBSTANCE: invention relates to biotechnology, namely to reading systems. The reading system includes a pH sensor. The pH sensor includes two electrodes and a conducting channel operatively connected to two electrodes. The complex is attached to the conductive channel of the pH sensor. The complex includes a polymerase associated with at least one pH-altering fragment, which should participate in generating a pH change near the conducting channel as a result of the consumption of a secondary substrate in the liquid affected by the pH sensor. At least one pH-altering fragment is selected from a group consisting of an enzyme, a metal coordination complex, a cofactor and an activator.
EFFECT: expanding the arsenal of means for a specific purpose.
30 cl, 7 dwg

Description

Перекрестная ссылка на родственную заявкуCross-reference to related application

[0001] Данная заявка притязает на приоритет предварительной заявки на патент (США) порядковый номер 62/806,545, поданной 15 февраля 2019 года, содержимое которой полностью включено в данный документ посредством ссылки.[0001] This application claims priority to U.S. Provisional Patent Application Serial Number 62/806,545, filed February 15, 2019, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety.

Уровень техникиState of the art

[0002] Различные протоколы в биологическом или химическом исследовании заключают в себе выполнение большого числа управляемых реакций на локальных опорных поверхностях или в предварительно заданных реакционных камерах. Указанные реакции затем могут наблюдаться или обнаруживаться, и последующий анализ может помогать идентифицировать или раскрывать свойства химикатов, участвующих в реакции. В некоторых примерах, управляемые реакции генерируют люминесценцию, и в силу этого для обнаружения может использоваться оптическая система. В других примерах управляемые реакции изменяют заряд, проводимость или некоторое другое электрическое свойство, и в силу этого для обнаружения может использоваться электронная система.[0002] Various protocols in biological or chemical research involve performing a large number of controlled reactions on local support surfaces or in predetermined reaction chambers. These reactions can then be observed or detected, and subsequent analysis can help identify or reveal the properties of the chemicals involved in the reaction. In some examples, controlled reactions generate luminescence and therefore an optical system can be used for detection. In other examples, controlled reactions change charge, conductivity, or some other electrical property, and therefore an electronic system can be used for detection.

ВведениеIntroduction

[0003] Первый аспект, раскрытый в настоящем документе, представляет собой считывающую систему, содержащую pH-датчик, включающий в себя два электрода и проводящий канал, функционально соединенный с двумя электродами; и комплекс, присоединенный к проводящему каналу pH-датчика, причем комплекс включает в себя полимеразу, связанную, по меньшей мере, с одним изменяющим pH компонентом (компонентом изменения pH), который должен участвовать в формировании изменения pH поблизости от проводящего канала в силу потребления вторичного субстрата в текучей среде, которая раскрывается для pH-датчика, причем, по меньшей мере, один компонент изменения pH выбирается из группы, состоящей из фермента, координационного комплекса металла, кофактора и активатора.[0003] The first aspect disclosed herein is a reading system comprising a pH sensor including two electrodes and a conductive channel operatively connected to the two electrodes; and a complex attached to the conduction channel of the pH sensor, wherein the complex includes a polymerase associated with at least one pH-changing component (pH-changing component) that is to be involved in generating a pH change in the vicinity of the conductive channel by virtue of secondary consumption. a substrate in a fluid that is disclosed for a pH sensor, wherein at least one pH change component is selected from the group consisting of an enzyme, a metal coordination complex, a cofactor, and an activator.

[0004] В примере этого первого аспекта, по меньшей мере, один компонент изменения pH представляет собой фермент, при этом фермент формирует кислоту или основание в реакции с вторичным субстратом. В одном конкретном примере, фермент выбирается из группы, состоящей из гидролаз и оксидаз.[0004] In an example of this first aspect, at least one pH change component is an enzyme, wherein the enzyme forms an acid or base in reaction with a secondary substrate. In one specific example, the enzyme is selected from the group consisting of hydrolases and oxidases.

[0005] В примере этого первого аспекта, кинетика, по меньшей мере, одного компонента изменения pH, по меньшей мере, в 10 раз быстрее кинетики полимеразы.[0005] In an example of this first aspect, the kinetics of at least one pH change component is at least 10 times faster than the polymerase kinetics.

[0006] В примере этого первого аспекта, по меньшей мере, один компонент изменения pH представляет собой фермент, и комплекс дополнительно содержит конъюгат нуклеинокислотной шпильки/ингибитора фермента, присоединенный к ферменту.[0006] In an example of this first aspect, at least one pH change component is an enzyme, and the complex further comprises a nucleic acid hairpin/enzyme inhibitor conjugate attached to the enzyme.

[0007] В примере этого первого аспекта, по меньшей мере, один компонент изменения pH представляет собой фермент; и комплекс дополнительно включает в себя второй фермент, присоединенный к полимеразе.[0007] In an example of this first aspect, at least one pH change component is an enzyme; and the complex further includes a second enzyme attached to the polymerase.

[0008] В примере этого первого аспекта, комплекс представляет собой слитый белок или химеру белка.[0008] In an example of this first aspect, the complex is a fusion protein or protein chimera.

[0009] В примере этого первого аспекта, проводящий канал pH-датчика выбирается из группы, состоящей из полупроводящей наноструктуры, графеновой наноструктуры, металлической наноструктуры и проводящей полимерной наноструктуры.[0009] In an example of this first aspect, the conductive channel of the pH sensor is selected from the group consisting of a semiconductive nanostructure, a graphene nanostructure, a metal nanostructure, and a conductive polymer nanostructure.

[0010] Пример этого первого аспекта дополнительно содержит опору, включающую в себя множество углублений, отделенных посредством промежуточных областей, при этом, по меньшей мере, проводящий канал pH-датчика находится внизу одного из множества углублений; и множество дополнительных pH-датчиков, при этом, по меньшей мере, проводящий канал каждого из множества дополнительных pH-датчиков находится внизу соответствующего одного из множества углублений. В одном конкретном примере, каждое из множества углублений включает в себя боковые стенки, при этом боковые стенки включают в себя буферный pH-материал.[0010] An example of this first aspect further comprises a support including a plurality of recesses separated by intervening regions, wherein at least a pH sensor conduit is at the bottom of one of the plurality of recesses; and a plurality of additional pH sensors, wherein at least the conductive channel of each of the plurality of additional pH sensors is at the bottom of a respective one of the plurality of recesses. In one specific example, each of the plurality of recesses includes side walls, wherein the side walls include a pH buffer material.

[0011] Следует понимать, что любые признаки считывающей системы, раскрытой в данном документе, могут комбинироваться между собой согласно любому требуемому способу и/или конфигурации.[0011] It should be understood that any features of the reading system disclosed herein may be combined with each other according to any desired method and/or configuration.

[0012] Второй аспект, раскрытый в данном документе, представляет собой комплект, содержащий pH-датчик, включающий в себя два электрода и проводящий канал, функционально соединенный с двумя электродами; и текучую среду, включающую в себя жидкость-носитель и комплекс в жидкости-носителе, причем комплекс включает в себя полимеразу, связанную, по меньшей мере, с одним ферментом, который должен создавать изменение pH поблизости от проводящего канала в силу потребления вторичного субстрата во второй текучей среде, которая раскрывается для pH-датчика.[0012] A second aspect disclosed herein is a kit comprising a pH sensor including two electrodes and a conductive channel operatively connected to the two electrodes; and a fluid comprising a carrier fluid and a complex in the carrier fluid, wherein the complex includes a polymerase associated with at least one enzyme that is to create a pH change in the vicinity of the conductive channel due to the consumption of a secondary substrate in the second fluid, which is disclosed for the pH sensor.

[0013] Пример этого второго аспекта дополнительно содержит вторую текучую среду, включающую в себя вторую жидкость-носитель и меченый нуклеотид, который включает в себя нуклеотид, связывающую молекулу (молекулу-линкер), присоединенную к терминальной фосфатной группе нуклеотида, и метку, присоединенную к связывающей молекуле, причем метка выбирается из группы, состоящей из первой группы, которая улучшает кинетику фермента, и второй группы, которая замедляет кинетику фермента. В одном конкретном примере, вторичный субстрат находится во второй текучей среде и представляет собой отдельную молекулу относительно меченого нуклеотида, и первая группа или вторая группа должна изменять кинетику реакции формирования кислоты или основания, заключающей в себе фермент и вторичный субстрат. В другом конкретном примере, вторичный субстрат находится во второй текучей среде и представляет собой отдельную молекулу относительно меченого нуклеотида, метка представляет собой вторую группу, которая замедляет кинетику фермента, и вторая группа выбирается из группы, состоящей из аллостерического ингибитора, группы стерического исключения и буферизующей группы. В еще одном другом конкретном примере, вторичный субстрат находится во второй текучей среде и представляет собой отдельную молекулу относительно меченого нуклеотида, метка представляет собой первую группу, которая улучшает кинетику фермента, и первая группа представляет собой кофактор фермента.[0013] An example of this second aspect further comprises a second fluid including a second carrier fluid and a labeled nucleotide that includes a nucleotide that has a binding molecule (linker molecule) attached to the terminal phosphate group of the nucleotide and a label attached to binding molecule, and the label is selected from the group consisting of the first group, which improves the kinetics of the enzyme, and the second group, which slows down the kinetics of the enzyme. In one particular example, the secondary substrate is in a second fluid and is a single molecule relative to the labeled nucleotide, and the first or second group is to change the kinetics of the acid or base formation reaction comprising the enzyme and the secondary substrate. In another specific example, the secondary substrate is in the second fluid and is a single molecule relative to the labeled nucleotide, the label is the second group that retards enzyme kinetics, and the second group is selected from the group consisting of an allosteric inhibitor, a steric exclusion group, and a buffering group. . In yet another specific example, the secondary substrate is in the second fluid and is a single molecule relative to the labeled nucleotide, the label is the first moiety that improves enzyme kinetics, and the first moiety is the enzyme's cofactor.

[0014] Другой пример этого второго аспекта дополнительно содержит вторую текучую среду, включающую в себя вторую жидкость-носитель и меченый нуклеотид, который включает в себя нуклеотид и вторичный субстрат, присоединенный к основанию или сахару нуклеотида, при этом кинетика вторичного субстрата, по меньшей мере, в 10 раз быстрее кинетики полимеразы.[0014] Another example of this second aspect further comprises a second fluid including a second carrier fluid and a labeled nucleotide that includes a nucleotide and a secondary substrate attached to a base or sugar of the nucleotide, wherein the kinetics of the secondary substrate is at least , 10 times faster than polymerase kinetics.

[0015] Следует понимать, что любые признаки комплекта могут комбинироваться между собой любым требуемым способом. Кроме того, следует понимать, что любая комбинация признаков этого комплекта и/или считывающей системы может использоваться совместно и/или комбинироваться с любым из примеров, раскрытых в данном документе.[0015] It should be understood that any features of the kit can be combined with each other in any desired way. In addition, it should be understood that any combination of the features of this kit and/or reader system can be used in conjunction with and/or combined with any of the examples disclosed herein.

[0016] Третий аспект, раскрытый в данном документе, представляет собой комплект, содержащий pH-датчик, включающий в себя два электрода и проводящий канал, функционально соединенный с двумя электродами; и текучую среду, включающую в себя жидкость-носитель и комплекс в жидкости-носителе, причем комплекс включает в себя полимеразу, связанную с координационным комплексом металла, который должен создавать изменение pH поблизости от проводящего канала в силу потребления вторичного субстрата во второй текучей среде, которая раскрывается для pH-датчика.[0016] A third aspect disclosed herein is a kit comprising a pH sensor including two electrodes and a conductive channel operatively connected to the two electrodes; and a fluid comprising a carrier fluid and a complex in the carrier fluid, the complex including a polymerase associated with a metal coordination complex that is to create a pH change in the vicinity of the conductive channel due to the consumption of a secondary substrate in the second fluid, which disclosed for the pH sensor.

[0017] Пример этого третьего аспекта дополнительно содержит вторую текучую среду, включающую в себя вторую жидкость-носитель; вторичный субстрат (при этом вторичный субстрат должен формировать кислоту или основание через реакцию с координационным комплексом металла) и меченый нуклеотид, который включает в себя нуклеотид, связывающую молекулу, присоединенную к терминальной фосфатной группе нуклеотида, и метку, присоединенную к связывающей молекуле, причем метка представляет собой лиганд для металла координационного комплекса металла, при этом лиганд изменяет каталитическое свойство координационного комплекса металла.[0017] An example of this third aspect further comprises a second fluid including a second carrier fluid; a secondary substrate (in which case the secondary substrate must form an acid or base through reaction with a metal coordination complex) and a labeled nucleotide that includes a nucleotide binding molecule attached to the terminal phosphate group of the nucleotide and a label attached to the binding molecule, where the label represents is a ligand for the metal of the metal coordination complex, wherein the ligand changes the catalytic property of the metal coordination complex.

[0018] Следует понимать, что любые признаки этого комплекта могут комбинироваться между собой любым требуемым способом. Кроме того, следует понимать, что любая комбинация признаков этого комплекта и/или считывающей системы, и/или другого комплекта может использоваться совместно и/или комбинироваться с любым из примеров, раскрытых в данном документе.[0018] It should be understood that any features of this kit can be combined with each other in any desired way. In addition, it should be understood that any combination of features of this kit and/or reading system, and/or other kit can be used in conjunction and/or combined with any of the examples disclosed herein.

[0019] Четвертый аспект, раскрытый в данном документе, представляет собой меченый нуклеотид, содержащий нуклеотид, связывающую молекулу, присоединенную к терминальной фосфатной группе нуклеотида, и каталитическую метку, присоединенную к связывающей молекуле, при этом каталитическая метка должна создавать изменение pH в силу потребления вторичного субстрата в текучей среде с меченым нуклеотидом.[0019] The fourth aspect disclosed herein is a labeled nucleotide comprising a nucleotide, a binding molecule attached to the terminal phosphate group of the nucleotide, and a catalytic label attached to the binding molecule, wherein the catalytic label should create a pH change due to consumption of secondary substrate in a labeled nucleotide fluid.

[0020] В примере четвертого аспекта, каталитическая метка выбирается из группы, состоящей из гидролаз и оксидаз.[0020] In the example of the fourth aspect, the catalytic label is selected from the group consisting of hydrolases and oxidases.

[0021] Следует понимать, что любые признаки этого меченого нуклеотида могут комбинироваться между собой любым требуемым способом. Кроме того, следует понимать, что любая комбинация признаков этого меченого нуклеотида и/или считывающей системы, и/или комплектов может использоваться совместно и/или комбинироваться с любым из примеров, раскрытых в данном документе.[0021] It should be understood that any features of this labeled nucleotide can be combined with each other in any desired manner. In addition, it should be understood that any combination of features of this labeled nucleotide and/or reading system and/or kits can be used in conjunction and/or combined with any of the examples disclosed herein.

[0022] Пятый аспект, раскрытый в данном документе, представляет собой комплект, содержащий меченый нуклеотид четвертого аспекта и считывающую систему, включающую в себя два электрода, проводящий канал, функционально соединенный с двумя электродами, и комплекс, присоединенный к проводящему каналу, причем комплекс включает полимеразу, конъюгированную с кофактором или активатором каталитической метки меченого нуклеотида.[0022] The fifth aspect disclosed herein is a kit containing a labeled nucleotide of the fourth aspect and a reading system including two electrodes, a conduction channel operably connected to the two electrodes, and a complex attached to the conduction channel, the complex comprising a polymerase conjugated to a cofactor or catalytic tag activator of the labeled nucleotide.

[0023] Следует понимать, что любые признаки этого комплекта могут комбинироваться между собой любым требуемым способом. Кроме того, следует понимать, что любая комбинация признаков этого комплекта и/или считывающей системы, и/или других комплектов, и/или меченого нуклеотида может использоваться совместно и/или комбинироваться с любым из примеров, раскрытых в данном документе.[0023] It should be understood that any features of this kit can be combined with each other in any desired way. In addition, it should be understood that any combination of features of this kit and/or reading system, and/or other kits, and/or labeled nucleotide can be used in conjunction and/or combined with any of the examples disclosed herein.

[0024] Шестой аспект, раскрытый в данном документе, представляет собой меченый нуклеотид, содержащий нуклеотид, имеющий блокирующую группу 3'-OH, расщепляемую связывающую молекулу, присоединенную к основанию или сахару нуклеотида, и метку, присоединенную к расщепляемой связывающей молекуле, при этом метка должна участвовать в реакции изменения pH, заключающей в себе вторичный субстрат.[0024] The sixth aspect disclosed herein is a labeled nucleotide comprising a nucleotide having a 3'-OH blocking group, a cleavable binding molecule attached to the base or sugar of the nucleotide, and a label attached to the cleavable binding molecule, wherein the label must participate in the reaction of changing the pH, which contains a secondary substrate.

[0025] Следует понимать, что любые признаки этого меченого нуклеотида могут комбинироваться между собой любым требуемым способом. Кроме того, следует понимать, что любая комбинация признаков этого меченого нуклеотида и/или считывающей системы, и/или комплектов, и/или другого меченого нуклеотида может использоваться совместно и/или комбинироваться с любым из примеров, раскрытых в данном документе.[0025] It should be understood that any features of this labeled nucleotide can be combined with each other in any desired manner. In addition, it should be understood that any combination of features of this labeled nucleotide and/or reading system and/or kits and/or other labeled nucleotide can be used in conjunction with and/or combined with any of the examples disclosed herein.

[0026] Седьмой аспект, раскрытый в данном документе, представляет собой комплект, содержащий меченый нуклеотид шестого аспекта и считывающую систему, включающую в себя два электрода, проводящий канал, функционально соединенный с двумя электродами, и комплекс, присоединенный к проводящему каналу, причем комплекс включает в себя полимеразу, конъюгированную с кофактором или активатором каталитической метки меченого нуклеотида.[0026] The seventh aspect disclosed herein is a kit containing a labeled nucleotide of the sixth aspect and a reading system including two electrodes, a conduction channel operably connected to the two electrodes, and a complex attached to the conduction channel, the complex comprising into itself a polymerase conjugated with a cofactor or an activator of the labeled nucleotide catalytic label.

[0027] Следует понимать, что любые признаки этого комплекта могут комбинироваться между собой любым требуемым способом. Кроме того, следует понимать, что любая комбинация признаков этого комплекта и/или считывающей системы, и/или комплектов, и/или меченых нуклеотидов может использоваться совместно и/или комбинироваться с любым из примеров, раскрытых в данном документе.[0027] It should be understood that any of the features of this kit can be combined with each other in any desired way. In addition, it should be understood that any combination of the features of this kit and/or reading system and/or kits and/or labeled nucleotides can be used in conjunction with and/or combined with any of the examples disclosed herein.

[0028] Восьмой аспект, раскрытый в данном документе, представляет собой способ, содержащий введение текучей среду в решетку датчиков, включающую в себя множество отдельно адресуемых проводящих каналов, за счет этого присоединяя комплекс, по меньшей мере, к некоторым из множества отдельно адресуемых проводящих каналов, причем комплекс включает в себя полимеразу и компонент изменения pH, связанный с полимеразой, причем компонент изменения pH выбирается из группы, состоящей из фермента, который должен катализировать потребление вторичного субстрата в растворе, который должен быть доступным для решетки датчиков, координационного комплекса металла, который должен катализировать потребление вторичного субстрата в растворе, который должен быть доступным для решетки датчиков, и кофактора или активатора каталитической метки, присоединенной к меченому нуклеотиду, который должен вводиться в решетку датчиков.[0028] An eighth aspect disclosed herein is a method comprising injecting a fluid into a sensor array including a plurality of separately addressable conductive channels, thereby attaching the complex to at least some of the plurality of separately addressable conductive channels. , and the complex includes a polymerase and a pH change component associated with the polymerase, and the pH change component is selected from the group consisting of an enzyme that should catalyze the consumption of a secondary substrate in a solution that should be available to the array of sensors, a metal coordination complex that must catalyze the consumption of a secondary substrate in solution, which must be available to the array of sensors, and a cofactor or activator of the catalytic label attached to the labeled nucleotide, which must be introduced into the array of sensors.

[0029] Следует понимать, что любые признаки этого способа могут комбинироваться между собой любым требуемым способом. Кроме того, следует понимать, что любая комбинация признаков этого способа и/или считывающей системы, и/или комплектов, и/или меченых нуклеотидов может использоваться совместно и/или комбинироваться с любым из примеров, раскрытых в данном документе.[0029] It should be understood that any of the features of this method can be combined with each other in any desired way. Furthermore, it should be understood that any combination of features of this method and/or reading system and/or kits and/or labeled nucleotides may be used in conjunction with and/or combined with any of the examples disclosed herein.

[0030] Девятый аспект, раскрытый в данном документе, представляет собой способ, содержащий введение матричной полинуклеотидной цепи в датчик, имеющий полимеразу, привязанную к проводящему каналу; введение текучей среды, включающей в себя вторичный субстрат и меченые нуклеотиды, в датчик, за счет чего нуклеотид одного из меченых нуклеотидов связывается с полимеразой, и метка одного из меченых нуклеотидов участвует в реакции изменения pH, заключающей в себе вторичный субстрат, который находится поблизости от проводящего канала; и обнаружение ответа проводящего канала.[0030] The ninth aspect disclosed herein is a method comprising introducing a template polynucleotide strand into a sensor having a polymerase bound to a conductive channel; introducing a fluid comprising a secondary substrate and labeled nucleotides into the sensor, whereby a nucleotide of one of the labeled nucleotides binds to a polymerase, and a label of one of the labeled nucleotides participates in a pH change reaction involving a secondary substrate that is located in the vicinity of conducting channel; and detecting a conductive channel response.

[0031] В примере этого девятого аспекта, полимераза датчика представляет собой часть комплекса с ферментным катализатором, метка представляет собой группу, которая улучшает или замедляет кинетику ферментного катализатора, и способ дополнительно содержит обнаружение изменения заряда по сравнению с базовым зарядом.[0031] In an example of this ninth aspect, the sensor polymerase is part of a complex with an enzyme catalyst, the label is a group that improves or retards the kinetics of the enzyme catalyst, and the method further comprises detecting a charge change from base charge.

[0032] В примере этого девятого аспекта, полимераза датчика представляет собой часть комплекса с ферментным катализатором, метка представляет собой вторичный субстрат, и способ дополнительно содержит обнаружение изменения заряда по сравнению с базовым зарядом.[0032] In an example of this ninth aspect, the sensor polymerase is part of an enzyme catalyst complex, the label is a secondary substrate, and the method further comprises detecting a change in charge from base charge.

[0033] В примере этого девятого аспекта, полимераза датчика представляет собой часть комплекса с координационным комплексом металла, метка представляет собой лиганд для металла координационного комплекса металла, и способ дополнительно содержит обнаружение изменения заряда по сравнению с базовым зарядом.[0033] In an example of this ninth aspect, the sensor polymerase is part of a complex with a metal coordination complex, the label is a ligand for the metal of the metal coordination complex, and the method further comprises detecting a change in charge from base charge.

[0034] В примере этого девятого аспекта, полимераза датчика представляет собой часть комплекса с ферментным катализатором, конъюгат нуклеинокислотной шпильки/ингибитора фермента присоединяется к ферментному катализатору, метка представляет собой олигонуклеотидную последовательность, которая является комплементарной части конъюгата нуклеинокислотной шпильки/ингибитора фермента, и способ дополнительно содержит обнаружение изменения заряда по сравнению с базовым зарядом.[0034] In an example of this ninth aspect, the sensor polymerase is part of a complex with an enzyme catalyst, the nucleic acid hairpin/enzyme inhibitor conjugate is attached to the enzyme catalyst, the label is an oligonucleotide sequence that is complementary to the nucleic acid hairpin/enzyme inhibitor conjugate, and the method further contains the detection of a charge change compared to the base charge.

[0035] Любой один или более примеров девятого аспекта дополнительно могут содержать идентификацию нуклеотида, связанного с полимеразой, из изменения заряда и/или темпа изменения заряда.[0035] Any one or more examples of the ninth aspect may further comprise identifying the nucleotide associated with the polymerase from charge change and/or charge change rate.

[0036] В примере этого девятого аспекта, меченые нуклеотиды имеют отличающиеся скорости включения, и способ дополнительно содержит идентификацию связанного меченого нуклеотида посредством его отличающейся скорости включения.[0036] In the example of this ninth aspect, the labeled nucleotides have different incorporation rates, and the method further comprises identifying the bound labeled nucleotide by its different incorporation rate.

[0037] Следует понимать, что любые признаки этого способа могут комбинироваться между собой любым требуемым способом. Кроме того, следует понимать, что любая комбинация признаков этого способа и/или других способов, и/или считывающей системы, и/или комплектов, и/или меченых нуклеотидов может использоваться совместно и/или комбинироваться с любым из примеров, раскрытых в данном документе.[0037] It should be understood that any of the features of this method can be combined with each other in any desired way. In addition, it should be understood that any combination of features of this method and/or other methods and/or reading system and/or kits and/or labeled nucleotides may be used in conjunction with and/or combined with any of the examples disclosed herein. .

[0038] Десятый аспект, раскрытый в данном документе, представляет собой способ, содержащий выбор компонента изменения pH из группы, состоящей из фермента, который должен катализировать потребление вторичного субстрата в растворе, координационного комплекса металла, который должен катализировать потребление вторичного субстрата в растворе, и кофактора или активатора каталитической метки, присоединенной к меченому нуклеотиду; конъюгирование полимеразы с компонентом изменения pH для того, чтобы формировать комплекс; и присоединение комплекса к проводящему каналу, функционально соединенному с двумя электродами.[0038] The tenth aspect disclosed herein is a method comprising selecting a pH change component from the group consisting of an enzyme that is to catalyze consumption of a secondary substrate in solution, a metal coordination complex that is to catalyze consumption of a secondary substrate in solution, and a cofactor or activator for a catalytic label attached to a labeled nucleotide; conjugating the polymerase with the pH change component to form a complex; and attaching the complex to a conductive channel operably connected to the two electrodes.

[0039] Следует понимать, что любые признаки этого способа могут комбинироваться между собой любым требуемым способом. Кроме того, следует понимать, что любая комбинация признаков этого способа и/или других способов, и/или считывающей системы, и/или комплектов, и/или меченых нуклеотидов может использоваться совместно и/или комбинироваться с любым из примеров, раскрытых в данном документе.[0039] It should be understood that any of the features of this method can be combined with each other in any desired way. In addition, it should be understood that any combination of features of this method and/or other methods and/or reading system and/or kits and/or labeled nucleotides may be used in conjunction with and/or combined with any of the examples disclosed herein. .

[0040] Одиннадцатый аспект, раскрытый в данном документе, представляет собой смесь для включения, содержащую жидкость-носитель; комплекс, включающий в себя полимеразу и компонент изменения pH, связанный с полимеразой, причем компонент изменения pH выбирается из группы, состоящей из фермента, который должен катализировать потребление вторичного субстрата, координационного комплекса металла, который должен катализировать потребление вторичного субстрата, и кофактора или активатора, который должен катализировать потребление вторичного субстрата; и меченый нуклеотид, включающий в себя нуклеотид, связывающую молекулу, присоединенную к терминальной фосфатной группе нуклеотида, и метку, присоединенную к связывающей молекуле, при этом метка должна участвовать в реакции изменения pH, заключающей в себе вторичный субстрат.[0040] The eleventh aspect disclosed herein is an inclusion mixture comprising a carrier liquid; a complex comprising a polymerase and a pH change component associated with the polymerase, wherein the pH change component is selected from the group consisting of an enzyme that is to catalyze the consumption of the secondary substrate, a metal coordination complex that is to catalyze the consumption of the secondary substrate, and a cofactor or activator, which should catalyze the consumption of the secondary substrate; and a labeled nucleotide comprising a nucleotide having a binding molecule attached to a terminal phosphate group of the nucleotide and a label attached to the binding molecule, which label must participate in a pH change reaction comprising a secondary substrate.

[0041] В примере этого одиннадцатого аспекта, компонент изменения pH представляет собой фермент, и метка выбирается из группы, состоящей из первой группы, которая улучшает кинетику фермента, и второй группы, которая замедляет кинетику фермента; компонент изменения pH представляет собой координационный комплекс металла, и метка представляет собой лиганд для металла координационного комплекса металла, при этом лиганд изменяет каталитическое свойство координационного комплекса металла; или компонент изменения pH представляет собой кофактор или активатор, и метка представляет собой каталитическую метку, которая активируется посредством кофактора или активатора.[0041] In the example of this eleventh aspect, the pH change component is an enzyme, and the label is selected from the group consisting of a first group that improves the kinetics of the enzyme and a second group that slows down the kinetics of the enzyme; the pH change component is a metal coordination complex, and the label is a ligand for the metal of the metal coordination complex, wherein the ligand changes the catalytic property of the metal coordination complex; or the pH change component is a cofactor or activator, and the label is a catalytic label that is activated by the cofactor or activator.

[0042] В примере этого одиннадцатого аспекта, компонент изменения pH представляет собой фермент; комплекс дополнительно включает в себя конъюгат нуклеинокислотной шпильки/ингибитора фермента, присоединенный к ферменту; и метка представляет собой олигонуклеотидную последовательность, которая является комплементарной части конъюгата нуклеинокислотной шпильки/ингибитора фермента.[0042] In the example of this eleventh aspect, the pH change component is an enzyme; the complex further includes a nucleic acid hairpin/enzyme inhibitor conjugate attached to the enzyme; and the label is an oligonucleotide sequence that is complementary to the nucleic acid hairpin/enzyme inhibitor conjugate.

[0043] Следует понимать, что любые признаки этой смеси для включения могут комбинироваться между собой любым требуемым способом. Кроме того, следует понимать, что любая комбинация признаков смеси для включения и/или способов, и/или считывающей системы, и/или комплектов, и/или меченых нуклеотидов может использоваться совместно и/или комбинироваться с любым из примеров, раскрытых в данном документе.[0043] It should be understood that any features of this inclusion mixture may be combined with each other in any desired manner. In addition, it should be understood that any combination of features of the mixture for inclusion and/or methods and/or reading system and/or kits and/or labeled nucleotides can be used together and/or combined with any of the examples disclosed herein. .

[0044] Двенадцатый аспект, раскрытый в данном документе, представляет собой комплект, содержащий смесь для включения одиннадцатого аспекта и смесь с вторичным субстратом, включающую в себя вторую жидкость-носитель и вторичный субстрат.[0044] The twelfth aspect disclosed herein is a kit containing a mixture to include the eleventh aspect and a secondary substrate mixture comprising a second carrier fluid and a secondary substrate.

[0045] Пример двенадцатого аспекта дополнительно содержит проточную кювету, включающую в себя подложку, включающую в себя множество углублений, отделенных посредством промежуточных областей; проводящий канал внизу каждого из множества углублений; и, по меньшей мере, один праймер, прикрепляемый в каждом из углублений.[0045] An example of the twelfth aspect further comprises a flow cell including a substrate including a plurality of recesses separated by intermediate regions; a conductive channel at the bottom of each of the plurality of recesses; and at least one primer attached in each of the recesses.

[0046] Следует понимать, что любые признаки этого комплекта могут комбинироваться между собой любым требуемым способом. Кроме того, следует понимать, что любая комбинация признаков этого комплекта и/или смеси для включения, и/или способов, и/или считывающей системы, и/или других комплектов, и/или меченых нуклеотидов может использоваться совместно и/или комбинироваться с любым из примеров, раскрытых в данном документе.[0046] It should be understood that any of the features of this kit can be combined with each other in any desired way. In addition, it should be understood that any combination of the features of this kit and/or inclusion mix and/or methods and/or reading system and/or other kits and/or labeled nucleotides can be used in conjunction with and/or combined with any from the examples disclosed in this document.

[0047] Тринадцатый аспект, раскрытый в данном документе, представляет собой смесь для включения, содержащую жидкость-носитель, включающую в себя буфер; комплекс, включающий в себя полимеразу и компонент изменения pH, связанный с полимеразой, причем компонент изменения pH выбирается из группы, состоящей из фермента, который должен катализировать потребление вторичного субстрата, координационного комплекса металла, который должен катализировать потребление вторичного субстрата, и кофактора или активатора, который должен катализировать потребление вторичного субстрата; и меченый нуклеотид, включающий в себя нуклеотид, имеющий блокирующую группу 3'-OH, расщепляемую связывающую молекулу, присоединенную к основанию или сахару нуклеотида, и метку, присоединенную к связывающей молекуле, при этом метка должна участвовать в реакции изменения pH, заключающей в себе вторичный субстрат.[0047] The thirteenth aspect disclosed herein is an inclusion mixture containing a carrier liquid comprising a buffer; a complex comprising a polymerase and a pH change component associated with the polymerase, wherein the pH change component is selected from the group consisting of an enzyme that is to catalyze the consumption of the secondary substrate, a metal coordination complex that is to catalyze the consumption of the secondary substrate, and a cofactor or activator, which should catalyze the consumption of the secondary substrate; and a labeled nucleotide comprising a nucleotide having a 3'-OH blocking group, a cleavable binding molecule attached to the base or sugar of the nucleotide, and a label attached to the binding molecule, wherein the label must participate in a pH change reaction involving a secondary substrate.

[0048] В примере тринадцатого аспекта, компонент изменения pH представляет собой фермент, и метка выбирается из группы, состоящей из первой группы, которая улучшает кинетику фермента, второй группы, которая замедляет кинетику фермента, и вторичного субстрата; или компонент изменения pH представляет собой координационный комплекс металла, и метка представляет собой лиганд для металла координационного комплекса металла, при этом лиганд изменяет каталитическое свойство координационного комплекса металла; или компонент изменения pH представляет собой кофактор или активатор, и метка представляет собой каталитическую метку, которая активируется посредством кофактора или активатора.[0048] In the example of the thirteenth aspect, the pH change component is an enzyme, and the label is selected from the group consisting of a first group that improves the kinetics of the enzyme, a second group that slows down the kinetics of the enzyme, and a secondary substrate; or the pH change component is a metal coordination complex, and the label is a ligand for the metal of the metal coordination complex, wherein the ligand changes the catalytic property of the metal coordination complex; or the pH change component is a cofactor or activator, and the label is a catalytic label that is activated by the cofactor or activator.

[0049] В примере тринадцатого аспекта, компонент изменения pH представляет собой фермент; комплекс дополнительно включает в себя конъюгат нуклеинокислотной шпильки/ингибитора фермента, присоединенный к ферменту; и метка представляет собой олигонуклеотидную последовательность, которая является комплементарной части конъюгата нуклеинокислотной шпильки/ингибитора фермента.[0049] In the example of the thirteenth aspect, the pH change component is an enzyme; the complex further includes a nucleic acid hairpin/enzyme inhibitor conjugate attached to the enzyme; and the label is an oligonucleotide sequence that is complementary to the nucleic acid hairpin/enzyme inhibitor conjugate.

[0050] Следует понимать, что любые признаки этого комплекта для включения могут комбинироваться между собой любым требуемым способом. Кроме того, следует понимать, что любая комбинация признаков этой смеси для включения и/или способов, и/или считывающей системы, и/или комплектов, и/или меченых нуклеотидов может использоваться совместно и/или комбинироваться с любым из примеров, раскрытых в данном документе.[0050] It should be understood that any of the features of this inclusion kit can be combined with each other in any desired manner. In addition, it should be understood that any combination of features of this mixture for inclusion and/or methods and/or reading system and/or kits and/or labeled nucleotides can be used together and/or combined with any of the examples disclosed in this document.

[0051] Четырнадцатый аспект, раскрытый в данном документе, представляет собой комплект, содержащий смесь для включения, заданную в тринадцатом аспекте, и смесь с вторичным субстратом, включающую в себя вторую жидкость-носитель и вторичный субстрат.[0051] The fourteenth aspect disclosed herein is a kit containing the inclusion mixture defined in the thirteenth aspect and a secondary substrate mixture comprising a second carrier fluid and a secondary substrate.

[0052] Пример четырнадцатого аспекта дополнительно содержит проточную кювету, включающую в себя подложку, включающую в себя множество углублений, отделенных посредством промежуточных областей; проводящий канал внизу каждого из множества углублений; и праймер, прикрепляемый в каждом из углублений.[0052] An example of the fourteenth aspect further comprises a flow cell including a substrate including a plurality of recesses separated by intermediate regions; a conductive channel at the bottom of each of the plurality of recesses; and a primer attached in each of the recesses.

[0053] Пример четырнадцатого аспекта дополнительно содержит раствор деблокирующего агента.[0053] An example of the fourteenth aspect further comprises a solution of a deblocking agent.

[0054] Следует понимать, что любые признаки этого комплекта могут комбинироваться между собой любым требуемым способом. Кроме того, следует понимать, что любая комбинация признаков этого комплекта и/или способов, и/или считывающей системы, и/или других комплектов, и/или меченых нуклеотидов, и/или смеси для включения может использоваться совместно и/или комбинироваться с любым из примеров, раскрытых в данном документе.[0054] It should be understood that any features of this kit can be combined with each other in any desired way. In addition, it should be understood that any combination of the features of this kit and/or methods and/or reading system and/or other kits and/or labeled nucleotides and/or incorporation mixture can be used together and/or combined with any from the examples disclosed in this document.

[0055] Еще дополнительно, следует понимать, что любые признаки любого из аспектов могут использоваться отдельно или в комбинации любым требуемым способом и/или могут комбинироваться с любым из примеров, раскрытых в данном документе, по меньшей мере, чтобы достигать выгод, как описано в данном документе.[0055] Still further, it should be understood that any features of any of the aspects may be used alone or in combination in any desired manner and/or may be combined with any of the examples disclosed herein at least to achieve the benefits as described in this document.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

[0056] Признаки примеров настоящего раскрытия сущности должны становиться очевидными со ссылкой на нижеприведенное подробное описание и чертежи, на которых аналогичные ссылки с номерами соответствуют аналогичным, хотя, возможно, и не идентичным компонентам. Для краткости, ссылки с номерами или признаки, имеющие вышеописанную функцию, могут описываться или могут не описываться в связи с другими чертежами, на которых они появляются.[0056] Features of examples of the present disclosure should become apparent with reference to the following detailed description and drawings, in which like reference numerals correspond to similar, although perhaps not identical, components. For brevity, reference numbers or features having the above function may or may not be described in connection with the other drawings in which they appear.

[0057] Фиг. 1A-1C являются схематичными иллюстрациями различных примеров меченых нуклеотидов, раскрытых в данном документе;[0057] FIG. 1A-1C are schematic illustrations of various examples of labeled nucleotides disclosed herein;

[0058] Фиг. 2 является схематичной иллюстрацией, иллюстрирующей один пример считывающей системы, раскрытой в данном документе, и пример меченого нуклеотида и вторичного субстрата, которые могут использоваться в этом примере считывающей системы;[0058] FIG. 2 is a schematic illustration illustrating one example of a reading system disclosed herein and an example of a labeled nucleotide and secondary substrate that can be used in this example of a reading system;

[0059] Фиг. 3A является схематичной иллюстрацией, иллюстрирующей другой пример считывающей системы, раскрытой в данном документе, и пример меченых нуклеотидов и вторичного субстрата, которые могут использоваться в этом примере считывающей системы;[0059] FIG. 3A is a schematic illustration illustrating another example of a reading system disclosed herein and an example of labeled nucleotides and a secondary substrate that can be used in this example of a reading system;

[0060] Фиг. 3B иллюстрирует пример считывающей системы по фиг. 3,A используемой в другом примере меченого нуклеотида, раскрытого в данном документе;[0060] FIG. 3B illustrates an example of the reader system of FIG. 3A used in another example of a labeled nucleotide disclosed herein;

[0061] Фиг. 4 является схематичной иллюстрацией, иллюстрирующей другой пример считывающей системы, раскрытой в данном документе, и пример меченого нуклеотида и вторичного субстрата, которые могут использоваться в этом примере считывающей системы;[0061] FIG. 4 is a schematic illustration illustrating another example of a reading system disclosed herein and an example of a labeled nucleotide and secondary substrate that can be used in this example of a reading system;

[0062] Фиг. 5 является схематичной иллюстрацией, иллюстрирующей еще один другой пример считывающей системы, раскрытой в данном документе, и пример меченого нуклеотида и вторичного субстрата, которые могут использоваться в этом примере считывающей системы;[0062] FIG. 5 is a schematic illustration illustrating yet another example of a reading system disclosed herein and an example of a labeled nucleotide and secondary substrate that can be used in this example of a reading system;

[0063] Фиг. 6A является схематичной иллюстрацией, иллюстрирующей еще один другой пример считывающей системы, раскрытой в данном документе;[0063] FIG. 6A is a schematic illustration illustrating yet another example of the reader system disclosed herein;

[0064] Фиг. 6B иллюстрирует пример считывающей системы по фиг. 6A, используемой в другом примере меченого нуклеотида, раскрытого в данном документе;[0064] FIG. 6B illustrates an example of the reader system of FIG. 6A used in another example of a labeled nucleotide disclosed herein;

[0065] Фиг. 7A является видом сверху примера проточной кюветы;[0065] FIG. 7A is a top view of an example flow cell;

[0066] Фиг. 7B является укрупненным видом в частичном сечении примера проточной кюветы, подходящей для использования при считывании одиночных молекул;[0066] FIG. 7B is an enlarged partial sectional view of an example of a flow cell suitable for use in single molecule readings;

[0067] Фиг. 7C является укрупненным видом в частичном сечении примера проточной кюветы, подходящей для использования при секвенировании ансамблей; и[0067] FIG. 7C is an enlarged partial sectional view of an example flow cell suitable for use in ensemble sequencing; And

[0068] Фиг. 7D является укрупненным видом в частичном сечении еще одного другого примера проточной кюветы, подходящей для использования при секвенировании ансамблей.[0068] FIG. 7D is an enlarged partial sectional view of yet another example of a flow cell suitable for use in ensemble sequencing.

Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention

[0069] Некоторые примерные считывающие системы, раскрытые в данном документе, могут использоваться для обнаружения одиночных молекул в процедурах секвенирования нуклеиновых кислот. Каждая из этих считывающих систем включает в себя один проводящий канал с одной полимеразой или одним полимеразосодержащим комплексом, присоединенным к нему. Этот проводящий канал может обнаруживать изменение заряда как результат локализованного изменения pH (концентрации ионов водорода). При использовании, меченые нуклеотиды и вторичный субстрат вводятся в считывающую систему. По мере того, как азотистое основание одного из меченых нуклеотидов включается в образующуюся цепь посредством полимеразы, вторичный субстрат потребляется в реакции формирования кислоты или основания (что увеличивает или уменьшает концентрацию заряженных ионов). Реакция формирования кислоты или основания также заключает в себе компонент изменения pH, который, в некоторых примерах, иммобилизируется на проводящем канале в качестве части комплекса; и, в других примерах, представляет собой метку включенного меченого нуклеотида. Некоторые реакции формирования кислоты или основания заключают в себе несколько компонентов изменения pH, например, один в качестве части комплекса и другой в качестве метки меченого нуклеотида. Эти конфигурации обеспечивают возможность расположения компонента изменения pH на/около поверхности проводящего канала; и в силу этого реакция формирования кислоты или основания локализуется на поверхности проводящего канала. В некоторых случаях, заряженные ионы реагируют с поверхностными группами проводящего канала, вызывая протонирование или депротонирование поверхностных групп, что изменяет заряд поверхностных групп. В этих случаях, заряд поверхностных групп считывается. Поскольку заряды находятся непосредственно на поверхности проводящего канала, они не могут эффективно экранироваться посредством ионов в растворе и в силу этого могут вызывать большие изменения порогового напряжения и тока. В других случаях, заряженные ионы, получающиеся в результате формирования кислоты или основания, считываются.[0069] Some exemplary reading systems disclosed herein can be used to detect single molecules in nucleic acid sequencing procedures. Each of these reading systems includes one conducting channel with one polymerase or one polymerase-containing complex attached to it. This conductive channel can detect a change in charge as a result of a localized change in pH (hydrogen ion concentration). When used, labeled nucleotides and a secondary substrate are introduced into the reading system. As the nitrogenous base of one of the labeled nucleotides is incorporated into the resulting strand by polymerase, the secondary substrate is consumed in an acid or base formation reaction (which increases or decreases the concentration of charged ions). The acid or base formation reaction also includes a pH change component, which, in some examples, is immobilized on the conductive channel as part of the complex; and, in other examples, is a label of the included labeled nucleotide. Some acid or base formation reactions involve multiple pH changing components, for example one as part of the complex and another as a tag for the labeled nucleotide. These configurations allow the pH change component to be positioned on/near the surface of the conductive channel; and because of this, the reaction of formation of acid or base is localized on the surface of the conducting channel. In some cases, charged ions react with the surface groups of the conductive channel, causing protonation or deprotonation of the surface groups, which changes the charge of the surface groups. In these cases, the charge of the surface groups is read out. Since the charges are directly on the surface of the conductive channel, they cannot be effectively shielded by the ions in solution and therefore can cause large changes in the threshold voltage and current. In other cases, charged ions resulting from the formation of an acid or base are read.

[0070] Некоторые другие примерные считывающие системы, раскрытые в данном документе, могут использоваться для процедур секвенирования нуклеиновых кислот в ансамблях. Каждая из этих считывающих систем включает в себя проводящий канал с газоном праймеров (например, олигопар) на нем. Этот проводящий канал может обнаруживать изменение заряда как результат локализованного изменения pH. При использовании, библиотечные матрицы вводятся и гибридизируются в праймерах. Формирование кластеров выполняется для того, чтобы формировать несколько матричных полинуклеотидных цепей. Полимеразосодержащие комплексы, меченые нуклеотиды и вторичные субстраты затем вводятся в считывающую систему. Во время или после того, как азотистое основание соответствующих меченых нуклеотидов включается (посредством соответствующих полимераз комплексов) в соответствующие образующиеся цепи, сформированные вдоль соответствующих матричных полинуклеотидных цепей, вторичные субстраты потребляются в реакции формирования кислоты или основания (что увеличивает или уменьшает концентрацию заряженных ионов). Аналогично считыванию одиночных молекул, реакция формирования кислоты или основания также заключает в себе компонент изменения pH, который представляет собой часть полимеразосодержащего комплекса или представляет собой метку включенных меченых нуклеотидов. Эти конфигурации обеспечивают возможность расположения компонента изменения pH на/около поверхности проводящего канала; и в силу этого реакция формирования кислоты или основания локализуется на поверхности проводящего канала. Заряженные ионы или реакция заряженных ионов с поверхностными группами проводящего канала считывается.[0070] Some other exemplary reading systems disclosed herein may be used for array nucleic acid sequencing procedures. Each of these reading systems includes a conductive channel with a lawn of primers (eg, oligopares) on it. This conductive channel can detect a change in charge as a result of a localized change in pH. When used, library templates are introduced and hybridized into primers. Clustering is performed in order to form multiple template polynucleotide chains. Polymerase-containing complexes, labeled nucleotides and secondary substrates are then introduced into the reading system. During or after the nitrogenous base of the respective labeled nucleotides is incorporated (via the respective complex polymerases) into the respective nascent strands formed along the respective template polynucleotide strands, secondary substrates are consumed in an acid or base formation reaction (which increases or decreases the concentration of charged ions). Similar to reading single molecules, the acid or base formation reaction also includes a pH change component that is part of the polymerase-containing complex or is a label of the included labeled nucleotides. These configurations allow the pH change component to be positioned on/near the surface of the conductive channel; and because of this, the reaction of formation of acid or base is localized on the surface of the conducting channel. Charged ions or the reaction of charged ions with the surface groups of the conducting channel is read.

[0071] В любом из примеров, раскрытых в данном документе, реакции формирования кислоты или основания могут формировать сотни или тысячи либо еще большее число протонов или молекул основания, за счет этого формируя большое и локализованное изменение pH.[0071] In any of the examples disclosed herein, acid or base formation reactions can form hundreds or thousands or even more protons or base molecules, thereby generating a large and localized change in pH.

[0072] В любом из примеров, раскрытых в данном документе, компонент изменения pH может представлять собой любые химические частицы, которые могут участвовать в реакции формирования кислоты или основания с вторичным субстратом или модифицировать активность другого компонента изменения pH, который действует на вторичный субстрат. В качестве примеров, компонент изменения pH может катализировать (вызывать или ускорять) реакцию формирования кислоты или основания, заключающую в себе вторичный субстрат, может ингибировать реакцию формирования кислоты или основания, заключающую в себе вторичный субстрат, может улучшать или замедлять кинетику реакции формирования кислоты или основания либо может иным способом участвовать в реакции формирования кислоты или основания, заключающей в себе вторичный субстрат. Некоторые примеры компонента изменения pH иммобилизируются на проводящем канале в качестве части комплекса; и другие примеры компонента изменения pH представляют собой метку включенного меченого нуклеотида. В некоторых случаях, два компонента изменения pH могут взаимодействовать между собой для того, чтобы формировать изменение pH.[0072] In any of the examples disclosed herein, the pH change component can be any chemical species that can participate in an acid or base forming reaction with a secondary substrate or modify the activity of another pH change component that acts on the secondary substrate. As examples, the pH change component can catalyze (cause or speed up) an acid or base forming reaction containing a secondary substrate, can inhibit an acid or base forming reaction containing a secondary substrate, can improve or slow down the kinetics of an acid or base forming reaction or may otherwise participate in an acid or base formation reaction containing a secondary substrate. Some examples of the pH change component are immobilized on the conduction channel as part of the complex; and other examples of the pH change component is the label of the included labeled nucleotide. In some cases, the two components of the pH change may interact to form the pH change.

[0073] Реакции формирования кислоты или основания (изменения pH), раскрытые в данном документе, заключают в себе вторичный субстрат. При использовании в данном документе, термин "вторичный субстрат" означает химические частицы, которые потребляются в реакции, которая формирует кислоту или основание, причем химические частицы представляют собой отдельную молекулу относительно нуклеотида, основание которого допускает взаимодействие с полимеразой комплекса, либо представляют собой отличающуюся молекулу, присоединенную к сахару или основанию нуклеотида, основание которого допускает взаимодействие с полимеразой комплекса, и не представляют собой побочный продукт события включения азотистого основания. Использование отличающегося вторичного субстрата обеспечивает возможность разъединения кинетики обнаруженного изменения pH от кинетики включения нуклеотида. В некоторых примерах, компонент изменения pH, который взаимодействует с вторичным субстратом, может быть кинетически значительно быстрее полимеразы, которая взаимодействует с нуклеотидом. Это обеспечивает возможность наблюдения большего изменения pH для одного события включения или для группы событий включения.[0073] Acid or base formation reactions (pH changes) disclosed herein involve a secondary substrate. As used herein, the term "secondary substrate" means chemical species that are consumed in a reaction that forms an acid or a base, where the chemical species is a separate molecule from a nucleotide whose base allows interaction with the polymerase of the complex, or is a different molecule, attached to the sugar or base of a nucleotide whose base allows interaction with the polymerase of the complex, and is not a by-product of the nitrogenous base incorporation event. The use of a different secondary substrate allows the kinetics of the detected pH change to be decoupled from the kinetics of nucleotide incorporation. In some examples, the pH change component that interacts with the secondary substrate may be kinetically significantly faster than the polymerase that interacts with the nucleotide. This makes it possible to observe a larger change in pH for a single turn-on event or for a group of turn-on events.

[0074] Желательно, если реакции формирования кислоты или основания (изменения pH) осуществляются поблизости от проводящего канала. "Поблизости", в общем, означает любое расстояние, на которое может диффундировать сформированная кислота или основание. В решетке с повторяющимися/периодическими считывающими системами, "поблизости" может задаваться с точки зрения шага датчика/считывающей системы. Шаг датчика или шаг считывающей системы означает расстояние между двумя последовательными датчиками/считывающими системами вдоль линии. В примере, зона реакции (в которой формируется кислота или основание) считывающей системы может составлять в пределах 1/2 относительно шага датчика из проводящего канала считывающей системы.[0074] Desirably, acid or base formation reactions (pH changes) take place in the vicinity of the conductive channel. "Proximity" generally means any distance that a formed acid or base can diffuse. In an array with repetitive/periodic reading systems, "nearby" can be specified in terms of the pitch of the sensor/reading system. Sensor pitch or reader system pitch refers to the distance between two consecutive sensors/reader systems along a line. In an example, the reaction zone (in which the acid or base is formed) of the reading system may be within 1/2 of the sensor pitch from the conductive channel of the reading system.

[0075] Несколько примеров считывающей системы 10A-10E для считывания одиночных молекул раскрываются в данном документе и показаны и описываются на фиг. 2, фиг. 3A, фиг. 3B, фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6A и фиг. 6B. Пример считывающих систем 40A и 40B для секвенирования ансамблей показывается на фиг. 7C и фиг. 7D. Каждый пример считывающей системы 10A-10E или 40A-40B может использоваться с меченым нуклеотидом. Некоторые меченые нуклеотиды допускают расщепление естественным путем после включения основания, и этот пример схематично показывается на фиг. 1A. Некоторые другие меченые нуклеотиды включают в себя обратимый терминатор, который обеспечивает возможность возникать только включению одиночного основания в каждом цикле секвенирования, и примеры химической структуры некоторых из этих меченых нуклеотидов показаны на фиг. 1B. Любой из этих примеров также может включать в себя вторичный субстрат в качестве отличающейся молекулы, присоединенной к сахару или основанию (фиг. 1C). Ниже описывается каждый из меченых нуклеотидов.[0075] Several examples of a single molecule reading system 10A-10E are disclosed herein and shown and described in FIG. 2, fig. 3A, FIG. 3B, FIG. 4, fig. 5, fig. 6A and FIG. 6b. An example of array sequencing read systems 40A and 40B is shown in FIG. 7C and FIG. 7D. Each example of reading system 10A-10E or 40A-40B can be used with a labeled nucleotide. Some labeled nucleotides are naturally cleavable after base incorporation, and this example is shown schematically in FIG. 1A. Some other labeled nucleotides include a reversible terminator that allows only single base insertion to occur in each sequencing run, and examples of the chemical structure of some of these labeled nucleotides are shown in FIG. 1b. Any of these examples can also include a secondary substrate as a different molecule attached to a sugar or base (FIG. 1C). Each of the labeled nucleotides is described below.

[0076] Меченые нуклеотиды [0076] Labeled nucleotides

[0077] Как проиллюстрировано на фиг. 1A, меченый нуклеотид 12 включает в себя нуклеотид 14, связывающую молекулу 16, присоединенную к терминальной фосфатной группе нуклеотида 14, и метку 18, присоединенную к связывающей молекуле 16. Меченый нуклеотид 12 может считаться неестественным или синтетическим нуклеотидом, поскольку он структурно или химически отличается от естественного нуклеотида.[0077] As illustrated in FIG. 1A, labeled nucleotide 12 includes nucleotide 14, a binding molecule 16 attached to the terminal phosphate group of nucleotide 14, and a label 18 attached to binding molecule 16. Labeled nucleotide 12 may be considered an unnatural or synthetic nucleotide because it is structurally or chemically different from natural nucleotide.

[0078] Нуклеотид 14 меченого нуклеотида 12 может представлять собой естественный нуклеотид. Естественные нуклеотиды включают в себя азотсодержащее гетероциклическое основание (либо азотистое основание), сахар и одну или более фосфатных групп. Примеры естественных нуклеотидов включают в себя, например, рибонуклеотиды или дезоксирибонуклеотиды. В рибонуклеотиде, сахар представляет собой рибозу, а в дезоксирибонуклеотиде, сахар представляет собой дезоксирибозу (т.е. сахар с отсутствующей гидроксильной группой, которая присутствует в 2'-позиции в рибозе). В примере, нуклеотид 14 находится в форме полифосфата, поскольку он включает в себя несколько фосфатных групп (например, трифосфат (т.е. гамма-фосфат), тетрафосфат, пентафосфат, гексафосфат и т.д.). Гетероциклическое основание может представлять собой пуриновое основание или пиримидиновое основание, или любой другой аналог нуклеооснования. Пуриновые основания включают в себя аденин (A) и гуанин (G) и их модифицированные производные либо аналоги. Пиримидиновые основания включают в себя цитозин (C), тимин (T) и урацил (U) и их модифицированные производные либо аналоги. Атом C-1 дезоксирибозы связывается с N-1 пиримидина или N-9 пурина.[0078] Nucleotide 14 of labeled nucleotide 12 may be a natural nucleotide. Natural nucleotides include a nitrogen-containing heterocyclic base (or nitrogenous base), a sugar, and one or more phosphate groups. Examples of natural nucleotides include, for example, ribonucleotides or deoxyribonucleotides. In a ribonucleotide, the sugar is a ribose, and in a deoxyribonucleotide, the sugar is a deoxyribose (i.e., a sugar with a missing hydroxyl group that is present at the 2' position in the ribose). In the example, nucleotide 14 is in the form of a polyphosphate because it includes several phosphate groups (eg, triphosphate (ie, gamma phosphate), tetraphosphate, pentaphosphate, hexaphosphate, etc.). The heterocyclic base may be a purine base or a pyrimidine base, or any other nucleobase analog. Purine bases include adenine (A) and guanine (G) and their modified derivatives or analogues. Pyrimidine bases include cytosine (C), thymine (T), and uracil (U) and modified derivatives or analogs thereof. The C-1 atom of deoxyribose binds to the N-1 of the pyrimidine or the N-9 of the purine.

[0079] Меченый нуклеотид 12 также включает в себя связывающую молекулу 16. Связывающая молекула 16 может представлять собой любую длинноцепочечную молекулу, которая может химически связываться, на одном конце, с фосфатной группой(ами) нуклеотида 14, и которая может химически связываться, на другом конце, с меткой 18. В некоторых случаях, связывающая молекула 16 также может выбираться таким образом, что она не взаимодействует с полимеразой 28 (см., например, фиг. 2, фиг. 3A, фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6A и фиг. 6B). В других случаях, связывающая молекула 16 также может выбираться таким образом, что она слабо взаимодействует с полимеразой 28, поскольку это слабое взаимодействие может помогать направлять метку 18 в позицию поблизости от проводящего канала. Связывающая молекула 16 может выбираться таким образом, что она является достаточно длинной для того чтобы разрешать метке 18 связываться с компонентом изменения pH и/или вторичным субстратом 34 (см., например, фиг. 2), в то время как, например, нуклеотид 14 удерживается посредством полимеразы 28 во время события включения.[0079] Labeled nucleotide 12 also includes binding molecule 16. Binding molecule 16 can be any long chain molecule that can chemically bond, at one end, to the phosphate group(s) of nucleotide 14, and that can chemically bond, at the other end, labeled 18. In some cases, the binding molecule 16 can also be chosen so that it does not interact with polymerase 28 (see, for example, Fig. 2, Fig. 3A, Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6A and Fig. 6B). In other cases, the binding molecule 16 may also be chosen such that it interacts weakly with the polymerase 28, since this weak interaction can help direct the label 18 to a position close to the conduction channel. Binding molecule 16 may be chosen such that it is long enough to allow label 18 to bind to the pH change component and/or secondary substrate 34 (see, for example, FIG. 2), while, for example, nucleotide 14 retained by polymerase 28 during the on event.

[0080] В качестве примеров, связывающая молекула 16 может включать в себя алкильную цепь, поли(этиленгликольную) цепь, амидогруппу, фосфатную группу, гетероцикл, такой как триазол, нуклеотиды либо комбинации вышеозначенного. Примеры алкильной цепи могут включать в себя, по меньшей мере, 6 атомов углерода, и примеры поли(этиленгликольной) цепи могут включать в себя, по меньшей мере, 3 этиленгликольных звена.[0080] As examples, linking molecule 16 may include an alkyl chain, a poly(ethylene glycol) chain, an amido group, a phosphate group, a heterocycle such as a triazole, nucleotides, or combinations of the above. Examples of an alkyl chain may include at least 6 carbon atoms, and examples of a poly(ethylene glycol) chain may include at least 3 ethylene glycol units.

[0081] Нижеприведенный пример иллюстрирует пример меченого нуклеотида 12, в котором связывающая молекула 16 содержит алкильную цепь, амидную группу, поли(этиленгликольную) цепь и триазол:[0081] The following example illustrates an example of labeled nucleotide 12, in which binding molecule 16 contains an alkyl chain, an amide group, a poly(ethylene glycol) chain, and a triazole:

Figure 00000001
Figure 00000001

Нижеприведенный пример иллюстрирует другой пример меченого нуклеотида 12, в котором связывающая молекула 16 содержит алкильные цепи, амидную группу, поли(этиленгликольные) цепи, триазол и фосфатную группу:The following example illustrates another example of labeled nucleotide 12 in which binding molecule 16 contains alkyl chains, an amide group, poly(ethylene glycol) chains, a triazole, and a phosphate group:

Figure 00000002
Figure 00000002

Нижеприведенный пример иллюстрирует еще один другой пример меченого нуклеотида 12, в котором связывающая молекула 16 содержит алкильные цепи, амидные группы, поли(этиленгликольные) цепи, триазол и фосфатную группу:The following example illustrates yet another example of labeled nucleotide 12, in which binding molecule 16 contains alkyl chains, amide groups, poly(ethylene glycol) chains, a triazole, and a phosphate group:

Figure 00000003
Figure 00000003

Нижеприведенный пример иллюстрирует еще дополнительный пример меченого нуклеотида 12, в котором связывающая молекула 16 содержит алкильные цепи, амидную группу, поли(этиленгликольные) цепи, триазол, фосфатную группу и полинуклеотидную цепь:The following example illustrates a further example of labeled nucleotide 12, in which binding molecule 16 contains alkyl chains, an amide group, poly(ethylene glycol) chains, a triazole, a phosphate group, and a polynucleotide chain:

Figure 00000004
Figure 00000004

[0082] [0083] Хотя описываются несколько примерных связывающих молекул 16, следует понимать, что могут использоваться другие связывающие молекулы 16. Выбор связывающей молекулы 16 должен зависеть, частично, от метки 18, которая должна присоединяться к нуклеотиду 14. Кроме того, длина связывающей молекулы 16 может выбираться таким образом, что когда соответствующий нуклеотид 14 удерживается посредством полимеразы отдельной считывающей системы, соответствующая метка 18 может участвовать в реакции формирования кислоты или основания на поверхности проводящего канала 26 (см., например, фиг. 2). [0082] [0083] Although several exemplary binding molecules 16 are described, it should be understood that other binding molecules 16 may be used. molecules 16 can be chosen so that when the corresponding nucleotide 14 is retained by the polymerase of a separate reading system, the corresponding label 18 can participate in the reaction of forming an acid or base on the surface of the conductive channel 26 (see, for example, Fig. 2).

[0084] В каждом примерном меченом нуклеотиде 12, метка 18 присоединяется (через связывающую молекулу 16) к терминальному фосфатному концу нуклеотида 14. Присоединение на терминальном фосфатном конце может быть желательным в некоторых технологиях секвенирования, поскольку после включения нуклеотидного основания, связь между альфа-фосфатом и связывающей молекулой 16 или между альфа-фосфатом и бета-фосфатом расщепляется естественным путем. Это естественное расщепление обеспечивает возможность метке 18 (и связывающей молекуле 16) диссоциироваться от включенного нуклеотидного основания и диффундировать в направлении от считывающей системы 10A-10E таким образом, что другой меченый нуклеотид 12 может связываться с полимеразой 28 считывающей системы 10A-10E, и таким образом, что ранее включенное основание не создает длительные сигналы, которые создают помехи обнаружению следующего включенного основания.[0084] In each exemplary labeled nucleotide 12, tag 18 is attached (via binding molecule 16) to the terminal phosphate end of nucleotide 14. Attachment at the terminal phosphate end may be desirable in some sequencing technologies because, after incorporating the nucleotide base, the bond between the alpha-phosphate and binding molecule 16 or between alpha-phosphate and beta-phosphate is naturally cleaved. This natural cleavage allows label 18 (and binding molecule 16) to dissociate from the incorporated nucleotide base and diffuse away from the reading system 10A-10E such that another labeled nucleotide 12 can bind to polymerase 28 of the reading system 10A-10E, and thus that the previously turned on base does not produce sustained signals that interfere with the detection of the next turned on base.

[0085] Метка 18, которая включается в меченый нуклеотид 12, может зависеть, частично, от считывающей системы 10A-10E или 40A-40B, которая должна использоваться с меченым нуклеотидом 12. В дальнейшем подробнее описываются различные метки 18 в отношении каждой из считывающих систем 10A-10E и 40A-40B.[0085] The label 18 that is included in the labeled nucleotide 12 may depend, in part, on the reading system 10A-10E or 40A-40B to be used with the labeled nucleotide 12. The various labels 18 in relation to each of the reading systems are described in more detail below. 10A-10E and 40A-40B.

[0086] Как проиллюстрировано на фиг. 1B, каждый меченый нуклеотид 12A, 12B, 12C включает в себя нуклеотид 14', имеющий блокирующую группу 38A, 38B, 38C 3'-OH, расщепляемую связывающую молекулу 16', присоединенную к основанию или сахару нуклеотида 14', и метку 18, присоединенную к связывающей молекуле 16'.[0086] As illustrated in FIG. 1B, each labeled nucleotide 12A, 12B, 12C includes a nucleotide 14' having a 38A, 38B, 38C 3'-OH blocking group, a cleavable binding molecule 16' attached to the base or sugar of nucleotide 14', and a tag 18 attached to the binding molecule 16'.

[0087] Нуклеотид 14' может представлять собой любой из примеров, изложенных для нуклеотида 14. В примерах, раскрытых в данном документе, нуклеотид 14' имеет присоединенную блокирующую группу 3'-OH. Блокирующая группа 38A, 38B, 38C 3'-OH может сцепляться с атомом кислорода молекулы сахара в нуклеотиде 14'. Блокирующая группа 38A, 38B, 38C 3'-OH может представлять собой обратимый терминатор, который обеспечивает возможность возникать только включению одиночного основания в каждом цикле секвенирования. Обратимый терминатор мешает включению дополнительных оснований в образующуюся цепь, которая является комплементарной матричной полинуклеотидной цепи. Это обеспечивает обнаружение и идентификацию одного включенного основания. Блокирующая группа 38A, 38B, 38C 3'-OH затем может удаляться, обеспечивая осуществление дополнительных циклов секвенирования в каждой матричной полинуклеотидной цепи. Примеры различных блокирующих групп 38A, 38B, 38C 3'-OH показаны на фиг. 1B, включающих в себя обратимый терминатор 3'-ONH2 (показан в 38A), обратимый терминатор 3'-O-аллила (-CH=CHCH2, показан в 38B) и обратимый терминатор 3'-O-азидометила (-CH2N3, показан в 38C). Другие подходящие обратимые терминаторы включают в себя простые o-нитробензилэфиры, алкиловый o-нитробензилкарбонат, компоненты сложных эфиров, другие аллилкомпоненты, ацетали (например, трет-бутокси-этокси), MOM-(-CH2OCH3)-компоненты, 2,4-динитробензолсульфенил, тетрагидрофураниловый простой эфир, 3'-фосфат, простые эфиры, -F, -H2, -OCH3, -N3, -HCOCH3 и 2-нитробензолкарбонат.[0087] Nucleotide 14' may be any of the examples set forth for nucleotide 14. In the examples disclosed herein, nucleotide 14' has a 3'-OH blocking group attached. The blocking group 38A, 38B, 38C 3'-OH can be linked to the oxygen atom of the sugar molecule at nucleotide 14'. The 3'-OH blocking group 38A, 38B, 38C may be a reversible terminator that allows only single base insertion to occur in each sequencing run. The reversible terminator prevents the incorporation of additional bases into the resulting strand, which is complementary to the template polynucleotide strand. This ensures the detection and identification of one included base. The 38A, 38B, 38C 3'-OH blocking group can then be removed, allowing for additional sequencing rounds in each template polynucleotide strand. Examples of various 38A, 38B, 38C 3'-OH blocking groups are shown in FIG. 1B, including the 3'-ONH 2 reversible terminator (shown in 38A), the 3'-O-allyl reversible terminator (-CH=CHCH 2 , shown in 38B), and the 3'-O-azidomethyl reversible terminator (-CH 2 N 3 shown at 38C). Other suitable reversible terminators include o-nitrobenzyl ethers, alkyl o-nitrobenzyl carbonate, ester moieties, other allyl moieties, acetals (e.g., t-butoxyethoxy), MOM-(-CH 2 OCH 3 )- moieties, 2,4 -dinitrobenzenesulphenyl, tetrahydrofuranyl ether, 3'-phosphate, ethers, -F, -H 2 , -OCH 3 , -N 3 , -HCOCH 3 and 2-nitrobenzene carbonate.

[0088] В примерах, показанных на фиг. 1B, связывающая молекула 16' присоединяется к основанию (например, к пуриновому основанию или пиримидиновому основанию) нуклеотида 14'. В некоторых примерах, связывающая молекула 16' включает в себя участок расщепления, идентифицированный посредством стрелки 42 на фиг. 1B. Некоторые примеры подходящих связывающих молекул 16' показаны на фиг. 1B, хотя следует понимать, что может использоваться любой подходящий расщепляемый связывающий агент, который может присоединять метку 18 к основанию или сахару нуклеотида 14'.[0088] In the examples shown in FIG. 1B, binding molecule 16' is attached to the base (eg, purine base or pyrimidine base) of nucleotide 14'. In some examples, binding molecule 16' includes a cleavage site, identified by arrow 42 in FIG. 1b. Some examples of suitable binding molecules 16' are shown in FIG. 1B, although it should be understood that any suitable cleavable binding agent can be used that can attach the label 18 to the base or sugar of nucleotide 14'.

[0089] Метка 18, которая включается в меченый нуклеотид 12A, 12B, 12C, может зависеть, частично, от считывающей системы 10A-10E или 40A-40B, которая должна использоваться с меченым нуклеотидом 12A, 12B, 12C. В дальнейшем подробнее описываются различные метки 18 в отношении каждой из считывающих систем 10A-10E и 40A-40B.[0089] The label 18 that is included in the labeled nucleotide 12A, 12B, 12C may depend, in part, on the reading system 10A-10E or 40A-40B to be used with the labeled nucleotide 12A, 12B, 12C. In the following, the various marks 18 are described in more detail with respect to each of the reading systems 10A-10E and 40A-40B.

[0090] Еще один другой пример меченого нуклеотида 12' показывается на фиг. 1C. Как проиллюстрировано на фиг. 1C, меченый нуклеотид 12' включает в себя нуклеотид 14 и вторичный субстрат 34, присоединенный к основанию или сахару нуклеотида 14. Любой из нуклеотидов 14 или 14' может использоваться в этом случае. Вторичный субстрат 34 может присоединяться непосредственно к основанию или сахару нуклеотида 14 или 14'. В одном примере, вторичный субстрат 34 может присоединяться непосредственно к атому углерода или атому азота основания нуклеотида 14 или 14'. В другом примере, вторичный субстрат 34 может присоединяться непосредственно к атому кислорода или атому углерода молекулы сахара нуклеотида 14 или 14'. Если вторичный субстрат 34 присоединяется к 3'-OH нуклеотида 14, как показано на фиг. 1C, она должна блокировать дополнительное включение следующего основания (аналогично меченым нуклеотидам 12A-12C). Это позиционирование на молекуле сахара может быть желательным, поскольку оно приводит к потреблению вторичного субстрата 34 перед следующим событием включения и не требует отдельного деблокирующего агента для того, чтобы удалять блокирующую группу. Если используется нуклеотид 14' (который включает в себя блокирующую группу 38A, 38B, 38C 3'-OH), вторичный субстрат 34 может присоединяться непосредственно к 2'-позиции молекулы сахара нуклеотида 14'. Альтернативно, вторичный субстрат 34 может присоединяться косвенно к основанию или сахару нуклеотида 14 или 14', например, через связывающую молекулу. Примеры подходящих связывающих молекул для присоединения вторичного субстрата 34 к основанию или сахару нуклеотида 14 или 14' включают в себя полиэтиленгликольную цепь, алкильную группу, биотин/стрептавидин, пропарглиамино- либо любую группу, присоединенную к предлагаемому на рынке функционализированному нуклеооснованию.[0090] Yet another example of labeled nucleotide 12' is shown in FIG. 1C. As illustrated in FIG. 1C, labeled nucleotide 12' includes nucleotide 14 and a secondary substrate 34 attached to the base or sugar of nucleotide 14. Either nucleotide 14 or 14' can be used in this case. Secondary substrate 34 can be attached directly to the base or sugar of nucleotide 14 or 14'. In one example, secondary substrate 34 can be attached directly to the carbon or nitrogen atom of the base of nucleotide 14 or 14'. In another example, secondary substrate 34 can be attached directly to the oxygen or carbon atom of the sugar molecule of nucleotide 14 or 14'. If secondary substrate 34 is attached to the 3'-OH of nucleotide 14 as shown in FIG. 1C, it should block the addition of the next base (similar to labeled nucleotides 12A-12C). This positioning on the sugar molecule may be desirable as it results in consumption of the secondary substrate 34 prior to the next inclusion event and does not require a separate deblocking agent in order to remove the blocking group. If nucleotide 14' (which includes the blocking group 38A, 38B, 38C 3'-OH) is used, secondary substrate 34 can be attached directly to the 2' position of the sugar molecule of nucleotide 14'. Alternatively, secondary substrate 34 may be attached indirectly to the base or sugar of nucleotide 14 or 14', for example via a binding molecule. Examples of suitable binding molecules for attaching secondary substrate 34 to the base or sugar of nucleotide 14 or 14' include a polyethylene glycol chain, an alkyl group, biotin/streptavidin, proparglyamino, or any group attached to a commercially available functionalized nucleobase.

[0091] В этом примерном меченом нуклеотиде 12', вторичный субстрат 34 выбирается таким образом, что кинетика потребления вторичного субстрата 34, по меньшей мере, в десять (10) раз быстрее кинетики полимеразы 28, которая используется при включении нуклеотидного основания. Таким образом, потребление вторичного субстрата 34 возникает быстрее события включения, и в силу этого изменение pH может обнаруживаться до либо по мере того, как событие включения осуществляется. В примере, вторичный субстрат 34 может представлять собой субстрат для гидролазы, такой как сложная полиэфирная цепь (которая может потребляться посредством эстеразы), целлюлоза (которая может потребляться посредством целлюлазы), пептид (который может потребляться посредством протеазы), крахмал (который может потребляться посредством амилазы) и т.д. В другом примере, вторичный субстрат 34 представляет собой дополнительную полифосфатную цепь. В этом примере, дополнительная полифосфатная цепь не блокируется, и ее реактивность должна зависеть от более высокой локальной концентрации, когда на нуклеотид 12' реагирует полимераза 28. Также в этом примере, терминальный фосфат нуклеотида 14 или 14' может включать в себя блокирующую группу таким образом, что полифосфатная цепь нуклеотида 14 или 14' не участвует в реакции формирования кислоты или основания.[0091] In this exemplary labeled nucleotide 12', secondary substrate 34 is selected such that the kinetics of consumption of secondary substrate 34 is at least ten (10) times faster than the kinetics of polymerase 28, which is used upon incorporation of the nucleotide base. Thus, the consumption of the secondary substrate 34 occurs faster than the turn on event, and therefore the change in pH can be detected before or as the turn on event occurs. In an example, secondary substrate 34 may be a hydrolase substrate such as polyester chain (which can be consumed by esterase), cellulose (which can be consumed by cellulase), peptide (which can be consumed by protease), starch (which can be consumed by amylase), etc. In another example, secondary substrate 34 is an additional polyphosphate chain. In this example, the additional polyphosphate chain is not blocked and its reactivity should depend on the higher local concentration when polymerase 28 reacts on nucleotide 12'. Also in this example, the terminal phosphate of nucleotide 14 or 14' may include a blocking group thus that the polyphosphate chain of nucleotide 14 or 14' is not involved in the acid or base formation reaction.

[0092] Обнаружение одиночных молекул [0092] Detection of single molecules

[0093] Ссылаясь теперь на фиг. 2, фиг. 3A, фиг. 3B, фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6A и фиг. 6B, каждая из считывающих систем 10A-10E может использоваться при считывании одиночных молекул. Каждая из систем включает в себя pH-датчик 20, который включает в себя два электрода 22, 24 и проводящий канал 26, соединяющий два электрода 22, 24.[0093] Referring now to FIG. 2, fig. 3A, FIG. 3B, FIG. 4, fig. 5, fig. 6A and FIG. 6B, each of the reading systems 10A-10E can be used in single molecule readings. Each of the systems includes a pH sensor 20 which includes two electrodes 22, 24 and a conductive channel 26 connecting the two electrodes 22, 24.

[0094] Каждый pH-датчик 20 может представлять собой полевой транзистор (FET). В FET, электроды 22, 24 представляют собой контактные выводы истока и стока, и проводящий канал 26 представляет собой контактный вывод затвора. Полевой транзистор может представлять собой канал p-типа или канал n-типа, который затрагивает полярность ответа, но не принцип считывания. Ионно-чувствительные FET (ISFET), FET с плоскостным затвором (JFET), FET со структурой "металл-полупроводник" (MESFET), FET со структурой "металл-оксид-полупроводник" (MOSFET) или беспереходные полевые устройства представляют собой подходящие детекторы в примерах, раскрытых в данном документе.[0094] Each pH sensor 20 may be a field effect transistor (FET). In FET, electrodes 22, 24 are the source and drain terminals, and the conductive path 26 is the gate terminal. The FET can be a p-type channel or an n-type channel, which affects the polarity of the response, but not the sense principle. Ion-sensitive FETs (ISFETs), in-plane gate FETs (JFETs), metal-semiconductor FETs (MESFETs), metal-oxide-semiconductor FETs (MOSFETs), or junctionless field devices are suitable detectors in examples disclosed in this document.

[0095] Электроды 22, 24 могут содержать любой подходящий проводящий материал. Примеры подходящих материалов истока и стока включают в себя кобальт, силицид кобальта, никель, силицид никеля, алюминий, вольфрам, медь, титан, молибден, оксид индия и олова (ITO), оксид индия и цинка, золото, платину, углерод и т.д.[0095] The electrodes 22, 24 may comprise any suitable conductive material. Examples of suitable source and drain materials include cobalt, cobalt silicide, nickel, nickel silicide, aluminum, tungsten, copper, titanium, molybdenum, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide, gold, platinum, carbon, etc. d.

[0096] Проводящий канал 26 может включать в себя любой электропроводящий или полупроводящий и pH-чувствительный материал. В одном примере, проводящий канал 26 представляет собой электропроводящий канал. В одном примере, электропроводящий или полупроводящий и pH-чувствительный материал допускает считывание заряженных ионов на своей поверхности. В другом примере, электропроводящий или полупроводящий и pH-чувствительный материал включает в себя поверхностные группы или покрывается другим материалом, который включает в себя поверхностные группы, которые допускают подвергание протонированию и/или депротонированию в ответ на заряженные ионы, сформированные посредством реакции вторичного субстрата 34 с компонентом изменения pH. Электропроводящий или полупроводящий и pH-чувствительный материал может содержать органический материал, неорганический материал либо и то, и другое.[0096] Conductive channel 26 may include any electrically conductive or semi-conductive and pH sensitive material. In one example, the conductive path 26 is an electrically conductive path. In one example, an electrically conductive or semi-conductive and pH sensitive material is capable of reading charged ions on its surface. In another example, an electrically conductive or semi-conductive and pH sensitive material includes surface groups or is coated with another material that includes surface groups that are capable of being protonated and/or deprotonated in response to charged ions formed by reacting the secondary substrate 34 with pH change component. The electrically conductive or semi-conductive and pH sensitive material may comprise an organic material, an inorganic material, or both.

[0097] В некоторых примерах, электропроводящий или полупроводящий и pH-чувствительный материал может включать в себя полупроводниковый материал, такой как кремний, который допускает обнаружение заряда. Полупроводящий и pH-чувствительный материал также может иметь диэлектрик затвора, по меньшей мере, на части своей поверхности. В некоторых примерах, диэлектрик затвора может окружать всю внешнюю поверхность полупроводящего и pH-чувствительного материала (за исключением контактных точек с электродами 22, 24), и в других примерах, диэлектрик затвора может позиционироваться на части внешней поверхности полупроводящего и pH-чувствительного материала. В одном примере, диэлектрик затвора служит с возможностью предотвращать утечку тока в окружающую среду (например, текучую среду) и также может предоставлять поверхностные группы, которые допускают подвергание протонированию и/или депротонированию. Примеры диэлектрика затвора включают в себя диоксид кремния (SiO2), оксинитрид кремния (SiON), нитрид кремния (Si3N4), пентоксид тантала (Ta2O5), оксид гафния (HfO2), оксид циркония (ZrO2), оксид алюминия (Al2O3), силикаты гафния или циркония (HfSiO4, ZrSiO4) и т.д. Поверхностные группы могут представлять собой силаноловые группы (Si-OH), Si-NH2-группы, карбоксильные группы (-COOH) или гидроксильные (-OH) группы.[0097] In some examples, the electrically conductive or semi-conductive and pH-sensitive material may include a semiconductor material such as silicon that is capable of charge detection. The semi-conductive and pH-sensitive material may also have a gate dielectric on at least a portion of its surface. In some examples, the gate dielectric may surround the entire outer surface of the semiconductive and pH sensitive material (excluding the contact points with electrodes 22, 24), and in other examples, the gate dielectric may be positioned on a portion of the outer surface of the semiconductive and pH sensitive material. In one example, the gate dielectric serves to prevent leakage of current into the environment (eg, fluid) and may also provide surface groups that are susceptible to being protonated and/or deprotonated. Examples of the gate dielectric include silicon dioxide (SiO 2 ), silicon oxynitride (SiON), silicon nitride (Si 3 N 4 ), tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ), hafnium oxide (HfO 2 ), zirconium oxide (ZrO 2 ) , aluminum oxide (Al 2 O 3 ), hafnium or zirconium silicates (HfSiO 4 , ZrSiO 4 ), etc. The surface groups may be silanol groups (Si—OH), Si—NH 2 groups, carboxyl groups (—COOH) or hydroxyl (—OH) groups.

[0098] В других примерах, электропроводящий или полупроводящий и pH-чувствительный материал может включать в себя углеродный материал (например, углеродные нанотрубки, стекловидный углерод, графен) без диэлектрика затвора. Эти электропроводящие или полупроводящие и pH-чувствительные материалы могут включать в себя карбоксильные (-COOH) группы, гидроксильные (-OH) группы или другую поверхностную функциональность, которая реагирует на pH или обеспечивает возможность присоединения pH-чувствительных функциональных групп.[0098] In other examples, the electrically conductive or semi-conductive and pH sensitive material may include a carbon material (eg, carbon nanotubes, vitreous carbon, graphene) without a gate dielectric. These electrically conductive or semi-conductive and pH sensitive materials may include carboxyl (-COOH) groups, hydroxyl (-OH) groups, or other surface functionality that is pH responsive or allows pH sensitive functionality to be attached.

[0099] В еще одних других примерах, электропроводящий или полупроводящий и pH-чувствительный материал может представлять собой биомолекулу. Примеры подходящих биомолекул включают в себя пептиды и дезоксирибонуклеиновые кислоты. Эти материалы могут иметь низкое значение в pKa при pH, сформированном как результат реакции формирования кислоты или основания, и в силу этого также могут включать в себя модулятор проводимости, который имеет почти нейтральное значение в pKa. Например, проводимость пептидов может модулироваться посредством pH-чувствительных аминокислот (гистидина и т.д.). В качестве другого примера, проводимость ДНК может модулироваться с помощью pH-быстрореагирующего интеркалятора, такого как доксорубицин (pKa ~ 8) и его аналогов.[0099] In yet other examples, the electrically conductive or semi-conductive and pH sensitive material may be a biomolecule. Examples of suitable biomolecules include peptides and deoxyribonucleic acids. These materials may have a low pKa value at pH formed as a result of an acid or base formation reaction, and therefore may also include a conductance modulator that has an almost neutral pKa value. For example, the conductivity of peptides can be modulated by pH-sensitive amino acids (histidine, etc.). As another example, DNA conductivity can be modulated with a pH-responsive intercalator such as doxorubicin (pKa ~ 8) and its analogues.

[00100] В считывающих системах 10A-10E для одиночных молекул, проводящий канал 26 может иметь любую подходящую геометрию, такую как трубчатая структура, проводная структура, планарная структура и т.д. В некоторых примерах, проводящий канал 26 также может представлять собой наноструктуру, которая имеет, по меньшей мере, одну размерность в наномасштабе (в пределах от 1 нм до менее 1 мкм). В одном примере, эта размерность означает наибольшую размерность. В примере, проводящий канал 26 pH-датчика выбирается из группы, состоящей из полупроводящей наноструктуры, графеновой наноструктуры, металлической наноструктуры и проводящей полимерной наноструктуры. Наноструктура может представлять собой много- или одностенную нанотрубку, нанопровод, наноленту и т.д.[00100] In single molecule readout systems 10A-10E, conductive channel 26 may have any suitable geometry such as tubular structure, wire structure, planar structure, and so on. In some examples, the conductive channel 26 may also be a nanostructure that has at least one nanoscale dimension (ranging from 1 nm to less than 1 µm). In one example, this dimension means the largest dimension. In an example, the conductive channel 26 of the pH sensor is selected from the group consisting of a semiconductive nanostructure, a graphene nanostructure, a metal nanostructure, and a conductive polymer nanostructure. The nanostructure can be a multi- or single-walled nanotube, nanowire, nanoribbon, etc.

[00101] Каждая из считывающих систем 10A-10E, подходящих для использования при считывании одиночных молекул, включает в себя полимеразу 28, присоединенную к поверхности проводящего канала 26. В некоторых примерах, только полимераза 28 присоединяется к проводящему каналу 26 (см., например, фиг. 2), и в других примерах, полимераза 28 представляет собой часть комплекса 30A-30D (см., например, фиг. 3A, фиг. 3B, фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6A и фиг. 6B), который включает в себя другой компонент, связанный с полимеразой 28.[00101] Each of the reading systems 10A-10E suitable for use in reading single molecules includes a polymerase 28 attached to the surface of the conductive channel 26. In some examples, only polymerase 28 is attached to the conductive channel 26 (see, for example, Fig. 2), and in other examples, polymerase 28 is part of the complex 30A-30D (see, for example, Fig. 3A, Fig. 3B, Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6A and Fig. 6B), which includes another component associated with polymerase 28.

[00102] Следует понимать, что полимераза 28 допускает удерживание матричной полинуклеотидной цепи и включение одного нуклеотида (из меченого нуклеотида 12, 12A, 12B, 12C или 12') за раз в образующуюся цепь, которая формируется вдоль матрицы. Следует понимать, что полимераза 28 и ее функции являются отдельными и отличающимися от реакции(й) формирования кислоты и основания, заключающей в себе вторичный субстрат 34. В частности, полимераза 28 участвует в отдельной реакции формирования кислоты относительно реакции(й) формирования кислоты и основания, заключающей в себе вторичный субстрат 34. Например, полимераза 28 формирует небольшое количество кислоты как результат включения нуклеотидного основания (например, 1 молекулы в расчете на событие включения), тогда как реакция(и) формирования кислоты или основания формирует сотни или тысячи либо еще большее число протонов или молекул основания. Кислота, сформированная посредством полимеразы 28, должна переполняться посредством большого количества кислоты или основания, сформированного из реакции, заключающей в себе вторичный субстрат 34. В некоторых случаях, локальное изменение pH, получающееся в результате реакций формирования кислоты или основания, может затрагивать кинетику полимеразы 28. В некоторых случаях, изменение pH может выключать активность полимеразы 28 до тех пор, пока не восстановится базовый pH. Это может быть преимущественным для того, чтобы создавать задержку между событиями включения (например, когда используется нуклеотид 12 или 12'). Другие факторы, такие как выбор компонента изменения pH, буфер, изменения температуры во время включения и т.д., также могут регулироваться с возможностью дополнительно улучшать или уравновешивать конкретный эффект в отношении полимеразной кинетики.[00102] It should be understood that polymerase 28 allows retention of the template polynucleotide strand and incorporation of one nucleotide (from labeled nucleotide 12, 12A, 12B, 12C, or 12') at a time into the resulting strand that forms along the template. It should be understood that polymerase 28 and its functions are separate and distinct from the acid-base formation reaction(s) comprising the secondary substrate 34. In particular, polymerase 28 is involved in a separate acid formation reaction from the acid-base formation reaction(s). containing secondary substrate 34. For example, polymerase 28 generates a small amount of acid as a result of incorporation of a nucleotide base (e.g., 1 molecule per incorporation event), while acid or base formation reaction(s) generate hundreds or thousands or more the number of protons or base molecules. The acid formed by polymerase 28 must be overwhelmed by the large amount of acid or base formed from the reaction involving the secondary substrate 34. In some cases, the local pH change resulting from acid or base formation reactions can affect the kinetics of polymerase 28. In some cases, changing the pH may turn off polymerase 28 activity until the base pH is restored. This may be advantageous in order to create a delay between turn-on events (eg when nucleotide 12 or 12' is used). Other factors, such as choice of pH change component, buffer, temperature changes during onset, etc., can also be adjusted to further improve or balance a particular effect with respect to polymerase kinetics.

[00103] При использовании любой из считывающих систем 10A-10E, способ для считывания одиночных молекул включает в себя введение матричной полинуклеотидной цепи 44 (см., например, фиг. 2) в датчик 20, имеющий полимеразу 28 (отдельно или в качестве части комплекса), привязанную к проводящему каналу 26; введение текучей среды, включающей в себя вторичный субстрат 34 и меченые нуклеотиды 12, 12A, 12B, 12C или 12', в датчик 20, за счет чего нуклеотид одного из меченых нуклеотидов 12, 12A, 12B, 12C или 12' связывается с полимеразой 28, и метка 18 одного из меченых нуклеотидов 12, 12A, 12B, 12C или 12' участвует в реакции изменения pH, заключающей в себе вторичный субстрат 34, который находится поблизости от проводящего канала 26; и обнаружение ответа проводящего канала 26. В некоторых случаях, обнаруженное изменение заряда должно быть относительным касательно базового заряда. Кроме того, различные нуклеотиды 12, 12A-12C или 12' могут иметь различные скорости включения, которые могут затрагивать, например, то, насколько длинная кислота или основание формируется, либо то, сколько времени ингибируется реакция формирования кислоты или основания. Это, в свою очередь, должно затрагивать локальный рН-уровень и заряд на поверхности проводящего канала 26. Скорость включения может использоваться для того, чтобы отличать различные нуклеотиды.[00103] When using any of the reading systems 10A-10E, a method for reading single molecules includes introducing a template polynucleotide strand 44 (see, for example, Fig. 2) into a sensor 20 having a polymerase 28 (single or as part of a complex ) attached to the conductive channel 26; introducing a fluid comprising secondary substrate 34 and labeled nucleotides 12, 12A, 12B, 12C, or 12' into sensor 20, whereby a nucleotide of one of the labeled nucleotides 12, 12A, 12B, 12C, or 12' binds to polymerase 28 , and a label 18 of one of the labeled nucleotides 12, 12A, 12B, 12C, or 12' participates in a pH change reaction involving a secondary substrate 34 that is adjacent to the conduction channel 26; and detecting the response of the conductive channel 26. In some cases, the detected charge change must be relative to the base charge. In addition, different nucleotides 12, 12A-12C, or 12' may have different incorporation rates, which may affect, for example, how long an acid or base is formed, or how long an acid or base formation reaction is inhibited. This, in turn, should affect the local pH and charge on the surface of the conductive channel 26. The turn-on rate can be used to distinguish between different nucleotides.

[00104] Ниже подробнее описываются каждая из считывающих систем 10A-10E и любых способов, связанных со считывающими системами 10A-10E, со ссылкой на отдельные чертежи, на которых они показаны.[00104] Each of the reader systems 10A-10E and any methods associated with the reader systems 10A-10E are described in more detail below with reference to the individual drawings in which they are shown.

[00105] Считывающая система 10A [00105] 10A Reader System

[00106] Конкретно ссылаясь на фиг. 2, считывающая система 10A включает в себя pH-датчик 20 и полимеразу 28, присоединенную к проводящему каналу 26 через привязку 32.[00106] Referring specifically to FIG. 2, the reading system 10A includes a pH sensor 20 and a polymerase 28 connected to a conductive channel 26 via a tie 32.

[00107] В этой примерной считывающей системе 10A, может использоваться любая полимераза 28, которая может принимать меченые нуклеотиды 12 или 12A-12C (фиг. 2) и которая может успешно включать нуклеотидное основание в образующуюся цепь 46 вдоль матрицы 44,. В технологиях считывания одиночных молекул, раскрытых в данном документе, желательно, если полимераза 28 является высокопроцессивной таким образом, что могут осуществляться несколько событий включения. Примерные полимеразы включают в себя эти полимеразы из семейства A, такие как Bsu-полимераза, Bst-полимераза, Taq-полимераза, T7-полимераза и многие другие; полимеразы из семейств B и B2, такие как Phi29-полимераза и другие высокопроцессивные полимеразы (семейство B2), Pfu-полимераза (семейство B), KOD-полимераза (семейство B), 9oN (семейство B) и многие другие; полимеразы из семейства C, такие как ДНК-полимераза III типа Эштерихия Коли и многие другие, полимеразы из семейства D, такие как ДНК-полимераза II типа Pyrococcus furiosus и многие другие; полимеразы из семейства X, такие как ДНК-полимераза м, ДНК-полимераза в, ДНК-полимераза у и многие другие. В одном примере, может быть желательным выбирать полимеразу 28, которая известна как функционирующая, по меньшей мере, для 2 pH-единиц, что является достаточным для того, чтобы предоставлять диапазон в 100 мВ в сигнале. Для четырех различных нуклеотидов и отключенного состояния, этот диапазон может заключать в себе отличительные изменения в 20 мВ, которые являются обнаруживаемыми.[00107] In this exemplary reading system 10A, any polymerase 28 that can accept labeled nucleotides 12 or 12A-12C (FIG. 2) and that can successfully incorporate a nucleotide base into the resulting strand 46 along the template 44 can be used. In the single molecule reading technologies disclosed herein, it is desirable if polymerase 28 is highly processive such that multiple inclusion events can occur. Exemplary polymerases include those polymerases from the A family such as Bsu polymerase, Bst polymerase, Taq polymerase, T7 polymerase, and many others; polymerases from families B and B2, such as Phi29 polymerase and other highly processive polymerases (B2 family), Pfu polymerase (B family), KOD polymerase (B family), 9oN (B family) and many others; family C polymerases such as Esterichia Coli type III DNA polymerase and many others; family D polymerases such as Pyrococcus furiosus type II DNA polymerase and many others; family X polymerases such as DNA polymerase m, DNA polymerase b, DNA polymerase y, and many others. In one example, it may be desirable to select a polymerase 28 that is known to function for at least 2 pH units, which is sufficient to provide a 100 mV range in the signal. For four different nucleotides and an off state, this range may include distinctive 20 mV changes that are detectable.

[00108] В этой примерной считывающей системе 10A, привязка 32 используется в качестве анкера для полимеразы 28. Пример подходящей привязки 32 включает в себя полиэтиленгликоль (PEG). В считывающей системе 10A, длина привязки 32 является достаточной для того, чтобы удерживать полимеразу 28 достаточно близко к каналу 26 таким образом, что любая сформированная кислота или основание имеет возможность диффундировать в канал 26 до того, как она нейтрализуется в растворе. В примере, привязка 32 может иметь длину в пределах приблизительно от 2 нм приблизительно до 200 нм или приблизительно от 5 нм приблизительно до 150 нм, или приблизительно от 10 нм приблизительно до 100 нм. В некоторых примерах, привязка 32 удерживает полимеразу 28 на расстоянии, по меньшей мере, в 10 нм от проводящего канала 26. Это может быть желательным, например, таким образом, что конформные изменения полимеразы 28, зарядов полимеразы 28 и/или зарядов целевой/матричной полинуклеотидной цепи, удерживаемой посредством полимеразы 28, не создают помехи операции считывания pH-датчика 20. Тем не менее, следует понимать, что это примерное минимальное расстояние (по меньшей мере, 10 нм) может не требоваться, например, когда изменения pH доминируют над сигналом, который считывается.[00108] In this exemplary reading system 10A, tether 32 is used as an anchor for polymerase 28. An example of a suitable tether 32 includes polyethylene glycol (PEG). In readout system 10A, tether 32 is long enough to keep polymerase 28 close enough to channel 26 such that any acid or base formed is allowed to diffuse into channel 26 before it is neutralized in solution. In an example, tether 32 may have a length ranging from about 2 nm to about 200 nm, or from about 5 nm to about 150 nm, or from about 10 nm to about 100 nm. In some examples, tether 32 keeps polymerase 28 at least 10 nm away from conduction channel 26. This may be desirable, for example, such that conformal changes in polymerase 28, polymerase 28 charges, and/or target/template charges polynucleotide chain held by polymerase 28 does not interfere with the read operation of the pH sensor 20. However, it should be understood that this approximate minimum distance (at least 10 nm) may not be required, for example, when pH changes dominate the signal which is being read.

[00109] Хотя не показано, считывающая система 10A также может включать в себя детектор для того, чтобы обнаруживать изменения напряжения и/или тока, которые соответствуют изменению pH, возникающему на/около поверхности считывающего pH-канала 26.[00109] Although not shown, the readout system 10A may also include a detector to detect voltage and/or current changes that correspond to a change in pH occurring at/near the surface of the pH readout channel 26.

[00110] Также хотя не показано, считывающая система 10A может позиционироваться на опоре, такой как кремниевая микросхема или комплементарная структура "металл-оксид-полупроводник" (CMOS). Электроды 22, 24 могут соединяться с электронной схемой, которая обеспечивает их работу (например, после подключения к детектору и источнику мощности).[00110] Also, although not shown, the reader system 10A may be positioned on a support such as a silicon chip or a complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) structure. The electrodes 22, 24 can be connected to an electronic circuit that makes them work (for example, after being connected to a detector and a power source).

[00111] В некоторых примерах, датчик 10A может поступать заранее собранным.[00111] In some examples, sensor 10A may come pre-assembled.

[00112] В других примерах, компоненты датчика могут представлять собой часть комплекта, и компоненты комплекта могут использоваться для того, чтобы собирать датчик 10A. Пример комплекта включает в себя pH-датчик 20 на опоре и отдельный полимеразный раствор. Полимеразный раствор включает в себя жидкость-носитель и любой пример полимеразы 28. В некоторых примерах, полимераза 28 присоединяется к привязке 32, и в других примерах, привязка 32 присоединяется к считывающему pH-каналу 26 в качестве части считывающей системы 10A. В качестве примеров, жидкость-носитель полимеразного раствора может представлять собой воду или ионно-солевую буферную текучую среду, такую как солевой цитрат при миллимолярных-молярных концентрациях.[00112] In other examples, the sensor components may be part of a kit, and the kit components may be used to assemble the sensor 10A. An example kit includes a pH probe 20 on a support and a separate polymerase solution. The polymerase solution includes a carrier fluid and any example of polymerase 28. In some examples, polymerase 28 is attached to tether 32, and in other examples, tether 32 is attached to pH readout channel 26 as part of readout system 10A. As examples, the polymerase solution carrier fluid can be water or an ionic salt buffer fluid such as citrate saline at millimolar-molar concentrations.

[00113] При использовании комплекта, пользователь может осаждать полимеразный раствор на опоре и обеспечивать возможность полимеразному раствору оставаться на опоре в течение подходящего времени для присоединения, посредством привязки 32, к проводящему каналу 26, либо для присоединения, посредством полимеразы 28, к привязке 32 на проводящем канале 26. Опора может промываться с помощью подходящего буфера для того, чтобы удалять все несвязанные полимеразы 28.[00113] When using the kit, the user can deposit the polymerase solution on the support and allow the polymerase solution to remain on the support for a suitable time to attach, via tie 32, to the conductive channel 26, or to attach, via polymerase 28, to the tie 32 on conducting channel 26. The support can be flushed with an appropriate buffer to remove any unbound polymerases 28.

[00114] На фиг. 2, примеры комплекта также могут включать в себя текучую среду, которая должна использоваться с датчиком 10A во время считывания одиночных молекул. Эта текучая среда включает в себя жидкость-носитель, меченые нуклеотиды 12 или 12A-12C и вторичный субстрат 34. В некоторых случаях, эта текучая среда также включает в себя матричную полинуклеотидную цепь 44. В других случаях, один раствор включает в себя жидкость-носитель, меченые нуклеотиды 12 или 12A-12C и вторичный субстрат 34, и другой раствор включает в себя матричную полинуклеотидную цепь 44.[00114] FIG. 2, kit examples may also include the fluid to be used with sensor 10A during single molecule readings. This fluid includes a carrier fluid, labeled nucleotides 12 or 12A-12C, and a secondary substrate 34. In some cases, this fluid also includes a template polynucleotide strand 44. In other cases, one solution includes a carrier fluid , labeled nucleotides 12 or 12A-12C and secondary substrate 34, and another solution includes template polynucleotide strand 44.

[00115] Матричная полинуклеотидная цепь 44 может представлять собой любой образец, который должен секвенироваться, и может состоять из ДНК, РНК либо их аналогов (например, пептидных нуклеиновых кислот). Матричная полинуклеотидная цепь 44 может представлять собой круглую матрицу. Источник матричной (или целевой) полинуклеотидной цепи 44 может представлять собой геномную ДНК, информационную РНК либо другие нуклеиновые кислоты из нативных источников. В некоторых случаях, матричная полинуклеотидная цепь 44, которая извлекается из таких источников, может амплифицироваться до использования в способе или системе 40, раскрытых в данном документе. Может использоваться любая из множества известных технологий амплификации, включающих в себя, но не только, полимеразную цепную реакцию (PCR), амплификацию по типу катящегося кольца (RCA), амплификацию со множественным замещением (MDA) или амплификацию на основе случайных праймеров (RPA). Следует понимать, что амплификация матричной полинуклеотидной цепи 44 до использования в способе или системе, изложенных в данном документе, является необязательной. В связи с этим, матричная полинуклеотидная цепь 44 не амплифицируется до использования в некоторых примерах. Матричные/целевые полинуклеотидные цепи 44 могут необязательно извлекаться из синтетических библиотек. Синтетические нуклеиновые кислоты могут иметь нативные ДНК или РНК-составы либо могут представлять собой их аналоги.[00115] Template polynucleotide strand 44 may be any sample to be sequenced and may be composed of DNA, RNA, or analogues thereof (eg, peptide nucleic acids). Template polynucleotide strand 44 may be a circular array. The source of template (or target) polynucleotide strand 44 may be genomic DNA, messenger RNA, or other nucleic acids from native sources. In some instances, template polynucleotide strand 44 that is derived from such sources may be amplified prior to use in the method or system 40 disclosed herein. Any of a variety of known amplification techniques may be used, including, but not limited to, polymerase chain reaction (PCR), rolling ring amplification (RCA), multiple displacement amplification (MDA), or random primer amplification (RPA). It should be understood that amplification of template polynucleotide strand 44 prior to use in the method or system set forth herein is optional. As such, template polynucleotide strand 44 is not amplified prior to use in some examples. Template/target polynucleotide chains 44 may optionally be retrieved from synthetic libraries. Synthetic nucleic acids may have native DNA or RNA compounds, or may be analogues thereof.

[00116] Меченые нуклеотиды 12 или 12A-12C включают в себя любой пример нуклеотида 14 или 14' и связывающей молекулы 16 или 16', раскрытых в данном документе. Метка 18 меченого нуклеотида 12 или 12A-12C, показанная на фиг. 2, представляет собой каталитическую метку 18A. При использовании в данном документе, "каталитическая метка" означает химические частицы, которые инициируют или ускоряют реакцию формирования кислоты или основания, заключающую в себе вторичный субстрат 34. В связи с этим, каталитическая метка 18A представляет собой один пример компонента изменения pH, который присоединяется к меченому нуклеотиду 12 или 12A-12C. Например, каталитическая метка 18A может представлять собой фермент, который реагирует с вторичным субстратом 34 для того, чтобы формировать кислоту, за счет этого понижая pH. Конкретный пример пары для формирования кислоты включает в себя ацетилхолинэстеразу в качестве каталитической метки 18A и сложноэфирную подложку (например, ацетилхолин) в качестве вторичного субстрата 34. Другой конкретный пример пары для формирования кислоты включает в себя углеродистую ангидразу в качестве каталитической метки 18A и бикарбонатный ион в качестве вторичного субстрата 34. В качестве другого примера, каталитическая метка 18A может представлять собой фермент, который реагирует с вторичным субстратом 34 для того, чтобы формировать основание, за счет этого увеличивая pH. В некоторых примерах, поверхностные группы на поверхности канала 26 являются чувствительными к кислотным или основным ионам, которые формируются, и могут подвергаться протонированию или депротонированию, за счет этого изменяя плотность заряда непосредственно на поверхности канала 26. В других примерах, заряженные ионы, сформированные во время реакций формирования кислоты или формирования основания, считываются посредством проводящего канала 26.[00116] Labeled nucleotides 12 or 12A-12C include any example of nucleotide 14 or 14' and binding molecule 16 or 16' disclosed herein. Label 18 of labeled nucleotide 12 or 12A-12C shown in FIG. 2 is catalytic tag 18A. As used herein, "catalyst tag" means chemical species that initiate or accelerate an acid or base formation reaction comprising secondary substrate 34. In this regard, catalytic tag 18A is one example of a pH change component that is attached to labeled nucleotide 12 or 12A-12C. For example, catalytic label 18A may be an enzyme that reacts with secondary substrate 34 to form an acid, thereby lowering the pH. A specific example of an acid forming pair includes acetylcholinesterase as a catalytic label 18A and an ester support (e.g. acetylcholine) as a secondary substrate 34. Another specific example of an acid forming pair includes carbonic anhydrase as a catalytic label 18A and a bicarbonate ion in as secondary substrate 34. As another example, catalytic label 18A may be an enzyme that reacts with secondary substrate 34 to form a base, thereby increasing pH. In some examples, the surface groups on the surface of channel 26 are sensitive to acidic or basic ions that are formed and can be protonated or deprotonated, thereby changing the charge density directly on the surface of channel 26. In other examples, charged ions formed during reactions of acid formation or base formation are read through the conduction channel 26.

[00117] Жидкость-носитель текучей среды, которая может использоваться с датчиком 10A во время считывания одиночных молекул, представляет собой воду или низкобуферную текучую среду (10 мМ или меньше), имеющую pH в пределах приблизительно от 6 приблизительно до 9 или приблизительно от 7 приблизительно до 8. PH текучей среды зависит от полимеразы 28, которая используется, и всех условий, которые помогают максимизировать сигнал, когда возникает изменение pH. Поскольку каталитическая метка 18A и вторичный субстрат 34 присутствуют в текучей среде в этом примере, некоторая реакция(и) формирования кислоты или основания может осуществляться в текучей среде на большом расстоянии от проводящего канала 26. Тем не менее, ионы, сформированные в этих реакциях, могут нейтрализоваться в текучей среде (посредством низкобуферной текучей среды) и в силу этого могут не приводить к обнаруживаемому сигналу. Это предотвращает большие глобальные изменения pH в текучей среде. Тем не менее, следует понимать, что когда меченый нуклеотид 12 или 12A-12C удерживается посредством полимеразы 28, каталитическая метка 18A удерживается в более непосредственной близости к считывающему pH-каналу 26 (например, по сравнению со случаем, когда меченый нуклеотид 12 или 12A-12C плавает в растворе). В свою очередь, любое изменение pH, получающееся в результате реакции, заключающей в себе вторичный субстрат 34 и временно связанную каталитическую метку 18A, также находится в более непосредственной близости к считывающему pH-каналу 26. Кроме того, кинетика каталитической метки 18A может быть быстрее кинетики полимеразы 28. Например, частота оборота фермента для формирования кислоты, ацетилхолинэстеразы, может достигать не менее 25000 с-1, в то время как событие включения может составлять любое значение приблизительно от 0,1 с-1 приблизительно до 100 с-1. В этом примере, каталитическая метка 18A может формироваться из приблизительно от 250 приблизительно до 250000 молекул кислоты в расчете на нуклеотид, который включается (в расчете одно событие включения). Когда каталитическая метка 18A и формирование кислоты или основания локализуются на поверхности проводящего канала 26, pH-градиент может формироваться вокруг считывающего pH-канала 26, который может формировать сигналы обнаруживаемого заряда в считывающем pH-канале 26. Эти сигналы могут записываться.[00117] The carrier fluid that can be used with the 10A sensor during single molecule readings is water or a low buffer fluid (10 mM or less) having a pH in the range of about 6 to about 9 or about 7 to about up to 8. The pH of the fluid depends on the polymerase 28 that is used and all the conditions that help maximize the signal when a change in pH occurs. Because catalytic tag 18A and secondary substrate 34 are present in the fluid in this example, some reaction(s) of acid or base formation may occur in the fluid at a great distance from conduction channel 26. However, the ions formed in these reactions may be neutralized in the fluid (by the low buffer fluid) and therefore may not result in a detectable signal. This prevents large global pH changes in the fluid. However, it should be understood that when labeled nucleotide 12 or 12A-12C is retained by polymerase 28, catalytic label 18A is retained more closely to the pH readout channel 26 (e.g., compared to when labeled nucleotide 12 or 12A- 12C floats in solution). In turn, any change in pH resulting from the reaction involving secondary substrate 34 and temporarily bound catalytic tag 18A is also in closer proximity to the pH reading channel 26. In addition, the kinetics of catalytic tag 18A can be faster than the kinetics of polymerase 28. For example, the turnover rate of the acid-forming enzyme, acetylcholinesterase, can be as high as at least 25,000 s -1 while the turn-on event can be any value from about 0.1 s -1 to about 100 s -1 . In this example, catalytic label 18A may be formed from about 250 to about 250,000 acid molecules per nucleotide that is included (per one inclusion event). When the catalytic mark 18A and acid or base formation is localized on the surface of the conductive channel 26, a pH gradient can form around the pH readout channel 26, which can generate detectable charge signals in the pH readout channel 26. These signals can be recorded.

[00118] В примере, буферная концентрация в низкобуферной текучей среде может составлять меньше приблизительно 10 мМ, что, как описано в данном документе, позволяет предотвращать глобальные изменения pH, но позволяет обеспечивать возможность обнаружения локальных изменений pH около проводящего канала 16. В некоторых случаях, буферная концентрация составляет значительно меньше 10 мМ, примеры чего включают в себя приблизительно 5 мМ, приблизительно 2,5 мМ, приблизительно 2 мМ, приблизительно 1 мМ, приблизительно 0,5 мМ или приблизительно 0,25 мМ. В других примерах, твердофазные буферы могут использоваться для того, чтобы помогать поддерживать глобальный pH без буферизации локального окружения.[00118] In an example, the buffer concentration in the low buffer fluid may be less than about 10 mM, which, as described herein, prevents global pH changes but allows local pH changes near the conduction channel 16 to be detected. In some cases, the buffer concentration is well below 10 mM, examples of which include about 5 mM, about 2.5 mM, about 2 mM, about 1 mM, about 0.5 mM, or about 0.25 mM. In other examples, solid phase buffers can be used to help maintain global pH without buffering the local environment.

[00119] В одном примере текучей среды, которая может использоваться со считывающей системой 10A, могут быть включены четыре различных меченых нуклеотида 12 или 12A-12C. Четыре различных меченых нуклеотида 12 или 12A-12C включают в себя отличающиеся нуклеотиды 14 или 14' (например, T, A, G или C) и отличающиеся каталитические метки 18A. Отличающиеся каталитические метки 18A могут обладать различной кинетикой таким образом, что кислота или основание формируется на различных скоростях, что, в свою очередь, должно приводить к различным плотностям заряда в канале 26. Поскольку отличающиеся каталитические метки 10A являются конкретными для нуклеотидов (например, конкретная метка 18A выбирается для конкретного основания), ответ pH-датчика 20 может указывать включенное основание меченого нуклеотида 12 или 12A-12C.[00119] In one example of a fluid that can be used with the reading system 10A, four different labeled nucleotides 12 or 12A-12C can be included. The four different labeled 12 or 12A-12C nucleotides include different 14 or 14' nucleotides (eg, T, A, G, or C) and different 18A catalytic labels. Different 18A catalytic labels may have different kinetics such that acid or base is formed at different rates, which in turn should result in different charge densities in channel 26. Since different 10A catalytic labels are specific to nucleotides (e.g. 18A is selected for a specific base), the response of the pH sensor 20 may indicate the included base of the labeled nucleotide 12 or 12A-12C.

[00120] Нижеприведенное описание относится к примерному способу, который заключает в себе меченые нуклеотиды 12 и считывающую систему 10A. В этом примере, матричная полинуклеотидная цепь 44 может вводиться в считывающую систему 10A в текучей среде, такой как биологически стабильный раствор, вместе или отдельно от меченых нуклеотидов 12 и вторичного субстрата 34. Полимераза 28 связывается с матричной полинуклеотидной цепью 44 таким образом, что цепь 44 удерживается на месте. Комплементарное основание одного из меченых нуклеотидов 12 должно включаться в образующуюся цепь 46 (которая формируется вдоль матричной полинуклеотидной цепи 44) посредством полимеразы 28. Во время события включения, каталитическая метка 18A меченого нуклеотида 12 появляется поблизости от канала 26 и любого вторичного субстрата 34 в текучей среде, которая также находится поблизости от канала 26. Поскольку кинетика каталитической метки 18A может быть быстрее события включения, реакция формирования кислоты или основания с вторичным субстратом 34 осуществляется до того, как включение основания заканчивается. Заряженные ионы из реакции формирования кислоты или основания могут обнаруживаться в проводящем канале 26, либо, если реакционноспособные поверхностные группы присутствуют, могут реагировать с поверхностными группами, чтобы изменять состояние заряда поверхностных групп. Измененный заряд обнаруживается посредством pH-датчика 20.[00120] The following description relates to an exemplary method that includes labeled nucleotides 12 and a reading system 10A. In this example, template polynucleotide strand 44 may be introduced into reader system 10A in a fluid such as a biologically stable solution, together with or separately from labeled nucleotides 12 and secondary substrate 34. Polymerase 28 binds to template polynucleotide strand 44 such that strand 44 is held in place. The complementary base of one of the labeled nucleotides 12 must be incorporated into the nascent strand 46 (which is formed along the template polynucleotide strand 44) by polymerase 28. During the incorporation event, the 18A catalytic label of labeled nucleotide 12 appears in the vicinity of channel 26 and any secondary substrate 34 in the fluid , which is also in the vicinity of channel 26. Because the kinetics of catalytic tag 18A may be faster than the onset event, an acid or base formation reaction with secondary substrate 34 occurs before base onset is complete. Charged ions from an acid or base forming reaction may be found in the conductive channel 26 or, if reactive surface groups are present, may react with the surface groups to change the state of charge of the surface groups. The changed charge is detected by the pH sensor 20.

[00121] В этом примерном способе, после включения нуклеотидного основания в образующуюся цепь 46, связь между альфа-фосфатом и связывающей молекулой 16 или между альфа-фосфатом и бета-фосфатом расщепляется естественным путем. Это естественное расщепление обеспечивает возможность метке 18A (и связывающей молекуле 16) диссоциироваться от включенного нуклеотидного основания и диффундировать в направлении от считывающей системы 10A. Полимераза 28 затем может принимать другой меченый нуклеотид 12, который включает в себя нуклеотидное основание, которое является комплементарным следующему нуклеотиду в матричной полинуклеотидной цепи 44.[00121] In this exemplary method, after incorporation of a nucleotide base into the resulting strand 46, the bond between alpha phosphate and binding molecule 16 or between alpha phosphate and beta phosphate is naturally cleaved. This natural cleavage allows the 18A label (and binding molecule 16) to dissociate from the incorporated nucleotide base and diffuse away from the 10A reading system. Polymerase 28 can then accept another labeled nucleotide 12 that includes a nucleotide base that is complementary to the next nucleotide in the 44 template polynucleotide strand.

[00122] Нижеприведенное описание относится к примерному способу, который заключает в себе меченые нуклеотиды 12A-12C и считывающую систему 10A. В этом примере, матричная полинуклеотидная цепь 44 может вводиться в считывающую систему 10A в текучей среде, такой как биологически стабильный раствор, вместе или отдельно от меченых нуклеотидов 12A-12C и вторичного субстрата 34. Полимераза 28 связывается с матричной полинуклеотидной цепью 44 таким образом, что цепь 44 удерживается на месте. Комплементарное основание одного из меченых нуклеотидов 12A-12C должно включаться в образующуюся цепь 46 (которая формируется вдоль матричной полинуклеотидной цепи 44) посредством полимеразы 28. В этом примере, меченый нуклеотид 12A-12C включает в себя обратимый терминатор. В связи с этим, включение меченого нуклеотида 12A-12C служит в качестве терминатора для полимеризации. Это обеспечивает осуществление формирования кислоты или основания и обнаружения заряда аналогично вышеописанному.[00122] The following description relates to an exemplary method that includes labeled nucleotides 12A-12C and a 10A readout system. In this example, template polynucleotide strand 44 may be introduced into reader system 10A in a fluid such as a biologically stable solution, together with or separately from labeled nucleotides 12A-12C and secondary substrate 34. Polymerase 28 binds to template polynucleotide strand 44 such that chain 44 is held in place. The complementary base of one of the labeled nucleotides 12A-12C must be incorporated into the nascent strand 46 (which is formed along the template polynucleotide strand 44) by polymerase 28. In this example, the labeled nucleotide 12A-12C includes a reversible terminator. In this regard, the inclusion of the labeled nucleotide 12A-12C serves as a polymerization terminator. This allows acid or base formation and charge detection to be carried out in a manner similar to that described above.

[00123] В этом примерном способе, после включения нуклеотидного основания в образующуюся цепь 46, текучая среда, которая включает в себя любые невключенные нуклеотиды, может удаляться из считывающей системы 10A. Это может достигаться с использованием промывочного раствора (например, воды). Деблокирующий агент затем может вводиться в считывающую систему 10A. Деблокирующий агент может допускать i), расщепление всех расщепляемых связывающих молекул 16' от включенного меченого нуклеотида 12A-12C (что также удаляет каталитическую метку 18A), и ii) удаление блокирующей группы 38A, 38B, 38C 3'-OH (см. фиг. 1B) из включенного меченого нуклеотида 12A-12C. Удаление блокирующей группы 38A, 38B, 38C 3'-OH обеспечивает возможность выполнения последующего цикла секвенирования. Примеры блокирующих групп 3'-OH и подходящих деблокирующих агентов включают в себя: простые o-нитробензилэфиры и алкиловый o-нитробензилкарбонат, которые могут удаляться фотолитически; компоненты сложных эфиров, которые могут удаляться посредством гидролиза основания; аллилкомпоненты, которые могут удаляться с помощью Nal, хлортриметилсилана и Na2S2O3 либо с помощью Hg(II) в ацетоне/воде; азидометил, который может расщепляться с помощью фосфинов, таких как трис-(2-карбоксиэтил)-фосфин (TCEP) или три-(гидроксипропил)-фосфин (THP); ацетали, такие как, трет-бутокси-этокси, который может расщепляться при кислых условиях; MOM-(-CH2OCH3)-компоненты, которые могут расщепляться с помощью LiBF4 и CH3CN/H2O; 2,4-динитробензолсульфенил, который может расщепляться с помощью нуклеофилов, таких как тиофенол и тиосульфат; тетрагидрофураниловый простой эфир, который может расщепляться с помощью Ag(I) или Hg(II); и 3'-фосфат, который может расщепляться посредством ферментов фосфатазы (например, полинуклеотидкиназы). Другие полезные обратимые компоненты включают в себя простые эфиры, -F, -H2, -OCH3, -N3, -HCOCH3 и 2-нитробензолкарбонат, и полезные обработки деблокирования включают в себя облучение светом (например, чтобы вызывать фоторасщепление), нагрев, воздействие химических реактантов, воздействие катализаторов, воздействие электрического тока (например, чтобы вызывать электролиз) и т.п.[00123] In this exemplary method, after incorporation of a nucleotide base into the resulting strand 46, fluid, which includes any non-incorporated nucleotides, may be removed from the reading system 10A. This can be achieved using a washing solution (eg water). The deblocking agent may then be introduced into the reader system 10A. The deblocking agent may allow i) cleavage of all 16' cleavable binding molecules from the included 12A-12C labeled nucleotide (which also removes the 18A catalytic tag), and ii) removal of the 38A, 38B, 38C 3'-OH blocking group (see FIG. 1B) from the included labeled nucleotide 12A-12C. Removal of the 38A, 38B, 38C 3'-OH blocking group allows a subsequent sequencing run to be performed. Examples of 3'-OH blocking groups and suitable deblocking agents include: o-nitrobenzyl ethers and alkyl o-nitrobenzyl carbonate, which can be removed photolytically; ester components that can be removed by base hydrolysis; allyl components which can be removed with Nal, chlorotrimethylsilane and Na2S2O 3 or with Hg(II) in acetone/water; azidomethyl, which can be cleaved with phosphines such as tris-(2-carboxyethyl)-phosphine (TCEP) or tri-(hydroxypropyl)-phosphine (THP); acetals such as tert-butoxyethoxy, which can be cleaved under acidic conditions; MOM-(-CH 2 OCH 3 )-components, which can be split with LiBF 4 and CH 3 CN/H 2 O; 2,4-dinitrobenzenesulphenyl, which can be cleaved by nucleophiles such as thiophenol and thiosulfate; tetrahydrofuranyl ether which can be cleaved with Ag(I) or Hg(II); and 3'-phosphate, which can be cleaved by phosphatase enzymes (eg, polynucleotide kinase). Other useful reversible components include ethers, -F, -H 2 , -OCH 3 , -N 3 , -HCOCH 3 , and 2-nitrobenzene carbonate, and useful deblocking treatments include irradiation with light (for example, to cause photodegradation), heating, exposure to chemical reactants, exposure to catalysts, exposure to electric current (for example, to cause electrolysis), etc.

[00124] Считывающая система 10B [00124] 10B Reader System

[00125] Конкретно ссылаясь на фиг. 3A и фиг. 3B, считывающая система 10B включает в себя pH-датчик 20 и комплекс 30A, присоединенный к проводящему каналу 26 pH-датчика 20.[00125] Referring specifically to FIG. 3A and FIG. 3B, the reading system 10B includes a pH sensor 20 and a complex 30A connected to a conductive channel 26 of the pH sensor 20.

[00126] Комплекс 30A включает в себя полимеразу 28, связанную с компонентом изменения pH (показан в этих примерах в качестве 50A, 50B или 50C), который должен участвовать в формировании изменения pH поблизости от проводящего канала 26 в силу потребления вторичного субстрата 34 в текучей среде, которая раскрывается для pH-датчика 20.[00126] Complex 30A includes polymerase 28 associated with a pH change component (shown in these examples as 50A, 50B, or 50C) that would be involved in generating a pH change in the vicinity of the conduction channel 26 due to the consumption of secondary substrate 34 in the fluid. environment, which is disclosed for the pH sensor 20.

[00127] Полимераза 28 комплекса 30A может представлять собой любой пример полимеразы, описанной со ссылкой на фиг. 2.[00127] Polymerase 28 of complex 30A can be any example of the polymerase described with reference to FIG. 2.

[00128] В этом примере, компонент изменения pH выбирается из группы, состоящей из фермента 50A, кофактора 50B и активатора 50C.[00128] In this example, the pH change component is selected from the group consisting of 50A enzyme, 50B cofactor, and 50C activator.

[00129] Фермент 50A формирует кислоту или основание в реакции с вторичным субстратом 34. В качестве примеров, фермент 50A может выбираться из группы, состоящей из гидролаз и оксидаз. Примеры подходящих гидролаз включают в себя фосфатазы, эстеразы (например, ацетилхолинэстеразу), конкретные для последовательности протеазы (например, TEV-протеазу или тромбин) и гликозидазы (которые не ухудшают характеристики рибозы, такие как целлюлоза или амилаза). Другая подходящая гидролаза представляет собой углеродистую ангидразу. Примеры подходящих оксидаз включают в себя глюкозооксидазу, моноаминоксидазу, ксантиноксидазу и т.д. Хотя предоставлено несколько примеров, считается, что может использоваться любой доступный фермент 50A или спроектированный фермент 50A, при условии, что ферментативная кинетика быстрее полимеразной кинетики.[00129] Enzyme 50A forms an acid or base in reaction with secondary substrate 34. As examples, enzyme 50A can be selected from the group consisting of hydrolases and oxidases. Examples of suitable hydrolases include phosphatases, esterases (eg, acetylcholinesterase), sequence-specific proteases (eg, TEV protease or thrombin), and glycosidases (which do not degrade ribose, such as cellulose or amylase). Another suitable hydrolase is carbonic anhydrase. Examples of suitable oxidases include glucose oxidase, monoamine oxidase, xanthine oxidase, and the like. Although several examples are provided, it is believed that any available 50A enzyme or engineered 50A enzyme may be used, as long as the enzymatic kinetics are faster than the polymerase kinetics.

[00130] Кофактор 50B представляет собой вещество, присутствие которого является важным для активности фермента, который формирует кислоту или основание в реакции с вторичным субстратом 34. Некоторые примеры подходящих кофакторов 50B для оксидаз включают в себя флавинадениндинуклеотид (FAD), никотинадениндинуклеотид (NAD), никотинадениндинуклеотидафосфат (NADP) и т.д.[00130] Cofactor 50B is a substance whose presence is essential for the activity of an enzyme that forms an acid or base in reaction with a secondary substrate 34. Some examples of suitable 50B cofactors for oxidases include flavin adenine dinucleotide (FAD), nicotine adenine dinucleotide (NAD), nicotine adenine dinucleotide phosphate (NADP), etc.

[00131] Активатор 50C представляет собой вещество, которое инициирует или стимулирует реакцию формирования кислоты или основания с вторичным субстратом 34. В некоторых случаях, активатор 50C функционирует аналогично кофактору 50B, и в силу этого любые примеры кофактора 50B могут использоваться для активатора 50C. Для металло-зависимых гидролаз, примеры подходящих активаторов 50C включают в себя двухвалентные металлы.[00131] A 50C activator is a substance that initiates or stimulates an acid or base formation reaction with secondary substrate 34. In some cases, the 50C activator functions similarly to the 50B cofactor, and as such, any examples of the 50B cofactor can be used for the 50C activator. For metal dependent hydrolases, examples of suitable 50C activators include divalent metals.

[00132] В комплексе 30A, полимераза 28 и любой пример компонента 50A-50C изменения pH конъюгируются между собой. В одном примере, этот комплекс 30A представляет собой слитый белок или химеру белка. Комплекс 30A может формироваться с использованием способов конъюгирования, таких как реакция сочетания SpyTag/SpyCatcher, конъюгирование цистеина с опосредованным р-фиксатором, биотин/стрептавидин, белок на основе SUMO (малого убиквитин-подобного модификатора), His6/NTA-хелирование с металлом, цистеин/малеимид, дибензоциклооктин (DBCO)/азид или любой другой подходящий способ конъюгирования.[00132] In complex 30A, polymerase 28 and any example of component 50A-50C pH changes are conjugated to each other. In one example, this 30A complex is a fusion protein or protein chimera. The 30A complex can be formed using conjugation methods such as SpyTag/SpyCatcher coupling, β-fixer mediated cysteine conjugation, biotin/streptavidin, SUMO (small ubiquitin-like modifier) protein, His6/NTA metal chelation, cysteine /maleimide, dibenzocyclooctyne (DBCO)/azide or any other suitable conjugation method.

[00133] Комплекс 30A может присоединяться к проводящему каналу 26 через привязку 32, примеры которой описываются со ссылкой на фиг. 2. Альтернативно, комплекс 30A может непосредственно присоединяться через связывание между компонентом 50A-50C изменения pH и группами на поверхности проводящего канала 26.[00133] Complex 30A may be connected to conduction channel 26 via anchor 32, examples of which are described with reference to FIGS. 2. Alternatively, complex 30A can be directly attached via a bond between the pH change component 50A-50C and the groups on the surface of the conduction channel 26.

[00134] Хотя не показано, считывающая система 10B также может включать в себя детектор для того, чтобы обнаруживать изменения напряжения и/или тока, которые соответствуют изменению pH, возникающему на/около поверхности считывающего pH-канала 26.[00134] Although not shown, the readout system 10B may also include a detector to detect voltage and/or current changes that correspond to a change in pH occurring at/near the surface of the pH readout channel 26.

[00135] Также хотя не показано, считывающая система 10B может позиционироваться на опоре, такой как кремниевая микросхема. Электроды 22, 24 могут соединяться с электронной схемой, которая обеспечивает их работу (например, после подключения к детектору и источнику мощности).[00135] Also, although not shown, the reader system 10B may be positioned on a support, such as a silicon chip. The electrodes 22, 24 can be connected to an electronic circuit that makes them work (for example, after being connected to a detector and a power source).

[00136] В некоторых примерах, датчик 10B может поступать заранее собранным.[00136] In some examples, sensor 10B may come pre-assembled.

[00137] В других примерах, компоненты датчика могут представлять собой часть комплекта, и компоненты комплекта могут использоваться для того, чтобы собирать датчик 10B. Пример комплекта включает в себя pH-датчик 20 на опоре и текучую среду, которая используется для того, чтобы вводить комплекс 30A в pH-датчик 20. Текучая среда включает в себя жидкость-носитель и комплекс 30A. В некоторых примерах, комплекс 30A в текучей среде присоединяется к привязке 32. В других примерах, привязка 32 присоединяется к считывающему pH-каналу 26 в качестве части считывающей системы 10B. В еще одних других примерах, в которых имеется прямая связь, созданная между компонентом 50A-50C изменения pH и поверхностными группами канала 26, следует понимать, что комплекс 30A в текучей среде не присоединяется к привязке 32, и привязка 32 не присоединяется к считывающему pH-каналу 26. В примере, жидкость-носитель представляет собой воду или пример низкобуферной текучей среды, такой как солевой цитрат при миллимолярных концентрациях.[00137] In other examples, the sensor components may be part of a kit, and the kit components may be used to assemble the sensor 10B. An exemplary kit includes a pH sensor 20 on a support and a fluid that is used to inject complex 30A into pH sensor 20. The fluid includes a carrier fluid and complex 30A. In some examples, the fluid complex 30A is attached to tether 32. In other examples, tether 32 is attached to pH readout channel 26 as part of readout system 10B. In still other examples where there is a direct link created between the pH change component 50A-50C and the surface groups of the channel 26, it should be understood that the 30A fluid complex does not attach to anchor 32 and anchor 32 does not attach to the pH-reader. channel 26. In an example, the carrier fluid is water or an example of a low buffer fluid such as citrate salt at millimolar concentrations.

[00138] В одном примере этого комплекта, комплекс 30A в жидкости-носителе включает в себя полимеразу 28, связанную, по меньшей мере, с одним ферментом 50A. В другом примере этого комплекта, комплекс 30A в жидкости-носителе включает в себя полимеразу 28, конъюгированную с кофактором 50B. В еще одном другом примере этого комплекта, комплекс 30A в жидкости-носителе включает в себя полимеразу 28, конъюгированную с активатором 50C. В каждом из этих примеров, комплекс 30A также может включать в себя привязку 32. При использовании этих примеров комплекта, пользователь может осаждать текучую среду на опоре и обеспечивать возможность текучей среде оставаться на опоре в течение подходящего времени для присоединения, посредством привязки 32, комплекса 30A к проводящему каналу 26, для присоединения, посредством комплекса 30A, к привязке 32 на канале 26, или для связывания, посредством компонента 50A-50C изменения pH, с поверхностными группами канала 26. Опора может промываться с помощью подходящего буфера для того, чтобы удалять все несвязанные комплексы 30A.[00138] In one example of this kit, complex 30A in the carrier fluid includes polymerase 28 associated with at least one enzyme 50A. In another example of this kit, complex 30A in the carrier fluid includes polymerase 28 conjugated to cofactor 50B. In yet another example of this kit, the 30A complex in the carrier fluid includes polymerase 28 conjugated to the 50C activator. In each of these examples, assembly 30A may also include a tie 32. Using these set examples, the user may deposit fluid on the support and allow the fluid to remain on the support for a suitable time to attach, via tie 32, assembly 30A to conductive channel 26, to attach, via complex 30A, to anchor 32 on channel 26, or to bond, via pH change component 50A-50C, to channel 26 surface groups. The support may be washed with a suitable buffer to remove all unbound complexes 30A.

[00139] Некоторые примеры комплекта также могут включать в себя текучую среду(ы), которая должна использоваться со считывающей системой 10B во время считывания одиночных молекул. Содержание текучей среды может варьироваться в зависимости от того, какой компонент 50A-50C изменения pH представляет собой часть комплекса 30A считывающей системы 10B, и того, какие меченые нуклеотиды 12, 12A-12C или 12' используются. Ниже описываются несколько примеров этих текучих сред.[00139] Some examples of the kit may also include fluid(s) to be used with the 10B reader system during single molecule readings. The fluid content may vary depending on which pH change component 50A-50C is part of the complex 30A of the readout system 10B and which labeled nucleotides 12, 12A-12C or 12' are used. Several examples of these fluids are described below.

[00140] В примерах, показанных на фиг. 3A, текучая среда(ы), которая должна использоваться во время секвенирования одиночных молекул, включает в себя любой пример жидкости-носителя, раскрытой в данном документе, меченых нуклеотидов 12 или 12A-12C и вторичного субстрата 34 (который, в этих примерах, представляет собой отдельную молекулу относительно меченых нуклеотидов 12 или 12A-12C).[00140] In the examples shown in FIG. 3A, the fluid(s) to be used during single molecule sequencing includes any example of the carrier fluid disclosed herein, labeled nucleotides 12 or 12A-12C, and secondary substrate 34 (which, in these examples, is is a separate molecule relative to labeled nucleotides 12 or 12A-12C).

[00141] Метка 18B или 18C, которая присоединяется к меченым нуклеотидам 12 или 12A-12C, должна зависеть от того, какой компонент изменения pH включается в комплекс 30A.[00141] The 18B or 18C label that attaches to labeled nucleotides 12 or 12A-12C would depend on which pH change component is included in the 30A complex.

[00142] Когда считывающая система 10B включает в себя фермент 50A в качестве части комплекса 30A, метка 18B используется. Как упомянуто в данном документе, фермент 50A формирует кислоту или основание в реакции с вторичным субстратом 34, когда они находятся поблизости друг от друга. Чтобы коррелировать реакцию формирования кислоты или основания между ферментом 50A и вторичным субстратом 34 с включенным меченым нуклеотидом 12 или 12A-12C, метка 18B на меченых нуклеотидах 12 или 12A-12C может индивидуально адаптироваться с возможностью улучшать кинетику фермента 50A или замедлять кинетику фермента 50A. В связи с этим, метка 18B представляет собой один пример компонента изменения pH, который присоединяется к меченому нуклеотиду 12 или 12A-12C. Этот пример системы 10B в силу этого включает в себя два различных примера компонента изменения pH. Таким образом, в одном примере, метка 18B выбирается из группы, состоящей из первой группы, которая улучшает кинетику фермента 50A, и второй группы, которая замедляет кинетику фермента 50A.[00142] When reading system 10B includes enzyme 50A as part of complex 30A, label 18B is used. As mentioned herein, enzyme 50A forms an acid or base in reaction with secondary substrate 34 when they are in proximity to each other. To correlate the acid or base formation reaction between enzyme 50A and secondary substrate 34 with labeled nucleotide 12 or 12A-12C incorporated, the 18B label on labeled nucleotides 12 or 12A-12C can be individually tailored to improve the kinetics of the 50A enzyme or slow down the kinetics of the 50A enzyme. In this regard, label 18B is one example of a pH change component that attaches to labeled nucleotide 12 or 12A-12C. This example system 10B therefore includes two different examples of the pH change component. Thus, in one example, the 18B label is selected from the group consisting of a first group that improves the kinetics of the 50A enzyme and a second group that slows down the kinetics of the 50A enzyme.

[00143] Когда метка 18B улучшает кинетику фермента 50A, она также улучшает (например, инициирует или ускоряет) кинетику реакции формирования кислоты или основания, заключающей в себе фермент 50A и вторичный субстрат 34. Примеры меток 18B, которые улучшают кинетику фермента 50A, включают в себя кофакторы фермента. Примеры других меток 18B, которые улучшают кинетику фермента 50A, включают в себя метки, которые имеют эффект скученности. Этот тип метки 18B может представлять собой агент обеспечения скученности, который может уменьшать объем воды, доступной для других молекул, и эффективно увеличивать локальную концентрацию вторичного субстрата 34 (что, в свою очередь, увеличивает скорость реакции).[00143] When the 18B label improves the kinetics of the 50A enzyme, it also improves (e.g., initiates or accelerates) the kinetics of the acid or base formation reaction comprising the 50A enzyme and the secondary substrate 34. Examples of 18B labels that improve the kinetics of the 50A enzyme include themselves cofactors of the enzyme. Examples of other 18B labels that improve the 50A enzyme kinetics include labels that have a crowding effect. This type of label 18B can be a crowding agent that can reduce the amount of water available to other molecules and effectively increase the local concentration of secondary substrate 34 (which in turn increases the reaction rate).

[00144] Напротив, когда метка 18B замедляет кинетику фермента 50A, она также замедляет кинетику реакции формирования кислоты или основания, заключающей в себе фермент 50A и вторичный субстрат 34. Примеры меток 18B, которые замедляют кинетику фермента 50A, могут выбираться из группы, состоящей из аллостерического ингибитора, группы стерического исключения и буферизующей группы. Аллостерический ингибитор связывается с аллостерическим участком фермента 50A и изменяет конформацию активного участка фермента 50A. Как результат, фермент 50A более не имеет возможность реагировать с вторичным субстратом 34 и становится неактивным. Может быть желательным, если связывание между аллостерическим ингибитором и ферментом 50A является более слабым, чем связывание между полимеразой 28 и основанием меченого нуклеотида 12 или 12A-12C таким образом, что меченые нуклеотиды 12 или 12A-12C не являются связанными только посредством метки 18B. Группа стерического исключения может представлять собой молекулу, которая является более объемистой, чем вторичный субстрат 34. Группа стерического исключения включенного меченого нуклеотида может блокировать приближение вторичного субстрата 34 к ферменту 50A достаточно вплотную для того, чтобы реагировать. Другими словами, группа стерического исключения может уменьшать доступ к ферменту 50A без фактического связывания с ферментом 50A. Буферизующая группа может выступать в качестве локального буфера для того, чтобы абсорбировать протоны, сформированные во время реакции формирования кислоты, либо молекулы основания, сформированных во время реакции формирования основания, и в силу этого нейтрализовать pH. В качестве примера, дендримеры, обладающие несколькими группами кислот или оснований, могут служить с возможностью буферизовать локальную окрестность проводящего канала 26.[00144] In contrast, when the 18B label retards the kinetics of the 50A enzyme, it also retards the kinetics of the acid or base formation reaction comprising the 50A enzyme and the secondary substrate 34. Examples of 18B labels that retard the kinetics of the 50A enzyme may be selected from the group consisting of an allosteric inhibitor, a steric exclusion group, and a buffering group. The allosteric inhibitor binds to the allosteric site of the 50A enzyme and changes the conformation of the active site of the 50A enzyme. As a result, enzyme 50A is no longer able to react with secondary substrate 34 and becomes inactive. It may be desirable if the binding between the allosteric inhibitor and the 50A enzyme is weaker than the binding between polymerase 28 and the base of the labeled nucleotide 12 or 12A-12C such that the labeled nucleotides 12 or 12A-12C are not linked only through the label 18B. The steric exclusion group may be a molecule that is bulkier than secondary substrate 34. The steric exclusion group of the included labeled nucleotide may block secondary substrate 34 from coming close enough to enzyme 50A to react. In other words, the steric exclusion group can reduce access to the 50A enzyme without actually binding to the 50A enzyme. The buffering group can act as a local buffer to absorb protons formed during the acid formation reaction or base molecules formed during the base formation reaction and thereby neutralize the pH. By way of example, dendrimers having multiple acid or base groups can serve to buffer the local vicinity of the conduction channel 26.

[00145] В примере, метки 18B, которые присоединяются к различным нуклеотидам 12 или 12A-12C (например, A, T, C, G), могут выбираться с возможностью увеличивать или уменьшать формирование кислоты или основания на различных скоростях. В этом примере, когда один из меченого нуклеотида 12 или 12A-12C включается посредством полимеразы 28, метка 18B переходит в позицию поблизости от фермента 50A и вторичного субстрата 34 и улучшает или замедляет реакцию на уникальной зависимой от метки скорости. В свою очередь, pH в проводящем канале 26 изменяется. Изменение pH коррелируется с повышенным или пониженным формированием кислоты или основания и в силу этого может использоваться для того, чтобы идентифицировать включенный меченый нуклеотид 12 или 12A-12C.[00145] In an example, 18B labels that attach to different nucleotides 12 or 12A-12C (eg, A, T, C, G) can be selected to increase or decrease acid or base formation at different rates. In this example, when one of the labeled nucleotide 12 or 12A-12C is turned on by polymerase 28, label 18B moves to a position in the vicinity of enzyme 50A and secondary substrate 34 and enhances or slows down the response at a unique label-dependent rate. In turn, the pH in the conductive channel 26 changes. The change in pH is correlated with increased or decreased acid or base formation and can therefore be used to identify the included labeled nucleotide 12 or 12A-12C.

[00146] Когда считывающая система 10B включает в себя кофактор 50B или активатор 50C в качестве части комплекса 30A, метка 18C используется. Метка 18C может представлять собой фермент, который формирует кислоту или основание в реакции с вторичным субстратом 34. В связи с этим, метка 18C представляет собой один пример компонента изменения pH, который присоединяется к меченому нуклеотиду 12 или 12A-12C. Этот пример системы 10B в силу этого включает в себя два различных примера компонента изменения pH. Когда меченый нуклеотид 12 или 12A-12C включается посредством полимеразы 28, ферментная метка 18C переходит в позицию поблизости от кофактора 50B или активатора 50C и вторичного субстрата 34. Присоединенный кофактор 50B или активатор 50C может улучшать или инициировать реакцию между ферментной меткой 18C и вторичным субстратом 34 в текучей среде.[00146] When reading system 10B includes cofactor 50B or activator 50C as part of complex 30A, label 18C is used. The 18C label may be an enzyme that forms an acid or base in reaction with secondary substrate 34. In this regard, the 18C label is one example of a pH change component that attaches to a labeled nucleotide 12 or 12A-12C. This example system 10B therefore includes two different examples of the pH change component. When a labeled 12 or 12A-12C nucleotide is incorporated by polymerase 28, the 18C enzyme tag moves to a position adjacent to the 50B cofactor or 50C activator and secondary substrate 34. The attached 50B cofactor or 50C activator can enhance or initiate the reaction between the 18C enzyme tag and secondary substrate 34 in a fluid environment.

[00147] Поскольку меченые нуклеотиды 12 или 12A-12C не включают в себя вторичный субстрат 34, текучая среда(ы), представленная в примере по фиг. 3A, также включает в себя вторичный субстрат 34. Вторичный субстрат 34 может представлять собой любой вторичный субстрат 34, который может реагировать с ферментом 50A для того, чтобы формировать кислоту или основание, либо реакция которой с ферментной меткой 18C может улучшаться или инициироваться посредством кофактора 50B или активатора 50C.[00147] Because labeled nucleotides 12 or 12A-12C do not include secondary substrate 34, the fluid(s) provided in the example of FIG. 3A also includes secondary substrate 34. Secondary substrate 34 can be any secondary substrate 34 that can react with enzyme 50A to form an acid or base, or whose reaction with enzyme label 18C can be enhanced or initiated by cofactor 50B. or activator 50C.

[00148] Нижеприведенное описание относится к примерному способу, который заключает в себе меченые нуклеотиды 12 и считывающую систему 10B. В этом примере, матричная полинуклеотидная цепь 44 может вводиться в считывающую систему 10B в текучей среде, такой как биологически стабильный раствор, вместе или отдельно от меченых нуклеотидов 12 и вторичного субстрата 34. Полимераза 28 связывается с матричной полинуклеотидной цепью 44 таким образом, что цепь 44 удерживается на месте. Комплементарное основание одного из меченых нуклеотидов 12 должно включаться в образующуюся цепь 46 (которая формируется вдоль матричной полинуклеотидной цепи 44) посредством полимеразы 28. Во время события включения, метка 18B или 18C меченого нуклеотида 12 появляется поблизости от канала 26, компонента 50A-50C изменения pH и любого вторичного субстрата 34 в текучей среде, которая также находится поблизости от компонента 50A-50C изменения pH. Реакция формирования кислоты или основания с вторичным субстратом 34 может улучшаться, замедляться или ингибироваться в зависимости от комплекса 30A и меток 18B или 18C, которые используются, что изменяет pH текучей среды и заряд на поверхности канала 26. В этом примерном способе, после включения нуклеотидного основания в образующуюся цепь 46, связь между альфа-фосфатом и связывающей молекулой 16 или между альфа-фосфатом и бета-фосфатом расщепляется естественным путем. Это естественное расщепление обеспечивает возможность метке 18B или 18C (и связывающей молекуле 16) диссоциироваться от включенного нуклеотидного основания и диффундировать в направлении от считывающей системы 10B. Полимераза 28 затем может принимать другой меченый нуклеотид 12, который включает в себя нуклеотидное основание, которое является комплементарным следующему нуклеотиду в матричной полинуклеотидной цепи 44.[00148] The following description relates to an exemplary method that includes labeled 12 nucleotides and a 10B readout system. In this example, template polynucleotide strand 44 may be introduced into reader system 10B in a fluid such as a biologically stable solution, together with or separately from labeled nucleotides 12 and secondary substrate 34. Polymerase 28 binds to template polynucleotide strand 44 such that strand 44 is held in place. The complementary base of one of the labeled nucleotides 12 must be incorporated into the nascent strand 46 (which is formed along the template polynucleotide strand 44) by polymerase 28. During the inclusion event, the label 18B or 18C of the labeled nucleotide 12 appears in the vicinity of channel 26, the pH change component 50A-50C and any secondary substrate 34 in a fluid that is also in the vicinity of the pH change component 50A-50C. The reaction of acid or base formation with secondary substrate 34 may be enhanced, retarded, or inhibited depending on the complex 30A and labels 18B or 18C that are used, which changes the pH of the fluid and the charge on the surface of the channel 26. In this exemplary method, after incorporation of the nucleotide base into the resulting chain 46, the bond between alpha-phosphate and binding molecule 16 or between alpha-phosphate and beta-phosphate is naturally cleaved. This natural cleavage allows the 18B or 18C label (and binding molecule 16) to dissociate from the incorporated nucleotide base and diffuse away from the 10B reader system. Polymerase 28 can then accept another labeled nucleotide 12, which includes a nucleotide base that is complementary to the next nucleotide in the 44 template polynucleotide strand.

[00149] Нижеприведенное описание относится к примерному способу, который заключает в себе меченые нуклеотиды 12A-12C и считывающую систему 10B. В этом примере, матричная полинуклеотидная цепь 44 может вводиться в считывающую систему 10B в текучей среде, такой как биологически стабильный раствор, вместе или отдельно от меченых нуклеотидов 12A-12C и вторичного субстрата 34. Полимераза 28 связывается с матричной полинуклеотидной цепью 44 таким образом, что цепь 44 удерживается на месте. Комплементарное основание одного из меченых нуклеотидов 12A-12C должно включаться в образующуюся цепь 46 (которая формируется вдоль матричной полинуклеотидной цепи 44) посредством полимеразы 28. Реакция формирования кислоты или основания с вторичным субстратом 34 может улучшаться, замедляться или ингибироваться в зависимости от комплекса 30A и меток 18B или 18C, которые используются, что изменяет pH текучей среды и заряд на поверхности канала 26. В этом примере, меченый нуклеотид 12A-12C включает в себя обратимый терминатор. В связи с этим, включение меченого нуклеотида 12A-12C служит в качестве терминатора для полимеризации. Это обеспечивает осуществление улучшенного, замедленного или ингибированного формирования кислоты или основания и обнаружения заряда аналогично вышеописанному. В этом примерном способе, мытье и воздействие деблокирующего агента может использоваться для того, чтобы подготавливать считывающую систему 10B к другому циклу секвенирования.[00149] The following description relates to an exemplary method that includes labeled nucleotides 12A-12C and a 10B readout system. In this example, template polynucleotide strand 44 may be introduced into reader system 10B in a fluid such as a biologically stable solution, together with or separately from labeled nucleotides 12A-12C and secondary substrate 34. Polymerase 28 binds to template polynucleotide strand 44 such that chain 44 is held in place. The complementary base of one of the labeled nucleotides 12A-12C must be incorporated into the nascent strand 46 (which is formed along the template polynucleotide strand 44) by polymerase 28. The reaction of acid or base formation with secondary substrate 34 may be enhanced, retarded, or inhibited depending on the 30A complex and labels 18B or 18C are used, which changes the pH of the fluid and the charge on the surface of the channel 26. In this example, the labeled nucleotide 12A-12C includes a reversible terminator. In this regard, the inclusion of the labeled nucleotide 12A-12C serves as a polymerization terminator. This provides improved, delayed or inhibited acid or base formation and charge detection similar to those described above. In this exemplary method, washing and exposure to a deblocking agent may be used to prepare the 10B read system for another sequencing run.

[00150] В любом из примеров, описанных со ссылкой на фиг. 3A, следует понимать, что расстояние между полимеразой 28 и компонентом 50A-50C изменения pH и длина связывающей молекулы 16, 16' могут выбираться таким образом, что метка 18B или 18C переходит в позицию поблизости от компонента 50A-50C изменения pH, когда ее меченый нуклеотид 12 или 12A-12C включается посредством полимеразы 28. Это обеспечивает прогнозируемые эффекты в отношении реакции формирования кислоты или основания.[00150] In any of the examples described with reference to FIG. 3A, it should be understood that the distance between polymerase 28 and the pH change component 50A-50C and the length of the binding molecule 16, 16' can be chosen such that the label 18B or 18C moves to a position proximate the pH change component 50A-50C when labeled nucleotide 12 or 12A-12C is incorporated by polymerase 28. This provides predictable effects on the acid or base formation reaction.

[00151] Как упомянуто в данном документе, считывающая система 10B также может использоваться с меченым нуклеотидом 12', который, как описано со ссылкой на фиг. 1C, включает в себя вторичный субстрат 34, присоединенный к нуклеотиду 14. Фиг. 3B иллюстрирует систему 10B и меченый нуклеотид 12'.[00151] As mentioned herein, the reading system 10B can also be used with labeled nucleotide 12', which, as described with reference to FIG. 1C includes secondary substrate 34 attached to nucleotide 14. FIG. 3B illustrates system 10B and labeled nucleotide 12'.

[00152] В этом примере, текучая среда в комплекте включает в себя меченые нуклеотиды 12', а не меченые нуклеотиды 12 или 12A-12C. В отличие от текучих сред, описанных со ссылкой на фиг. 3A, эта текучая среда не включает в себя отдельный вторичный субстрат 34, поскольку вторичный субстрат 34 присоединяется к нуклеотиду 14.[00152] In this example, the fluid in the kit includes labeled nucleotides 12', not labeled nucleotides 12 or 12A-12C. Unlike the fluids described with reference to FIG. 3A, this fluid does not include a separate secondary substrate 34 because secondary substrate 34 attaches to nucleotide 14.

[00153] Когда считывающая система 10B включает в себя фермент 50A в качестве части комплекса 30A, текучая среда, доступная для системы 10B, может включать в себя жидкость-носитель и меченые нуклеотиды 12'. Когда полимераза 28 включает основание меченых нуклеотидов 12', вторичный субстрат 34 переходит в позицию поблизости от фермента 50A, и реакция формирования кислоты или основания может осуществляться.[00153] When reading system 10B includes enzyme 50A as part of complex 30A, the fluid available to system 10B may include carrier fluid and labeled nucleotides 12'. When polymerase 28 includes the base of labeled nucleotides 12', secondary substrate 34 moves to a position in the vicinity of enzyme 50A and an acid or base formation reaction can proceed.

[00154] Когда считывающая система 10B включает в себя кофактор 50B или активатор 50C в качестве части комплекса 30A, текучая среда, доступная для системы 10B, может включать в себя жидкость-носитель и меченые нуклеотиды 12'. Этот пример комплекта также может включать в себя ферментную текучую среду, которая является отдельной от текучей среды, содержащей меченые нуклеотиды 12'. Ферментная текучая среда включается, поскольку ни меченый нуклеотид 12', ни комплекс 30A не содержат фермент, который участвует в реакции формирования кислоты или основания с вторичным субстратом 34. Ферментная текучая среда может включать в себя жидкость-носитель (например, любой из буферов, раскрытых в данном документе) и фермент 54, который должен участвовать в потреблении вторичного субстрата 34. Используемый фермент 54 зависит от вторичного субстрата 34, который присоединяется к меченому нуклеотиду 12'.[00154] When reading system 10B includes cofactor 50B or activator 50C as part of complex 30A, the fluid available to system 10B may include carrier fluid and labeled nucleotides 12'. This example kit may also include an enzyme fluid that is separate from the fluid containing the labeled nucleotides 12'. The enzyme fluid is included because neither labeled nucleotide 12' nor complex 30A contains an enzyme that is involved in an acid or base formation reaction with secondary substrate 34. The enzyme fluid may include a carrier fluid (e.g., any of the buffers disclosed herein) and an enzyme 54 which is to participate in the consumption of the secondary substrate 34. The enzyme 54 used depends on the secondary substrate 34, which is attached to the labeled nucleotide 12'.

[00155] Когда текучая среда(ы), содержащая матричную полинуклеотидную цепь 44 и меченый нуклеотид 12', и, в некоторых случаях, ферментная текучая среда вводятся (последовательно или одновременно) в считывающую систему 10B, матричная полинуклеотидная цепь 44 связывается с полимеразой 28, и один комплементарный меченых нуклеотидов 12' включается в растущую образующуюся цепь 46. В этом примере, фермент 50A комплекса 30A либо свободно плавающий фермент 54 реагирует таким образом, чтобы потреблять вторичный субстрат 34 для того, чтобы формировать кислоту или основание, и эта реакция должна быть быстрее включения нуклеотида. В этих примерах, вторичный субстрат 34 потребляется, и после его потребления, pH должен возвращаться к базовому уровню, и нуклеотидное основание должно включаться.[00155] When fluid(s) containing the 44 template polynucleotide strand and the 12' labeled nucleotide, and, in some cases, the enzyme fluid, are introduced (successively or simultaneously) into the 10B reader system, the 44 template polynucleotide strand binds to polymerase 28, and one complementary labeled nucleotide 12' is included in the growing nascent strand 46. In this example, enzyme 50A of complex 30A or free-floating enzyme 54 reacts to consume secondary substrate 34 in order to form an acid or base, and this reaction must be faster nucleotide incorporation. In these examples, secondary substrate 34 is consumed, and upon consumption, the pH should return to baseline and the nucleotide base should be included.

[00156] Считывающая система 10C [00156] 10C Reader System

[00157] Конкретно ссылаясь на фиг. 4, считывающая система 10C включает в себя pH-датчик 20 и комплекс 30B, присоединенный к проводящему каналу 26 pH-датчика 20.[00157] Referring specifically to FIG. 4, the reading system 10C includes a pH sensor 20 and a complex 30B connected to a conductive channel 26 of the pH sensor 20.

[00158] Комплекс 30B включает в себя полимеразу 28, присоединенную к двум различным ферментам 50A и 50D. Полимераза 28 комплекса 30A может представлять собой любой пример полимеразы, описанной со ссылкой на фиг. 2.[00158] Complex 30B includes polymerase 28 attached to two different enzymes 50A and 50D. Polymerase 28 of complex 30A may be any example of the polymerase described with reference to FIG. 2.

[00159] Ферменты 50A, 50D могут представлять собой любой пример фермента, описанного со ссылкой на фиг. 3A и фиг. 3B, при условии, что два фермента 50A, 50D отличаются. Каждый из ферментов 50A и 50D формирует кислоту или основание в реакции с вторичным субстратом 34; тем не менее, ферменты 50A и 50D могут выбираться таким образом, что они имеют различный ответ при нахождении поблизости от конкретной нуклеотидной метки 18D. В качестве одного примера, фермент 50A может реагировать на соответствующие метки 18D, присоединенные к двум типам меченых нуклеотидов 12 или 12A-12C (например, A и T), и может не реагировать на соответствующие метки 18D, присоединенные к другим двум типам меченых нуклеотидов 12 или 12A-12C (например, C и G). С другой стороны, фермент 50D может реагировать на соответствующие метки 18D, присоединенные к другим двум типам меченых нуклеотидов 12 или 12A-12C (например, C и G), но может не реагировать на соответствующие метки 18D, присоединенные к двум типам меченых нуклеотидов 12 или 12A-12C (например, A и T). В этом примере, каждая метка 18D, соответственно, присоединенная к нуклеотидам 12 или 12A-12C, может отличаться от каждой другой метки 18D, соответственно, присоединенной к другим нуклеотидам 12 или 12A-12C.[00159] Enzymes 50A, 50D may be any example of the enzyme described with reference to FIG. 3A and FIG. 3B, provided that the two enzymes 50A, 50D are different. Enzymes 50A and 50D each form an acid or base in reaction with secondary substrate 34; however, enzymes 50A and 50D can be chosen such that they have a different response when in the vicinity of a particular 18D nucleotide tag. As one example, the 50A enzyme may respond to corresponding 18D labels attached to two types of labeled nucleotides 12 or 12A-12C (e.g., A and T) and may not respond to corresponding 18D labels attached to the other two types of labeled nucleotides 12 or 12A-12C (eg C and G). On the other hand, the 50D enzyme may respond to the corresponding 18D labels attached to the other two types of labeled nucleotides 12 or 12A-12C (for example, C and G), but may not respond to the corresponding 18D labels attached to two types of labeled nucleotides 12 or 12A-12C (eg, A and T). In this example, each 18D label, respectively, attached to nucleotides 12 or 12A-12C may be different from each other 18D label, respectively, attached to other nucleotides 12 or 12A-12C.

[00160] В комплексе 30B, полимераза 28 и два различных фермента 50A, 50D конъюгируются между собой. В одном примере, этот комплекс 30B представляет собой слитый белок или химеру белка. Комплекс 30B может формироваться с использованием способов конъюгирования, таких как реакция сочетания SpyTag/SpyCatcher, конъюгирование цистеина с опосредованным р-фиксатором, биотин/стрептавидин, белок на основе SUMO (малого убиквитин-подобного модификатора), His6/NTA-хелирование с металлом, цистеин/малеимид, дибензоциклооктин (DBCO)/азид или любой другой подходящий способ конъюгирования.[00160] In complex 30B, polymerase 28 and two different enzymes 50A, 50D are conjugated together. In one example, this 30B complex is a protein fusion or chimera. The 30B complex can be formed using conjugation methods such as SpyTag/SpyCatcher coupling reaction, β-fixer mediated cysteine conjugation, biotin/streptavidin, SUMO (small ubiquitin-like modifier) protein, His6/NTA metal chelation, cysteine /maleimide, dibenzocyclooctyne (DBCO)/azide or any other suitable conjugation method.

[00161] В одном примере (как показано на фиг. 4), комплекс 30B может присоединяться к проводящему каналу 26 через привязки 32, 32', присоединенные к каждому из ферментов 50A, 50D. В другом примере, одна привязка 32 может присоединять полимеразу 28 к проводящему каналу 26, и ферменты 50A, 50D, соответственно, могут присоединяться к полимеразе 28. В еще одном другом примере, привязки 32, 32' отсутствуют, но вместо этого один или оба из ферментов 50A, 50D могут создавать связь непосредственно с поверхностными группами проводящего канала 26 и с полимеразой 28.[00161] In one example (as shown in FIG. 4), complex 30B can be attached to pathway 26 via anchors 32, 32' attached to each of enzymes 50A, 50D. In another example, one binding 32 may attach polymerase 28 to pathway 26 and enzymes 50A, 50D, respectively, may attach to polymerase 28. enzymes 50A, 50D can bind directly to the surface groups of the conduction channel 26 and to polymerase 28.

[00162] Хотя не показано, считывающая система 10C также может включать в себя детектор для того, чтобы обнаруживать изменения напряжения и/или тока, которые соответствуют изменению pH, возникающему на/около поверхности считывающего pH-канала 26.[00162] Although not shown, the readout system 10C may also include a detector to detect voltage and/or current changes that correspond to a change in pH occurring at/near the surface of the pH readout channel 26.

[00163] Также хотя не показано, считывающая система 10C может позиционироваться на опоре, такой как кремниевая микросхема. Электроды 22, 24 могут соединяться с электронной схемой, которая обеспечивает их работу (например, после подключения к детектору и источнику мощности).[00163] Also, although not shown, the reader system 10C may be positioned on a support, such as a silicon chip. The electrodes 22, 24 can be connected to an electronic circuit that makes them work (for example, after being connected to a detector and a power source).

[00164] В некоторых примерах, датчик 10C может поступать заранее собранным.[00164] In some examples, the sensor 10C may come pre-assembled.

[00165] В других примерах, компоненты датчика могут представлять собой часть комплекта, и компоненты комплекта могут использоваться для того, чтобы собирать датчик 10C. Пример комплекта включает в себя pH-датчик 20 на опоре и текучую среду, которая используется для того, чтобы вводить комплекс 30B в pH-датчик 20. Текучая среда включает в себя жидкость-носитель и комплекс 30B. В некоторых примерах, комплекс 30B в текучей среде присоединяется к привязкам 32, 32'. В других примерах, комплекс 30B в текучей среде включает в себя одну привязку 32, присоединенную к полимеразе 28, и ферменты 50A и 50D присоединяются к полимеразе 28. В еще одних некоторых других примерах, привязка(ки) 32, 32' присоединяется к считывающему pH-каналу 26 в качестве части считывающей системы 10C. В еще одних других примерах, в которых имеется прямая связь, созданная между ферментами 50A, 50D и поверхностными группами канала 26, следует понимать, что комплекс 30B в текучей среде не присоединяется к привязкам 32, 32', и привязки 32, 32' не присоединяются к считывающему pH-каналу 26. В примере, жидкость-носитель представляет собой воду или пример низкобуферной текучей среды, такой как солевой цитрат при миллимолярных концентрациях.[00165] In other examples, the sensor components may be part of a kit, and the kit components may be used to assemble the 10C sensor. An exemplary kit includes a pH sensor 20 on a support and a fluid that is used to inject complex 30B into pH sensor 20. The fluid includes a carrier fluid and complex 30B. In some examples, the fluid complex 30B is attached to the anchors 32, 32'. In other examples, the 30B fluid complex includes one binding 32 attached to polymerase 28 and enzymes 50A and 50D are attached to polymerase 28. In some other examples, attachment(s) 32, 32' are attached to the pH read -channel 26 as part of the reading system 10C. In still other examples where there is a direct bond created between the enzymes 50A, 50D and channel surface groups 26, it should be understood that the 30B complex in fluid does not attach to anchors 32, 32' and anchors 32, 32' do not attach. to the pH reading channel 26. In an example, the carrier fluid is water or an example of a low buffer fluid such as citrate saline at millimolar concentrations.

[00166] При использовании этих примеров комплекта, пользователь может осаждать текучую среду на опоре и обеспечивать возможность текучей среде оставаться на опоре в течение подходящего времени для присоединения, посредством привязок 32, 32', комплекса 30B к проводящему каналу 26, для присоединения, посредством привязки 32, полимеразы 28 комплекса 30B к проводящему каналу 26, либо для связывания, посредством ферментов 50A и 50D, с поверхностными группами канала 26. Опора может промываться с помощью подходящего буфера для того, чтобы удалять все несвязанные комплексы 30B.[00166] When using these kit examples, the user can deposit fluid on the support and allow the fluid to remain on the support for a suitable time to attach, via the bindings 32, 32', the assembly 30B to the conduit 26, to attach, by binding 32 polymerase 28 of complex 30B to conduction channel 26, or to bind, via enzymes 50A and 50D, to the surface groups of channel 26. The support can be washed with an appropriate buffer to remove any unbound 30B complexes.

[00167] Некоторые примеры комплекта также могут включать в себя текучую среду(ы), которая должна использоваться со считывающей системой 10C во время считывания одиночных молекул. В этом примере, текучая среда(ы) включает в себя любой пример жидкости-носителя, раскрытой в данном документе, меченых нуклеотидов 12 или 12A-12C и вторичного субстрата 34 (которая, в этих примерах, представляет собой отдельную молекулу относительно меченых нуклеотидов 12 или 12A-12C).[00167] Some examples of the kit may also include fluid(s) to be used with the 10C reader system during single molecule readings. In this example, the fluid(s) includes any example of the carrier fluid disclosed herein, labeled nucleotides 12 or 12A-12C and secondary substrate 34 (which, in these examples, is a separate molecule from labeled nucleotides 12 or 12A-12C).

[00168] Метка 18D, которая присоединяется к меченым нуклеотидам 12 или 12A-12C, должна зависеть от двух ферментов 50A, 50D комплекса 30B. Как упомянуто в данном документе, каждый из ферментов 50A, 50D формирует кислоту или основание в реакции с вторичным субстратом 34. Чтобы коррелировать конкретную реакцию формирования кислоты или основания между ферментом 50A и вторичным субстратом 34 или между ферментом 50D и вторичным субстратом 34, каждая метка 18D на меченых нуклеотидах 12 или 12A-12C может индивидуально адаптироваться с возможностью улучшать (например, инициировать или ускорять) кинетику фермента 50A или фермента 50D либо замедлять кинетику фермента 50A или фермента 50D. В связи с этим, метка 18D представляет собой один пример компонента изменения pH, который присоединяется к меченому нуклеотиду 12 или 12A-12C. Этот пример системы 10B в силу этого включает в себя два различных примера компонента изменения pH. Любая из меток 18B может использоваться для меток 18D, и каждый из четырех нуклеотидов (например, A, T, C, G) может помечаться различной меткой, которая затрагивает реакции формирования кислоты или основания по-разному. В одном примере, метка 18D, выбранная для меченого нуклеотида 12 или 12A-12C с "A" в качестве азотистого основания, может улучшать формирование кислоты на первой скорости, при нахождении поблизости от фермента 50A и вторичного субстрата 34; метка 18D, выбранная для меченого нуклеотида 12 или 12A-12C с "T" в качестве азотистого основания, может замедлять формирование кислоты на второй скорости, при нахождении поблизости от фермента 50A и вторичного субстрата 34; метка 18D, выбранная для меченого нуклеотида 12 или 12A-12C с "C" в качестве азотистого основания, может улучшать формирование основания на третьей скорости, при нахождении поблизости от фермента 50D и вторичного субстрата 34; и метка 18D, выбранная для меченого нуклеотида 12 или 12A-12C с "G" в качестве азотистого основания, может замедлять формирование основания на четвертой скорости, при нахождении поблизости от фермента 50A и вторичного субстрата 34. Когда различные меченые нуклеотиды включаются в образующуюся цепь 46, различные рН-уровни должны получаться в результате локально на поверхности зарядово-чувствительного канала 46.[00168] The 18D tag that attaches to labeled nucleotides 12 or 12A-12C must be dependent on the two enzymes 50A, 50D of the 30B complex. As mentioned herein, enzymes 50A, 50D each form an acid or base in reaction with secondary substrate 34. To correlate a particular acid or base formation reaction between enzyme 50A and secondary substrate 34 or between enzyme 50D and secondary substrate 34, each label 18D at labeled nucleotides 12 or 12A-12C can be individually tailored to improve (eg, initiate or accelerate) the kinetics of the 50A enzyme or the 50D enzyme, or slow down the kinetics of the 50A enzyme or the 50D enzyme. In this regard, the tag 18D is one example of a pH change component that attaches to the labeled nucleotide 12 or 12A-12C. This example system 10B therefore includes two different examples of the pH change component. Any of the 18B labels can be used for the 18D labels, and each of the four nucleotides (eg, A, T, C, G) can be labeled with a different label that affects acid or base formation reactions differently. In one example, a label 18D selected for labeled nucleotide 12 or 12A-12C with "A" as the nitrogenous base can improve first rate acid formation when in proximity to enzyme 50A and secondary substrate 34; the 18D label selected for labeled nucleotide 12 or 12A-12C with "T" as the nitrogenous base can slow acid formation at the second rate when in the vicinity of enzyme 50A and secondary substrate 34; tag 18D selected for labeled nucleotide 12 or 12A-12C with "C" as the nitrogenous base can improve third rate base formation when in proximity to enzyme 50D and secondary substrate 34; and label 18D selected for labeled nucleotide 12 or 12A-12C with "G" as the nitrogenous base can slow base formation at speed four when in the vicinity of enzyme 50A and secondary substrate 34. When various labeled nucleotides are included in the resulting strand 46 , different pH levels should result locally on the surface of the charge sensitive channel 46.

[00169] Поскольку меченые нуклеотиды 12 или 12A-12C не включают в себя вторичный субстрат 34, текучая среда(ы), представленная в примере по фиг. 4, также включает в себя вторичный субстрат 34. Вторичный субстрат 34 может представлять собой любой вторичный субстрат 34, который может реагировать с ферментом 50A или 50D для того, чтобы формировать кислоту или основание.[00169] Because labeled nucleotides 12 or 12A-12C do not include secondary substrate 34, the fluid(s) provided in the example of FIG. 4 also includes secondary substrate 34. Secondary substrate 34 can be any secondary substrate 34 that can react with enzyme 50A or 50D to form an acid or base.

[00170] Нижеприведенное описание относится к примерному способу, который заключает в себе меченые нуклеотиды 12 и считывающую систему 10C. В этом примере, матричная полинуклеотидная цепь 44 может вводиться в считывающую систему 10C в текучей среде, такой как биологически стабильный раствор, вместе или отдельно от меченых нуклеотидов 12 и вторичного субстрата 34. Полимераза 28 связывается с матричной полинуклеотидной цепью 44 таким образом, что цепь 44 удерживается на месте. Комплементарное основание одного из меченых нуклеотидов 12 должно включаться в образующуюся цепь 46 (которая формируется вдоль матричной полинуклеотидной цепи 44) посредством полимеразы 28. Во время события включения, метка 18D меченого нуклеотида 12 появляется поблизости от канала 26, ферментов 50A и 50D и любого вторичного субстрата 34 в текучей среде, которая также находится поблизости от ферментов 50A и 50D. Реакция формирования кислоты или основания с вторичным субстратом 34 может улучшаться, замедляться или ингибироваться в зависимости от метки 18D и ее эффекта в отношении реакции, заключающей в себе фермент 50A или 50D. Это изменяет pH текучей среды и заряд на поверхности канала 26. В этом примерном способе, после включения нуклеотидного основания в образующуюся цепь 46, связь между альфа-фосфатом и связывающей молекулой 16 или между альфа-фосфатом и бета-фосфатом расщепляется естественным путем. Это естественное расщепление обеспечивает возможность метке 18D (и связывающей молекуле 16) диссоциироваться от включенного нуклеотидного основания и диффундировать в направлении от считывающей системы 10C. Полимераза 28 затем может принимать другой меченый нуклеотид 12, который включает в себя нуклеотидное основание, которое является комплементарным следующему нуклеотиду в матричной полинуклеотидной цепи 44.[00170] The following description relates to an exemplary method that includes labeled 12 nucleotides and a 10C reading system. In this example, template polynucleotide strand 44 may be introduced into the 10C reading system in a fluid such as a biologically stable solution, together with or separately from labeled nucleotides 12 and secondary substrate 34. Polymerase 28 binds to template polynucleotide strand 44 such that strand 44 is held in place. The complementary base of one of labeled nucleotides 12 must be incorporated into the nascent strand 46 (which is formed along the template polynucleotide strand 44) by polymerase 28. During the inclusion event, label 18D of labeled nucleotide 12 appears in the vicinity of channel 26, enzymes 50A and 50D, and any secondary substrate 34 in a fluid that is also in the vicinity of enzymes 50A and 50D. The acid or base formation reaction with secondary substrate 34 may be enhanced, retarded, or inhibited depending on the 18D label and its effect on the reaction containing the 50A or 50D enzyme. This changes the pH of the fluid and the charge on the surface of the channel 26. In this exemplary method, after incorporation of a nucleotide base into the resulting strand 46, the bond between alpha phosphate and binding molecule 16 or between alpha phosphate and beta phosphate is naturally cleaved. This natural cleavage allows the 18D label (and binding molecule 16) to dissociate from the incorporated nucleotide base and diffuse away from the 10C reader system. Polymerase 28 can then accept another labeled nucleotide 12 that includes a nucleotide base that is complementary to the next nucleotide in the 44 template polynucleotide strand.

[00171] Нижеприведенное описание относится к примерному способу, который заключает в себе меченые нуклеотиды 12A-12C и считывающую систему 10C. В этом примере, матричная полинуклеотидная цепь 44 может вводиться в считывающую систему 10C в текучей среде, такой как биологически стабильный раствор, вместе или отдельно от меченых нуклеотидов 12A-12C и вторичного субстрата 34. Полимераза 28 связывается с матричной полинуклеотидной цепью 44 таким образом, что цепь 44 удерживается на месте. Комплементарное основание одного из меченых нуклеотидов 12A-12C должно включаться в образующуюся цепь 46 (которая формируется вдоль матричной полинуклеотидной цепи 44) посредством полимеразы 28. Реакция формирования кислоты или основания с вторичным субстратом 34 может улучшаться, замедляться или ингибироваться в зависимости от метки 18D и ее эффекта в отношении реакции, заключающей в себе фермент 50A или 50D. Это изменяет pH текучей среды и заряд на поверхности канала 26. В этом примере, меченый нуклеотид 12A-12C включает в себя обратимый терминатор. В связи с этим, включение меченого нуклеотида 12A-12C служит в качестве терминатора для полимеризации. Это обеспечивает осуществление улучшенного, замедленного или ингибированного формирования кислоты или основания и обнаружения заряда аналогично вышеописанному. В этом примерном способе, мытье и воздействие деблокирующего агента может использоваться для того, чтобы подготавливать считывающую систему 10C к другому циклу секвенирования.[00171] The following description relates to an exemplary method that includes labeled nucleotides 12A-12C and a 10C reading system. In this example, template polynucleotide strand 44 may be introduced into the 10C readout system in a fluid such as a biologically stable solution, together with or separately from labeled nucleotides 12A-12C and secondary substrate 34. Polymerase 28 binds to template polynucleotide strand 44 such that chain 44 is held in place. The complementary base of one of the labeled nucleotides 12A-12C must be incorporated into the nascent strand 46 (which is formed along the template polynucleotide strand 44) by polymerase 28. The acid or base formation reaction with secondary substrate 34 may be enhanced, slowed down, or inhibited depending on the 18D label and its effect on the reaction containing the enzyme 50A or 50D. This changes the pH of the fluid and the charge on the surface of the channel 26. In this example, the labeled nucleotide 12A-12C includes a reversible terminator. In this regard, the inclusion of the labeled nucleotide 12A-12C serves as a polymerization terminator. This provides improved, delayed or inhibited acid or base formation and charge detection similar to those described above. In this exemplary method, washing and exposure to a deblocking agent can be used to prepare the 10C read system for another sequencing run.

[00172] В любом из примеров, описанных со ссылкой на фиг. 4, следует понимать, что расстояние между полимеразой 28 и соответствующими ферментами 50A, 50D и длина связывающей молекулы 16, 16' могут выбираться таким образом, что метка 18D переходит в позицию поблизости от фермента 50A и/или и 50D, когда ее меченый нуклеотид 12 или 12A-12C включается посредством полимеразы 28. Это обеспечивает прогнозируемые эффекты в отношении реакции формирования кислоты или основания.[00172] In any of the examples described with reference to FIG. 4, it should be understood that the distance between polymerase 28 and the corresponding enzymes 50A, 50D and the length of the binding molecule 16, 16' can be chosen such that the tag 18D moves to a position in the vicinity of enzyme 50A and/or and 50D when its labeled nucleotide 12 or 12A-12C is incorporated by polymerase 28. This provides predictable effects on the acid or base formation reaction.

[00173] Считывающая система 10D [00173] 10D Reader System

[00174] Конкретно ссылаясь на фиг. 5, считывающая система 10D включает в себя pH-датчик 20 и комплекс 30C, присоединенный к проводящему каналу 26 pH-датчика 20.[00174] Referring specifically to FIG. 5, the reading system 10D includes a pH sensor 20 and a complex 30C connected to a conductive channel 26 of the pH sensor 20.

[00175] Комплекс 30C включает в себя полимеразу 28, связанную с координационным комплексом металла ("M"), который должен создавать изменение pH поблизости от проводящего канала 26 в силу потребления вторичного субстрата 34 в текучей среде, которая раскрывается для pH-датчика 20. В комплексе 30C, соотношение полимеразы 28 к координационному комплексу металла M составляет 1:1. Координационный комплекс металла M может присоединяться непосредственно к полимеразе 28, или привязка может сцеплять их между собой.[00175] Complex 30C includes a polymerase 28 associated with a metal coordination complex ("M"), which should create a pH change in the vicinity of the conductive channel 26 due to the consumption of secondary substrate 34 in the fluid that is opened to the pH sensor 20. In complex 30C, the ratio of polymerase 28 to metal coordination complex M is 1:1. The metal coordination complex M may attach directly to polymerase 28, or the binding may link them together.

[00176] Полимераза 28 комплекса 30C может представлять собой любой пример полимеразы, описанной со ссылкой на фиг. 2.[00176] Polymerase 28 of complex 30C can be any example of the polymerase described with reference to FIG. 2.

[00177] Координационный комплекс металла 50E является аналогичным ферменту 50A в то, что он формирует кислоту или основание в реакции с вторичным субстратом 34. Примеры координационного комплекса металла включают в себя медные (II) комплексы с лигандами, такими как бис-(2-пиридилметил)-амин или пиридин-функционализированный циклодекстрин.[00177] Metal coordination complex 50E is similar to enzyme 50A in that it forms an acid or base in reaction with secondary substrate 34. Examples of metal coordination complex include copper(II) complexes with ligands such as bis-(2-pyridylmethyl )-amine or pyridine-functionalized cyclodextrin.

[00178] В комплексе 30C, полимераза 28 и координационный комплекс металла 50E конъюгируются между собой. Комплекс 30C может формироваться с использованием любого числа способов конъюгирования, таких как реакция сочетания SpyTag/SpyCatcher, конъюгирование цистеина с опосредованным р-фиксатором, биотин/стрептавидин, белок на основе SUMO (малого убиквитин-подобного модификатора), His6/NTA-хелирование с металлом, цистеин/малеимид, дибензоциклооктин (DBCO)/азид или любой другой подходящий способ конъюгирования.[00178] In the 30C complex, polymerase 28 and the 50E metal coordination complex are conjugated together. The 30C complex can be formed using any number of conjugation methods such as SpyTag/SpyCatcher coupling reaction, p-fixer mediated cysteine conjugation, biotin/streptavidin, SUMO (small ubiquitin-like modifier) protein, His6/NTA metal chelation , cysteine/maleimide, dibenzocyclooctyne (DBCO)/azide, or any other suitable conjugation method.

[00179] Комплекс 30C может присоединяться к проводящему каналу 26. В примере, показанном на фиг. 5, координационный комплекс металла 50E присоединяется к поверхности канала 26, и полимераза 28 присоединяется к координационному комплексу металла 50E. В этом примере, присоединение комплекса 30C может осуществляться через привязку 32 (не показана на фиг. 5) либо терминальную группу координационного комплекса металла 50E. В другом примере, полимераза 28 присоединяется к поверхности канала 26, и координационный комплекс металла 50E присоединяется к полимеразе 28. В этом примере, присоединение комплекса 30C может осуществляться через привязку 32 (не показана на фиг. 5), присоединенную к полимеразе 28.[00179] Complex 30C may be attached to conduction channel 26. In the example shown in FIG. 5, the 50E metal coordination complex is attached to the surface of the channel 26, and polymerase 28 is attached to the 50E metal coordination complex. In this example, the attachment of the 30C complex can be via tether 32 (not shown in FIG. 5) or the terminal group of the 50E metal coordination complex. In another example, polymerase 28 attaches to the channel surface 26 and the 50E metal coordination complex attaches to polymerase 28. In this example, attachment of the 30C complex can be via tether 32 (not shown in FIG. 5) attached to polymerase 28.

[00180] Хотя не показано, считывающая система 10D также может включать в себя детектор для того, чтобы обнаруживать изменения напряжения и/или тока, которые соответствуют изменению pH, возникающему на/около поверхности считывающего pH-канала 26.[00180] Although not shown, the readout system 10D may also include a detector to detect voltage and/or current changes that correspond to a change in pH occurring on/near the surface of the pH readout channel 26.

[00181] Также хотя не показано, считывающая система 10D может позиционироваться на опоре, такой как кремниевая микросхема. Электроды 22, 24 могут соединяться с электронной схемой, которая обеспечивает их работу (например, после подключения к детектору и источнику мощности).[00181] Also, although not shown, the reader system 10D may be positioned on a support, such as a silicon chip. The electrodes 22, 24 can be connected to an electronic circuit that makes them work (for example, after being connected to a detector and a power source).

[00182] В некоторых примерах, датчик 10D может поступать заранее собранным.[00182] In some examples, the sensor 10D may come pre-assembled.

[00183] В других примерах, компоненты датчика могут представлять собой часть комплекта, и компоненты комплекта могут использоваться для того, чтобы собирать датчик 10D. Пример комплекта включает в себя pH-датчик 20 на опоре и текучую среду, которая используется для того, чтобы вводить комплекс 30C в pH-датчик 20. Текучая среда включает в себя жидкость-носитель и комплекс 30C. В примере, жидкость-носитель представляет собой воду или пример низкобуферной текучей среды, такой как солевой цитрат при миллимолярных концентрациях.[00183] In other examples, the sensor components may be part of a kit, and the kit components may be used to assemble the sensor 10D. An exemplary kit includes a pH sensor 20 on a support and a fluid that is used to inject the 30C complex into the pH sensor 20. The fluid includes a carrier fluid and the 30C complex. In an example, the carrier fluid is water or an example of a low buffer fluid such as saline citrate at millimolar concentrations.

[00184] При использовании этих примеров комплекта, пользователь может осаждать текучую среду на опоре и обеспечивать возможность текучей среде оставаться на опоре в течение подходящего времени для присоединения, посредством привязки 32 или терминального конца координационного комплекса металла 50E, комплекса 30C к проводящему каналу 26. Опора может промываться с помощью подходящего буфера для того, чтобы удалять все несвязанные комплексы 30C.[00184] When using these kit examples, the user can deposit a fluid on the support and allow the fluid to remain on the support for a suitable time to attach, by tying 32 or the terminal end of the metal coordination complex 50E complex 30C to the conductive channel 26. Support may be washed with a suitable buffer to remove any unbound 30C complexes.

[00185] Некоторые примеры комплекта также могут включать в себя текучую среду(ы), которая должна использоваться со считывающей системой 10D во время считывания одиночных молекул. В этом примере, текучая среда(ы) включает в себя любой пример жидкости-носителя, раскрытой в данном документе, меченых нуклеотидов 12 или 12A-12C и вторичного субстрата 34 (который, в этих примерах, представляет собой отдельную молекулу относительно меченых нуклеотидов 12 или 12A-12C).[00185] Some examples of the kit may also include fluid(s) to be used with the 10D reader system during single molecule reading. In this example, the fluid(s) includes any example of the carrier fluid disclosed herein, labeled nucleotides 12 or 12A-12C and secondary substrate 34 (which, in these examples, is a single molecule relative to labeled nucleotides 12 or 12A-12C).

[00186] Метка 18E, которая присоединяется к меченым нуклеотидам 12 или 12A-12C, может представлять собой лиганд для металла координационного комплекса металла 50E, при этом лиганд изменяет каталитическое свойство координационного комплекса металла 50E. Лиганд может выбираться с возможностью улучшать кинетику координационного комплекса металла 50E или замедлять кинетику координационного комплекса металла 50E. В этих примерах, метка 18E представляет собой один пример компонента изменения pH, который присоединяется к меченому нуклеотиду 12 или 12A-12C. Этот пример системы 10D в силу этого включает в себя два различных примера компонента изменения pH (например, координационный комплекс металла 50E и метку 18E).[00186] The 18E tag that attaches to labeled nucleotides 12 or 12A-12C may be a ligand for the metal of the 50E metal coordination complex, wherein the ligand changes the catalytic property of the 50E metal coordination complex. The ligand can be selected to improve the kinetics of the 50E metal coordination complex or slow down the kinetics of the 50E metal coordination complex. In these examples, label 18E is one example of a pH change component that attaches to labeled nucleotide 12 or 12A-12C. This example system 10D therefore includes two different examples of a pH change component (eg, a 50E metal coordination complex and an 18E tag).

[00187] Другие примеры метки 18E могут функционировать в качестве отдельного катализатора (в дополнение к координационному комплексу металла 50E) для потребления вторичного субстрата 34. Примеры меток 18E, которые функционируют в качестве отдельных катализаторов, включают в себя неметаллические органокатализаторы, такие как диазабициклоундецен, N-гетероциклические карбены, тетраметилгуанидин и т.д. В этих примерах, метка 18E представляет собой один пример компонента изменения pH, который присоединяется к меченому нуклеотиду 12 или 12A-12C. Этот пример системы 10D в силу этого включает в себя два различных примера компонента изменения pH (например, координационный комплекс металла 50E и метку 18E).[00187] Other examples of the 18E tag can function as a separate catalyst (in addition to the 50E metal coordination complex) for consuming secondary substrate 34. Examples of 18E tags that function as separate catalysts include non-metal organocatalysts such as diazabicycloundecene, N -heterocyclic carbenes, tetramethylguanidine, etc. In these examples, label 18E is one example of a pH change component that attaches to labeled nucleotide 12 or 12A-12C. This example system 10D therefore includes two different examples of a pH change component (eg, a 50E metal coordination complex and an 18E tag).

[00188] Еще одни другие примеры метки 18E замедляют кинетику координационного комплекса металла 50E и в силу этого также замедляют кинетику реакции формирования кислоты или основания, заключающей в себе координационный комплекс металла 50E и вторичный субстрат 34. Примеры меток 18E, которые замедляют кинетику координационного комплекса металла 50E, могут представлять собой любой лиганд, который ингибирует каталитическую активность металла, либо любой лиганд, который изменяет электронное состояние металла, чтобы изменять каталитическую активность металла. В этих примерах, метка 18E представляет собой один пример компонента изменения pH, который присоединяется к меченому нуклеотиду 12 или 12A-12C. Этот пример системы 10D в силу этого включает в себя два различных примера компонента изменения pH (например, координационный комплекс металла 50E и метку 18E).[00188] Still other examples of the 18E label slow down the kinetics of the 50E metal coordination complex and therefore also slow the kinetics of the acid or base formation reaction comprising the 50E metal coordination complex and the secondary substrate 34. Examples of 18E labels that slow the kinetics of the metal coordination complex 50E can be any ligand that inhibits the catalytic activity of the metal, or any ligand that changes the electronic state of the metal to change the catalytic activity of the metal. In these examples, label 18E is one example of a pH change component that attaches to labeled nucleotide 12 or 12A-12C. This example system 10D therefore includes two different examples of a pH change component (eg, a 50E metal coordination complex and an 18E tag).

[00189] В примере, соответствующие метки 18E, которые присоединяются к различным нуклеотидам 12 или 12A-12C (например, A, T, C, G), могут выбираться с возможностью увеличивать или уменьшать формирование кислоты или основания на различных скоростях. В этом примере, когда один из меченого нуклеотида 12 или 12A-12C включается посредством полимеразы 28, метка 18E переходит в позицию поблизости от координационного комплекса металла 50E и вторичного субстрата 34 и улучшает или замедляет реакцию на уникальной зависимой от метки скорости. В свою очередь, pH в проводящем канале 26 изменяется. Изменение pH коррелируется с повышенным или пониженным формированием кислоты или основания и в силу этого может использоваться для того, чтобы идентифицировать включенный меченый нуклеотид 12 или 12A-12C.[00189] In an example, corresponding 18E labels that attach to different nucleotides 12 or 12A-12C (eg, A, T, C, G) can be selected to increase or decrease acid or base formation at different rates. In this example, when one of the labeled nucleotide 12 or 12A-12C is turned on by polymerase 28, the 18E label moves to a position adjacent to the 50E metal coordination complex and secondary substrate 34 and enhances or slows down the response at a unique label-dependent rate. In turn, the pH in the conductive channel 26 changes. The change in pH correlates with increased or decreased acid or base formation and can therefore be used to identify the included labeled 12 or 12A-12C nucleotide.

[00190] Поскольку меченые нуклеотиды 12 или 12A-12C не включают в себя вторичный субстрат 34, текучая среда(ы), представленная в примере по фиг. 5, также включает в себя вторичный субстрат 34. Вторичный субстрат 34 может представлять собой любой вторичный субстрат 34, который может реагировать с координационным комплексом металла 50E для того, чтобы формировать кислоту или основание.[00190] Since labeled nucleotides 12 or 12A-12C do not include secondary substrate 34, the fluid(s) provided in the example of FIG. 5 also includes secondary substrate 34. Secondary substrate 34 can be any secondary substrate 34 that can react with the 50E metal coordination complex to form an acid or base.

[00191] Нижеприведенное описание относится к примерному способу, который заключает в себе меченые нуклеотиды 12 и считывающую систему 10D. В этом примере, матричная полинуклеотидная цепь 44 может вводиться в считывающую систему 10D в текучей среде, такой как биологически стабильный раствор, вместе или отдельно от меченых нуклеотидов 12 и вторичного субстрата 34. Полимераза 28 связывается с матричной полинуклеотидной цепью 44 таким образом, что цепь 44 удерживается на месте. Комплементарное основание одного из меченых нуклеотидов 12 должно включаться в образующуюся цепь 46 (которая формируется вдоль матричной полинуклеотидной цепи 44) посредством полимеразы 28. Во время события включения, метка 18E меченого нуклеотида 12 появляется поблизости от канала 26, координационного комплекса металла 50E и любого вторичного субстрата 34 в текучей среде, которая также находится поблизости от координационного комплекса металла 50E. В некоторых примерах, реакция формирования кислоты или основания с вторичным субстратом 34 может улучшаться, замедляться или ингибироваться в зависимости от лигандной метки 18E и ее эффекта в отношении реакции, заключающей в себе координационный комплекс металла 50E. В других примерах, метка 18E может участвовать в потреблении вторичного субстрата 34 наряду с координационным комплексом металла 50E, за счет этого формируя больше кислоты или основания. Все эти примеры изменяют pH текучей среды и заряд на поверхности канала 26. В этих примерных способах, после включения нуклеотидного основания в образующуюся цепь 46, связь между альфа-фосфатом и связывающей молекулой 16 или между альфа-фосфатом и бета-фосфатом расщепляется естественным путем. В этих примерах, может быть желательным, если связывание лигандной метки 18E является достаточно слабым таким образом, что оно резко ослабевает, когда фосфатная цепь расщепляется естественным путем. Это естественное расщепление обеспечивает возможность метке 18E (и связывающей молекуле 16) диссоциироваться от включенного нуклеотидного основания и диффундировать в направлении от считывающей системы 10D. Полимераза 28 затем может принимать другой меченый нуклеотид 12, который включает в себя нуклеотидное основание, которое является комплементарным следующему нуклеотиду в матричной полинуклеотидной цепи 44.[00191] The following description relates to an exemplary method that includes labeled 12 nucleotides and a 10D reading system. In this example, template polynucleotide strand 44 may be introduced into the 10D readout system in a fluid such as a biologically stable solution, together with or separately from labeled nucleotides 12 and secondary substrate 34. Polymerase 28 binds to template polynucleotide strand 44 such that strand 44 is held in place. The complementary base of one of the labeled nucleotides 12 must be incorporated into the nascent strand 46 (which is formed along the template polynucleotide strand 44) by polymerase 28. During the insertion event, the label 18E of labeled nucleotide 12 appears in the vicinity of channel 26, the 50E metal coordination complex, and any secondary substrate 34 in a fluid that is also in the vicinity of metal coordination complex 50E. In some examples, the acid or base formation reaction with secondary substrate 34 may be enhanced, retarded, or inhibited depending on the 18E ligand tag and its effect on the reaction involving the 50E metal coordination complex. In other examples, the 18E tag may participate in the consumption of secondary substrate 34 along with the 50E metal coordination complex, thereby generating more acid or base. All of these examples change the pH of the fluid and the charge on the surface of the channel 26. In these exemplary methods, after incorporation of a nucleotide base into the resulting strand 46, the bond between alpha-phosphate and binding molecule 16 or between alpha-phosphate and beta-phosphate is naturally cleaved. In these examples, it may be desirable if the binding of the 18E ligand tag is sufficiently weak such that it rapidly weakens when the phosphate backbone is naturally cleaved. This natural cleavage allows the 18E label (and binding molecule 16) to dissociate from the incorporated nucleotide base and diffuse away from the 10D reading system. Polymerase 28 can then accept another labeled nucleotide 12, which includes a nucleotide base that is complementary to the next nucleotide in the 44 template polynucleotide strand.

[00192] Нижеприведенное описание относится к примерному способу, который заключает в себе меченые нуклеотиды 12A-12C и считывающую систему 10D. В этом примере, матричная полинуклеотидная цепь 44 может вводиться в считывающую систему 10D в текучей среде, такой как биологически стабильный раствор, вместе или отдельно от меченых нуклеотидов 12A-12C и вторичного субстрата 34. Полимераза 28 связывается с матричной полинуклеотидной цепью 44 таким образом, что цепь 44 удерживается на месте. Комплементарное основание одного из меченых нуклеотидов 12A-12C должно включаться в образующуюся цепь 46 (которая формируется вдоль матричной полинуклеотидной цепи 44) посредством полимеразы 28. В некоторых примерах, реакция формирования кислоты или основания с вторичным субстратом 34 может улучшаться, замедляться или ингибироваться в зависимости от лигандной метки 18E и ее эффекта в отношении реакции, заключающей в себе координационный комплекс металла 50E. В других примерах, метка 18E может участвовать в потреблении вторичного субстрата 34 наряду с координационным комплексом металла 50E, за счет этого формируя больше кислоты или основания. Все эти примеры изменяют pH текучей среды и заряд на поверхности канала 26. В этом примере, меченый нуклеотид 12A-12C включает в себя обратимый терминатор. В связи с этим, включение меченого нуклеотида 12A-12C служит в качестве терминатора для полимеризации. Это обеспечивает осуществление улучшенного, замедленного или ингибированного формирования кислоты или основания и обнаружения заряда аналогично вышеописанному. В этом примерном способе, мытье и воздействие деблокирующего агента может использоваться для того, чтобы подготавливать считывающую систему 10D к другому циклу секвенирования.[00192] The following description relates to an exemplary method that includes labeled nucleotides 12A-12C and a 10D reading system. In this example, template polynucleotide strand 44 may be introduced into the 10D readout system in a fluid such as a biologically stable solution, together with or separately from labeled nucleotides 12A-12C and secondary substrate 34. Polymerase 28 binds to template polynucleotide strand 44 such that chain 44 is held in place. The complementary base of one of the labeled nucleotides 12A-12C must be incorporated into the nascent strand 46 (which is formed along the template polynucleotide strand 44) by polymerase 28. In some examples, the acid or base formation reaction with the secondary substrate 34 may be enhanced, retarded, or inhibited depending on 18E ligand label and its effect on the reaction involving the 50E metal coordination complex. In other examples, the 18E tag may participate in the consumption of secondary substrate 34 along with the 50E metal coordination complex, thereby generating more acid or base. All of these examples change the pH of the fluid and the charge on the surface of the channel 26. In this example, the labeled nucleotide 12A-12C includes a reversible terminator. In this regard, the inclusion of the labeled nucleotide 12A-12C serves as a polymerization terminator. This provides improved, delayed or inhibited acid or base formation and charge detection similar to those described above. In this exemplary method, washing and exposure to a deblocking agent can be used to prepare the 10D reader system for another sequencing run.

[00193] В любом из примеров, описанных со ссылкой на фиг. 5, следует понимать, что расстояние между полимеразой 28 и координационным комплексом металла 50E и длина связывающей молекулы 16, 16' могут выбираться таким образом, что метка 18E переходит в позицию поблизости от координационного комплекса металла 50E, когда ее меченый нуклеотид 12 или 12A-12C включается посредством полимеразы 28. Это обеспечивает прогнозируемые эффекты в отношении реакции формирования кислоты или основания.[00193] In any of the examples described with reference to FIG. 5, it should be understood that the distance between polymerase 28 and the 50E metal coordination complex and the length of the binding molecule 16, 16' can be chosen such that the 18E tag moves to a position near the 50E metal coordination complex when its labeled nucleotide 12 or 12A-12C is switched on by polymerase 28. This provides predictable effects on the acid or base formation reaction.

[00194] Считывающая система 10E [00194] Reader System 10E

[00195] Конкретно ссылаясь на фиг. 6A и фиг. 6B, считывающая система 10D включает в себя pH-датчик 20 и комплекс 30D, присоединенный к проводящему каналу 26 pH-датчика 20.[00195] Referring specifically to FIG. 6A and FIG. 6B, the reading system 10D includes a pH sensor 20 and a complex 30D connected to a conductive channel 26 of the pH sensor 20.

[00196] Комплекс 30D включает в себя полимеразу 28, связанную с ферментом 50A. В этом примере, комплекс 30D дополнительно включает в себя конъюгат 58 нуклеинокислотной шпильки/ингибитора фермента, присоединенный к ферменту 50A.[00196] Complex 30D includes polymerase 28 associated with enzyme 50A. In this example, complex 30D further includes a nucleic acid hairpin/enzyme inhibitor conjugate 58 attached to enzyme 50A.

[00197] Полимераза 28 комплекса 30D может представлять собой любые примеры полимеразы, описанной со ссылкой на фиг. 2.[00197] Polymerase 28 of complex 30D may be any of the examples of the polymerase described with reference to FIG. 2.

[00198] Фермент 50A может представлять собой любой пример фермента, описанного со ссылкой на фиг. 3A и фиг. 3B.[00198] Enzyme 50A can be any example of the enzyme described with reference to FIG. 3A and FIG. 3b.

[00199] Конъюгат 58 нуклеинокислотной шпильки/ингибитора фермента включает в себя одноцепочечную ДНК или РНК, имеющую две области, которые являются комплементарными и которые подвергаются внутримолекулярному спариванию оснований, чтобы формировать двойную винтовую спираль, которая завершается в непарном контуре. Один конец непарного контура присоединяется к ферменту 50A, и другой конец непарного контура включает в себя ингибитор 60 фермента. В контурной конфигурации, как показано на фиг. 6A, ингибитор 60 фермента, по меньшей мере, уменьшает активность фермента.[00199] Nucleic acid hairpin/enzyme inhibitor conjugate 58 includes a single stranded DNA or RNA having two regions that are complementary and that undergo intramolecular base pairing to form a helical double helix that terminates in an unpaired loop. One end of the unpaired loop is attached to enzyme 50A, and the other end of the unpaired loop includes an enzyme inhibitor 60. In the contour configuration, as shown in FIG. 6A, the enzyme inhibitor 60 at least reduces the activity of the enzyme.

[00200] В комплексе 30D, фермент 50A и конъюгат 58 нуклеинокислотной шпильки/ингибитора фермента конъюгируются между собой, и фермент 50A также конъюгируется с полимеразой 28.[00200] In complex 30D, enzyme 50A and nucleic acid hairpin/enzyme inhibitor conjugate 58 are conjugated to each other, and enzyme 50A is also conjugated to polymerase 28.

[00201] Комплекс 30D может присоединяться к проводящему каналу 26 через привязку 32, примеры которой описываются со ссылкой на фиг. 2. Альтернативно, комплекс 30D может непосредственно присоединяться через связывание между компонентом 50A изменения pH и группами на поверхности проводящего канала 26.[00201] Complex 30D may be connected to conduction channel 26 via tie-in 32, examples of which are described with reference to FIGS. 2. Alternatively, the 30D complex can be directly attached via binding between the pH change component 50A and the groups on the surface of the conduction channel 26.

[00202] Хотя не показано, считывающая система 10E также может включать в себя детектор для того, чтобы обнаруживать изменения напряжения и/или тока, которые соответствуют изменению pH, возникающему на/около поверхности считывающего pH-канала 26.[00202] Although not shown, the readout system 10E may also include a detector to detect voltage and/or current changes that correspond to a change in pH occurring at/near the surface of the pH readout channel 26.

[00203] Также хотя не показано, считывающая система 10E может позиционироваться на опоре, такой как кремниевая микросхема. Электроды 22, 24 могут соединяться с электронной схемой, которая обеспечивает их работу (например, после подключения к детектору и источнику мощности).[00203] Also, although not shown, the reader system 10E may be positioned on a support, such as a silicon chip. The electrodes 22, 24 can be connected to an electronic circuit that makes them work (for example, after being connected to a detector and a power source).

[00204] В некоторых примерах, датчик 10E может поступать заранее собранным.[00204] In some examples, sensor 10E may come pre-assembled.

[00205] В других примерах, компоненты датчика могут представлять собой часть комплекта, и компоненты комплекта могут использоваться для того, чтобы собирать датчик 10E. Пример комплекта включает в себя pH-датчик 20 на опоре и текучую среду, которая используется для того, чтобы вводить комплекс 30D в pH-датчик 20. Текучая среда включает в себя жидкость-носитель и комплекс 30D. В некоторых примерах, комплекс 30D в текучей среде присоединяется к привязке 32. В других примерах, привязка 32 присоединяется к считывающему pH-каналу 26 в качестве части считывающей системы 10E. В еще одних других примерах, в которых имеется прямая связь, созданная между компонентом 50A изменения pH и поверхностными группами канала 26, следует понимать, что комплекс 30D в текучей среде не присоединяется к привязке 32, и привязка 32 не присоединяется к считывающему pH-каналу 26. В примере, жидкость-носитель представляет собой воду или пример низкобуферной текучей среды, такой как солевой цитрат при миллимолярных концентрациях.[00205] In other examples, the sensor components may be part of a kit, and the kit components may be used to assemble the sensor 10E. An exemplary kit includes a pH sensor 20 on a support and a fluid that is used to inject the 30D complex into the pH sensor 20. The fluid includes a carrier fluid and the 30D complex. In some examples, the 30D fluid complex is attached to tether 32. In other examples, tether 32 is attached to pH readout channel 26 as part of the 10E readout system. In still other examples where there is a direct link created between the pH change component 50A and the surface groups of channel 26, it should be understood that the 30D complex in fluid does not attach to tether 32 and tether 32 does not attach to pH readout channel 26 In an example, the carrier fluid is water or an example of a low buffer fluid such as saline citrate at millimolar concentrations.

[00206] При использовании этих примеров комплекта, пользователь может осаждать текучую среду на опоре и обеспечивать возможность текучей среде оставаться на опоре в течение подходящего времени для присоединения, посредством привязки 32, комплекса 30D к проводящему каналу 26, для присоединения, посредством комплекса 30D, к привязке 32 на канале 26, либо для связывания, посредством компонента 50A изменения pH, с поверхностными группами канала 26. Опора может промываться с помощью подходящего буфера для того, чтобы удалять все несвязанные комплексы 30D.[00206] When using these kit examples, the user can deposit fluid on the support and allow the fluid to remain on the support for a suitable time to attach, by tying 32, the complex 30D to the conduit 26, to attach, via the complex 30D, to binding 32 on channel 26, or to bind, via pH change component 50A, to the surface groups of channel 26. The support may be washed with a suitable buffer to remove any unbound 30D complexes.

[00207] Некоторые примеры комплекта также могут включать в себя текучую среду(ы), которая должна использоваться со считывающей системой 10E во время считывания одиночных молекул. В этом примере, текучая среда(ы) включает в себя любой пример жидкости-носителя, раскрытой в данном документе, меченых нуклеотидов 12 или 12A-12C и вторичного субстрата 34 (который, в этих примерах, представляет собой отдельную молекулу относительно меченых нуклеотидов 12 или 12A-12C).[00207] Some examples of the kit may also include fluid(s) to be used with the 10E reader system during single molecule readings. In this example, the fluid(s) includes any example of the carrier fluid disclosed herein, labeled nucleotides 12 or 12A-12C and secondary substrate 34 (which, in these examples, is a single molecule relative to labeled nucleotides 12 or 12A-12C).

[00208] Метка 18F, которая присоединяется к меченым нуклеотидам 12 или 12A-12C, представляет собой цепь нуклеотидов, включающих в себя основания, комплементарные, по меньшей мере, некоторым нуклеотидным основаниям конъюгата 58 нуклеинокислотной шпильки/ингибитора фермента. Метка 18F допускает инициирование реакции для открытия шпильки и затем спаривание оснований с частью одной ДНК- или РНК-цепи конъюгата 58 нуклеинокислотной шпильки/ингибитора фермента. Как показано на фиг. 6B, введение и реакция метки 18F перемещает ингибитор 60 фермента в направлении от фермента 50A, за счет этого обеспечивая его ферментативную активность. Поскольку метка 18F может затрагивать ферментативную активность, которая приводит к формированию кислоты или основания, она также представляет собой один пример компонента изменения pH. Реакция формирования кислоты или основания с вторичным субстратом 34 может осуществляться, когда метка 18F открывает конъюгат 58 нуклеинокислотной шпильки/ингибитора фермента, приводя к изменению pH на поверхности проводящего канала 26. Открытие и закрытие шпильки может представлять собой быстрый процесс, приводящий к усредненному уровню ингибирования полимеразы 28. Таким образом, различные уровни активности или ингибирования могут достигаться с использованием различного числа комплементарных оснований, за счет этого обеспечивая различение оснований.[00208] The 18F tag that attaches to labeled nucleotides 12 or 12A-12C is a chain of nucleotides that includes bases that are complementary to at least some of the nucleotide bases of the 58 nucleic acid hairpin/enzyme inhibitor conjugate. The 18F label allows initiation of a hairpin opening reaction and then base pairing with a portion of one DNA or RNA strand of a 58 nucleic acid hairpin/enzyme inhibitor conjugate. As shown in FIG. 6B, the introduction and reaction of the 18F label moves the enzyme inhibitor 60 away from the enzyme 50A, thereby providing its enzymatic activity. Because the 18F label can affect enzymatic activity that results in acid or base formation, it is also one example of a pH change component. An acid or base forming reaction with the secondary substrate 34 can occur when the 18F label opens the nucleic acid hairpin/enzyme inhibitor conjugate 58, resulting in a pH change at the surface of the conduction channel 26. The opening and closing of the hairpin can be a rapid process resulting in a moderate level of polymerase inhibition. 28. Thus, different levels of activity or inhibition can be achieved using different numbers of complementary bases, thereby allowing base discrimination.

[00209] Поскольку меченые нуклеотиды 12 или 12A-12C не включают в себя вторичный субстрат 34, текучая среда(ы), представленная в примере по фиг. 6A и 6B, также включает в себя вторичный субстрат 34. Вторичный субстрат 34 может представлять собой любой вторичный субстрат 34, который может реагировать с ферментом 50A для того, чтобы формировать кислоту или основание.[00209] Since labeled nucleotides 12 or 12A-12C do not include secondary substrate 34, the fluid(s) provided in the example of FIG. 6A and 6B also includes secondary substrate 34. Secondary substrate 34 can be any secondary substrate 34 that can react with enzyme 50A to form an acid or base.

[00210] Нижеприведенное описание относится к примерному способу, который заключает в себе меченые нуклеотиды 12 и считывающую систему 10E. В этом примере, матричная полинуклеотидная цепь 44 может вводиться в считывающую систему 10E в текучей среде, такой как биологически стабильный раствор, вместе или отдельно от меченых нуклеотидов 12 и вторичного субстрата 34. Полимераза 28 связывается с матричной полинуклеотидной цепью 44 таким образом, что цепь 44 удерживается на месте. Комплементарное основание одного из меченых нуклеотидов 12 должно включаться в образующуюся цепь 46 (которая формируется вдоль матричной полинуклеотидной цепи 44) посредством полимеразы 28. Во время события включения, метка 18F меченого нуклеотида 12 появляется поблизости от канала 26, конъюгата 58 нуклеинокислотной шпильки/ингибитора фермента и любого вторичного субстрата 34 в текучей среде, которая также находится поблизости от конъюгата 58 нуклеинокислотной шпильки/ингибитора фермента. Метка 18F открывает конъюгат 58 нуклеинокислотной шпильки/ингибитора фермента, что обеспечивает возможность ферменту 50A реагировать с вторичным субстратом 34 для того, чтобы формировать кислоту или основание. Это изменяет pH текучей среды и заряд на поверхности канала 26. В этом примерном способе, после включения нуклеотидного основания в образующуюся цепь 46, связь между альфа-фосфатом и связывающей молекулой 16 или между альфа-фосфатом и бета-фосфатом расщепляется естественным путем. В этих примерах, может быть желательным, если связывание лигандной метки 18F является достаточно слабым таким образом, что оно резко ослабевает, когда фосфатная цепь расщепляется естественным путем. Это естественное расщепление обеспечивает возможность метке 18F (и связывающей молекуле 16) диссоциироваться от включенного нуклеотидного основания и диффундировать в направлении от считывающей системы 10E. Конъюгат 58 нуклеинокислотной шпильки/ингибитора фермента возвращается в позицию-первоисточник контура, за счет этого снова, по меньшей мере, частично ингибируя активность фермента 50A. Полимераза 28 затем может принимать другой меченый нуклеотид 12, который включает в себя нуклеотидное основание, которое является комплементарным следующему нуклеотиду в матричной полинуклеотидной цепи 44.[00210] The following description relates to an exemplary method that includes labeled 12 nucleotides and a 10E reading system. In this example, template polynucleotide strand 44 may be introduced into the 10E reader system in a fluid such as a biologically stable solution, together with or separately from labeled nucleotides 12 and secondary substrate 34. Polymerase 28 binds to template polynucleotide strand 44 such that strand 44 is held in place. The complementary base of one of the labeled nucleotides 12 must be incorporated into the nascent strand 46 (which is formed along the template polynucleotide strand 44) by polymerase 28. any secondary substrate 34 in a fluid that is also in the vicinity of the nucleic acid hairpin/enzyme inhibitor conjugate 58. The 18F label opens the nucleic acid hairpin/enzyme inhibitor conjugate 58, which allows the enzyme 50A to react with the secondary substrate 34 to form an acid or base. This changes the pH of the fluid and the charge on the surface of the channel 26. In this exemplary method, after incorporation of a nucleotide base into the resulting strand 46, the bond between alpha phosphate and binding molecule 16 or between alpha phosphate and beta phosphate is naturally cleaved. In these examples, it may be desirable if the binding of the 18F ligand tag is sufficiently weak such that it rapidly weakens when the phosphate backbone is naturally cleaved. This natural cleavage allows the 18F label (and binding molecule 16) to dissociate from the incorporated nucleotide base and diffuse away from the 10E reader system. The nucleic acid hairpin/enzyme inhibitor conjugate 58 returns to the origin of the loop, thereby again at least partially inhibiting enzyme 50A activity. Polymerase 28 can then accept another labeled nucleotide 12, which includes a nucleotide base that is complementary to the next nucleotide in the 44 template polynucleotide strand.

[00211] Нижеприведенное описание относится к примерному способу, который заключает в себе меченые нуклеотиды 12A-12C и считывающую систему 10E. В этом примере, матричная полинуклеотидная цепь 44 может вводиться в считывающую систему 10C в текучей среде, такой как биологически стабильный раствор, вместе или отдельно от меченых нуклеотидов 12A-12C и вторичного субстрата 34. Полимераза 28 связывается с матричной полинуклеотидной цепью 44 таким образом, что цепь 44 удерживается на месте. Комплементарное основание одного из меченых нуклеотидов 12A-12C должно включаться в образующуюся цепь 46 (которая формируется вдоль матричной полинуклеотидной цепи 44) посредством полимеразы 28. Метка 18F открывает конъюгат 58 нуклеинокислотной шпильки/ингибитора фермента, что обеспечивает возможность ферменту 50A реагировать с вторичным субстратом 34 для того, чтобы формировать кислоту или основание. Это изменяет pH текучей среды и заряд на поверхности канала 26. В этом примере, меченый нуклеотид 12A-12C включает в себя обратимый терминатор. В связи с этим, включение меченого нуклеотида 12A-12C служит в качестве терминатора для полимеризации. Это обеспечивает осуществление формирования кислоты или основания и обнаружения заряда аналогично вышеописанному. В этом примерном способе, мытье и воздействие деблокирующего агента может использоваться для того, чтобы подготавливать считывающую систему 10E к другому циклу секвенирования.[00211] The following description relates to an exemplary method that includes labeled nucleotides 12A-12C and a 10E reading system. In this example, template polynucleotide strand 44 may be introduced into the 10C readout system in a fluid such as a biologically stable solution, together with or separately from labeled nucleotides 12A-12C and secondary substrate 34. Polymerase 28 binds to template polynucleotide strand 44 such that chain 44 is held in place. The complementary base of one of the labeled nucleotides 12A-12C must be incorporated into the nascent strand 46 (which is formed along the template polynucleotide strand 44) by polymerase 28. The 18F tag opens the nucleic acid hairpin/enzyme inhibitor conjugate 58, allowing enzyme 50A to react with secondary substrate 34 for to form an acid or base. This changes the pH of the fluid and the charge on the surface of the channel 26. In this example, the labeled nucleotide 12A-12C includes a reversible terminator. In this regard, the inclusion of the labeled nucleotide 12A-12C serves as a polymerization terminator. This allows acid or base formation and charge detection to be carried out in a manner similar to that described above. In this exemplary method, washing and exposure to a deblocking agent can be used to prepare the 10E reader system for another sequencing run.

[00212] В любом из примеров, описанных со ссылкой на фиг. 6A и 6B, следует понимать, что расстояние между полимеразой 28 и конъюгатом 58 нуклеинокислотной шпильки/ингибитора фермента и длина связывающей молекулы 16, 16' могут выбираться таким образом, что метка 18F переходит в позицию поблизости от конъюгата 58 нуклеинокислотной шпильки/ингибитора фермента, когда ее меченый нуклеотид 12 или 12A-12C включается посредством полимеразы 28. Это обеспечивает прогнозируемые эффекты в отношении реакции формирования кислоты или основания.[00212] In any of the examples described with reference to FIG. 6A and 6B, it should be understood that the distance between polymerase 28 and the NA hairpin/enzyme inhibitor conjugate 58 and the length of the binding molecule 16, 16' can be chosen such that the label 18F moves to a position in the vicinity of the NA hairpin/enzyme inhibitor conjugate 58 when its labeled nucleotide 12 or 12A-12C is switched on by polymerase 28. This provides predictable effects on the acid or base formation reaction.

[00213] Решетки считывающих систем [00213] Reading system arrays

[00214] Любой пример считывающих систем 10A-10E для одиночных молекул может включаться в решетку таких считывающих систем. В некоторых примерах, решетка может включать в себя несколько считывающих систем 10A-10E, каждая из которых позиционируется на опоре и сконфигурирована с помощью электронной схемы таким образом, что она является отдельно адресуемой и считываемой. В примере, каждая считывающая система 10A-10E решетки может позиционироваться на опоре в отдельном углублении. Углубления физически отделяют каждую из считывающих систем 10A-10E, что, по меньшей мере, уменьшает перекрестное загрязнение градиентов pH со смежными считывающими системами 10A-10E. Решетка считывающих систем 10A-10E может представлять собой часть проточной кюветы 62, пример которой проиллюстрирован на фиг. 7A. В этом примере, проточная кювета 62 включает в себя проточные каналы 64. Хотя несколько проточных каналов 64 показаны, следует понимать, что любое число каналов 64 может включаться в проточную кювету 62 (например, один канал 64, четыре канала 64 и т.д.). Каждый проточный канал 64 представляет собой зону, заданную между двумя связанными компонентами (например, подложкой и крышкой либо двумя подложками), которые могут иметь текучие среды (например, текучие среды, описанные в данном документе), введенные в них и удаленные из них. Каждый проточный канал 64 может изолироваться от другого проточного канала 64 таким образом, что текучая среда, введенная в любой конкретный проточный канал 64, не протекает ни в один смежный проточный канал 64. Некоторые примеры текучих сред, введенных в проточные каналы 64, могут вводить компоненты реакции (например, комплексы 30A-30D, меченые нуклеотиды 12, 12A-12C, 12' и т.д.), промывочные растворы, деблокирующие агенты и т.д.[00214] Any example of single molecule reading systems 10A-10E may be included in an array of such reading systems. In some examples, the array may include multiple reader systems 10A-10E, each positioned on a support and electronically configured to be individually addressable and readable. In an example, each array reader system 10A-10E may be positioned on a support in a separate recess. The recesses physically separate each of the readout systems 10A-10E, which at least reduces cross-contamination of pH gradients with adjacent readout systems 10A-10E. The array of readout systems 10A-10E may be part of a flow cell 62, an example of which is illustrated in FIG. 7A. In this example, flow cell 62 includes flow channels 64. Although multiple flow channels 64 are shown, it should be understood that any number of channels 64 may be included in flow cell 62 (e.g., one channel 64, four channels 64, etc. ). Each flow channel 64 is a zone defined between two associated components (eg, a substrate and a lid, or two substrates) that may have fluids (eg, the fluids described herein) introduced into and removed from them. Each flow channel 64 may be isolated from the other flow channel 64 such that fluid introduced into any particular flow channel 64 does not leak into any adjacent flow channel 64. Some examples of fluids introduced into flow channels 64 may introduce components reactions (eg, complexes 30A-30D, labeled nucleotides 12, 12A-12C, 12', etc.), wash solutions, deblocking agents, etc.

[00215] Пример архитектуры в проточных каналах 64 проточной кюветы 62 показан на фиг. 7B.[00215] An example architecture in the flow channels 64 of the flow cell 62 is shown in FIG. 7B.

[00216] В примере, показанном на фиг. 7B, проточная кювета 64 включает в себя опору 66 и материал 68 с рисунком, позиционированный на опоре 66. Материал 68 с рисунком задает углубления 70, отделенные посредством промежуточных областей 72. В этом примере, поверхность опоры 66 раскрывается в каждом из углублений 70, и считывающая система 10A-10E позиционируется на поверхности.[00216] In the example shown in FIG. 7B, flow cell 64 includes a support 66 and patterned material 68 positioned on support 66. Patterned material 68 defines recesses 70 separated by intermediate regions 72. In this example, the surface of support 66 is exposed in each of recesses 70, and the reader system 10A-10E is positioned on the surface.

[00217] Опора 66 на фиг. 7B предоставляет опору для других компонентов проточной кюветы 62. Опора 66, в общем, является жесткой и является нерастворимой в водной жидкости. Примеры подходящих опор 66 включают в себя эпоксилоксан, стекло, модифицированное стекло, пластмассу, нейлон, керамику/керамические оксиды, диоксид кремния (оксид кремния (SiO2)), плавленый кварц, материалы на основе диоксида кремния, силикат алюминия, кремний, модифицированный кремний (например, легированный бором p+-кремний), нитрид кремния (Si3N4), пентоксид тантала (TaO5) или другой оксид(ы) тантала (TaOx), оксид гафния (HfO2), неорганические стекла и т.п. Некоторые примеры подходящей пластмассы для подложки 14 включают в себя акриловые полимеры, полистирол, сополимеры стирола и других материалов, полипропилен, полиэтилен, полибутилен, полиуретаны, политетрафторэтилен (такой как тефлон® компании Chemours), циклические олефины/циклоолефиновые полимеры (COP) (такие как зеонор® компании Zeon), полиимиды и т.д. Опора также может представлять собой стекло или кремний с покровным слоем из оксида тантала или другого керамического оксида на поверхности.[00217] Support 66 in FIG. 7B provides support for the other components of the flow cell 62. Support 66 is generally rigid and insoluble in aqueous liquid. Examples of suitable supports 66 include epoxy, glass, modified glass, plastics, nylon, ceramic/ceramic oxides, silicon dioxide (silicon oxide (SiO 2 )), fused silica, silica based materials, aluminum silicate, silicon, modified silicon (for example, boron-doped p+-silicon), silicon nitride (Si 3 N 4 ), tantalum pentoxide (TaO 5 ) or other tantalum oxide(s) (TaO x ), hafnium oxide (HfO 2 ), inorganic glasses, etc. . Some examples of suitable plastics for substrate 14 include acrylic polymers, polystyrene, copolymers of styrene and other materials, polypropylene, polyethylene, polybutylene, polyurethanes, polytetrafluoroethylene (such as Teflon® from Chemours), cyclic olefins/cycloolefin polymers (COPs) (such as zeonor® by Zeon), polyimides, etc. The support may also be glass or silicon with a coating layer of tantalum oxide or other ceramic oxide on the surface.

[00218] Форма опоры 66 может представлять собой слоистую пластину, панель, прямоугольный лист, штамп или любую другую подходящую конфигурацию. В примере, опора 66 может представлять собой круглую слоистую пластину или панель, имеющую диаметр в пределах приблизительно от 2 мм приблизительно до 300 мм. В качестве более конкретного примера, опора 66 представляет собой слоистую пластину, имеющей диаметр в пределах приблизительно от 200 мм приблизительно до 300 мм. В другом примере, опора 66 может представлять собой прямоугольный лист или панель, имеющую наибольшую размерность приблизительно вплоть до 10 футов (~3 метра). В качестве конкретного примера, опора 66 представляет собой штамп, имеющий ширину в пределах приблизительно от 0,1 мм приблизительно до 10 мм. Хотя предоставлены примерные размерности, следует понимать, что может использоваться опора 66 с любыми подходящими размерностями.[00218] The shape of support 66 may be a laminated plate, panel, rectangular sheet, die, or any other suitable configuration. In an example, support 66 may be a circular laminated plate or panel having a diameter ranging from about 2 mm to about 300 mm. As a more specific example, support 66 is a sandwich plate having a diameter ranging from about 200 mm to about 300 mm. In another example, support 66 may be a rectangular sheet or panel having the largest dimension up to about 10 feet (~3 meters). As a specific example, support 66 is a die having a width ranging from about 0.1 mm to about 10 mm. While exemplary dimensions are provided, it should be understood that support 66 may be used in any suitable dimension.

[00219] В примере, показанном на фиг. 7B, материал 68 с рисунком позиционируется на опоре 66. Следует понимать, что любой материал, который может избирательно осаждаться либо осаждаться и формировать рисунок, чтобы формировать углубления 70 и промежуточные области 72, может использоваться для материала 68 с рисунком.[00219] In the example shown in FIG. 7B, patterned material 68 is positioned on support 66. It should be understood that any material that can be selectively deposited or deposited and patterned to form depressions 70 and intermediate regions 72 can be used for patterned material 68.

[00220] В качестве одного примера, неорганический оксид может избирательно применяться к опоре 66 через осаждение из паровой фазы, аэрозольную печать или струйную печать. Примеры подходящих неорганических оксидов включают в себя оксид тантала (например, Ta2O5), оксид алюминия (например, Al2O3), оксид кремния (например, SiO2), оксид гафния (например, HfO2) и т.д.[00220] As one example, the inorganic oxide can be selectively applied to support 66 via vapor deposition, aerosol printing, or inkjet printing. Examples of suitable inorganic oxides include tantalum oxide (eg Ta 2 O 5 ), alumina (eg Al 2 O 3 ), silicon oxide (eg SiO 2 ), hafnium oxide (eg HfO 2 ), etc. .

[00221] В качестве другого примера, смола может применяться к опоре 66 и затем формировать рисунок. Подходящие технологии осаждения включают в себя химическое осаждение из паровой фазы, нанесение покрытия погружением, нанесение покрытия маканием, нанесение покрытия методом центрифугирования, нанесение покрытия распылением, разлив из ванночки, нанесение покрытия ультразвуковым распылением, нанесение покрытия ножевым устройством, аэрозольную печать, трафаретную печать, микроконтактную печать и т.д. Подходящие технологии формирования рисунка включают в себя фотолитографию, литографию на основе нановпечатывания (NIL), технологии штамповки, технологии тиснения, технологии формования, технологии микротравления, технологии печати и т.д., Некоторые примеры подходящих смол включают в себя смолу на основе полиэдральных олигомерных силсесквиоксанов (POSS), эпоксидную смолу не на основе POSS, поли(этиленгликольную) смолу, полиэфирную смолу (например, эпоксиды с раскрытием кольца), акриловую смолу, акрилатную смолу, метакрилатную смолу, аморфную фторполимерную смолу (например, цитоп® компании Bellex) и комбинации вышеозначенного.[00221] As another example, resin can be applied to support 66 and then patterned. Suitable deposition technologies include chemical vapor deposition, dip coating, dipping coating, spin coating, spray coating, pot pouring, ultrasonic spray coating, knife coating, spray printing, screen printing, micro contact printing, etc. Suitable patterning technologies include photolithography, nanoprinting lithography (NIL), stamping technologies, embossing technologies, molding technologies, microetching technologies, printing technologies, etc. Some examples of suitable resins include polyhedral oligomeric silsesquioxane resin (POSS), non-POSS epoxy, poly(ethylene glycol) resin, polyester resin (e.g., ring-opening epoxies), acrylic, acrylate, methacrylate, amorphous fluoropolymer resin (e.g., Cytop® from Bellex), and combinations of the above.

[00222] При использовании в данном документе, термин "полиэдральный олигомерный силсесквиоксан (POSS)" означает химический состав, который представляет собой гибридное промежуточное соединение (например, RSiO1.5) между диоксидом кремния (SiO2) и силиконом (R2SiO). Пример POSS может представлять собой POSS, описанный в работе авторов Kehagias и др., "Microelectronic Engineering 86" (2009 год), стр. 776-778, которая полностью содержится по ссылке. В примере, состав представляет собой кремнийорганическое соединение с химической формулой [RSiO3/2]n, в котором R-группы могут быть идентичными или отличающимися. Примерные R-группы для POSS включают в себя эпоксид, азид/азидо, тиол, поли(этиленгликоль), норборнен, тетразин, акрилаты и/или метакрилаты или дополнительно, например, алкильные, арильные, алкоксильные и/или галогеналкильные группы. Состав на основе смолы, раскрытый в данном документе, может содержать одну или более различных клеточных или сердцевинных структур в качестве мономерных звеньев.[00222] As used herein, the term "polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS)" means a chemical compound that is a hybrid intermediate (eg, RSiO 1.5 ) between silica (SiO 2 ) and silicone (R 2 SiO). An example of a POSS may be the POSS described in Kehagias et al., "Microelectronic Engineering 86" (2009), pp. 776-778, which is incorporated by reference in its entirety. In an example, the composition is an organosilicon compound with the chemical formula [RSiO 3/2 ] n in which the R groups may be identical or different. Exemplary R groups for POSS include epoxide, azide/azido, thiol, poly(ethylene glycol), norbornene, tetrazine, acrylates and/or methacrylates, or additionally, for example, alkyl, aryl, alkoxy and/or haloalkyl groups. The resin composition disclosed herein may contain one or more different cellular or core structures as monomeric units.

[00223] В качестве еще одного другого примера, материал 68 с рисунком может представлять собой буферный pH-материал. Буферный pH-материал имеет высокую буферную pH-емкость, которая обеспечивает использование текучей среды с низкой буферной концентрацией раствора. Пример высокой буферной pH-емкости может составлять в пределах приблизительно от 0,01 мэкв/г приблизительно до 2 мэкв/г. Пример буферного pH-материала представляет собой SiCOH, который имеет большую площадь поверхности и высокую буферную емкость. В примерах, в которых материал 68 с рисунком не представляет собой буферный pH-материал, боковые стенки углублений 70 могут покрываться буферным pH-материалом, чтобы обеспечивать высокую буферную pH-емкость для каждого из углублений 70.[00223] As another example, the patterned material 68 may be a pH buffer material. The pH buffer material has a high pH buffer capacity which allows the use of a fluid with a low buffer solution concentration. An example of a high buffering pH capacity can be in the range of about 0.01 meq/g to about 2 meq/g. An example of a pH buffer material is SiCOH, which has a large surface area and a high buffer capacity. In instances where the patterned material 68 is not a pH buffer material, the sidewalls of the recesses 70 may be coated with a pH buffer material to provide a high pH buffer capacity for each of the recesses 70.

[00224] Как показано на фиг. 7B, материал 68 с рисунком включает в себя углубления 70, заданные в нем, и промежуточные области 72, разделяющие смежные углубления 70. Может быть предусмотрено множество различных схем размещения углублений 70, включающих в себя регулярные, повторяющиеся и нерегулярные рисунки. В примере, углубления 70 располагаются в шестиугольной сетке для плотной упаковки и повышенной плотности. Другие схемы размещения могут включать в себя, например, прямолинейные (прямоугольные) схемы размещения, треугольные схемы размещения и т.д. В некоторых примерах, схема размещения или рисунок может представлять собой x-y формат углублений 70, которые находятся в строках и столбцах. В некоторых других примерах, схема размещения или рисунок может представлять собой повторяющуюся компоновку углублений 70 и/или промежуточных областей 72. В еще одних других примерах, схема размещения или рисунок может представлять собой случайную компоновку углублений 70 и/или промежуточных областей 72. Рисунок может включать в себя точки, подушки, лунки, столбцы, полоски, завитки, линии, треугольники, прямоугольники, окружности, дуги, галочки, клеточки, диагонали, стрелки, квадраты и/или штриховки.[00224] As shown in FIG. 7B, patterned material 68 includes recesses 70 defined therein and intermediate regions 72 separating adjacent recesses 70. Many different patterns of recesses 70 can be provided, including regular, repeating, and irregular patterns. In an example, recesses 70 are arranged in a hexagonal pattern for tight packing and increased density. Other layouts may include, for example, straight (rectangular) layouts, triangular layouts, and so on. In some examples, the layout or pattern may be the x-y format of the recesses 70 that are in rows and columns. In some other examples, the pattern or pattern may be a repeating arrangement of recesses 70 and/or intermediate regions 72. In yet other examples, the pattern or pattern may be a random arrangement of recesses 70 and/or intermediate regions 72. The pattern may include dots, pillows, holes, columns, stripes, swirls, lines, triangles, rectangles, circles, arcs, ticks, cells, diagonals, arrows, squares and / or hatching.

[00225] Схема размещения или рисунок углублений 70 может характеризоваться относительно плотности углублений 70 (числа углублений 70) в заданной зоне. Например, углубления 70 могут присутствовать с плотностью приблизительно в 2 миллиона на мм2. Плотность может подстраиваться как различные плотности, включающие в себя, например, плотность приблизительно в 100 на мм2, приблизительно в 1000 на мм2, приблизительно в 0,1 миллиона на мм2, приблизительно в 1 миллион на мм2, приблизительно в 2 миллиона на мм2, приблизительно в 5 миллионов на мм2, приблизительно в 10 миллионов на мм2, приблизительно в 50 миллионов на мм2 либо больше или меньше. Дополнительно следует понимать, что плотность углублений 70 в материале 68 с рисунком может находиться между одним из нижних значений и одним из верхних значений, выбранных из вышеприведенных диапазонов. В качестве примеров, решетка высокой плотности может характеризоваться как имеющая углубления 70, разделенные менее чем приблизительно на 100 нм, решетка средней плотности может характеризоваться как имеющая углубления 20, разделенные на приблизительно от 400 нм приблизительно до 1 мкм, и решетка низкой плотности может характеризоваться как имеющая углубления 70, разделенные более чем приблизительно на 1 мкм. Хотя примерные плотности предоставлены, следует понимать, что могут использоваться любые подходящие плотности. Плотность углублений 70 может зависеть, частично, от глубины углублений 70 и диффузионной способности сформированной кислоты или основания. В некоторых случаях, может быть желательным, если разнесение между углублениями составляет еще больше, чем в примерах, перечисленных в данном документе.[00225] The pattern or pattern of recesses 70 may be characterized with respect to the density of recesses 70 (number of recesses 70) in a given area. For example, recesses 70 may be present at a density of approximately 2 million per mm 2 . The density can be adjusted as various densities, including, for example, a density of approximately 100 per mm 2 , approximately 1000 per mm 2 , approximately 0.1 million per mm 2 , approximately 1 million per mm 2 , approximately 2 million per mm 2 , approximately 5 million per mm 2 , approximately 10 million per mm 2 , approximately 50 million per mm 2 or more or less. Additionally, it should be understood that the density of the recesses 70 in the patterned material 68 may be between one of the lower values and one of the upper values selected from the above ranges. As examples, a high density grating can be characterized as having pits 70 separated by less than about 100 nm, a medium density grating can be characterized as having pits 20 separated by about 400 nm to about 1 µm, and a low density grating can be characterized as having depressions 70 separated by more than about 1 micron. While exemplary densities are provided, it should be understood that any suitable densities may be used. The density of the recesses 70 may depend, in part, on the depth of the recesses 70 and the diffusivity of the formed acid or base. In some cases, it may be desirable if the spacing between the recesses is even greater than in the examples listed herein.

[00226] Схема размещения или рисунок углублений 70 также или альтернативно может характеризоваться с точки зрения среднего шага или разнесения от центра углубления 70 до центра смежного углубления 70 (межцентрового разнесения) или от края одного углубления 70 до края смежного углубления 70 (межкраевого разнесения). Рисунок может быть регулярным таким образом, что коэффициент вариации вокруг среднего шага является небольшим, или рисунок может быть нерегулярным, причем в этом случае коэффициент вариации может быть относительно большим. В любом случае, средний шаг, например, может составлять приблизительно 50 нм, приблизительно 0,1 мкм, приблизительно 0,5 мкм, приблизительно 1 мкм, приблизительно 5 мкм, приблизительно 10 мкм, приблизительно 100 мкм либо больше или меньше. Средний шаг для конкретного рисунка углублений 20 может находиться между одним из нижних значений и одним из верхних значений, выбранных из вышеприведенных диапазонов. В примере, углубления 20 имеют шаг (межцентровое разнесение) приблизительно в 1,5 мкм. Хотя предоставлены примерные средние значения шага, следует понимать, что могут использоваться другие средние значения шага.[00226] The pattern or pattern of recesses 70 can also or alternatively be characterized in terms of average pitch or spacing from the center of recess 70 to the center of adjacent recess 70 (center-to-center spacing), or from the edge of one recess 70 to the edge of adjacent recess 70 (inter-edge spacing). The pattern may be regular such that the coefficient of variation around the average pitch is small, or the pattern may be irregular, in which case the coefficient of variation may be relatively large. In any case, the average pitch, for example, may be about 50 nm, about 0.1 µm, about 0.5 µm, about 1 µm, about 5 µm, about 10 µm, about 100 µm, or more or less. The average pitch for a particular recess pattern 20 may be between one of the lower values and one of the upper values selected from the above ranges. In the example, the recesses 20 have a pitch (center-to-center spacing) of approximately 1.5 µm. While exemplary average pitch values are provided, it should be understood that other average pitch values may be used.

[00227] Размер каждого углубления 70 может характеризоваться посредством его объема, площади отверстия, глубины и/или диаметра.[00227] The size of each recess 70 may be characterized by its volume, hole area, depth, and/or diameter.

[00228] Каждое углубление 70 может иметь любой объем, который допускает ограничение текучей среды. Минимальный объем или максимальный объем может выбираться, например, с возможностью приспосабливать пропускную способность (например, мультиплексируемость), разрешение, меченые нуклеотиды 12, 12A-12C или 12', вторичные субстраты 34 или реактивность аналитов, ожидаемую для нижерасположенных вариантов использования проточной кюветы 62. Например, объем может составлять, по меньшей мере, приблизительно 1*10-3 мкм3, по меньшей мере, приблизительно 1*10-2 мкм3, по меньшей мере, приблизительно 0,1 мкм3, по меньшей мере, приблизительно 1 мкм3, по меньшей мере, приблизительно 10 мкм3, по меньшей мере, приблизительно 100 мкм3 или больше. Альтернативно или дополнительно, объем может составлять самое большее приблизительно 1*104 мкм3, самое большее приблизительно 1*103 мкм3, самое большее приблизительно 100 мкм3, самое большее приблизительно 10 мкм3, самое большее приблизительно 1 мкм3, самое большее приблизительно 0,1 мкм3 или меньше. Площадь, занимаемая посредством каждого отверстия углубления, может выбираться на основе критериев, аналогичных критериям, изложенным выше для объема. Например, площадь для каждого отверстия углубления может составлять, по меньшей мере, приблизительно 1*10-3 мкм2, по меньшей мере, приблизительно 1*10-2 мкм2, по меньшей мере, приблизительно 0,1 мкм2, по меньшей мере, приблизительно 1 мкм2, по меньшей мере, приблизительно 10 мкм2, по меньшей мере, приблизительно 100 мкм2 или больше. Альтернативно или дополнительно, площадь может составлять самое большее приблизительно 1*103 мкм2, самое большее приблизительно 100 мкм2, самое большее приблизительно 10 мкм2, самое большее приблизительно 1 мкм2, самое большее приблизительно 0,1 мкм2, самое большее приблизительно 1*10-2 мкм2 или меньше. Площадь, занимаемая посредством каждого отверстия углубления, может быть больше, меньше или составлять между значениями, указываемыми выше.[00228] Each recess 70 may have any volume that allows fluid restriction. The minimum volume or maximum volume may be selected, for example, to accommodate throughput (e.g., multiplexability), resolution, labeled nucleotides 12, 12A-12C, or 12', secondary substrates 34, or analyte reactivity expected for downstream uses of the flow cell 62. For example, the volume may be at least about 1*10 -3 µm 3 , at least about 1*10 -2 µm 3 , at least about 0.1 µm 3 , at least about 1 µm 3 at least about 10 µm 3 , at least about 100 µm 3 or more. Alternatively or additionally, the volume may be at most about 1*10 4 µm 3 , at most about 1*10 3 µm 3 , at most about 100 µm 3 , at most about 10 µm 3 , at most about 1 µm 3 , at most about 0.1 µm 3 or less. The area occupied by each recess opening may be selected based on criteria similar to those set out above for volume. For example, the area for each recess hole may be at least about 1*10 -3 µm 2 , at least about 1*10 -2 µm 2 , at least about 0.1 µm 2 , at least , about 1 µm 2 , at least about 10 µm 2 , at least about 100 µm 2 or more. Alternatively or additionally, the area may be at most about 1*10 3 µm 2 , at most about 100 µm 2 , at most about 10 µm 2 , at most about 1 µm 2 , at most about 0.1 µm 2 , at most about 1*10 -2 µm 2 or less. The area occupied by each opening of the recess may be greater, less, or between the values indicated above.

[00229] Глубина каждого углубления 70 может быть достаточно большой для того, чтобы размещать одну считывающую систему 10A-10E. В примере, глубина может составлять, по меньшей мере, приблизительно 1 мкм, по меньшей мере, приблизительно 10 мкм, по меньшей мере, приблизительно 100 мкм или больше. Альтернативно или дополнительно, глубина может составлять самое большее приблизительно 1*103 мкм, самое большее приблизительно 100 мкм, самое большее приблизительно 10 мкм или меньше. Глубина каждого углубления 70 может составлять больше, меньше или между значениями, указываемыми выше.[00229] The depth of each recess 70 may be large enough to accommodate one reader system 10A-10E. In an example, the depth may be at least about 1 µm, at least about 10 µm, at least about 100 µm, or greater. Alternatively or additionally, the depth may be at most about 1*10 3 µm, at most about 100 µm, at most about 10 µm or less. The depth of each recess 70 may be greater than, less than, or between the values indicated above.

[00230] В некоторых случаях, диаметр или длина и ширина каждого углубления 70 могут составлять, по меньшей мере, приблизительно 50 нм, по меньшей мере, приблизительно 0,1 мкм, по меньшей мере, приблизительно 0,5 мкм, по меньшей мере, приблизительно 1 мкм, по меньшей мере, приблизительно 10 мкм, по меньшей мере, приблизительно 100 мкм или больше. Альтернативно или дополнительно, диаметр или длина и ширина могут составлять самое большее приблизительно 1*103 мкм, самое большее приблизительно 100 мкм, самое большее приблизительно 10 мкм, самое большее приблизительно 1 мкм, самое большее приблизительно 0,5 мкм, самое большее приблизительно 0,1 мкм или меньше (например, приблизительно 50 нм). Диаметр или длина и ширина каждого углубления 70 могут составлять больше, меньше или между значениями, указываемыми выше.[00230] In some cases, the diameter or length and width of each recess 70 may be at least about 50 nm, at least about 0.1 microns, at least about 0.5 microns, at least about 1 µm, at least about 10 µm, at least about 100 µm or more. Alternatively or additionally, the diameter or length and width may be at most about 1* 103 µm, at most about 100 µm, at most about 10 µm, at most about 1 µm, at most about 0.5 µm, at most about 0 .1 µm or less (eg, approximately 50 nm). The diameter or length and width of each recess 70 may be greater than, less than, or between the values indicated above.

[00231] Как проиллюстрировано на фиг. 7B, каждое из углублений 70 в решетке включает в себя соответствующий датчик 10A-10E. Желательно, если каждый датчик 10A-10E в каждом углублении 70 имеет одну полимеразу 28, отдельно или в качестве части комплекса 30A-30D, присоединенного к нему. В некоторых примерах, каждый датчик 10A-10E в каждом углублении 70 имеет одну полимеразу 28 или комплекс 30A-30D, присоединенный к нему. В других примерах, некоторые датчики 10A-10E в некоторых углублениях 70 имеют одну полимеразу 28 или комплекс 30A-30D, присоединенный к ним; другие датчики 10A-10E в других углублениях 70 имеют более одной полимеразы 28 или комплекса 30A-30D, присоединенных к ним; и еще другие датчики 10A-10E в других углублениях 70 не имеют полимеразы 28 или комплекса 30A-30D, присоединенного к ним. В этих примерах, число полимераз 28 или комплексов 30A-30D, которые становятся присоединенными к любой данной считывающей системе 10A-10E, может быть случайным и определяться посредством пуассоновского распределения.[00231] As illustrated in FIG. 7B, each of the recesses 70 in the array includes a respective sensor 10A-10E. Desirably, each sensor 10A-10E in each recess 70 has one polymerase 28, either alone or as part of a complex 30A-30D attached thereto. In some examples, each sensor 10A-10E in each recess 70 has one polymerase 28 or complex 30A-30D attached to it. In other examples, some sensors 10A-10E in some recesses 70 have one polymerase 28 or complex 30A-30D attached to them; other sensors 10A-10E in other recesses 70 have more than one polymerase 28 or complex 30A-30D attached to them; and still other sensors 10A-10E in other recesses 70 do not have polymerase 28 or complex 30A-30D attached to them. In these examples, the number of polymerases 28 or complexes 30A-30D that become attached to any given reading system 10A-10E may be random and determined by a Poisson distribution.

[00232] Чтобы присоединять полимеразы 28 или комплексы 30A-30D, способ включает в себя введение текучей среды в решетку датчиков, включающую в себя множество отдельно адресуемых проводящих каналов 26, за счет этого присоединяя полимеразу 28 или комплекс 30A-30D, по меньшей мере, к некоторым из множества отдельно адресуемых проводящих каналов 26, комплекс 30A-30D, включающий в себя полимеразу 28 и другие примеры компонента 50A-50E изменения pH, связанного с полимеразой 28, причем компонент 50A-50E изменения pH выбирается из группы, состоящей из фермента 50A, который должен катализировать потребление вторичного субстрата 34 в растворе, который должен быть доступным для решетки датчиков, координационного комплекса металла 50E, который должен катализировать потребление вторичного субстрата 34 в растворе, который должен быть доступным для решетки датчиков, и кофактора 50B или активатора 50C каталитической метки, присоединенной к меченому нуклеотиду, который должен вводиться в решетку датчиков. Текучей среде может разрешаться инкубироваться в течение требуемого времени и при требуемой температуре, чтобы обеспечивать возможность полимеразам 28 или комплексам 30A-30D присоединяться.[00232] To attach polymerases 28 or complexes 30A-30D, the method includes introducing a fluid into a sensor array including a plurality of separately addressable conductive channels 26, thereby attaching polymerase 28 or complex 30A-30D to at least to some of a plurality of separately addressable pathways 26, a complex 30A-30D including polymerase 28, and other examples of a pH change component 50A-50E associated with polymerase 28, wherein the pH change component 50A-50E is selected from the group consisting of enzyme 50A , which should catalyze the consumption of secondary substrate 34 in solution, which should be available to the sensor array, the 50E metal coordination complex, which should catalyze the consumption of secondary substrate 34 in solution, which should be available to the sensor array, and cofactor 50B or catalytic label activator 50C attached to the labeled nucleotide to be inserted into the sensor lattice ov. The fluid may be allowed to incubate for the required time and at the required temperature to allow polymerases 28 or complexes 30A-30D to attach.

[00233] В ходе любых примеров способов, раскрытых в данном документе для считывания одиночных молекул, один из меченых нуклеотидов 12 или 12A-12C или 12' включается, посредством соответствующей полимеразы 28, в образующуюся цепь 46, которая формируется в считывающей системе 10A-10E в каждом из углублений 70. Другими словами, в каждой матричной полинуклеотидной цепи 44 в проточной кювете 62, соответствующие полимеразы 28 расширяют образующуюся цепь 46 посредством одного из нуклеотидов 12, 12A-12C или 12', присутствующих во введенной текучей среде.[00233] In any of the exemplary methods disclosed herein for reading single molecules, one of the labeled nucleotides 12 or 12A-12C or 12' is incorporated, via the appropriate polymerase 28, into the resulting strand 46, which is formed in the reading system 10A-10E in each of the recesses 70. In other words, in each template polynucleotide strand 44 in the flow cell 62, the respective polymerases 28 expand the resulting strand 46 with one of the nucleotides 12, 12A-12C, or 12' present in the injected fluid.

[00234] Каждый из датчиков 10A-10E является отдельно электрически адресуемым и считываемым. В связи с этим, сигналы заряда, получающиеся в результате изменений pH, возникающих в каждом углублении 70, в ответ на потребление вторичного субстрата 34, могут отдельно обнаруживаться и анализироваться, чтобы идентифицировать включенный меченый нуклеотид 12, 12A-12C или 12'. Реакция формирования кислоты или основания, возникающая в каждом углублении, должна зависеть от комбинации меток 18A-18F и полимераз 28 либо комплексов 30A-30D, которая используется, примеры которой описываются со ссылкой на фиг. 3A и фиг. 3B, фиг. 4, фиг. 5 и фиг. 6A и фиг. 6B.[00234] Each of the sensors 10A-10E is separately electrically addressable and readable. In this regard, the charge signals resulting from the pH changes occurring in each recess 70 in response to the consumption of the secondary substrate 34 can be separately detected and analyzed to identify the included labeled nucleotide 12, 12A-12C or 12'. The acid or base forming reaction that occurs in each well will depend on the combination of labels 18A-18F and polymerases 28 or complexes 30A-30D that is used, examples of which are described with reference to FIGS. 3A and FIG. 3B, FIG. 4, fig. 5 and FIG. 6A and FIG. 6b.

[00235] Обнаружение ансамблей [00235] Ensemble detection

[00236] Другие примеры считывающих систем 40A и 40B показаны на фиг. 7C и фиг. 7D, и эти считывающие системы 40A и 40B могут использоваться при считывании ансамблей. В этих примерах, считывающие системы 40A и 40B могут позиционироваться в каждом из углублений 70 проточной кюветы 62. Проточная кювета 62 включает в себя каналы 64, опору 66, материал 68 с рисунком и материал 68 с рисунком, как описано в данном документе.[00236] Other examples of reader systems 40A and 40B are shown in FIG. 7C and FIG. 7D and these reading systems 40A and 40B can be used in reading ensembles. In these examples, readout systems 40A and 40B may be positioned in each of the recesses 70 of the flow cell 62. The flow cell 62 includes channels 64, support 66, patterned material 68, and patterned material 68 as described herein.

[00237] В примере, показанном на фиг. 7C, считывающая система 40A включает в себя pH-датчик 20 и праймеры 74, присоединенные к проводящему каналу 26 pH-датчика 20, и/или к поверхности опоры 66, доступной в каждом углублении 70.[00237] In the example shown in FIG. 7C, the reading system 40A includes a pH sensor 20 and primers 74 attached to a conductive channel 26 of the pH sensor 20 and/or to a support surface 66 accessible in each recess 70.

[00238] Поверхность опоры 66, доступная в углублениях 70, может функционализироваться таким образом, что праймеры 74 могут присоединяться к поверхности, а не к промежуточным областям 72 материала 68 с рисунком. В некоторых примерах, функционализация поверхности подложки заключает в себе силанизацию поверхности, доступной в углублениях 70, и формирование полимерного слоя на силанизированной поверхности. Силанизация может осуществляться с использованием любого силана или производного силана. Полимер (не показан) затем может применяться к силанизированной поверхности. Полимер может представлять собой полужесткий полимерный материал, который является проницаемым для жидкостей и газов. Пример полимера включает в себя акриламидный сополимер, такой как поли-(N-(5-азидоацетамидилпентил)-акриламид-со-акриламид, PAZAM или другой подходящий полимерный гидрогель.[00238] The surface of the support 66 accessible in the recesses 70 can be functionalized such that the primers 74 can be attached to the surface rather than to the intermediate regions 72 of the patterned material 68. In some examples, functionalizing the surface of the substrate includes silanizing the surface available in recesses 70 and forming a polymer layer on the silanized surface. The silanization can be carried out using any silane or silane derivative. A polymer (not shown) can then be applied to the silanized surface. The polymer may be a semi-rigid polymeric material that is permeable to liquids and gases. An exemplary polymer includes an acrylamide copolymer such as poly-(N-(5-azidoacetamidylpentyl)-acrylamide-co-acrylamide, PAZAM, or other suitable polymeric hydrogel.

[00239] Праймеры 74 могут представлять собой любой прямой праймер амплификации или обратный праймер амплификации, который включает в себя функциональную группу, которая может присоединяться к поверхности проводящего канала 26 и/или к поверхности опоры 66. Примеры подходящих терминальных по функциональной группе праймеров включают в себя алкинотерминальный праймер, тетразинотерминальный праймер, азидотерминальный праймер, аминотерминальный праймер, эпокси- или глицидилотерминальный праймер, тиофосфатнотерминальный праймер, тиолотерминальный праймер, альдегидотерминальный праймер, гидразинотерминальный праймер и триазолиндионотерминальный праймер. Также может использоваться смесь праймеров. Конкретные примеры подходящих праймеров включают в себя P5- и/или P7-праймеры, которые используются на поверхности некоторых коммерческих проточных ячеек, продаваемых компанией Illumina Inc.[00239] Primers 74 can be any forward amplification primer or reverse amplification primer that includes a functional group that can be attached to the surface of the conduction channel 26 and/or to the surface of the support 66. Examples of suitable functional group-terminal primers include an alkyne-terminal primer, a tetrazine-terminal primer, an azido-terminal primer, an amino-terminal primer, an epoxy or glycidyl-terminal primer, a thiophosphate-terminal primer, a thiol-terminal primer, an aldehyde-terminal primer, a hydrazine-terminal primer, and a triazolinedione-terminal primer. A mixture of primers can also be used. Specific examples of suitable primers include the P5 and/or P7 primers that are used on the surface of some commercial flow cells sold by Illumina Inc.

[00240] В примере, праймеры 74 могут присоединяться с использованием процесса прикрепления, такого как поток через осаждение (например, когда проточная кювета 62 имеет крышку, связанную с ней), нанесение покрытия маканием, нанесение покрытия распылением, разлив из ванночки, либо посредством другого подходящего способа, который должен присоединять праймер(ы) 74. Каждая из этих примерных технологий может использовать праймерный раствор или смесь, который может включать в себя праймер(ы), воду, буфер (например, соляной раствор) и катализатор.[00240] In an example, primers 74 may be attached using an attachment process such as flow through settling (e.g., when flow cell 62 has a lid associated therewith), dipping, spray coating, pouring from a bath, or other a suitable method that would attach the primer(s) 74. Each of these exemplary techniques may use a primer solution or mixture that may include primer(s), water, a buffer (eg, saline), and a catalyst.

[00241] В примере, показанном на фиг. 7D, считывающая система 40B включает в себя планарный проводящий канал 26' и праймеры 74, присоединенные к планарному проводящему каналу 26'. Планарный проводящий канал 26' может представлять собой любой материал, который допускает считывание заряженных ионов, либо который включает в себя поверхностные группы, которые могут протонироваться или депротонироваться посредством заряженных ионов, сформированных во время реакций формирования кислоты или основания, раскрытых в данном документе. Планарный проводящий канал 26' соединяется с электродами 22, 24 (не показаны на фиг. 7D), которые могут интегрироваться в опору 66 и соединяться с электронной схемой, которая обеспечивает их работу. Любой из праймеров 74 может использоваться и может присоединяться, как описано в данном документе. Кроме того, если планарный проводящий канал 26' имеет поверхностные группы, которые могут присоединять праймеры 74, дополнительная функционализация планарного проводящего канала 26' может не выполняться.[00241] In the example shown in FIG. 7D, reader system 40B includes a planar pathway 26' and primers 74 attached to planar pathway 26'. The planar conduction channel 26' can be any material that allows charged ions to be read, or that includes surface groups that can be protonated or deprotonated by the charged ions formed during the acid or base formation reactions disclosed herein. The planar conductive channel 26' is connected to electrodes 22, 24 (not shown in FIG. 7D) which can be integrated into the support 66 and connected to the electronic circuit that makes them work. Any of the primers 74 may be used and attached as described herein. In addition, if the planar pathway 26' has surface groups that can attach primers 74, additional functionalization of the planar pathway 26' may not be performed.

[00242] Эти примеры проточной кюветы 62 могут использоваться для секвенирования ансамблей. При секвенировании ансамблей, матричная полинуклеотидная цепь 44 (не показана на фиг. 7C и фиг. 7D), которая должна секвенироваться, может формироваться на поверхности проточной кюветы с использованием праймеров 74. В начале образования матричной полинуклеотидной цепи, библиотечные матрицы могут подготавливаться из любого образца нуклеиновой кислоты (например, ДНК-образца или РНК-образца). Образец нуклеиновой кислоты может компонентироваться на одноцепочечные ДНК- или РНК-компоненты аналогичного размера (например, <1000 bp). Во время подготовки, адаптеры могут добавляться на концы этих компонентов. Через амплификацию с сокращенным циклом, различные мотивы могут вводиться в адаптерах, такие как связывающие участки секвенирования, индексы и области, которые являются комплементарными праймерам 74 в углублениях 70. Конечные библиотечные матрицы включают в себя ДНК- или РНК-компонент и адаптеры на обоих концах. В некоторых примерах, компоненты из одного образца нуклеиновой кислоты имеют идентичные адаптеры, добавленные в них.[00242] These examples of flow cell 62 can be used for ensemble sequencing. In ensemble sequencing, the 44 template polynucleotide strand (not shown in Figure 7C and FIG. 7D) to be sequenced can be formed on the surface of the flow cell using primers 74. At the start of template polynucleotide strand formation, library templates can be prepared from any sample. nucleic acid (for example, a DNA sample or an RNA sample). The nucleic acid sample can be assembled into single-stranded DNA or RNA components of a similar size (eg, <1000 bp). During preparation, adapters can be added to the ends of these components. Through short cycle amplification, various motifs can be introduced in adapters such as sequencing binding sites, indices, and regions that are complementary to primers 74 in recesses 70. The final library templates include a DNA or RNA component and adapters at both ends. In some examples, components from the same nucleic acid sample have identical adapters added to them.

[00243] Множество библиотечных матриц могут вводиться в проточную кювету 62. Поскольку проточная кювета 62 включает в себя решетку углублений 70, несколько библиотечных матриц гибридизируются, например, в один из двух типов праймеров 74, иммобилизированных в них.[00243] Multiple library templates can be introduced into flow cell 62. Because flow cell 62 includes an array of recesses 70, multiple library templates hybridize to, for example, one of two types of primers 74 immobilized therein.

[00244] После этого может выполняться формирование кластеров. В одном примере формирования кластеров, библиотечные матрицы копируются из гибридизированных праймеров 74 посредством 3'-расширения с использованием высокоточной ДНК-полимеразы. Исходные библиотечные матрицы денатурируются, оставляя копии, иммобилизированные в углублениях 70. Изотермическая мостиковая амплификация может использоваться для того, чтобы амплифицировать иммобилизированные копии. Например, скопированные матрицы образуют контур для того, чтобы гибридизироваться в смежный комплементарный праймер 74, и полимераза копирует скопированные матрицы для того, чтобы формировать двухцепочечные мостики, которые денатурируются таким образом, что они формируют две одноцепочечных цепи. Эти две цепи образуют контур и гибридизируются в смежные комплементарные праймеры 74 и снова расширяются таким образом, что они формируют два новых двухцепочечных контура. Процесс повторяется для каждой копии матрицы посредством циклов изотермической денатурации и амплификации, чтобы создавать плотные клоновые кластеры. Каждый кластер двухцепочечных мостиков денатурируется. В примере, обратная цепь удаляется посредством расщепления конкретного основания, оставляя прямые матричные полинуклеотидные цепи. Кластеризация приводит в результате к образованию нескольких матричных полинуклеотидных цепей 44 в каждом углублении 70. Этот пример кластеризации представляет собой мостиковую амплификацию и представляет собой один пример амплификации, которая может выполняться. Следует понимать, что могут использоваться другие технологии амплификации, такие как поток обработки для амплификации исключения (Examp) (Illumina Inc.).[00244] Clustering can then be performed. In one example of cluster formation, library templates are copied from 74 hybridized primers via 3' extension using high fidelity DNA polymerase. The original library templates are denatured leaving copies immobilized in recesses 70. Isothermal bridge amplification can be used to amplify the immobilized copies. For example, the copied templates form a circuit in order to hybridize into the adjacent complementary primer 74, and the polymerase copies the copied templates in order to form double-stranded bridges, which are denatured so that they form two single-stranded strands. These two strands form a loop and hybridize into adjacent 74 complementary primers and extend again so that they form two new double strand loops. The process is repeated for each copy of the template through cycles of isothermal denaturation and amplification to create dense clonal clusters. Each cluster of double-stranded bridges is denatured. In an example, the reverse strand is removed by cleavage of a specific base, leaving forward template polynucleotide strands. Clustering results in the formation of multiple template polynucleotide strands 44 in each recess 70. This clustering example is bridged amplification and is one example of an amplification that can be performed. It should be understood that other amplification technologies may be used, such as the exclusion amplification workflow (Examp) (Illumina Inc.).

[00245] Чтобы инициировать секвенирование, смесь для включения может добавляться в проточную кювету 62.[00245] To initiate sequencing, the inclusion mix may be added to the 62 flow cell.

[00246] В одном примере, смесь для включения включает в себя жидкость-носитель, любой пример комплекса 30A-30D, раскрытого в данном документе, и любой пример меченого нуклеотида 12 или 12A-12C. Комплекс 30A-30D включает в себя полимеразу 28 и компонент 50A-50E изменения pH, связанный с полимеразой 28, причем компонент 50A-50E изменения pH выбирается из группы, состоящей из фермента 50A, который должен катализировать потребление вторичного субстрата 34, координационного комплекса металла 50D, который должен катализировать потребление вторичного субстрата 34, и кофактора 50B или активатора 50C, который должен катализировать потребление вторичного субстрата 34. Меченый нуклеотид 12 включает в себя нуклеотид 14; связывающую молекулу 16, присоединенную к терминальной фосфатной группе нуклеотида 14; и метку 18, присоединенную к связывающей молекуле 16, при этом метка должна участвовать в реакции изменения pH, заключающей в себе вторичный субстрат 34. Меченый нуклеотид 12A-12C включает в себя нуклеотид 14', имеющий блокирующую группу 3'-OH; расщепляемую связывающую молекулу 16', присоединенную к основанию или сахару нуклеотида 14'; и метку 18, присоединенную к связывающей молекуле 16', при этом метка 18 должна участвовать в реакции изменения pH, заключающей в себе вторичный субстрат 34.[00246] In one example, the inclusion mixture includes a carrier fluid, any example of the 30A-30D complex disclosed herein, and any example of a labeled nucleotide 12 or 12A-12C. Complex 30A-30D includes polymerase 28 and a pH altering component 50A-50E coupled to polymerase 28, wherein the pH altering component 50A-50E is selected from the group consisting of an enzyme 50A which is to catalyze the consumption of a secondary substrate 34, a metal coordination complex 50D , which is supposed to catalyze consumption of secondary substrate 34, and cofactor 50B or activator 50C, which is supposed to catalyze consumption of secondary substrate 34. Labeled nucleotide 12 includes nucleotide 14; binding molecule 16 attached to the terminal phosphate group of nucleotide 14; and a label 18 attached to a binding molecule 16, the label must participate in a pH change reaction involving a secondary substrate 34. The labeled nucleotide 12A-12C includes nucleotide 14' having a blocking group 3'-OH; a cleavable binding molecule 16' attached to the base or sugar of nucleotide 14'; and a label 18 attached to a binding molecule 16', while the label 18 should participate in the reaction of changing the pH, containing the secondary substrate 34.

[00247] Метка 18 меченого нуклеотида 12 или 12A-12C должна зависеть от комплекса 30A-30D, который используется, и комбинаций, и могут использоваться связанные реакции формирования кислоты или основания, как описано со ссылкой на фиг. 3A и фиг. 3B, фиг. 4, фиг. 5 и фиг. 6A и фиг. 6B. В качестве одного примера, когда компонент изменения pH комплекса 30A представляет собой фермент 50A, метка 18B используется и может выбираться из группы, состоящей из первой группы, которая улучшает кинетику фермента 50A, и второй группы, которая замедляет кинетику фермента 50A. В качестве другого примера, компонент изменения pH представляет собой координационный комплекс металла 50E, и метка 18E может использоваться. Как пояснено в данном документе со ссылкой на фиг. 5, метка 18E представляет собой лиганд для металла координационного комплекса металла 50E, при этом лиганд изменяет каталитическое свойство координационного комплекса металла 50E. В качестве еще одного другого примера, компонент изменения pH представляет собой кофактор 50B или активатор 50C, и метка 18C представляет собой каталитическую метку, которая активируется посредством кофактора 50B или активатора 50C. В качестве еще одного другого примера, компонент изменения pH представляет собой фермент 50A, и комплекс 30D включает в себя конъюгат 58 нуклеинокислотной шпильки/ингибитора фермента. Метка 18F представляет собой олигонуклеотидную последовательность, которая является комплементарной части конъюгата 58 нуклеинокислотной шпильки/ингибитора фермента.[00247] Label 18 of labeled nucleotide 12 or 12A-12C should depend on the 30A-30D complex being used and combinations, and coupled acid or base formation reactions may be used as described with reference to FIG. 3A and FIG. 3B, FIG. 4, fig. 5 and FIG. 6A and FIG. 6b. As one example, when the pH changing component of the 30A complex is the 50A enzyme, label 18B is used and may be selected from the group consisting of a first group that improves the kinetics of the 50A enzyme and a second group that slows down the kinetics of the 50A enzyme. As another example, the pH change component is the 50E metal coordination complex, and the 18E label can be used. As explained herein with reference to FIG. 5, tag 18E is a ligand for the metal of the 50E metal coordination complex, wherein the ligand changes the catalytic property of the 50E metal coordination complex. As yet another example, the pH change component is a 50B cofactor or 50C activator, and the 18C label is a catalytic label that is activated by a 50B cofactor or 50C activator. As yet another example, the pH changing component is the 50A enzyme and the 30D complex includes a 58 nucleic acid hairpin/enzyme inhibitor conjugate. The 18F tag is an oligonucleotide sequence that is the complementary portion of the 58 nucleic acid hairpin/enzyme inhibitor conjugate.

[00248] Смесь для включения вводит комплекс 30A-30D и меченый нуклеотид 12 или 12A-12C в проточную кювету 62. Смесь для включения также может включать в себя праймер для секвенирования, который гибридизируется в комплементарную последовательность на матричной полинуклеотидной цепи 44. Этот праймер для секвенирования обеспечивает готовность матричной полинуклеотидной цепи 44 к секвенированию.[00248] The inclusion mix introduces the 30A-30D complex and labeled nucleotide 12 or 12A-12C into the flow cell 62. The inclusion mix can also include a sequencing primer that hybridizes to a complementary sequence on the template polynucleotide strand 44. This primer for sequencing ensures that the template polynucleotide chain 44 is ready for sequencing.

[00249] Другая текучая среда может использоваться для того, чтобы вводить вторичный субстрат 34 в проточную кювету 62. Смесь для включения и текучая среда, включающая в себя вторичный субстрат 34, могут представлять собой часть комплекта. Любой пример проточной кюветы 62 (показан на фиг. 7C и фиг. 7D) может включаться в комплект.[00249] Another fluid may be used to introduce secondary substrate 34 into flow cell 62. The inclusion mix and fluid including secondary substrate 34 may be part of a kit. Any example of a flow cell 62 (shown in Fig. 7C and Fig. 7D) may be included in the kit.

[00250] Когда смесь для включения включает в себя меченый нуклеотид 12 (метка 18 которого расщепляется естественным путем после включения), следует понимать, что смесь для включения и текучая среда с вторичным субстратом 34 могут вводиться в проточную кювету 62 одновременно или непосредственно одна за другой таким образом, что вторичный субстрат 34 присутствует в проточной кювете 62 во время события включения. Поскольку метка 18 расщепляется естественным путем после включения, желательно, если вторичный субстрат 34 присутствует, в то время как метка 18 удерживается поблизости от проводящего канала 26 или 26'. Напротив, когда смесь для включения включает в себя меченый нуклеотид 12A-12C (который включает в себя блокирующую группу, и в силу этого его метка 18 не расщепляется естественным путем), следует понимать, что смесь для включения и текучая среда с вторичным субстратом 34 могут вводиться в проточную кювету 62 одновременно непосредственно одна за другой, или текучая среда с вторичным субстратом 34 может вводиться после того, как осуществляется включение. Поскольку метка 18 остается привязанной до тех пор, пока деблокирующий агент не вводится, вторичный субстрат 34 может вводиться в любое время в ходе или после события включения.[00250] When the inclusion mix includes labeled nucleotide 12 (label 18 of which is naturally cleaved after incorporation), it should be understood that the inclusion mix and secondary substrate fluid 34 may be introduced into the flow cell 62 simultaneously or directly one after the other. such that secondary substrate 34 is present in flow cell 62 at the time of the on event. Because the label 18 cleaves naturally after being turned on, it is desirable if the secondary substrate 34 is present while the label 18 is held in the vicinity of the conductive channel 26 or 26'. In contrast, when the inclusion mix includes a labeled 12A-12C nucleotide (which includes a blocking group and therefore its tag 18 is not naturally cleaved), it should be understood that the inclusion mix and secondary substrate fluid 34 may injected into the flow cell 62 at the same time directly one after the other, or the secondary substrate fluid 34 may be injected after the inclusion is carried out. Because the label 18 remains attached until the deblocking agent is injected, the secondary substrate 34 can be injected at any time during or after the trigger event.

[00251] Когда смесь для включения и текучая среда с вторичным субстратом 34 вводятся в проточную кювету 62, текучие среды входят в углубления 70 (в которых присутствуют матричные полинуклеотидные цепи 44). Один из меченых нуклеотидов 12 или 12A-12C включается, посредством соответствующей полимеразы 28 соответствующего комплекса 30A-30D, в образующуюся цепь 46, которая расширяет праймер для секвенирования и которая является комплементарной матричной полинуклеотидной цепи 44. Другими словами, по меньшей мере, в некоторых матричных полинуклеотидных цепьх 44 в проточной кювете 62, соответствующие полимеразы 28 расширяют гибридизированный праймер для секвенирования посредством одного из меченых нуклеотидов 12 или 12A-12C в растворе.[00251] When the inclusion mix and the secondary substrate fluid 34 are introduced into the flow cell 62, the fluids enter the recesses 70 (in which the template polynucleotide strands 44 are present). One of the labeled nucleotides 12 or 12A-12C is incorporated, via the respective polymerase 28 of the respective complex 30A-30D, into the resulting strand 46, which extends the sequencing primer and which is complementary to template polynucleotide strand 44. In other words, at least some template polynucleotide strands 44 in the flow cell 62, the respective polymerases 28 extend the hybridized sequencing primer with one of the labeled nucleotides 12 or 12A-12C in solution.

[00252] В этих примерах, поскольку полимераза 28 представляет собой часть комплекса 30A-30D, включающего в себя компонент 50A-50E изменения pH, и поскольку полимераза 28 участвует во включении нуклеотида, компонент 50A-50E изменения pH переходит в позицию поблизости от проводящего канала 26 или 26' во время события включения. Метка 18 включенного нуклеотида 12 или 12A-12C также появляется поблизости от компонента 50A-50E изменения pH и проводящего канала 26, 26'. Это обеспечивает возможность компоненту 50A-50E изменения pH и метке 18 участвовать в реакции формирования кислоты или основания с вторичным субстратом 34 около проводящего канала 26, 26'. Различные реакции и эффекты конкретных комбинаций компонентов 50A-50E и меток 18 являются идентичными тому, что описано со ссылкой на фиг. 3A и фиг. 3B, фиг. 4, фиг. 5 и фиг. 6A и фиг. 6B. Изменение pH как результат реакции формирования кислоты или основания изменяет заряд в проводящем канале 26, 26', и изменение заряда обнаруживается. Изменение заряда и/или темп изменения заряда может использоваться для того, чтобы идентифицировать включенные нуклеотиды. Поскольку несколько событий включения осуществляются на нескольких праймерах 74 в одном углублении, сигналы заряда могут быть сильными и легко обнаруживаемыми в каждом отдельном проводящем канале 26, 26'.[00252] In these examples, since polymerase 28 is part of a complex 30A-30D that includes a pH change component 50A-50E, and since polymerase 28 is involved in nucleotide incorporation, the pH change component 50A-50E moves to a position near the conduction channel 26 or 26' during the enable event. Label 18 of the included nucleotide 12 or 12A-12C also appears in the vicinity of the pH change component 50A-50E and the conduction channel 26, 26'. This allows the pH change component 50A-50E and the label 18 to participate in an acid or base formation reaction with the secondary substrate 34 near the conduction channel 26, 26'. The various reactions and effects of specific combinations of components 50A-50E and labels 18 are identical to those described with reference to FIG. 3A and FIG. 3B, FIG. 4, fig. 5 and FIG. 6A and FIG. 6b. The change in pH as a result of the acid or base forming reaction changes the charge in the conductive channel 26, 26' and the charge change is detected. The change in charge and/or the rate of charge change can be used to identify incorporated nucleotides. Because multiple turn-on events occur on multiple primers 74 in a single well, charge signals can be strong and easily detectable in each individual conductive channel 26, 26'.

[00253] В примерах секвенирования ансамблей, включающих в себя меченый нуклеотид 12, метка 18 и связывающая молекула 16 расщепляются естественным путем после включения.[00253] In examples of sequencing assemblies including labeled nucleotide 12, label 18 and binding molecule 16 are naturally cleaved after incorporation.

[00254] В примерах секвенирования ансамблей, включающих в себя меченый нуклеотид 12A-12C, метка 18 и связывающая молекула 16' остаются включенными до тех пор, пока деблокирующий агент не добавляется и моется через проточную кювету 62.[00254] In examples of sequencing assemblies including the labeled nucleotide 12A-12C, the label 18 and the binding molecule 16' remain on until a deblocking agent is added and washed through the flow cell 62.

[00255] В некоторых примерах секвенирования ансамблей, полимераза 28 комплекса 30A-30D может быть высокопроцессивной и в силу этого, возможно, не должна обязательно вводиться в каждом цикле секвенирования. В других примерах, новая полимераза 28 (например, в качестве части комплекса 30A-30D) может вводиться в каждом цикле секвенирования.[00255] In some examples of ensemble sequencing, polymerase 28 of complex 30A-30D may be highly processive and thus may not necessarily be introduced in every sequencing run. In other examples, novel polymerase 28 (eg, as part of complex 30A-30D) may be introduced in each sequencing run.

[00256] В другом примере секвенирования ансамблей с использованием проточной кюветы 62, как описано со ссылкой на фиг. 7C и фиг. 7D, смесь для включения может не включать в себя пример комплекса 30A-30D, а вместо этого может включать в себя непосредственно полимеразу 28. Этот пример является аналогичным примеру, описанному на фиг. 2, за исключением того, что полимераза 28 присутствует в смеси для включения и не привязывается к поверхности проводящего канала 26, 26'. Этот пример смеси для включения может включать в себя жидкость-носитель, полимеразу 28 и меченые нуклеотиды 12 или 12A-12C, включающие в себя метку 18A; которая, как описано со ссылкой на фиг. 2, представляет собой катализатор, который инициирует или ускоряет реакцию формирования кислоты или основания, заключающую в себе вторичный субстрат 34. Вторая текучая среда, включающая в себя жидкость-носитель и вторичный субстрат 34, может использоваться в этом примере смеси для включения.[00256] In another example of ensemble sequencing using flow cell 62, as described with reference to FIG. 7C and FIG. 7D, the inclusion mix may not include the complex example 30A-30D, but may instead include polymerase 28 directly. This example is similar to the example described in FIG. 2, except that polymerase 28 is present in the inclusion mixture and does not bind to the surface of the conduction channel 26, 26'. This exemplary inclusion mix may include carrier fluid, polymerase 28, and labeled nucleotides 12 or 12A-12C, including label 18A; which, as described with reference to FIG. 2 is a catalyst that initiates or accelerates an acid or base formation reaction comprising a secondary substrate 34. A second fluid including a carrier liquid and a secondary substrate 34 may be used in this example of an incorporation mixture.

[00257] Когда этот пример смеси для включения и текучей среды с вторичным субстратом 34 вводится в пример проточной кюветы 62, показанной на фиг. 7B и фиг. 7C, текучие среды входят в углубления 70 (в которых присутствуют матричные полинуклеотидные цепи 44). Один из меченых нуклеотидов 12 или 12A-12C включается, посредством соответствующей полимеразы 28, в образующуюся цепь 46, которая расширяет праймер для секвенирования и которая является комплементарной матричной полинуклеотидной цепи 44. Другими словами, по меньшей мере, в некоторых матричных полинуклеотидных цепьх 44 в проточной кювете 62, соответствующие полимеразы 28 расширяют гибридизированный праймер для секвенирования посредством одного из меченых нуклеотидов 12 или 12A-12C в растворе.[00257] When this example of the inclusion mixture and secondary substrate fluid 34 is introduced into the example flow cell 62 shown in FIG. 7B and FIG. 7C, fluids enter recesses 70 (in which template polynucleotide strands 44 are present). One of the labeled nucleotides 12 or 12A-12C is incorporated, via the appropriate polymerase 28, into the resulting strand 46, which extends the sequencing primer and which is complementary to template polynucleotide strand 44. In other words, at least some of the template polynucleotide strands 44 in the flow cuvette 62, the respective polymerases 28 extend the hybridized sequencing primer with one of the labeled nucleotides 12 or 12A-12C in solution.

[00258] В этих примерах, каталитическая метка 18A включенного нуклеотида 12 или 12A-12C появляется поблизости от проводящего канала 26, 26'. Это обеспечивает возможность каталитической метке 18A участвовать в реакции формирования кислоты или основания с вторичным субстратом 34 около проводящего канала 26. 26'. Различные реакции и эффекты каталитической метки 18A являются идентичными тому, что описано со ссылкой на фиг. 2. Изменение pH как результат реакции формирования кислоты или основания изменяет заряд в проводящем канале 26, 26', и изменение заряда обнаруживается. Изменение заряда и/или темп изменения заряда может использоваться для того, чтобы идентифицировать включенные нуклеотиды. Поскольку несколько событий включения осуществляются на любых нескольких праймерах 74 в одном углублении, сигналы заряда могут быть сильными и легко обнаруживаемыми в каждом отдельном проводящем канале 26, 26'.[00258] In these examples, the 18A catalytic label of the included nucleotide 12 or 12A-12C appears in the vicinity of the conduction channel 26, 26'. This allows the catalytic label 18A to participate in an acid or base formation reaction with the secondary substrate 34 near the conduction channel 26.26'. The various reactions and effects of catalytic tag 18A are identical to those described with reference to FIG. 2. The change in pH as a result of the acid or base forming reaction changes the charge in the conductive channel 26, 26' and the charge change is detected. The change in charge and/or the rate of charge change can be used to identify incorporated nucleotides. Because multiple turn-on events occur on any number of primers 74 in a single well, charge signals can be strong and easily detectable in each individual conductive channel 26, 26'.

[00259] Заключение [00259] Conclusion

[00260] Хотя обнаружение одиночных молекул и обнаружение ансамблей описываются подробно, следует понимать, что реакции формирования кислоты или основания, раскрытые в данном документе, могут использоваться с другим протоколом секвенирования, для генотипирования или в других химических и/или биологических вариантах применения.[00260] Although single molecule detection and ensemble detection are described in detail, it should be understood that the acid or base formation reactions disclosed herein may be used with a different sequencing protocol, for genotyping, or in other chemical and/or biological applications.

[00261] Следует принимать во внимание, что все комбинации вышеприведенных принципов и дополнительных принципов, подробнее поясненных ниже (если такие принципы не являются взаимно несогласованными), считаются частью изобретаемого предмета изобретения, раскрытого в данном документе. В частности, все комбинации заявленного предмета изобретения, указанного в конце этого раскрытия сущности, считаются частью изобретаемого предмета изобретения, раскрытого в данном документе. Также следует принимать во внимание, что термины, явно используемые в данном документе, которые также могут указываться в любом раскрытии сущности, содержащемся по ссылке, должны соответствовать значению, наиболее согласующемуся с конкретными принципами, раскрытыми в данном документе.[00261] It should be appreciated that all combinations of the above principles and additional principles explained in more detail below (unless such principles are mutually inconsistent) are considered part of the inventive subject matter disclosed herein. In particular, all combinations of the claimed subject matter listed at the end of this disclosure are considered part of the inventive subject matter disclosed herein. It should also be appreciated that terms explicitly used in this document, which may also be indicated in any entity disclosure contained by reference, should correspond to the meaning that is most consistent with the specific principles disclosed in this document.

[00262] Ссылка во всем подробном описании на "один пример", "другой пример", "пример" и т.д. означает то, что конкретный элемент (например, признак, структура и/или характеристика), описанный в связи с примером, включается, по меньшей мере, в один пример, описанный в данном документе, и может присутствовать или может не присутствовать в других примерах. Помимо этого, следует понимать, что описанные элементы для любого примера могут комбинироваться любым подходящим способом в различных примерах, если контекст явно не предписывает иное.[00262] Reference throughout the detailed description to "one example", "another example", "example", etc. means that a particular element (eg, feature, structure, and/or characteristic) described in connection with an example is included in at least one example described herein and may or may not be present in other examples. In addition, it should be understood that the described elements for any example can be combined in any suitable way in various examples, unless the context clearly dictates otherwise.

[00263] Термины "практически" и "приблизительно", используемые в ходе этого раскрытия сущности, включающего в себя формулу изобретения, используются для того, чтобы описывать и учитывать небольшие флуктуации, к примеру, вследствие варьирований обработки. Например, они могут означать меньше или равный ±5%, к примеру, меньше или равный ±2%, к примеру, меньше или равный ±1%, к примеру, меньше или равный ±0,5%, к примеру, меньше или равный ±0,2%, к примеру, меньше или равный ±0,1%, к примеру, меньше или равный ±0,05%.[00263] The terms "substantially" and "approximately" as used throughout this disclosure, which includes the claims, are used to describe and account for small fluctuations, for example, due to processing variations. For example, they may mean less than or equal to ±5%, such as less than or equal to ±2%, such as less than or equal to ±1%, such as less than or equal to ±0.5%, such as less than or equal to ±0.2%, such as less than or equal to ±0.1%, such as less than or equal to ±0.05%.

[00264] Кроме того, следует понимать, что диапазоны, предусмотренные в настоящем документе, включают в себя установленный диапазон и любое значение или поддиапазон в пределах установленного диапазона, как если они явно изложены. Например, диапазон, представленный как составляющий от 1 нм до менее 1 мкм, должен интерпретироваться как включающий в себя не только явно изложенные пределы от 1 нм до менее 1 мкм, но также и как включающий в себя отдельные значения, к примеру, приблизительно 5 нм, 222,5 нм, 275 нм и т.д. и поддиапазоны, к примеру, приблизительно от 150 нм приблизительно до 800 нм и т.д.[00264] In addition, it should be understood that the ranges provided herein include the specified range and any value or subrange within the specified range, as if expressly set forth. For example, a range presented as being from 1 nm to less than 1 µm should be interpreted as including not only the explicitly stated limits from 1 nm to less than 1 µm, but also as including individual values, for example, approximately 5 nm , 222.5 nm, 275 nm, etc. and subbands, for example, from about 150 nm to about 800 nm, and so on.

[00265] Хотя выше подробно описываются несколько примеров, следует понимать, что раскрытые примеры могут модифицироваться. Следовательно, вышеприведенное описание должно считаться неограничивающим.[00265] Although several examples are described in detail above, it should be understood that the disclosed examples may be modified. Therefore, the above description should be considered non-limiting.

Claims (109)

1. Система, считывающая изменение pH, содержащая:1. A system that reads the change in pH, containing: - pH-датчик, включающий в себя:- pH sensor, including: - два электрода; и- two electrodes; And - проводящий канал, функционально соединенный с двумя электродами; и- a conductive channel functionally connected to two electrodes; And - комплекс с изменяющим pH компонентом, присоединенный к проводящему каналу pH-датчика, причем комплекс включает в себя полимеразу, связанную, по меньшей мере, с одним изменяющим pH компонентом, который должен участвовать в формировании изменения pH поблизости от проводящего канала за счет потребления вторичного субстрата в текучей среде, которая контактирует с pH-датчиком, причем, по меньшей мере, один изменяющий pH компонент представляет собой фермент, при этом фермент генерирует кислоту или основание в реакции с вторичным субстратом.- a complex with a pH-changing component attached to the conductive channel of the pH sensor, and the complex includes a polymerase associated with at least one pH-changing component, which should participate in the formation of a pH change in the vicinity of the conductive channel due to the consumption of a secondary substrate in a fluid that is in contact with the pH sensor, wherein at least one pH-altering component is an enzyme, wherein the enzyme generates an acid or base in reaction with a secondary substrate. 2. Считывающая система по п. 1, в которой фермент выбран из группы, состоящей из гидролаз и оксидаз.2. The reading system of claim 1, wherein the enzyme is selected from the group consisting of hydrolases and oxidases. 3. Считывающая система по п. 1, в которой кинетика, по меньшей мере, одного изменяющего pH компонента, по меньшей мере, в 10 раз быстрее кинетики полимеразы.3. The reading system of claim 1, wherein the kinetics of the at least one pH-changing component is at least 10 times faster than the kinetics of the polymerase. 4. Считывающая система по п. 1, в которой комплекс дополнительно содержит конъюгат нуклеинокислотной шпильки/ингибитора фермента, присоединенный к ферменту.4. The reading system of claim 1, wherein the complex further comprises a nucleic acid hairpin/enzyme inhibitor conjugate attached to the enzyme. 5. Считывающая система по п. 1, в которой комплекс дополнительно включает в себя второй фермент, присоединенный к полимеразе.5. The reading system of claim 1, wherein the complex further includes a second enzyme attached to the polymerase. 6. Считывающая система по п. 1, в которой комплекс представляет собой слитый белок или химеру белка.6. The reading system of claim 1, wherein the complex is a fusion protein or protein chimera. 7. Считывающая система по п. 1, в которой проводящий канал pH-датчика выбран из группы, состоящей из полупроводящей наноструктуры, графеновой наноструктуры, металлической наноструктуры и проводящей полимерной наноструктуры.7. The reading system of claim 1, wherein the conductive channel of the pH sensor is selected from the group consisting of a semiconductive nanostructure, a graphene nanostructure, a metal nanostructure, and a conductive polymer nanostructure. 8. Считывающая система по п. 1, дополнительно содержащая:8. Reading system according to claim 1, further comprising: - подложку, включающую в себя множество углублений, отделенных посредством промежуточных областей, при этом, по меньшей мере, проводящий канал pH-датчика находится внизу одного из множества углублений; иa substrate including a plurality of recesses separated by intermediate regions, wherein at least the conductive channel of the pH sensor is at the bottom of one of the plurality of recesses; And - множество дополнительных pH-датчиков, при этом, по меньшей мере, проводящий канал каждого из множества дополнительных pH-датчиков находится внизу соответствующего одного из множества углублений.- a plurality of additional pH sensors, wherein at least the conductive channel of each of the plurality of additional pH sensors is at the bottom of the corresponding one of the plurality of recesses. 9. Считывающая система по п. 8, в которой каждое из множества углублений включает в себя боковые стенки, при этом боковые стенки включают в себя pH-буферный материал.9. The reading system of claim 8, wherein each of the plurality of recesses includes sidewalls, wherein the sidewalls include a pH buffer material. 10. Меченый нуклеотид для использования при считывании изменения pH, содержащий:10. A labeled nucleotide for use in reading pH change, comprising: - нуклеотид;- nucleotide; - молекулу-линкер, присоединенную к терминальной фосфатной группе нуклеотида; и- a linker molecule attached to the terminal phosphate group of the nucleotide; And - каталитическую метку, присоединенную к молекуле-линкеру, при этом каталитическая метка должна создавать изменение pH за счет потребления вторичного субстрата в текучей среде с меченым нуклеотидом, где каталитическая метка выбрана из группы, состоящей из гидролаз и оксидаз;a catalytic label attached to a linker molecule, wherein the catalytic label should create a pH change by consuming a secondary substrate in the labeled nucleotide fluid, where the catalytic label is selected from the group consisting of hydrolases and oxidases; причем в создании изменения pH участвует комплекс с изменяющим pH компонентом.moreover, the complex with the pH-altering component is involved in creating the pH change. 11. Меченый нуклеотид по п. 10, в котором молекула-линкер является расщепляемой.11. A labeled nucleotide according to claim 10, wherein the linker molecule is cleavable. 12. Комплект для считывания изменения pH, созданного в результате потребления вторичного субстрата, содержащий:12. A kit for reading the change in pH created as a result of the consumption of a secondary substrate, containing: - нуклеотид, содержащий:- a nucleotide containing: - молекулу-линкер, присоединенную к терминальной фосфатной группе нуклеотида; и- a linker molecule attached to the terminal phosphate group of the nucleotide; And - кофактор или ингибитор, присоединенный к молекуле-линкеру; и- a cofactor or inhibitor attached to the linker molecule; And - считывающую систему, включающую в себя:- reading system, including: - два электрода;- two electrodes; - проводящий канал, функционально соединенный с двумя электродами; и- a conductive channel functionally connected to two electrodes; And - комплекс с изменяющим pH компонентом, присоединенный к проводящему каналу, причем комплекс включает в себя полимеразу, конъюгированную с изменяющим pH компонентом,- a complex with a pH-changing component attached to the conduction channel, and the complex includes a polymerase conjugated to the pH-changing component, где изменяющий pH компонент представляет собой фермент, иwhere the pH changing component is an enzyme, and где кофактор или активатор изменяет кинетику фермента.where the cofactor or activator changes the kinetics of the enzyme. 13. Комплект по п. 12, в котором молекула-линкер является расщепляемой.13. The kit of claim 12 wherein the linker molecule is cleavable. 14. Способ детектирования изменения pH в реакции с участием вторичного субстрата, включающий в себя этапы, на которых:14. A method for detecting a change in pH in a reaction involving a secondary substrate, which includes the steps of: - вводят матричную полинуклеотидную цепь в датчик, имеющий полимеразу, привязанную к проводящему каналу, где полимераза датчика представляет собой часть комплекса с ферментным катализатором;- introducing a template polynucleotide chain into a sensor having a polymerase bound to a conductive channel, where the sensor polymerase is part of a complex with an enzyme catalyst; - вводят в датчик текучую среду, включающую в себя вторичный субстрат и меченые нуклеотиды, за счет чего нуклеотид одного из меченых нуклеотидов связывается с полимеразой, и метка данного одного из меченых нуклеотидов участвует в реакции изменения pH, в которой участвует вторичный субстрат, который находится поблизости от проводящего канала, причем реакция с изменением pH выполняется с помощью комплекса с изменяющим pH компонентом; и- a fluid is introduced into the sensor, which includes a secondary substrate and labeled nucleotides, due to which the nucleotide of one of the labeled nucleotides binds to the polymerase, and the label of this one of the labeled nucleotides participates in a pH change reaction in which the secondary substrate that is nearby participates from a conductive channel, wherein the pH-changing reaction is carried out using a complex with a pH-changing component; And - детектируют ответ проводящего канала.- detecting the response of the conductive channel. 15. Способ по п. 14, в котором:15. The method according to claim 14, in which: - метка представляет собой группу, которая улучшает или замедляет кинетику ферментного катализатора; и- the label is a group that improves or slows down the kinetics of the enzyme catalyst; And - способ дополнительно включает этап, на котором детектируют изменение заряда по сравнению с базовым зарядом.- the method further includes the step of detecting a change in charge compared to the base charge. 16. Способ по п. 14, в котором:16. The method according to claim 14, in which: - метка представляет собой вторичный субстрат; и- the label is a secondary substrate; And - способ дополнительно включает этап, на котором детектируют изменение заряда по сравнению с базовым зарядом.- the method further includes the step of detecting a change in charge compared to the base charge. 17. Способ детектирования изменения pH в реакции с участием вторичного субстрата, включающий в себя этапы, на которых:17. A method for detecting a change in pH in a reaction involving a secondary substrate, which includes the steps of: - вводят матричную полинуклеотидную цепь в датчик, имеющий полимеразу, привязанную к проводящему каналу;- enter the matrix polynucleotide chain in the sensor having a polymerase attached to the conductive channel; - вводят в датчик текучую среду, включающую в себя вторичный субстрат и меченые нуклеотиды, за счет чего нуклеотид одного из меченых нуклеотидов связывается с полимеразой, и метка данного одного из меченых нуклеотидов участвует в реакции изменения pH, в которой участвует вторичный субстрат, который находится поблизости от проводящего канала, причем реакция с изменением pH выполняется с помощью комплекса с изменяющим pH компонентом; и- a fluid is introduced into the sensor, which includes a secondary substrate and labeled nucleotides, due to which the nucleotide of one of the labeled nucleotides binds to the polymerase, and the label of this one of the labeled nucleotides participates in a pH change reaction in which the secondary substrate that is nearby participates from a conductive channel, wherein the pH-changing reaction is carried out using a complex with a pH-changing component; And - детектируют ответ проводящего канала, причем- detecting the response of the conducting channel, and - полимераза датчика представляет собой часть комплекса с координационным комплексом металла;- the sensor polymerase is part of a complex with a metal coordination complex; - метка представляет собой лиганд для металла координационного комплекса металла; и- the label is a ligand for the metal of the metal coordination complex; And - способ дополнительно включает этап, на котором детектируют изменение заряда по сравнению с базовым зарядом.- the method further includes the step of detecting a change in charge compared to the base charge. 18. Способ детектирования изменения pH в реакции с участием вторичного субстрата, включающий в себя этапы, на которых:18. A method for detecting a change in pH in a reaction involving a secondary substrate, which includes the steps of: - вводят матричную полинуклеотидную цепь в датчик, имеющий полимеразу, привязанную к проводящему каналу;- enter the matrix polynucleotide chain in the sensor having a polymerase attached to the conductive channel; - вводят в датчик текучую среду, включающую в себя вторичный субстрат и меченые нуклеотиды, за счет чего нуклеотид одного из меченых нуклеотидов связывается с полимеразой, и метка данного одного из меченых нуклеотидов участвует в реакции изменения pH, в которой участвует вторичный субстрат, который находится поблизости от проводящего канала, причем реакция с изменением pH выполняется с помощью комплекса с изменяющим pH компонентом; и- a fluid is introduced into the sensor, which includes a secondary substrate and labeled nucleotides, due to which the nucleotide of one of the labeled nucleotides binds to the polymerase, and the label of this one of the labeled nucleotides participates in a pH change reaction in which the secondary substrate that is nearby participates from a conductive channel, wherein the pH-changing reaction is carried out using a complex with a pH-changing component; And - детектируют ответ проводящего канала, причем- detecting the response of the conducting channel, and - полимераза датчика представляет собой часть комплекса с ферментным катализатором;- the sensor polymerase is part of a complex with an enzyme catalyst; - конъюгат нуклеинокислотной шпильки/ингибитора фермента присоединяется к ферментному катализатору;- the nucleic acid hairpin/enzyme inhibitor conjugate is attached to the enzyme catalyst; - метка представляет собой олигонуклеотидную последовательность, которая является комплементарной к части конъюгата нуклеинокислотной шпильки/ингибитора фермента; иthe label is an oligonucleotide sequence that is complementary to the nucleic acid hairpin/enzyme inhibitor conjugate portion; And - способ дополнительно включает этап, на котором детектируют изменение заряда по сравнению с базовым зарядом.- the method further includes the step of detecting a change in charge compared to the base charge. 19. Способ по любому из пп. 15-18, дополнительно включающий этап, на котором идентифицируют нуклеотид, связанный с полимеразой, исходя из изменения заряда и/или скорости изменения заряда.19. The method according to any one of paragraphs. 15-18, further comprising identifying a polymerase-bound nucleotide based on charge change and/or charge change rate. 20. Способ по п. 14, в котором меченые нуклеотиды имеют разные индивидуальные скорости накопления, при этом способ дополнительно содержит этап, на котором идентифицируют связанный меченый нуклеотид посредством его индивидуальной скорости накопления.20. The method of claim 14 wherein the labeled nucleotides have different individual accumulation rates, the method further comprising identifying the associated labeled nucleotide by its individual accumulation rate. 21. Смесь для включения, предназначенная для включения в комплект для считывания изменения pH по п. 12, содержащая:21. An inclusion mix to be included in the pH change reading kit of claim 12, comprising: - жидкость-носитель;- carrier fluid; - комплекс с изменяющим pH компонентом, включающий в себя:- a complex with a pH-changing component, including: - полимеразу; и- polymerase; And - изменяющий pH компонент, связанный с полимеразой, причем изменяющий pH компонент выбран из группы, состоящей из фермента, который должен катализировать потребление вторичного субстрата, координационного комплекса металла, который должен катализировать потребление вторичного субстрата, и кофактора или активатора, который должен катализировать потребление вторичного субстрата; и- a pH changing component associated with the polymerase, and the pH changing component is selected from the group consisting of an enzyme, which should catalyze the consumption of the secondary substrate, a metal coordination complex, which should catalyze the consumption of the secondary substrate, and a cofactor or activator, which should catalyze the consumption of the secondary substrate ; And - меченый нуклеотид, включающий в себя:- labeled nucleotide, including: - нуклеотид;- nucleotide; - молекулу-линкер, присоединенную к терминальной фосфатной группе нуклеотида; и- a linker molecule attached to the terminal phosphate group of the nucleotide; And - метку, присоединенную к молекуле-линкеру, при этом метка должна участвовать в реакции изменения pH, в которой участвует вторичный субстрат.- a label attached to the linker molecule, while the label must participate in the pH change reaction, in which the secondary substrate participates. 22. Смесь для включения по п. 21, в которой:22. A mixture for inclusion according to claim 21, in which: - изменяющий pH компонент представляет собой фермент, и метка выбрана из группы, состоящей из первой группы, которая улучшает кинетику фермента, и второй группы, которая замедляет кинетику фермента;the pH-changing component is an enzyme, and the label is selected from the group consisting of a first group that improves the kinetics of the enzyme and a second group that slows down the kinetics of the enzyme; - изменяющий pH компонент представляет собой координационный комплекс металла, и метка представляет собой лиганд для металла координационного комплекса металла, при этом лиганд изменяет каталитическое свойство координационного комплекса металла; илиthe pH-changing component is a metal coordination complex, and the label is a ligand for the metal of the metal coordination complex, wherein the ligand changes the catalytic property of the metal coordination complex; or - изменяющий pH компонент представляет собой кофактор или активатор, и метка представляет собой каталитическую метку, которая активируется посредством кофактора или активатора.the pH-changing component is a cofactor or activator, and the label is a catalytic label that is activated by the cofactor or activator. 23. Смесь для включения по п. 21, в которой:23. A mixture for inclusion according to claim 21, in which: - изменяющий pH компонент представляет собой фермент;the pH-changing component is an enzyme; - комплекс дополнительно включает в себя конъюгат нуклеинокислотной шпильки/ингибитора фермента, присоединенный к ферменту; иthe complex further includes a nucleic acid hairpin/enzyme inhibitor conjugate attached to the enzyme; And - метка представляет собой олигонуклеотидную последовательность, которая является комплементарной к части конъюгата нуклеинокислотной шпильки/ингибитора фермента.the label is an oligonucleotide sequence that is complementary to the nucleic acid hairpin/enzyme inhibitor conjugate portion. 24. Комплект для считывания изменения pH в реакции с участием вторичного субстрата, содержащий:24. A kit for reading the change in pH in a reaction involving a secondary substrate, containing: - смесь для включения по п. 21; и- a mixture for inclusion according to claim 21; And - смесь с вторичным субстратом, включающую в себя вторую жидкость-носитель и вторичный субстрат.- a mixture with a secondary substrate, including a second carrier liquid and a secondary substrate. 25. Комплект по п. 24, дополнительно содержащий:25. The kit according to claim 24, additionally containing: - проточную кювету, включающую в себя:- a flow cell, including: - подложку, включающую в себя множество углублений, отделенных посредством промежуточных областей;a substrate including a plurality of depressions separated by intermediate regions; - проводящий канал внизу каждого из множества углублений; и- a conductive channel at the bottom of each of the plurality of recesses; And - по меньшей мере, один праймер, прикрепленный в каждом из углублений.- at least one primer attached in each of the recesses. 26. Смесь для включения в систему для считывания изменения pH, содержащая:26. A mixture for inclusion in a system for reading the change in pH, containing: - жидкость-носитель, включающую в себя буфер;- a carrier fluid comprising a buffer; - комплекс с изменяющим pH компонентом, включающий в себя:- a complex with a pH-changing component, including: - полимеразу; и- polymerase; And - изменяющий pH компонент, связанный с полимеразой, причем изменяющий pH компонент выбран из группы, состоящей из фермента, который должен катализировать потребление вторичного субстрата, координационного комплекса металла, который должен катализировать потребление вторичного субстрата, и кофактора или активатора, который должен катализировать потребление вторичного субстрата; и- a pH changing component associated with the polymerase, and the pH changing component is selected from the group consisting of an enzyme, which should catalyze the consumption of the secondary substrate, a metal coordination complex, which should catalyze the consumption of the secondary substrate, and a cofactor or activator, which should catalyze the consumption of the secondary substrate ; And - меченый нуклеотид, включающий в себя:- labeled nucleotide, including: - нуклеотид, имеющий блокирующую группу 3'-OH;- a nucleotide having a blocking group 3'-OH; - расщепляемую молекулу-линкер, присоединенную к основанию или сахару нуклеотида; и- a cleavable linker molecule attached to the base or sugar of the nucleotide; And - метку, присоединенную к молекуле-линкеру, при этом метка должна участвовать в реакции изменения pH, в которой участвует вторичный субстрат, при этом в указанной смеси:- a label attached to the linker molecule, while the label must participate in the pH change reaction, in which the secondary substrate participates, while in the specified mixture: - изменяющий pH компонент представляет собой фермент, и метка выбрана из группы, состоящей из первой группы, которая улучшает кинетику фермента, второй группы, которая замедляет кинетику фермента, и вторичного субстрата; илиthe pH-changing component is an enzyme, and the label is selected from the group consisting of a first group that improves the kinetics of the enzyme, a second group that slows down the kinetics of the enzyme, and a secondary substrate; or - изменяющий pH компонент представляет собой координационный комплекс металла, и метка представляет собой лиганд для металла координационного комплекса металла, при этом лиганд изменяет каталитическое свойство координационного комплекса металла; илиthe pH-changing component is a metal coordination complex, and the label is a ligand for the metal of the metal coordination complex, wherein the ligand changes the catalytic property of the metal coordination complex; or - изменяющий pH компонент представляет собой кофактор или активатор, и метка представляет собой каталитическую метку, которая активируется посредством кофактора или активатора.the pH-changing component is a cofactor or activator, and the label is a catalytic label that is activated by the cofactor or activator. 27. Смесь для включения по п. 26, в которой:27. The mixture for inclusion according to claim 26, in which: - изменяющий pH компонент представляет собой фермент;the pH-changing component is an enzyme; - комплекс дополнительно включает в себя конъюгат нуклеинокислотной шпильки/ингибитора фермента, присоединенный к ферменту; иthe complex further includes a nucleic acid hairpin/enzyme inhibitor conjugate attached to the enzyme; And - метка представляет собой олигонуклеотидную последовательность, которая является комплементарной к части конъюгата нуклеинокислотной шпильки/ингибитора фермента.the label is an oligonucleotide sequence that is complementary to the nucleic acid hairpin/enzyme inhibitor conjugate portion. 28. Комплект для считывания изменения pH в реакции с участием вторичного субстрата, содержащий:28. A kit for reading the change in pH in a reaction involving a secondary substrate, containing: - смесь для включения по п. 26; и- a mixture for inclusion according to claim 26; And - смесь с вторичным субстратом, включающую в себя вторую жидкость-носитель и вторичный субстрат.- a mixture with a secondary substrate, including a second carrier liquid and a secondary substrate. 29. Комплект по п. 28, дополнительно содержащий:29. The kit according to claim 28, further comprising: - проточную кювету, включающую в себя:- a flow cell, including: - подложку, включающую в себя множество углублений, отделенных посредством промежуточных областей;a substrate including a plurality of depressions separated by intermediate regions; - проводящий канал внизу каждого из множества углублений; и- a conductive channel at the bottom of each of the plurality of recesses; And - праймер, прикрепляемый в каждом из углублений.- a primer attached in each of the recesses. 30. Комплект по п. 28, дополнительно содержащий раствор деблокирующего агента.30. The kit according to claim 28, additionally containing a solution of a deblocking agent.
RU2020142063A 2019-02-15 2020-01-24 Reading systems RU2791444C2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US62/806,545 2019-02-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2020142063A RU2020142063A (en) 2022-06-22
RU2791444C2 true RU2791444C2 (en) 2023-03-07

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7198776B2 (en) * 2001-11-28 2007-04-03 Ge Healthcare As Metal complex compounds
GB2509481A (en) * 2012-08-29 2014-07-09 Dna Electronics Ltd Ionic signal enhancement in nucleic acid synthesis reactions
RU2644263C2 (en) * 2012-06-27 2018-02-08 Ф. Хоффманн-Ля Рош Аг Method for selection and production of selective and multispecific therapeutic molecules with specified properties, including, at least two, different target groups, and their applications

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7198776B2 (en) * 2001-11-28 2007-04-03 Ge Healthcare As Metal complex compounds
RU2644263C2 (en) * 2012-06-27 2018-02-08 Ф. Хоффманн-Ля Рош Аг Method for selection and production of selective and multispecific therapeutic molecules with specified properties, including, at least two, different target groups, and their applications
GB2509481A (en) * 2012-08-29 2014-07-09 Dna Electronics Ltd Ionic signal enhancement in nucleic acid synthesis reactions

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WO2017203059 (F. HOFFMANN-LA ROCHE AG),30.11.2017. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2019284046B2 (en) Biochemically Activated Electronic Device
TWI752407B (en) Sensing systems
US20110319276A1 (en) Nucleotides and oligonucleotides for nucleic acid sequencing
RU2791444C2 (en) Reading systems
Liu et al. Exonuclease-catalyzed methylene blue releasing and enriching onto a dodecanethiol monolayer for an immobilization-free and highly sensitive electrochemical nucleic acid biosensor
CA3103296A1 (en) Sensing systems
RU2781299C2 (en) Attachment of polymerase to conducting channel
WO2023052391A1 (en) Flow cells with dark quencher