[go: up one dir, main page]

RU2785680C2 - Flow cells - Google Patents

Flow cells Download PDF

Info

Publication number
RU2785680C2
RU2785680C2 RU2020141764A RU2020141764A RU2785680C2 RU 2785680 C2 RU2785680 C2 RU 2785680C2 RU 2020141764 A RU2020141764 A RU 2020141764A RU 2020141764 A RU2020141764 A RU 2020141764A RU 2785680 C2 RU2785680 C2 RU 2785680C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
porous molecular
flow cell
molecular network
nanostructure
substrate
Prior art date
Application number
RU2020141764A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2020141764A (en
Inventor
Хавьер ВОН ХАТТЕН
Original Assignee
Иллюмина Кембридж Лимитед
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 Иллюмина Кембридж Лимитед filed Critical Иллюмина Кембридж Лимитед
Publication of RU2020141764A publication Critical patent/RU2020141764A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2785680C2 publication Critical patent/RU2785680C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: biology; chemistry.
SUBSTANCE: group of inventions relates to the field of biological and chemical researches. A flow cell is disclosed, containing a base; a selectively removable self-assembled porous molecular mesh located on the base, defining a pattern of open sections of the base; and a nano-structure located at least on some of open sections, and polymerase attached to the nano-structure. The nano-structure is an electroconductive channel including material selected from a group consisting of a conductor and a semiconductor, and it has a geometrical shape selected from a group consisting of a tube, wire, and band, where the selectively removable self-assembled porous molecular mesh is a planar supra-molecular mesh of amine and diimide. A sequencing system and a method for the production of the above-mentioned flow cell are also disclosed.
EFFECT: group of inventions provides improved specificity of attachment of biomolecules and better sensitivity of sensors.
13 cl, 11 dwg

Description

Перекрестные ссылки на родственные заявкиCross-references to related applications

Настоящая заявка претендует на полезный эффект предварительной патентной заявки US 62/715177, поданной 6 августа 2018 г., содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.This application claims the benefit of Provisional Patent Application US 62/715177, filed August 6, 2018, the contents of which are hereby incorporated by reference in their entirety.

Предшествующий уровень техникиPrior Art

Различные протоколы биологических или химических исследований включают проведение большого количества контролируемых реакций на локальных поверхностях подложек или внутри предустановленных реакционных камер. При этом определенные реакции можно наблюдать или обнаруживать, и последующее проведение анализа может позволить идентифицировать или определить свойства химических веществ, участвующих в реакции. В некоторых примерах при протекании контролируемых реакций генерируется флуоресценция, и, таким образом, для обнаружения может быть применена оптическая система. В других примерах при протекании контролируемых реакций изменяется заряд, проводимость или некоторое другое электрическое свойство, и, таким образом, для обнаружения может быть применена электронная система.Various biological or chemical research protocols involve conducting a large number of controlled reactions on local surfaces of substrates or inside pre-installed reaction chambers. In this case, certain reactions can be observed or detected, and subsequent analysis may allow the identification or determination of the properties of the chemicals involved in the reaction. In some examples, controlled reactions generate fluorescence and thus an optical system can be used for detection. In other examples, controlled reactions change charge, conductivity, or some other electrical property, and thus an electronic system can be used for detection.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Первый аспект настоящего изобретения относится к проточной ячейке. Проточная ячейка включает основу (англ. substrate); расположенную на основе селективно удаляемую пористую молекулярную сетку, определяющую открытые участки основы; и находящееся на поверхности химическое вещество (вещества, англ. surface chemistry) для секвенирования, расположенное на по меньшей мере некоторых из открытых участков, где находящееся на поверхности химическое вещество выбрано из группы, состоящей из: i) активированной подложки (англ. pad), полимерного слоя, присоединенного к активированной подложке, и праймера, присоединенного к полимерному слою; или ii) наноструктуры и фермента, присоединенного к наноструктуре.The first aspect of the present invention relates to a flow cell. The flow cell includes a substrate; located on the basis of a selectively removable porous molecular network that defines the open areas of the base; and a surface chemical for sequencing located on at least some of the exposed areas, where the surface chemical is selected from the group consisting of: i) an activated pad, a polymer layer attached to the activated substrate and a primer attached to the polymer layer; or ii) a nanostructure and an enzyme attached to the nanostructure.

В одном из примеров проточной ячейки селективно удаляемая пористая молекулярная сетка представляет собой планарную надмолекулярную (англ. supramolecular) сетку из амина и диимида. В одном из примеров амин представляет собой меламин или его аналог, и диимид представляет собой диимид перилентетракарбоновой кислоты или его аналог.In one example of a flow cell, the selectively removable porous molecular network is a planar supramolecular network of amine and diimide. In one example, the amine is melamine or an analogue thereof, and the diimide is perylenetetracarboxylic acid diimide or an analogue thereof.

В одном из примеров проточной ячейки находящееся на поверхности химическое вещество представляет собой ii) наноструктуру и фермент, присоединенный к наноструктуре, где в ii): наноструктура представляет собой электропроводящий канал, включающий материал, выбранный из группы, состоящей из проводника и полупроводника, и имеет геометрическую форму, выбранную из группы, состоящей из трубки, проволоки и полосы; и фермент представляет собой полимеразу. В одном из примеров одна полимераза присоединена к одной наноструктуре. В одном из примеров наноструктура соединена электрическим соединением с двумя электродами. Водном из примеров проточная ячейка дополнительно включает соединительный элемент, присоединяющий полимеразу к наноструктуре. В одном из примеров наноструктура выбрана из группы, состоящей из кремниевой нанопроволоки и углеродной нанотрубки.In one example of a flow cell, the surface chemical is ii) a nanostructure and an enzyme attached to the nanostructure, where in ii): the nanostructure is an electrically conductive channel comprising a material selected from the group consisting of a conductor and a semiconductor and has a geometric a shape selected from the group consisting of tube, wire and strip; and the enzyme is a polymerase. In one example, one polymerase is attached to one nanostructure. In one example, the nanostructure is electrically connected to two electrodes. In one example, the flow cell further includes a connector that attaches the polymerase to the nanostructure. In one example, the nanostructure is selected from the group consisting of silicon nanowire and carbon nanotube.

В одном из примеров проточной ячейки находящееся на поверхности химическое вещество представляет собой i) активированный слой, полимерный слой и праймер; где в i) полимерный слой представляет собой:In one example of a flow cell, the surface chemical is i) an activated layer, a polymer layer, and a primer; where in i) the polymer layer is:

Figure 00000001
Figure 00000001

где: R1 представляет собой Н или необязательно замещенный алкил; RA выбран из группы, состоящей из азидогруппы, необязательно замещенной аминогруппы, необязательно замещенного алкенила, необязательно замещенного гидразона, необязательно замещенного гидразина, карбоксила, гидроксигруппы, необязательно замещенного тетразола, необязательно замещенного тетразина, нитрилоксида, нитрона и тиола; каждый из R5, R6 и R8 независимо выбран из группы, состоящей из Н и необязательно замещенного алкила; каждая из групп -(СН2)р- может быть необязательно замещена; р представляет собой целое число, составляющее от 1 до 50; n представляет собой целое число, составляющее от 1 до 50000; и m представляет собой целое число, составляющее от 1 до 100000.where: R 1 represents H or optionally substituted alkyl; R A is selected from the group consisting of azido, optionally substituted amino, optionally substituted alkenyl, optionally substituted hydrazone, optionally substituted hydrazine, carboxyl, hydroxy, optionally substituted tetrazole, optionally substituted tetrazine, nitrile oxide, nitrone, and thiol; each of R 5 , R 6 and R 8 is independently selected from the group consisting of H and optionally substituted alkyl; each of the -(CH 2 ) p - groups may be optionally substituted; p is an integer from 1 to 50; n is an integer from 1 to 50000; and m is an integer from 1 to 100000.

Следует понимать, что любые признаки проточной ячейки, рассмотренные в настоящей работе, могут быть скомбинированы друг с другом любым требуемым образом и/или с образованием любой требуемой конфигурации.It should be understood that any features of the flow cell discussed in this work can be combined with each other in any desired manner and/or with the formation of any desired configuration.

Второй аспект настоящего изобретения относится к системе для секвенирования. Система для секвенирования включает съемную проточную ячейку, включающую: основу; расположенную на основе селективно удаляемую пористую молекулярную сетку, определяющую открытые участки основы; наноструктуру, присоединенную к каждому из открытых участков основы; фермент, присоединенный к по меньшей мере некоторым из наноструктур; и отверстия для впуска и выпуска текучих сред; резервуар для i) постоянного размещения съемной проточной ячейки или ii) для введения съемной проточной ячейки; и жидкостную систему (англ. fluidic system) для селективной подачи в съемную проточную ячейку деструктурирующего реагента (англ. de-patterning reagent) с целью удаления с основы селективно удаляемой пористой молекулярной сетки и для подачи в съемную проточную ячейку структурообразующего реагента (англ. patterning reagent) с целью нанесения новой (свежей) селективно удаляемой пористой молекулярной сетки на основу.The second aspect of the present invention relates to a system for sequencing. The sequencing system includes a removable flow cell including: a base; located on the base selectively removable porous molecular network that defines the open areas of the base; nanostructure attached to each of the open areas of the base; an enzyme attached to at least some of the nanostructures; and openings for inlet and outlet of fluids; a reservoir for i) permanently accommodating a removable flow cell or ii) for inserting a removable flow cell; and a fluidic system for selectively supplying a de-patterning reagent to a removable flow cell in order to remove a selectively removable porous molecular network from the base and to supply a patterning reagent to a removable flow cell ) in order to apply a new (fresh) selectively removable porous molecular network to the substrate.

В одном из примеров системы для секвенирования каждая из наноструктур представляет собой электропроводный канал, включающий материал, выбранный из группы, состоящей из проводника и полупроводника, и имеет геометрическую форму, выбранную из группы, состоящей из трубки, проволоки и полосы; и каждая из наноструктур доступна для индивидуальной электроадресации.In one example of a sequencing system, each of the nanostructures is an electrically conductive channel, including a material selected from the group consisting of a conductor and a semiconductor, and has a geometric shape selected from the group consisting of a tube, wire, and strip; and each of the nanostructures is available for individual electroaddressing.

В одном из примеров системы для секвенирования жидкостная система включает резервуар для картриджа для размещения картриджа с реагентами, включающего по меньшей мере деструктурирующий реагент и структурообразующий реагент. В некоторых примерах система для секвенирования дополнительно включает картридж с реагентами, и картридж с реагентами включает: систему для хранения текучих сред, включающую: резервуар для деструктурирующего реагента; деструктурирующий реагент, содержащийся в резервуаре для деструктурирующего реагента; резервуар для структурообразующего реагента, включающий два раздельных отделения; первый компонент структурообразующего реагента, содержащийся в первом из двух раздельных отделений, и второй компонент структурообразующего реагента, содержащийся во втором из двух раздельных отделений. В одном из примеров деструктурирующий реагент включает реагент-окислитель; первый компонент структурообразующего реагента представляет собой диимид перилентетракарбоновой кислоты или его аналог, и второй компонент структурообразующего реагента представляет собой меламин или его аналог. В одном из примеров реагент-окислитель выбран из группы, состоящей из перманганатов, перборатов, галогенов, перхлоратов и пероксидов.In one example of a sequencing system, the fluid system includes a cartridge reservoir for housing a reagent cartridge including at least a disruptive reagent and a structurant reagent. In some examples, the sequencing system further includes a reagent cartridge, and the reagent cartridge includes: a fluid storage system, including: a reservoir for a disruptive reagent; a destructuring agent contained in the destructuring agent reservoir; a structurant reservoir comprising two separate compartments; a first structurant component contained in a first of two separate compartments; and a second structurant component contained in a second of two separate compartments. In one example, the destructuring agent includes an oxidizing agent; the first structurant component is perylenetetracarboxylic acid diimide or an analog thereof, and the second structurant component is melamine or an analog thereof. In one example, the oxidizing agent is selected from the group consisting of permanganates, perborates, halogens, perchlorates, and peroxides.

Следует понимать, что любые признаки системы для секвенирования могут быть скомбинированы друг с другом любым требуемым образом. Кроме того, следует понимать, что любые комбинации признаков системы для секвенирования и/или проточной ячейки могут быть применены совместно и/или скомбинированы с любым из примеров, рассмотренных в настоящей работе.It should be understood that any features of the sequencing system may be combined with each other in any desired manner. In addition, it should be understood that any combination of features of the system for sequencing and/or flow cell can be used together and/or combined with any of the examples discussed in this work.

Третий аспект настоящего изобретения относится к способу. Способ включает образование закрытой трафаретом основы (закрытой маской основы, англ. masked substrate) посредством нанесения пористой молекулярной сетки на поверхность основы, на которой расположены наноструктуры, таким образом, что по меньшей мере часть каждой наноструктуры остается открытой; и воздействие на закрытую трафаретом основу раствором фермента, инертного по отношению к пористой молекулярной сетке, что приводит к селективному присоединению соответствующего фермента к по меньшей мере некоторым из открытых частей наноструктур.The third aspect of the present invention relates to a method. The method includes forming a masked substrate by applying a porous molecular network to the surface of the substrate on which the nanostructures are located, so that at least a portion of each nanostructure remains open; and exposing the screened substrate to an enzyme solution that is inert to the porous molecular network, resulting in selective attachment of the appropriate enzyme to at least some of the exposed portions of the nanostructures.

В одном из примеров этого способа нанесение пористой молекулярной сетки включает: нагревание насыщенной смеси диимида перилентетракарбоновой кислоты или его аналога и меламина или его аналога; осаждение насыщенной смеси на основу, к которой была присоединена нанопроволока; и охлаждение осажденной насыщенной смеси.In one example of this method, applying a porous molecular network includes: heating a saturated mixture of perylenetetracarboxylic acid diimide or an analogue thereof and melamine or an analogue thereof; depositing the saturated mixture on the substrate to which the nanowire was attached; and cooling the precipitated saturated mixture.

Следует понимать, что любые признаки этого способа могут быть скомбинированы друг с другом любым требуемым образом. Кроме того, следует понимать, что любые комбинации признаков этого способа и/или системы для секвенирования и/или проточной ячейки могут быть применены совместно и/или скомбинированы с любым из примеров, рассмотренных в настоящей работе.It should be understood that any features of this method may be combined with each other in any desired manner. In addition, it should be understood that any combination of features of this method and/or system for sequencing and/or flow cell can be used together and/or combined with any of the examples discussed in this work.

Четвертый аспект настоящего изобретения относится к другому способу. Этот способ включает нанесение на основу пористой молекулярной сетки для определения структуры (или паттерна (англ. pattern)) открытых участков основы; активацию открытых участков основы, приводящую к образованию активированных подложек; удаление пористой молекулярной сетки, в результате чего остаются неповрежденные активированные подложки, разделенные промежуточными участками основы; нанесение соответствующего полимерного слоя на каждую из активированных подложек; и прививку праймера на каждый из соответствующих полимерных слоев.The fourth aspect of the present invention relates to another method. This method includes applying a porous molecular network to the base to determine the structure (or pattern (English pattern)) of open areas of the base; activation of exposed areas of the base, leading to the formation of activated substrates; removing the porous molecular network, leaving undamaged activated substrates separated by intermediate regions of the substrate; applying an appropriate polymer layer to each of the activated substrates; and grafting a primer onto each of the respective polymer layers.

В одном из примеров этого способа удаление пористой молекулярной сетки включает воздействие на пористую молекулярную сетку реагентом-окислителем.In one example of this method, removing the porous molecular network includes exposing the porous molecular network to an oxidizing agent.

В одном из примеров этого способа нанесение пористой молекулярной сетки включает: нагревание насыщенной смеси диимида перилентетракарбоновой кислоты или его аналога и меламина или его аналога; осаждение насыщенной смеси на основу, к которой была присоединена нанопроволока; и охлаждение осажденной насыщенной смеси.In one example of this method, applying a porous molecular network includes: heating a saturated mixture of perylenetetracarboxylic acid diimide or an analogue thereof and melamine or an analogue thereof; depositing the saturated mixture on the substrate to which the nanowire was attached; and cooling the precipitated saturated mixture.

Следует понимать, что любые признаки этого способа могут быть скомбинированы друг с другом любым требуемым образом. Кроме того, следует понимать, что любые комбинации признаков этого способа и/или системы для секвенирования и/или проточной ячейки могут быть применены совместно, и/или скомбинированы с любым из примеров, рассмотренных в настоящей работе.It should be understood that any features of this method may be combined with each other in any desired manner. In addition, it should be understood that any combination of features of this method and/or system for sequencing and/or flow cell can be used together, and/or combined with any of the examples discussed in this work.

Также следует понимать, что любые признаки любого из способов и/или любой из систем для секвенирования и/или любой из проточных ячеек могут быть скомбинированы друг с другом любым требуемым образом, и/или могут быть скомбинированы с любым из примеров, рассмотренных в настоящей работе.It should also be understood that any features of any of the methods and/or any of the sequencing systems and/or any of the flow cells may be combined with each other in any desired manner, and/or may be combined with any of the examples discussed herein. .

Краткое описание графических материаловBrief description of graphic materials

Признаки примеров осуществления настоящего изобретения станут более очевидными после рассмотрения приведенного ниже подробного описания с учетом фигур, в которых подобные числовые обозначения относятся к подобным, но, возможно, неидентичным компонентам. Для краткости числовые обозначения или признаки, имеющие функции, описанные ранее, могут быть описаны или могут быть не описаны при описании других фигур, на которых они изображены.Features of the exemplary embodiments of the present invention will become more apparent upon consideration of the following detailed description in conjunction with the figures, in which like reference numerals refer to similar but possibly not identical components. For brevity, numerals or features having the functions previously described may or may not be described in the description of other figures in which they are depicted.

На Фиг. 1А и 1В схематично представлены виды сверху примера способа получения примера проточной ячейки, рассмотренной в настоящей работе;On FIG. 1A and 1B are schematic plan views of an exemplary process for preparing an example flow cell discussed in this paper;

На Фиг. 2 представлен вид проточной ячейки в разрезе вдоль линии 2-2, показанной на Фиг. 1В;On FIG. 2 is a sectional view of the flow cell along line 2-2 shown in FIG. 1B;

На Фиг. 3А представлена блок-схема другого примера способа, рассмотренного в настоящей работе;On FIG. 3A is a block diagram of another example of the method discussed in this paper;

На Фиг. 3В представлен вид в разрезе одного из примеров проточной ячейки, полученной способом, показанным на Фиг. 3А;On FIG. 3B is a sectional view of one example of a flow cell obtained by the method shown in FIG. 3A;

На Фиг. 4 представлена блок-схема другого примера способа, рассмотренного в настоящей работе;On FIG. 4 is a block diagram of another example of the method discussed in this paper;

На Фиг. 5А-5С схематично представлены виды сверху примера способа, показанного на Фиг. 4;On FIG. 5A-5C are schematic plan views of an example of the method shown in FIG. 4;

На Фиг. 6 представлен вид в разрезе вдоль линии 6-6, показанной на Фиг. 5С, за исключением того, что пористая молекулярная сетка, показанная на Фиг. 6, отличается от примера, показанного на Фиг. 5С; иOn FIG. 6 is a sectional view along the line 6-6 shown in FIG. 5C, except that the porous molecular network shown in FIG. 6 is different from the example shown in FIG. 5C; and

На Фиг. 7 показано аксонометрическое изображение части одного из примеров системы для секвенирования, рассмотренной в настоящей работе.On FIG. 7 shows a perspective view of a portion of one example of the sequencing system discussed in this paper.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention

В примерах, рассмотренных в настоящей работе, создание нанометрической структуры возможно благодаря применению пористой молекулярной сетки. Пористая молекулярная сетка самособирается на поверхности основы и образует структуру, которая оставляет открытыми i) части нижележащей основы или ii) наноструктуры, предварительно нанесенные на основу. Чрезвычайно гидрофобная пористая молекулярная сетка закрывает по меньшей мере практически всю оставшуюся поверхность основы и, таким образом, на поверхности основы образуется трафарет (маска, англ. mask). Этот трафарет может минимизировать и в некоторых случаях даже полностью исключать присоединение наносимого впоследствии на поверхность химического вещества, но не предотвращает присоединение наносимого впоследствии на поверхность химического вещества i) к открытым частям нижележащей основы или ii) к открытым наноструктурам. Таким образом, пористая молекулярная сетка позволяет производить функционализацию только требуемых участков.In the examples considered in this work, the creation of a nanometric structure is possible due to the use of a porous molecular network. The porous molecular network self-assembles on the substrate surface and forms a structure that exposes i) portions of the underlying substrate or ii) nanostructures previously applied to the substrate. The extremely hydrophobic porous molecular network covers at least substantially the entire remaining surface of the substrate and thus forms a stencil (mask) on the surface of the substrate. This stencil may minimize and in some cases even completely eliminate the attachment of the subsequently applied chemical to the surface, but does not prevent the attachment of the subsequently applied chemical to i) exposed portions of the underlying substrate or ii) exposed nanostructures. Thus, the porous molecular network allows functionalization of only the required areas.

Пористая молекулярная сетка также легко удаляется с поверхности основы в мягких условиях, которые не оказывают негативного влияния на наносимые на поверхность химические вещества.The porous molecular network is also easily removed from the surface of the substrate under mild conditions that do not adversely affect the chemicals applied to the surface.

В некоторых примерах, рассмотренных в настоящей работе, пористая молекулярная сетка также может оставаться на поверхности основы при проведении секвенирования. В этих примерах чрезвычайно гидрофобная пористая молекулярная сетка может способствовать усилению взаимодействия между вводимыми реагентами и находящимся на поверхности химическим веществом.In some of the examples discussed in this work, the porous molecular network can also remain on the surface of the support during sequencing. In these examples, an extremely hydrophobic porous molecular network can enhance the interaction between the injected reagents and the surface chemical.

Следует понимать, что, если не указано иное, то используемые в настоящем описании термины имеют свои обычные значения, известные в соответствующей области техники. Некоторые используемые в настоящем описании термины и их значения приведены ниже.It should be understood that, unless otherwise indicated, the terms used in the present description have their usual meanings known in the relevant field of technology. Some of the terms used in the present description and their meanings are given below.

Формы единственного числа включают множественное число, если из контекста не ясно иное.The singular forms include the plural unless the context makes it clear otherwise.

Термины "включающий", "содержащий" и различные формы этих терминов синонимичны по отношению друг к другу и имеют одинаково широкое значение.The terms "comprising", "comprising" and various forms of these terms are synonymous with each other and have the same broad meaning.

Термины "верх", "низ", "верхний", "нижний", "на" и т.д. используются в настоящей работе для описания проточной ячейки и/или различных компонентов проточной ячейки. Следует понимать, что такие обозначения направления не относятся к специальной ориентации, а применяются для обозначения ориентации компонентов относительно друг друга. Применение обозначений направления не должно рассматриваться как ограничение примеров, рассмотренных в настоящем описании, какой-либо конкретной ориентацией (ориентациями).The terms "top", "bottom", "top", "bottom", "on", etc. are used in this work to describe the flow cell and/or the various components of the flow cell. It should be understood that such direction designations do not refer to a specific orientation, but are used to indicate the orientation of components relative to each other. The use of directional designations should not be construed as limiting the examples discussed herein to any particular orientation(s).

Используемый в настоящем описании термин "присоединенный" означает состояние двух предметов, которые объединены, скреплены, склеены, соединены или прикреплены друг к другу. Например, нуклеиновая кислота может быть химически присоединена к полимерному покрытию ковалентной или нековалентной связью. Ковалентная связь характеризуется обобществлением пары электронов совокупностью атомов. Нековалентная связь представляет собой физическую связь, которая не включает обобществление пар электронов и может включать, например, водородные связи, ионные связи, ван дер Ваальсовы силы, гидрофильные взаимодействия и гидрофобные взаимодействия.Used in the present description, the term "attached" means the state of two items that are combined, fastened, glued, connected or attached to each other. For example, the nucleic acid may be chemically attached to the polymeric coating by a covalent or non-covalent bond. A covalent bond is characterized by the socialization of a pair of electrons by a set of atoms. A non-covalent bond is a physical bond that does not involve the sharing of electron pairs and may include, for example, hydrogen bonds, ionic bonds, van der Waals forces, hydrophilic interactions, and hydrophobic interactions.

Используемый в настоящем описании термин "проточная ячейка" означает емкость, включающую камеру (т.е. проточный канал), в которой может быть проведена реакция, впускное отверстие для подачи реагента (реагентов) в камеру и выпускное отверстие для удаления реагента (реагентов) из камеры. В некоторых примерах камера позволяет наблюдать протекание реакции в камере. Например, камера может включать одну или более прозрачных поверхностей, через которые может быть произведено оптическое обнаружение массивов, оптически меченых молекул или подобных элементов, находящихся в углублении. В другом примере камера/проточный канал может включать электронную схему, которая позволяет регистрировать электрические сигналы.As used herein, the term "flow cell" means a container including a chamber (i.e., a flow channel) in which a reaction can be carried out, an inlet for supplying a reagent(s) to the chamber, and an outlet for removing the reagent(s) from the cameras. In some examples, the camera allows you to observe the progress of the reaction in the chamber. For example, the camera may include one or more transparent surfaces through which optical detection of arrays, optically labeled molecules, or the like located in the recess can be made. In another example, the camera/flow channel may include electronic circuitry that allows electrical signals to be detected.

Используемый в настоящем описании термин "осаждение" относится к любой подходящей методике нанесения, которая может быть выполнена вручную или может быть автоматизированной, и ее применение приводит к модификации свойств поверхности. Обычно осаждение может быть выполнено с применением методик осаждения из газовой фазы, методик нанесения покрытия, методик прививки или подобных методик. Некоторые конкретные примеры включают химическое осаждение из газовой фазы (ХОГФ), нанесение покрытия распылением (например, нанесение покрытия ультразвуковым распылением), нанесение покрытия центрифугированием, нанесение покрытия маканием или погружением, нанесение покрытия ножевым устройством, нанесение покрытия распределением раствора, нанесение покрытия непрерывным потоком, аэрозольной печатью, трафаретной печатью, микроконтактной печатью, струйной печатью или подобными способами.As used herein, the term "deposition" refers to any suitable deposition technique, which may be manual or automated, and its application results in a modification of surface properties. Typically, the deposition can be performed using vapor deposition techniques, coating techniques, grafting techniques, or similar techniques. Some specific examples include chemical vapor deposition (CVD), spray coating (e.g., ultrasonic spray coating), spin coating, dip or dip coating, blade coating, solution distribution coating, continuous flow coating, by spray printing, screen printing, microcontact printing, inkjet printing, or the like.

Используемый в настоящем описании термин "нуклеотид" включает азотсодержащее гетероциклическое основание, сахар и одну или более фосфатных групп. Нуклеотиды представляют собой мономерные единицы последовательности нуклеиновой кислоты. В РНК сахар представляет собой рибозу, и в ДНК сахар представляет собой дезоксирибозу, т.е. сахар, не имеющий гидроксильной группы, которая присутствует в положении 2' рибозы. Азотсодержащее гетероциклическое основание (т.е. нуклеиновое основание) может представлять собой пуриновое основание или пиримидиновое основание. Пуриновые основания включают аденин (А) и гуанин (G) и их модифицированные производные или аналоги. Пиримидиновые основания включают цитозин (С), тимин (Т) и урацил (U) и их модифицированные производные или аналоги. Атом С-1 дезоксирибозы связан с N-1 пиримидна или N-9 пурина. В аналоге нуклеиновой кислоты могут быть изменены как фосфатная основная цепь, так и сахар или нуклеиновое основание. Примеры аналогов нуклеиновых кислот включают, например, универсальные основания или аналоги, имеющие аналогичную фосфат-сахарную основную цепь, такие как пептид-нуклеиновые кислоты (англ. peptide nucleic acid, сокращенно PNA).As used herein, the term "nucleotide" includes a nitrogen-containing heterocyclic base, a sugar, and one or more phosphate groups. Nucleotides are the monomeric units of a nucleic acid sequence. In RNA, the sugar is ribose, and in DNA, the sugar is deoxyribose, i.e. a sugar that does not have a hydroxyl group that is present at the 2' position of the ribose. The nitrogen-containing heterocyclic base (ie, nucleic base) may be a purine base or a pyrimidine base. Purine bases include adenine (A) and guanine (G) and modified derivatives or analogues thereof. Pyrimidine bases include cytosine (C), thymine (T), and uracil (U) and modified derivatives or analogs thereof. The C-1 atom of deoxyribose is linked to the N-1 of the pyrimidine or N-9 of the purine. In the nucleic acid analog, both the phosphate backbone and the sugar or nucleic base can be changed. Examples of nucleic acid analogs include, for example, universal bases or analogs having a similar phosphate-sugar backbone, such as peptide nucleic acids (PNA for short).

Используемый в настоящем описании термин "праймер" означает одноцепочечную последовательность нуклеиновой кислоты (например, одноцепочечную ДНК или одноцепочечную РНК). Некоторые праймеры, которые могут быть названы праймерами амплификации, служат начальной точкой для матричной амплификации и генерации кластеров. Другие праймеры, которые могут быть названы праймерами секвенирования, служат начальной точкой для синтеза ДНК или РНК. Конец 5', например, праймера амплификации, может быть модифицирован для проведения реакции присоединения к функциональной группе полимерного покрытия. Длина праймера может составлять любое количество оснований, и праймер может включать различные не встречающиеся в природе нуклеотиды. В одном из примеров праймер секвенирования представляет собой короткую цепочку, включающую от 10 до 60 оснований или от 20 до 40 оснований.Used in the present description, the term "primer" means a single-stranded nucleic acid sequence (for example, single-stranded DNA or single-stranded RNA). Some primers, which may be referred to as amplification primers, serve as the starting point for template amplification and cluster generation. Other primers, which may be referred to as sequencing primers, serve as the starting point for DNA or RNA synthesis. The 5' end of, for example, the amplification primer can be modified to carry out an addition reaction to the functional group of the polymer coating. The primer may be any number of bases in length, and the primer may include various non-naturally occurring nucleotides. In one example, the sequencing primer is a short chain of 10 to 60 bases or 20 to 40 bases.

Термин "основа" означает носитель, на котором могут быть расположены различные компоненты проточной ячейки. Носитель может представлять собой многослойную пластину, панель, прямоугольный лист, матрицу или иметь любую другую подходящую конфигурацию. Носитель обычно жесткий и нерастворим в водной жидкости. Носитель может быть инертным по отношению к химическим веществам, применяемым для модификации углублений. Например, носитель может быть инертным по отношению к химическим веществам, применяемым для образования блок-сополимера, для присоединения праймера (праймеров) и т.д. Примеры подходящих носителей будут дополнительно рассмотрены ниже.The term "substrate" means a support on which the various components of the flow cell can be placed. The carrier may be a laminated plate, panel, rectangular sheet, matrix, or any other suitable configuration. The carrier is usually rigid and insoluble in an aqueous liquid. The carrier may be inert to the chemicals used to modify the recesses. For example, the carrier may be inert to the chemicals used to form the block copolymer, to attach the primer(s), and so on. Examples of suitable carriers will be discussed further below.

Используемый в настоящем описании термин "находящееся на поверхности (наносимое на поверхность) химическое вещество (вещества)" в некоторых аспектах относится к активированной подложке, полимерному слою, присоединенному к активированной подложке, и к праймеру (праймерам), присоединенному к по меньшей мере части полимерного слоя. В других аспектах термин "находящееся на поверхности химическое вещество" относится к наноструктуре и ферменту, присоединенному к наноструктуре.Used in the present description, the term "surfaced (applied to the surface) chemical substance (substances)" in some aspects refers to the activated substrate, the polymer layer attached to the activated substrate, and the primer (primers) attached to at least part of the polymer layer. In other aspects, the term "surface chemical" refers to a nanostructure and an enzyme attached to the nanostructure.

Пористая молекулярная сеткаporous molecular network

В примерах, рассмотренных в настоящей работе, пористая молекулярная сетка представляет собой планарную надмолекулярную сетку из амина и диимида. Выбранные амин и диимид более предпочтительно образуют межмолекулярные водородные связи между разноименными молекулами, а не межмолекулярные водородные связи между одноименными молекулами. Ниже представлен пример межмолекулярного водородного связывания между меламином и диимидом перилентетракарбоновой кислоты (англ. perylene tetra-carboxylic di-imide, сокращенно PTCDI):In the examples considered in this work, the porous molecular network is a planar supramolecular network of amine and diimide. The selected amine and diimide more preferably form intermolecular hydrogen bonds between dissimilar molecules rather than intermolecular hydrogen bonds between like molecules. Below is an example of intermolecular hydrogen bonding between melamine and perylene tetra-carboxylic di-imide (PTCDI for short):

Figure 00000002
Figure 00000002

Как показано на изображении выше, между этими молекулами образуются три водородные связи. Меламин включает три функциональные единицы (H2N-C-N-C-NH2), которые могут участвовать в образовании сетки, связанной водородными связями, и диимид перилентетракарбоновой кислоты включает две функциональные единицы (O=CR-NR-CR=O), которые участвуют в образовании сетки, связанной водородными связями. Симметрия третьего и второго порядка, соответственно, меламина и диимида перилентетракарбоновой кислоты приводит к образованию гексагональной сетки, показанной, например на Фиг. 1А. Бимолекулярная сборка этих молекул определяет паттерн сетки (например, гексагональной сетки, показанной на Фиг. 1А) и приводит к образованию пор (например, в центре каждого шестиугольника, показанного на Фиг. 1А), которые определены контурами образованного паттерна.As shown in the image above, three hydrogen bonds form between these molecules. Melamine includes three functional units (H 2 NCNC-NH 2 ) that can participate in the formation of a hydrogen bond network, and perylenetetracarboxylic acid diimide includes two functional units (O=CR-NR-CR=O) that participate in the formation of a network linked by hydrogen bonds. The symmetry of the third and second order, respectively, of melamine and perylenetetracarboxylic acid diimide results in the formation of a hexagonal network, shown for example in FIG. 1A. The bimolecular assembly of these molecules defines the grid pattern (eg, the hexagonal grid shown in Fig. 1A) and results in the formation of pores (eg, at the center of each hexagon shown in Fig. 1A) that are defined by the contours of the pattern formed.

Наличие множества доноров и/или акцепторов водородных связей позволяет образовывать двухмерную сетку на поверхности основы. Таким образом, несмотря на то, что меламин и FTCDI являются двумя примерами молекул, которые могут образовывать пористую молекулярную сетку, следует понимать, что для образования структур, имеющих паттерн другой геометрии, могут быть применены другие комбинации амина и диимида. Например, применение молекулы амина, содержащей четыре функциональные единицы меламина (H2N-C-N-C-NH2) и ось симметрии четвертого порядка, позволяет конструировать прямоугольные, например, квадратные поры, вместо гексагональных пор, получающихся при применении FTCDI и меламина. Это позволяет конструировать размер пор посредством правильного выбора составляющих молекул, из которых сформирована молекулярную сетка.The presence of a plurality of donors and/or acceptors of hydrogen bonds allows the formation of a two-dimensional network on the surface of the substrate. Thus, while melamine and FTCDI are two examples of molecules that can form a porous molecular network, it should be understood that other combinations of amine and diimide can be used to form structures having a different geometry pattern. For example, the use of an amine molecule containing four functional units of melamine (H 2 NCNC-NH 2 ) and a 4th order axis of symmetry allows the design of rectangular, eg square pores, instead of the hexagonal pores obtained with FTCDI and melamine. This allows the design of the pore size through the correct selection of the constituent molecules from which the molecular network is formed.

Примеры подходящих аминов включают меламин:Examples of suitable amines include melamine:

Figure 00000003
Figure 00000003

или его аналоги. Аналоги меламина включают по меньшей мере функциональную единицу (H2N-C-N-C-NH2), которая вместе с диимидом участвует в образовании связанной водородными связями сетки. Один из примеров аналога меламина включает 4,4',4'-(1,3,5-бензолтриил)трис-2,6-пиридиндиамин:or its analogues. Melamine analogues include at least a functional unit (H 2 NCNC-NH 2 ), which, together with the diimide, participates in the formation of a hydrogen bonded network. One example of a melamine analog includes 4,4',4'-(1,3,5-benzenetriyl)tris-2,6-pyridinediamine:

Figure 00000004
Figure 00000004

а также его варианты. В одном из возможных вариантов центральное бензольное кольцо замещено другой ароматической или другой циклической системой, которая позволяет присоединять другое количество (отличное от 3), например, 2 или 4, 2,6-диаминопиридильных фрагментов (или других фрагментов, содержащих H2N-C-N-C-NH2). В некоторых вариантах между центральной структурой и боковыми 2,6-диаминопиридильными фрагментами (или другими фрагментами, содержащими H2N-C-N-C-NH2) могут быть расположены одно или более разделительных звеньев, таких как алкиниленовые, бис(алкиниленовые) или ариленовые дирадикалы. Другой пример аналога меламина включает:as well as its options. In one possible embodiment, the central benzene ring is substituted with another aromatic or other cyclic system that allows the addition of another number (other than 3), for example, 2 or 4, 2,6-diaminopyridyl fragments (or other fragments containing H 2 NCNC-NH 2 ). In some embodiments, one or more separating units, such as alkynylene, bis(alkynylene), or arylene diradicals, may be located between the central structure and side 2,6-diaminopyridyl fragments (or other fragments containing H 2 NCNC-NH 2 ). Another example of a melamine analog includes:

Figure 00000005
Figure 00000005

который включает четыре фрагмента H2N-C-N-C-NH2. Несмотря на то, что здесь описаны некоторые аналоги меламина, полагают, что также могут быть применены другие ароматические амины или неароматические сопряженные амины, при условии, что выбранный амин предпочтительно образует межмолекулярные водородные связи с выбранным диимидом.which includes four H 2 NCNC-NH 2 fragments. Although some analogues of melamine are described here, it is believed that other aromatic amines or non-aromatic conjugated amines may also be used, provided that the chosen amine preferably forms intermolecular hydrogen bonds with the chosen diimide.

Примеры подходящих диимидов включают диимид перилентетракарбоновой кислоты (PTCDI):Examples of suitable diimides include perylenetetracarboxylic acid diimide (PTCDI):

Figure 00000006
Figure 00000006

или его аналоги Аналоги PTCDI включают по меньшей мере две диимидных функциональных единицы (O=CR-NR-CR=O), которые участвуют в образовании водородных связей с молекулами амина с образованием сетки.or its analogs PTCDI analogs include at least two diimide functional units (O=CR-NR-CR=O) that participate in the formation of hydrogen bonds with amine molecules to form a network.

Пример аналога PTCDI включает:An example of a PTCDI analog includes:

Figure 00000007
Figure 00000007

Полагают, что в качестве аналога PTCDI могут быть применены любые из следующих ароматических фрагментов после их превращения в диимид:It is believed that any of the following aromatic moieties can be used as a PTCDI analog after they have been converted to the diimide:

Figure 00000008
Figure 00000008

Пористая молекулярная сетка может быть заранее собрана в растворе и затем осаждена на нужную поверхность основы. Поскольку молекулы способны к самосборке с образованием надмолекулярной структуры, раствор не включает никаких реагентов (например, катализатора), кроме растворителя и двух компонентов, составляющих получаемую матрицу/сетку. Примеры растворителя включают диметилсупьфоксид (ДМСО) и диметилформамид (ДМФА). Могут быть выбраны другие растворители, выбор которых может частично зависеть от типа двух компонентов, составляющих получаемую матрицу/сетку.The porous molecular network can be pre-assembled in solution and then deposited onto the desired substrate surface. Since the molecules are capable of self-assembly with the formation of a supramolecular structure, the solution does not include any reagents (for example, a catalyst), except for the solvent and the two components that make up the resulting matrix/network. Examples of the solvent include dimethylsulfoxide (DMSO) and dimethylformamide (DMF). Other solvents may be chosen, the choice of which may depend in part on the type of the two components that make up the resulting matrix/network.

Собранная пористая молекулярная сетка может образовываться в растворе по достижении термодинамического равновесия. Один из способов достижения термодинамического равновесия состоит в нагревании насыщенной смеси диимида перилентетракарбоновой кислоты или его аналога и меламина или его аналога. Насыщенная смесь включает диимид перилентетракарбоновой кислоты или его аналог и меламин или его аналог в подходящем стехиометрическом отношении (молярном отношении). В одном из примеров диимид и амин присутствуют в молярном отношении 1:1. Однако стехиометрическое отношение зависит от типа выбранных молекул и их сродства к поверхности конкретной основы. Если одна из молекул имеет более высокое сродство к поверхности основы, то количество этой молекулы в растворе может составлять менее количества другой молекулы в растворе.The assembled porous molecular network can form in solution upon reaching thermodynamic equilibrium. One way to achieve thermodynamic equilibrium is to heat a saturated mixture of perylenetetracarboxylic acid diimide or an analogue thereof and melamine or an analogue thereof. The rich mixture comprises perylenetetracarboxylic acid diimide or an analogue thereof and melamine or an analogue thereof in a suitable stoichiometric ratio (molar ratio). In one example, the diimide and amine are present in a 1:1 molar ratio. However, the stoichiometric ratio depends on the type of molecules chosen and their affinity for the surface of a particular substrate. If one of the molecules has a higher affinity for the substrate surface, then the amount of this molecule in solution may be less than the amount of the other molecule in solution.

Температура, до которой нагревают раствор, частично зависит от типа двух составляющих раствора. В одном из примеров нагревание производят до температуры, составляющей от приблизительно 51°С (~325 K) до приблизительно 127°С (~400K).The temperature to which the solution is heated depends in part on the type of the two constituents of the solution. In one example, heating is performed to a temperature of from about 51°C (~325 K) to about 127°C (~400K).

Затем нагретая насыщенная смесь может быть осаждена на основу (например, любым из способов, рассмотренных в настоящей работе) и охлаждена. Охлаждение может произведено медленно, например, со скоростью, составляющей до приблизительно 10°С в минуту. В одном из примеров скорость охлаждения составляет от приблизительно 0,1°С в минуту до приблизительно 10°С в минуту. В другом примере скорость охлаждения составляет от приблизительно 0,5°С в минуту до приблизительно 5°С в минуту. В другом примере скорость охлаждения составляет приблизительно 1°С в минуту.Then the heated saturated mixture can be deposited on the substrate (for example, by any of the methods discussed in this paper) and cooled. Cooling can be done slowly, for example at a rate of up to about 10° C. per minute. In one example, the cooling rate is from about 0.1°C per minute to about 10°C per minute. In another example, the cooling rate is from about 0.5°C per minute to about 5°C per minute. In another example, the cooling rate is approximately 1°C per minute.

Пористая молекулярная сетка, образующаяся на поверхности основы, представляет собой нереакционноспособную пи-(π)-систему. В одном из примеров система этого типа по существу химически инертна и, таким образом, не будет реагировать с некоторыми реагентами и/или подвергаться активации, применяемой с целью функционализации поверхности основы, имеющей нанесенное на нее химическое вещество; таким образом, система этого типа успешно пассивирует поверхность основы, на которую она нанесена. Частично благодаря такой пассивирующей способности пористая молекулярная сетка может быть применена в качестве паттерна для селективной функционализации поверхности основы с находящимся на поверхности химическим веществом. Примеры возможного применения пористой молекулярной сетки в создании структуры различных проточных ячеек более подробно рассмотрены ниже.The porous molecular network formed on the substrate surface is a non-reactive pi-(π)-system. In one example, this type of system is essentially chemically inert and thus will not react with certain reagents and/or undergo activation used to functionalize the surface of a substrate having a chemical deposited thereon; thus, this type of system successfully passivates the surface of the substrate to which it is applied. Due in part to this passivating ability, a porous molecular network can be used as a pattern for selectively functionalizing the surface of a substrate with a chemical present on the surface. Examples of the possible use of a porous molecular network in creating the structure of various flow cells are discussed in more detail below.

Кроме того, нереакционноспособная пи-(π)-система пористой молекулярной сетки означает, что пористая молекулярная сетка не присоединена ковалентной связью к нижележащей поверхности основы. Таким образом, пористая молекулярная сетка при необходимости может быть легко удалена с поверхности основы. Для удаления пористой молекулярной сетки может быть применен реагент с более высоким сродством к диимидному фрагменту, чем к самой поверхности основы. Присутствие такого реагента сдвигает термодинамическое равновесие, и пористая молекулярная сетка десорбируется с поверхности основы. Примеры удаляющих реагентов включают реагент-окислитель, который может окислять циклический фрагмент диимида. Окисленный диимид имеет неплоскую структуру и легко десорбируется с поверхности основы. Подходящие реагенты-окислители выбирают из группы, состоящей из перманганатов, перборатов, галогенов, перхлоратов и пероксидов. Примеры вариантов удаления пористой молекулярной сетки более подробно рассмотрены ниже.In addition, the non-reactive pi-(π)-system of the porous molecular network means that the porous molecular network is not covalently attached to the underlying surface of the support. Thus, the porous molecular network, if necessary, can be easily removed from the surface of the substrate. To remove the porous molecular network, a reagent with a higher affinity for the diimide moiety than for the substrate surface itself can be used. The presence of such a reagent shifts the thermodynamic equilibrium, and the porous molecular network is desorbed from the substrate surface. Examples of removing reagents include an oxidizing reagent that can oxidize the cyclic diimide moiety. The oxidized diimide has a nonplanar structure and is easily desorbed from the base surface. Suitable oxidizing agents are selected from the group consisting of permanganates, perborates, halogens, perchlorates and peroxides. Examples of porous molecular network removal options are discussed in more detail below.

Проточная ячейка для оптического обнаруженияFlow cell for optical detection

В одном из примеров, рассмотренных в настоящей работе, проточная ячейка включает основу; расположенную на основе селективно удаляемую пористую молекулярную сетку, определяющую открытые участки основы; и находящиеся на поверхности химические вещества для секвенирования, расположенные на по меньшей мере некоторых из открытых участков, где находящиеся на поверхности химические вещества включают активированный слой, полимерный слой, присоединенный к активированному слою, и праймер, присоединенный к полимерному слою.In one of the examples discussed in this work, the flow cell includes a base; located on the basis of a selectively removable porous molecular network that defines the open areas of the base; and surface sequencing chemicals located in at least some of the exposed areas, where the surface chemicals include an activated layer, a polymer layer attached to the activated layer, and a primer attached to the polymer layer.

Один из примеров способа получения такой проточной ячейки схематично представлен на Фиг. 1А и Фиг. 1В. Способ включает нанесение пористой молекулярной сетки 14 на основу 12 для определения паттерна открытых участков 18 основы (Фиг. 1А); и образование поверхностного химического вещества 20 на по меньшей мере некоторых из открытых участков 18 основы (Фиг. 1В). Как показано на Фиг. 2, в этом примере способа образование на поверхности химического вещества 20 включает активацию открытых участков 18 основы с образованием активированных подложек 22; нанесение соответствующего полимерного слоя 24 на каждую из активированных подложек; и прививку праймера 26 на каждый из соответствующих полимерных слоев 24.One example of a method for producing such a flow cell is shown schematically in FIG. 1A and Fig. 1B. The method includes applying a porous molecular network 14 to the substrate 12 to determine the pattern of open areas 18 of the substrate (Fig. 1A); and the formation of a surface chemical 20 on at least some of the exposed portions 18 of the base (FIG. 1B). As shown in FIG. 2, in this method example, the formation of a chemical 20 on the surface includes the activation of exposed areas 18 of the substrate to form activated substrates 22; applying an appropriate polymer layer 24 to each of the activated substrates; and grafting primer 26 onto each of the respective polymer layers 24.

На Фиг. 1А схематично представлен вид сверху основы 12, на которой самособрана пористая молекулярная сетка 14.On FIG. 1A is a schematic plan view of a support 12 on which a porous molecular network 14 is self-assembled.

Примеры подходящих основ 12 включают эпоксисилоксан, стекло и модифицированное или функционализированное стекло, полимеры (включающие акриловые полимеры, полистирол и сополимеры стирола и других материалов, полипропилен, полиэтилен, полибутилен, полиуретаны, политетрафторэтилен (такой как TEFLON®, поставляемый Chemours), циклические олефины/циклоолефиновые полимеры (англ. cycloolefin polymer, сокращенно СОР) (такие как ZEONOR®, поставляемый Zeon), полиимиды и т.д.), нейлон, керамические материалы/керамические оксиды, оксид кремния, плавленый оксид кремния или материалы на основе оксида кремния, силикат алюминия, кремний и модифицированный кремний (например, легированный бором р+ кремний), нитрид кремния (Si3N4), оксид кремния (SiO2), пентоксид тантала (TaO5) или другой оксид (оксиды) тантала (ТаОх), оксид гафния (HaO2), углерод, металлы, неорганические стекла или подобные материалы. Носитель также может быть изготовлен из стекла или кремния и иметь на поверхности слой покрытия из оксида тантала или другого керамического оксида.Examples of suitable bases 12 include epoxysiloxane, glass and modified or functionalized glass, polymers (including acrylic polymers, polystyrene and copolymers of styrene and other materials, polypropylene, polyethylene, polybutylene, polyurethanes, polytetrafluoroethylene (such as TEFLON® supplied by Chemours), cyclic olefins/ cycloolefin polymers (abbreviated COP) (such as ZEONOR® supplied by Zeon), polyimides, etc.), nylon, ceramic materials/ceramic oxides, silicon oxide, fused silica or materials based on silicon oxide, aluminum silicate, silicon and modified silicon (for example, boron-doped p+ silicon), silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon oxide (SiO 2 ), tantalum pentoxide (TaO 5 ), or other tantalum oxide(s) (TaO x ) , hafnium oxide (HaO 2 ), carbon, metals, inorganic glasses or the like. The support may also be made of glass or silicon and have a tantalum oxide or other ceramic oxide coating on the surface.

В одном из примеров диаметр основы 12 может составлять от приблизительно 2 мм до приблизительно 300 мм, или основа 12 может представлять собой прямоугольный лист или панель, наибольший размер которой составляет до приблизительно 10 футов (~ 3 метра). В одном из примеров основа представляет собой многослойную пластину, диаметр которой составляет от приблизительно 200 мм до приблизительно 300 мм. В другом примере носитель представляет собой матрицу (кубик, англ. die), ширина которой составляет от приблизительно 0,1 мм до приблизительно 10 мм. Несмотря на то, что в данной работе представлены примеры размеров, следует понимать, что может быть применен носитель любого подходящего размера. В другом примере может быть применена панель, которая представляет собой прямоугольный носитель, имеющий большую площадь поверхности, чем круглая многослойная пластина диаметром 300 мм.In one example, the diameter of the base 12 may be from about 2 mm to about 300 mm, or the base 12 may be a rectangular sheet or panel, the largest dimension of which is up to about 10 feet (~ 3 meters). In one example, the substrate is a laminated plate having a diameter of from about 200 mm to about 300 mm. In another example, the carrier is a matrix (cube, English die), the width of which is from about 0.1 mm to about 10 mm. While exemplary sizes are provided herein, it should be understood that any suitable carrier size may be used. In another example, a panel may be used which is a rectangular carrier having a larger surface area than a 300 mm diameter circular sandwich plate.

Пористая молекулярная сетка 14 включает структуру 16, которая формируется самособранными молекулами амина и диимида, и поры, которые определены структурой 16. Структура 16 закрывает определенные части основы 12, и образующиеся поры соответствуют открытым участкам 18 основы. Пористая молекулярная сетка 14 может быть заранее собрана и осаждена на основу 12, как рассмотрено в настоящей работе. Промывка и сушка могут быть произведены до нанесения на поверхность химического вещества 20.The porous molecular network 14 includes a structure 16, which is formed by self-assembled amine and diimide molecules, and pores, which are defined by the structure 16. The structure 16 covers certain parts of the base 12, and the resulting pores correspond to the open areas 18 of the base. The porous molecular network 14 can be pre-assembled and deposited on the substrate 12, as discussed in this work. Rinsing and drying can be done prior to applying the chemical 20 to the surface.

Как было отмечено выше, образование поверхностного химического вещества 20 в этом примере способа изначально включает активацию открытых участков 18 основы. В некоторых примерах активация включает силанизацию открытых участков основы под действием силана или производного силана. Силан или производное силана, применяемое для силанизации, не имеет сродства к расширенной пи-системе пористой молекулярной сетки 14, и, таким образом, пористая молекулярная сетка 14 эффективно определяет на основе 12 изолированные точки закрепления (например, открытые участки 18 основы), в которых будет протекать реакция силана или производного силана.As noted above, the formation of the surface chemical 20 in this exemplary method initially includes the activation of exposed areas 18 of the base. In some examples, the activation includes silanization of the exposed areas of the substrate by the action of a silane or a silane derivative. The silane or silane derivative used for silanization has no affinity for the expanded pi system of the porous molecular network 14, and thus the porous molecular network 14 effectively defines isolated anchoring points on the basis 12 (for example, open areas 18 of the support) at which the silane or silane derivative will react.

При активации открытых участков 18 основы посредством силанизации, силанизация может быть произведена с помощью любого силана или производного силана. Выбор силана или производного силана может частично зависеть от типа образуемого полимерного слоя 24, поскольку может быть желательно образование ковалентной связи между силаном или производным силана и полимерным слоем 24. Способы, применяемые для прикрепления силана или производного силана к открытым участкам 18 основы, мог/т различаться в зависимости от типа применяемого силана или производного силана. Ниже представлены некоторые примеры.By activating the exposed base portions 18 through silanization, the silanization can be done with any silane or silane derivative. The choice of silane or silane derivative may depend in part on the type of polymer layer 24 formed, since it may be desirable to form a covalent bond between the silane or silane derivative and polymer layer 24. vary depending on the type of silane or silane derivative used. Below are some examples.

Примеры подходящих способов силанизации включают осаждение из газовой фазы (например, способ YES (способ, разработанный Yield Engineering Systems)), нанесение покрытия центрифугированием или другие способы осаждения.Examples of suitable silanization methods include vapor deposition (eg, YES method (method developed by Yield Engineering Systems)), spin coating, or other precipitation methods.

В одном из примеров, в которых применяют печь для химического осаждения из газовой фазы способом YES, в печь ХОГФ помещают основу 12, на которую нанесена пористая молекулярная сетка 14. Камера может быть уравновешена с атмосферой, после чего начинают цикл силанизации. При проведении циклов, подходящая температура может поддерживаться в емкости с силаном или производным силана (например, приблизительно 120°С для норборненсилана), подходящая температура может поддерживаться в трубопроводах для паров силана или производного силана (например, приблизительно 125°С для норборненсилана), и подходящая температура может поддерживаться в вакуумных трубопроводах (например, приблизительно 145°С).In one example using a YES CVD oven, a substrate 12 is placed in the CVD oven, onto which a porous molecular network 14 is deposited. The chamber can be equilibrated with the atmosphere, after which the silanization cycle begins. When running cycles, a suitable temperature may be maintained in the silane or silane derivative vessel (eg, approximately 120°C for norbornene silane), a suitable temperature may be maintained in the silane or silane derivative vapor lines (eg, approximately 125°C for norbornene silane), and a suitable temperature can be maintained in the vacuum lines (eg, approximately 145°C).

В другом примере силан или производное силана (например, жидкий норборненсилан) может быть осаждено внутри стеклянного флакона, который помещают в стеклянный вакуумный эксикатор, в котором находится основа 12 с нанесенной на нее пористой молекулярной сеткой 14. Затем эксикатор может быть откачан до достижения давления, составляющего от приблизительно 15 мТорр до приблизительно 30 мТорр (что приблизительно составляет от 0,13 до 0,26 Па), и помещен в печь, находящуюся при температуре, составляющей от приблизительно 60°С до приблизительно 125°С. После протекания силанизации эксикатор извлекают из печи, охлаждают и уравновешивают с атмосферой.In another example, a silane or silane derivative (e.g., liquid norbornene silane) can be deposited inside a glass vial that is placed in a glass vacuum desiccator containing a base 12 coated with a porous molecular network 14. The desiccator can then be evacuated until pressure is reached, from about 15 mTorr to about 30 mTorr (which is about 0.13 to 0.26 Pa), and placed in an oven at a temperature of from about 60°C to about 125°C. After the silanization has taken place, the desiccator is removed from the oven, cooled and equilibrated with the atmosphere.

Осаждение из газовой фазы, способ YES и/или способ, выполняемый в вакуумном эксикаторе, могут быть проведены с использованием различных силанов или производных силанов, таких как силаны или производные силана, включающие циклоалкеновый ненасыщенный фрагмент, такой как норборнен, производное норборнена (например, гетеронорборнен, включающий вместо одного из атомов углерода атом кислорода или азота), транс-циклооктен, производные транс-циклооктена, транс-циклопентен, транс-циклогептен, транс-циклононен, бицикло[3,3,1]нон-1-ен, бицикло[4,3,1]дец-1(9)-ен, бицикло[4,2,1]нон-1(8)-ен и бицикдо[4,2,1]нон-1-ен. Любой из названных циклоалкенов может быть замещен, например, группой R, такой как водород, алкил, алкенил, алкинил, циклоалкил, циклоалкенил, циклоалкинил, арил, гетероарил, гетероалициклил, аралкил или гетероалициклилалкил. Один из примеров производного норборнена включает [(5-бицикло[2,2,1]гепт-2-енил)этил]триметоксисилан. В других примерах указанные способы могут быть применены, если силан или производное силана включает ненасыщенный циклоалкиновый фрагмент, такой как циклооктин, производное циклооктина или бициклононины (например, бицикло[6,1,0]нон-4-ин или его производные, бицикло[6,1,0]нон-2-ин или бицикло[6,1,0]нон-3-ин). Такие циклоалкины могут быть замещены любой из групп R, рассмотренных в настоящей работе.Vapor deposition, the YES process and/or the vacuum desiccator process can be carried out using various silanes or silane derivatives, such as silanes or silane derivatives containing a cycloalkene unsaturated moiety, such as norbornene, a norbornene derivative (e.g., heteronorbornene , including an oxygen or nitrogen atom instead of one of the carbon atoms), trans-cyclooctene, trans-cyclooctene derivatives, trans-cyclopentene, trans-cycloheptene, trans-cyclononene, bicyclo[3,3,1] non-1-ene, bicyclo[ 4,3,1]dec-1(9)-ene, bicyclo[4,2,1]non-1(8)-ene and bicyclo[4,2,1]non-1-ene. Any of these cycloalkenes may be substituted, for example, with an R group such as hydrogen, alkyl, alkenyl, alkynyl, cycloalkyl, cycloalkenyl, cycloalkynyl, aryl, heteroaryl, heteroalicyclyl, aralkyl, or heteroalicyclylalkyl. One example of a norbornene derivative includes [(5-bicyclo[2.2.1]hept-2-enyl)ethyl]trimethoxysilane. In other examples, these methods can be used if the silane or silane derivative includes an unsaturated cycloalkyne moiety, such as cyclooctyne, a cyclooctyne derivative, or bicyclononines (e.g., bicyclo[6.1.0]non-4-yne or derivatives thereof, bicyclo[6 ,1,0]non-2-yne or bicyclo[6,1,0]non-3-yne). Such cycloalkynes may be substituted by any of the R groups discussed in this work.

В результате присоединения силана или производного силана к по меньшей мере некоторым из открытых участков 18 основы образуются активированные подложки 22. Поскольку силан или производное силана реагирует с основой 12 и не реагирует со структурой 16, соответствующие активированные подложки 22 образуются на открытых участках 18 основы. В этом примере активированные подложки 22 изолированы друг от друга с помощью структуры 16.As a result of the addition of the silane or silane derivative to at least some of the exposed areas 18 of the substrate, activated substrates 22 are formed. In this example, the activated substrates 22 are isolated from each other by the structure 16.

Затем на активированные подложки 22 может быть нанесен полимерный слой 24. Полимерный слой 24 может быть получен из полужесткого полимерного материала, проницаемого для жидкостей и газов. Тип молекул, используемых для образования полимерного слоя 24, может быть выбран таким образом, чтобы они преимущественно реагировали с активированными подложками 22, а не с пористой молекулярной сеткой 14. В некоторых случаях молекулы могут быть весьма реакционноспособными по отношению к активированным подложкам 22 и иметь весьма малое сродство или не иметь сродства к пористой молекулярной сетке. Это улучшает специфичность реакционной способности молекул и позволяет молекулам образовывать соответствующие полимерные слои 24 на активированных подложках 22, а не на пористой молекулярной сетке 14.The polymer layer 24 can then be applied to the activated substrates 22. The polymer layer 24 can be formed from a semi-rigid polymer material that is permeable to liquids and gases. The type of molecules used to form the polymer layer 24 may be chosen such that they preferentially react with the activated substrates 22 rather than the porous molecular network 14. In some cases, the molecules may be highly reactive with the activated substrates 22 and have very little or no affinity for the porous molecular network. This improves the specificity of the reactivity of the molecules and allows the molecules to form the respective polymeric layers 24 on the activated supports 22 rather than on the porous molecular network 14.

Один из примеров полимерного слоя 24 включает акриламидный сополимер, такой как сополимер N-(5-азидоацетамидилпентил)акриламида и акриламида (англ. poly(N-(5-azidoacetamidylpentyl)acrylamide-co-acrylamide, сокращенно PAZAM). PAZAM и некоторые другие формы акриламидных сополимеров имеют следующую структуру (I):One example of polymer layer 24 includes an acrylamide copolymer such as N-(5-azidoacetamidylpentyl)acrylamide-acrylamide (poly(N-(5-azidoacetamidylpentyl)acrylamide-co-acrylamide, abbreviated as PAZAM) and some other forms. acrylamide copolymers have the following structure (I):

Figure 00000009
Figure 00000009

где:where:

R1 представляет собой Н или необязательно замещенный алкил;R 1 is H or optionally substituted alkyl;

RA выбран из группы, состоящей из азидогруппы, необязательно замещенной аминогруппы, необязательно замещенного алкенила, необязательно замещенного гидразона, необязательно замещенного гидразина, карбоксила, гидроксигруппы, необязательно замещенного тетразола, необязательно замещенного тетразина, нитрилоксида, нитрона и тиола;R A is selected from the group consisting of azido, optionally substituted amino, optionally substituted alkenyl, optionally substituted hydrazone, optionally substituted hydrazine, carboxyl, hydroxy, optionally substituted tetrazole, optionally substituted tetrazine, nitrile oxide, nitrone, and thiol;

каждый из R5, R6 и R8 независимо выбран из группы, состоящей из Н и необязательно замещенного алкила;each of R 5 , R 6 and R 8 is independently selected from the group consisting of H and optionally substituted alkyl;

каждая из групп -(СН2)р- может быть необязательно замещена;each of the -(CH 2 ) p - groups may be optionally substituted;

p представляет собой целое число, составляющее от 1 до 50;p is an integer from 1 to 50;

n представляет собой целое число, составляющее от 1 до 50000; иn is an integer from 1 to 50000; and

m представляет собой целое число, составляющее от 1 до 100000.m is an integer ranging from 1 to 100000.

Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что расположение повторяющихся элементов "n" и "m" в структуре (I) является неограничивающим примером, и мономерные субъединицы могут присутствовать в структуре полимера в любом порядке (например, в виде неупорядоченного полимера, блок-полимера, структурированного полимера или комбинации таких полимеров).One skilled in the art will appreciate that the arrangement of the repeating elements "n" and "m" in structure (I) is a non-limiting example, and the monomeric subunits may be present in the polymer structure in any order (e.g., as a random polymer, block polymer, structured polymer, or a combination of such polymers).

Молекулярная масса PAZAM может составлять от приблизительно 10 кДа до приблизительно 1500 кДа, или в одном из конкретных примеров она может составлять приблизительно 312 кДа.The molecular weight of PAZAM may be from about 10 kDa to about 1500 kDa, or in one specific example, it can be about 312 kDa.

В некоторых примерах PAZAM представляет собой линейный (неразветвленный) полимер. В некоторых других примерах PAZAM представляет собой сшитый до невысокой степени полимер.In some examples, PAZAM is a linear (unbranched) polymer. In some other examples, PAZAM is a low cross-linked polymer.

В других примерах полимерный слой 24 может быть образован вариантом структуры (I). В одном из примеров акриламидная единица может быть заменена N,N-диметилакриламидом

Figure 00000010
В этом примере акриламидная единица в структуре (I) может быть заменена на звено
Figure 00000011
в котором каждый из R6, R7 и R8 представляет собой Н, и каждый из R9 и R10 представляет собой метильную группу (вместо Н в случае акриламида). В этом примере q может представлять собой целое число, составляющее от 1 до 100000. В другом примере наряду с акриламидным звеном может быть применен N,N-диметилакриламид. В этом примере наряду с повторяющимися звеньями "n" и "m" структура (I) может включать единицу
Figure 00000012
в которой каждый из R6, R7 и R8 представляет собой Н, и каждый из R9 и R10 представляет собой метильную группу. В этом примере q может представлять собой целое число, составляющее от 1 до 100000.In other examples, the polymer layer 24 may be formed by a variant of structure (I). In one example, the acrylamide unit can be replaced by N,N-dimethylacrylamide
Figure 00000010
In this example, the acrylamide unit in structure (I) can be replaced by a unit
Figure 00000011
in which each of R 6 , R 7 and R 8 represents H, and each of R 9 and R 10 represents a methyl group (instead of H in the case of acrylamide). In this example, q may be an integer from 1 to 100,000. In another example, N,N-dimethylacrylamide may be used along with the acrylamide unit. In this example, along with the repeating units "n" and "m", the structure (I) can include a unit
Figure 00000012
in which each of R 6 , R 7 and R 8 represents H, and each of R 9 and R 10 represents a methyl group. In this example, q may be an integer ranging from 1 to 100000.

Следует понимать, что для формирования полимерного слоя 24 могут быть применены другие молекулы, при условии, что их функциональные группы способны взаимодействовать с активированными подложками 22 и наносимым впоследствии праймером (праймерами) 26. Другие примеры молекул, подходящих для образования полимерного слоя 24, включают материалы, имеющие коллоидную структуру, такие как агароза, или полимерную сетку, такие как желатин, или поперечно-сшитую полимерную структуру, такие как полиакриламидные полимеры и сополимеры, не содержащий силана акриламид (англ. silane free acrylamide, сокращенно SFA) или азидолизированый вариант SFA. Примеры подходящих полиакриламидньк полимеров могут быть синтезированы из акриламида и акриловой кислоты или акриловой кислоты, содержащей винильную группу, или из мономеров, которые вступают в реакции [2+2] фотоциклоприсоединения. Другие примеры подходящих молекул, подходящих для образования полимерного слоя 24, включают смешанные сополимеры акриламидов и акрилатов.It should be understood that other molecules can be used to form polymer layer 24, provided that their functional groups are capable of interacting with activated substrates 22 and subsequently applied primer(s) 26. Other examples of molecules suitable for forming polymer layer 24 include materials , having a colloidal structure, such as agarose, or a polymer network, such as gelatin, or a cross-linked polymer structure, such as polyacrylamide polymers and copolymers, silane free acrylamide (English silane free acrylamide, abbreviated SFA) or an azidolized version of SFA. Examples of suitable polyacrylamide polymers can be synthesized from acrylamide and acrylic acid or acrylic acid containing a vinyl group, or from monomers that undergo [2+2] photocycloaddition reactions. Other examples of suitable molecules to form the polymeric layer 24 include mixed copolymers of acrylamides and acrylates.

Как было указано в настоящей работе, молекула, используемая для формирования полимерного слоя 24, не имеет сродства (или имеет очень малое сродство) к расширенной пи-системе пористой молекулярной сетки 14, и, таким образом, полимерный слой 24 образуется на активированной подложке 22, а не на пористой молекулярной сетке 14. Молекула (например, PAZAM) может быть осаждена нанесением покрытия центрифугированием или нанесением покрытия маканием или окунанием или пропусканием функционализированной молекулы под действием положительного или отрицательного давления или другим подходящим способом. Функционализированная молекула может присутствовать в составе смеси. В одном из примеров смесь включает PAZAM в воде или в смеси этанола и воды. Молекула реагирует с образованием полимерного слоя 24 на активированных подложках 22, а не на пористой молекулярной сетке 14.As stated in this work, the molecule used to form the polymer layer 24 has no affinity (or very little affinity) for the extended pi system of the porous molecular network 14, and thus the polymer layer 24 is formed on the activated substrate 22, rather than on a porous molecular network 14. The molecule (eg, PAZAM) can be deposited by spin coating or dip or dip coating or by passing the functionalized molecule under positive or negative pressure, or other suitable method. The functionalized molecule may be present in a mixture. In one example, the mixture includes PAZAM in water or in a mixture of ethanol and water. The molecule reacts to form a polymer layer 24 on the activated substrates 22 rather than on the porous molecular network 14.

После нанесения в виде покрытия молекула также может быть подвергнута отверждению, которое приводит к образованию полимерного слоя 24 на каждой из активированных подложек 22. В одном из примеров отверждение функционализированной молекулы может быть произведено при температуре, составляющей от комнатной температуры (например, приблизительно 25°С) до приблизительно 95°С, в течение времени, составляющего от приблизительно 1 миллисекунды до приблизительно нескольких суток. В другом примере продолжительность отверждения может составлять от 10 секунд до по меньшей мере 24 часов. В другом примере продолжительность отверждения может составлять от приблизительно 5 минут до приблизительно 2 часов.After being coated, the molecule may also be cured, which results in the formation of a polymer layer 24 on each of the activated substrates 22. ) to about 95°C, for a time ranging from about 1 millisecond to about several days. In another example, the curing time may be from 10 seconds to at least 24 hours. In another example, the curing time may be from about 5 minutes to about 2 hours.

Закрепление полимерного слоя 24 на активированных подложках 22 может быть произведено ковалентным связыванием. Ковалентное связывание полимерного слоя 24 с активированными подложками 22 позволяет удерживать находящееся на поверхности химическое вещество 20 на соответствующих изолированных участках в течение всего срока службы готовой проточной ячейки, применяемой в различных областях. Ниже приведены некоторые примеры реакций, которые могут протекать между активированными подложками 22 и полимерным слоем 24.The attachment of the polymer layer 24 to the activated substrates 22 can be done by covalent bonding. The covalent bonding of the polymer layer 24 to the activated substrates 22 allows the surface chemical 20 to be retained in appropriate isolated areas for the life of the finished flow cell in various applications. The following are some examples of reactions that can take place between the activated substrates 22 and the polymer layer 24.

Если силан или производное силана включает в качестве ненасыщенного фрагмента норборнен или производное норборнена, то норборнен или производное норборнена может: i) вступать в реакцию 1,3-биполярного циклоприсоединения с азидом/азидогруппой PAZAM; ii) вступать в реакцию сочетания с группой тетразина, присоединенной к PAZAM; вступать в реакцию циклоприсоединения с группой гидразона, присоединенной к PAZAM; вступать в фото-клик реакцию с группой тетразола, присоединенной к PAZAM; или вступать в реакцию циклоприсоединения с группой нитрилоксида, присоединенной к PAZAM.If the silane or silane derivative includes norbornene or norbornene derivative as an unsaturated moiety, then norbornene or norbornene derivative can: i) undergo a 1,3-bipolar cycloaddition reaction with the PAZAM azide/azido group; ii) couple with a tetrazine group attached to PAZAM; enter into a cycloaddition reaction with a hydrazone group attached to PAZAM; enter into a photo-click reaction with a tetrazole group attached to PAZAM; or enter into a cycloaddition reaction with a nitrile oxide group attached to PAZAM.

Если силан или производное силана в качестве ненасыщенного фрагмента включает циклооктин или производное циклооктина, то циклооктин или производное циклооктина мог/т: i) вступать в протекающую под действием напряжения реакцию азид-алкинного 1,3-цикпоприсоединения (англ. strain-promoted azide-alkyne 1,3-cycloaddition, сокращенно SPAAC) с азидом/азидогруппой PAZAM или ii) вступать в протекающую под действием напряжения реакцию алкин-нитрилоксидного циклоприсоединения с нитрилоксидной группой, присоединенной к PAZAM.If the silane or silane derivative contains cyclooctyne or a cyclooctyne derivative as an unsaturated moiety, then the cyclooctyne or cyclooctyne derivative could: i) undergo strain-promoted azide-alkyne 1,3-cycloaddition, abbreviated as SPAAC) with an azide/azido group of PAZAM, or ii) undergo a stress-induced alkine-nitrile oxide cycloaddition reaction with a nitrile oxide group attached to PAZAM.

Если силан или производное силана в качестве ненасыщенного фрагмента включает бициклононин, то бициклононин под воздействием напряжения в бицикпической кольцевой системе может вступать в аналогичную реакцию циклоприсоединения алкина согласно механизму SPAAC с азидами или нитрилоксидами, присоединенными к PAZAM.If the silane or silane derivative includes bicyclononine as an unsaturated moiety, then bicyclononine, under the influence of tension in the bicyclic ring system, can enter into a similar alkyne cycloaddition reaction according to the SPAAC mechanism with azides or nitrile oxides attached to PAZAM.

Для закрепления праймера 26 на полимерных слоях 24 выполняют прививку. Праймер 26 может представлять собой любой праймер прямой амплификации или праймер обратной амплификации, который включает функциональную алкинную группу, или праймер с другой концевой группой. Другие примеры праймеров с другой концевой группой, которые могут быть применены согласно изобретению, включают праймер с концевой группой тетразина, праймер с концевой азидогруппой, праймер с концевой аминогруппой, праймер с концевой эпоксидной или глицидильной группой, праймер с концевой тиофосфатной группой, праймер с концевой тиольной группой, праймер с концевой альдегидной группой, праймер с концевой гидразиновой группой и праймер с концевой группой тиазолиндиона. Также может быть применена смесь праймеров. Конкретные примеры подходящих праймеров включают праймеры Р5 и/или Р7, которые имеются на поверхности коммерчески доступных проточных ячеек, поставляемых Illumina inc. для секвенирования на платформах HISEQ™, HISEQX™, MISEQ™, MISEODX™, MINISEQ™, NEXTSEQ™, NEXTSEQDX™, NOVASEQ™, ISEQ™, GENOME ANALYZERS и т.д. и других инструментальных платформах.To fix the primer 26 on the polymer layers 24 perform grafting. Primer 26 can be any forward amplification primer or reverse amplification primer that includes an alkyne functionality, or a primer with a different end group. Other examples of primers with a different end group that can be used according to the invention include a tetrazine-terminated primer, an azido-terminated primer, an amino-terminated primer, an epoxy- or glycidyl-terminated primer, a thiophosphate-terminated primer, a thiol-terminated primer. group, an aldehyde-terminated primer, a hydrazine-terminated primer, and a thiazolinedione-terminated primer. A mixture of primers may also be used. Specific examples of suitable primers include primers P5 and/or P7, which are available on the surface of commercially available flow cells supplied by Illumina inc. for sequencing platforms HISEQ™, HISEQX™, MISEQ™, MISEODX™, MINISEQ™, NEXTSEQ™, NEXTSEQDX™, NOVASEQ™, ISEQ™, GENOME ANALYZERS, etc. and other tool platforms.

В одном из примеров прививка может быть выполнена проточным осаждением (например, с применением временно закрепленной крышки), нанесением покрытия маканием, нанесением покрытия распылением, нанесением покрытия распределением раствора или любым другим подходящим способом, который позволяет закреплять праймер (праймеры) 26 на полимерных слоях 24. В каждом из примеров методики может быть применен раствор праймера или смесь, содержащая праймер, которые могут включать праймер (праймеры), воду, буфер и катализатор.In one example, grafting can be done by flow deposition (e.g., using a temporarily attached cap), dip coating, spray coating, solution spread coating, or any other suitable method that allows the primer(s) 26 to be fixed to the polymer layers 24. In each of the exemplary procedures, a primer solution or primer-containing mixture may be used, which may include primer(s), water, buffer, and catalyst.

Нанесение покрытия маканием может включать погружение основы 12 (на которой имеются активированные подложки 22 и полимерные слои 24) в серию ванн с регулируемой температурой. В ваннах также может иметься регулировка потока, и/или они могут находиться в атмосфере азота. Ванны могут содержать раствор или смесь, включающие праймер. При пропускании через различные ванны происходит присоединение праймера (праймеров) 26 к функциональной группе (группам) полимерных слоев 24. В одном из примеров основу 12 вводят в первую ванну, содержащую раствор или смесь, включающие праймер, и в ванне протекает реакция присоединения праймера (праймеров) 26, после чего основу перемещают в следующие ванны для промывки. Перемещение из одной ванны в другую может быть произведено с помощью автоматического манипулятора или вручную. При нанесении покрытия маканием также может быть применена система сушки.Dip coating may involve immersing the substrate 12 (which has activated substrates 22 and polymer layers 24) in a series of temperature controlled baths. The baths may also have flow control and/or be under a nitrogen atmosphere. Baths may contain a solution or mixture including a primer. By passing through the various baths, the primer(s) 26 are attached to the functional group(s) of the polymer layers 24. ) 26, after which the base is transferred to the next washing baths. Moving from one bath to another can be done with an automatic manipulator or manually. In dip coating, a drying system can also be used.

Нанесение покрытия распылением может быть выполнено распылением раствора праймера или смеси, содержащей праймер, непосредственно на основу 12 (на которой размещены активированные подложки 22 и полимерные слои 24). Многослойная пластина с покрытием, нанесенным распылением, может быть подвергнута инкубации в течение времени, составляющего от приблизительно 4 минут до приблизительно 60 минут, при температуре, составляющей от приблизительно 0°С до приблизительно 70°С. После инкубации раствор праймера или смесь, содержащая праймер, могут быть разбавлены и удалены с помощью, например, устройства для нанесения покрытия центрифугированием.Spray coating can be performed by spraying the primer solution or mixture containing the primer directly onto the substrate 12 (on which the activated substrates 22 and polymer layers 24 are placed). The spray-coated multilayer plate may be incubated for about 4 minutes to about 60 minutes at a temperature of about 0°C to about 70°C. After incubation, the primer solution or mixture containing the primer can be diluted and removed using, for example, a spin coater.

Нанесение покрытия распределением раствора может быть выполнено способом, включающим налив и центрифугирование, и, таким образом, оно может быть выполнено с помощью устройства для нанесения покрытия центрифугированием. Раствор праймера или смесь, содержащая праймер, могут быть нанесены (вручную или автоматизированным способом) на основу 12 (на которой размещены активированные подложки 22 и полимерные слои 24). Наносимый раствор праймера или смесь, содержащая праймер, могут быть нанесены на или распределены по всей поверхности, включая структуру 16. Основа 12 с покрытием, содержащим праймер, может быть подвергнута инкубации в течение времени, составляющего от приблизительно 2 минут до приблизительно 60 минут, при температуре, составляющей от приблизительно 0°С до приблизительно 80°С. После инкубации раствор праймера или смесь, включающая праймер, могут быть разбавлены и удалены с помощью, например, устройства для нанесения покрытия центрифугированием.Coating by spreading the solution can be performed by a method including pouring and spin coating, and thus it can be performed using a spin coater. The primer solution or mixture containing the primer may be applied (manually or automatically) to the substrate 12 (on which the activated substrates 22 and polymer layers 24 are placed). The applied primer solution or mixture containing the primer may be applied to or spread over the entire surface, including the structure 16. The coated substrate 12 containing the primer may be incubated for a time ranging from about 2 minutes to about 60 minutes, at a temperature of from about 0°C to about 80°C. After incubation, the primer solution or primer-containing mixture can be diluted and removed using, for example, a spin coater.

Праймеры 26 реагируют с функциональными группами полимерных слоев 24 и не имеют сродства к расширенной пи-системе пористой молекулярной сетки 14. Таким образом, праймеры 26 прививаются к полимерному слою 24, а не к пористой молекулярной сетке 14.Primers 26 react with the functional groups of polymer layers 24 and have no affinity for the extended pi system of porous molecular network 14. Thus, primers 26 are grafted to polymer layer 24 and not to porous molecular network 14.

В другом примере способа нанесение поверхностного химического вещества 20 может быть произведено до и после нанесения пористой молекулярной сетки. В подобных примерах активацию поверхности основы производят до нанесения пористой молекулярной сетки 14, и образование полимерного слоя 24 и прививку праймера 26 производят после нанесения пористой молекулярной сетки.In another example of the method, the application of the surface chemical 20 can be performed before and after the application of the porous molecular network. In such examples, activation of the surface of the substrate occurs prior to deposition of the porous molecular network 14, and formation of polymer layer 24 and grafting of primer 26 occurs after deposition of the porous molecular network.

В этом примере (открытую) поверхность основы 12 подвергают плазменному травлению, что приводит к генерации на поверхности основы 12 агента (агентов), активирующего поверхность (например, -ОН групп). Отмечено, что добавление -ОН групп может снизить сродство основы 12 к пористой молекулярной сетке (которая гидрофобна), и, таким образом, условия и продолжительность плазменного травления можно регулировать таким образом, чтобы поверхность не была слишком гидрофильной.In this example, the (exposed) surface of substrate 12 is subjected to plasma etching, which results in the generation of surface activating agent(s) (eg, -OH groups) on the surface of substrate 12. It is noted that the addition of -OH groups can reduce the affinity of backing 12 for the porous molecular network (which is hydrophobic), and thus the plasma etch conditions and duration can be controlled so that the surface is not too hydrophilic.

В этом примере на активированную поверхность основы наносят пористую молекулярную сетку 14, в результате чего открытыми остаются дискретные участки активированной поверхности основы. В результате нанесения пористой молекулярной сетки 14 на активированную основу образуются активированные подложки 22.In this example, a porous molecular network 14 is applied to the activated substrate surface, leaving discrete areas of the activated substrate surface exposed. As a result of applying a porous molecular network 14 to an activated base, activated substrates 22 are formed.

Кроме того, в этом примере затем на активированные подложки 22 может быть селективно нанесен полимерный слой 24, как указано в настоящей работе, и, как указано в настоящей работе, на полимерный слой 24 могут быть привиты праймеры 26.In addition, in this example, polymer layer 24 can then be selectively applied to activated substrates 22 as described herein, and primers 26 can be grafted onto polymer layer 24 as indicated herein.

На Фиг. 2 представлен пример проточной ячейки 10, полученной способом, представленным на Фиг. 1А и Фиг. 1В (например, создание структуры и нанесение поверхностного химического вещества 20). Несмотря на то, что показан единственный вид праймера 24, следует понимать, что могут быть привиты два или более различных праймера 24.On FIG. 2 shows an example of a flow cell 10 obtained by the method shown in FIG. 1A and Fig. 1B (eg, structuring and applying surface chemical 20). While a single kind of primer 24 is shown, it should be understood that two or more different primers 24 may be grafted.

В этом примере размеры X и Y каждого из дискретных участков, покрытых находящимся на поверхности химическим веществом 20, по существу соответствуют размерам X и Y каждой из пор пористой молекулярной сетки 14. Поры пористой молекулярной сетки 14 позволяют упорядочение наносить на поверхность химическое вещество 20 с точностью до нанометра.In this example, the X and Y dimensions of each of the discrete regions coated with the surface chemical 20 substantially correspond to the X and Y dimensions of each of the pores of the porous molecular network 14. up to a nanometer.

В других примерах селективно удаляемая пористая молекулярная сетка 14 может быть удалена с основы 12 при выполнении способа и уже не присутствовать в виде части проточной ячейки при проведении последующей операции секвенирования. Пример такого способа 100 показан на Фиг. 3А и пример получаемой проточной ячейки 10' показан на Фиг. 3В. Способ 100 включает нанесение пористой молекулярной сетки 14 на основу 12 для определения паттерна открытых участков 18 основы (условное обозначение 102); активацию открытых участков 18 основы с образованием активированных подложек 22 (условное обозначение 104); удаление пористой молекулярной сетки 14, при котором активированные подложки 22 остаются неповрежденными и разделенными промежуточными участками 28 основы (условное обозначение 104); нанесение соответствующего полимерного слоя 24 на каждую из активированных подложек 22 (условное обозначение 106); и прививку праймера 26 на каждый из соответствующих полимерных слоев 24 (условное обозначение 108). Применение способа 100 может быть желательным, если молекулы пористой молекулярной сетки 14 могут взаимодействовать с флуорофорами, применяемыми при проведении операции секвенирования. Некоторые флуорофоры могут склеиваться с некоторыми примерами пористой молекулярной сетки 14. Такое взаимодействие нарушает или оказывает другие нежелательное воздействие на операцию секвенирования, поскольку меченные флуорофорами анализируемые вещества, присоединенные к пористой молекулярной сетке 14, не могут взаимодействовать с матрицей (англ. template) секвенирования. В этих примерах может быть применен способ 100, в котором для создания активированных подложек 22 (участков закрепления оставшегося поверхностного химического вещества 20) эффективно применяют пористую молекулярную сетку 14 и затем удаляют пористую молекулярную сетку 14, чтобы она не препятствовала проведению последующей операции секвенирования. В этих примерах удаляют отпечаток пористой молекулярной сетки 14, исключая ее потенциальное влияние.In other examples, the selectively removable porous molecular network 14 may be removed from the substrate 12 during the execution of the method and no longer be present as part of the flow cell during a subsequent sequencing operation. An example of such a method 100 is shown in FIG. 3A and an example of a resulting flow cell 10' is shown in FIG. 3B. The method 100 includes applying a porous molecular network 14 to the substrate 12 to determine the pattern of open areas 18 of the substrate (symbol 102); activation of open areas 18 of the base with the formation of activated substrates 22 (symbol 104); removal of porous molecular network 14, in which the activated substrate 22 remain intact and separated by intermediate areas 28 of the base (symbol 104); applying an appropriate polymer layer 24 to each of the activated substrates 22 (symbol 106); and grafting primer 26 onto each of the respective polymer layers 24 (reference 108). The use of the method 100 may be desirable if the molecules of the porous molecular network 14 can interact with the fluorophores used in the sequencing operation. Some fluorophores may adhere to some examples of the porous molecular network 14. Such interaction disrupts or has other undesirable effects on the sequencing operation because fluorophore-labeled analytes attached to the porous molecular network 14 cannot interact with the sequencing template. In these examples, a method 100 can be used in which the porous molecular network 14 is effectively used to create activated substrates 22 (sites for anchoring the remaining surface chemical 20) and then the porous molecular network 14 is removed so that it does not interfere with the subsequent sequencing operation. In these examples, the imprint of the porous molecular network 14 is removed, eliminating its potential influence.

В способе 100 пористая молекулярная сетка 14 может быть образована так, как рассмотрено в настоящей работе, и активация может быть произведена так, как рассмотрено в настоящей работе, с использованием силана или производного силана. В этом примере при активации открытых участков 18 основы в порах силаном или производным силана размеры X и Y каждой из дискретных активированных подложек 22 (и, таким образом, каждого из участков, на поверхность которых нанесено химическое вещество 20) соответствуют размерам X и Y каждой из пор пористой молекулярной сетки 14.In method 100, porous molecular network 14 may be formed as discussed herein and activation may be performed as discussed herein using a silane or silane derivative. In this example, with the activation of exposed areas 18 of the substrate in the pores by a silane or a silane derivative, the X and Y dimensions of each of the discrete activated substrates 22 (and thus each of the areas on the surface of which the chemical agent 20 is applied) correspond to the X and Y dimensions of each of pores of a porous molecular network 14.

По окончании формирования активированных подложек 22, в способе 100 производят удаление пористой молекулярной сетки 14. Химическая природа пористой молекулярной сетки 14 позволяет воздействовать на нее любому из реагентов-окислителей, рассмотренных в настоящей работе. Реагент-окислитель может быть нанесен на пористую молекулярную сетку 14 (и на оставшуюся часть основы 12) с помощью любой подходящей методики нанесения. Воздействие реагента-окислителя снимает пористую молекулярную сетку 14 с основы 12 (например, посредством десорбции) в результате окисления диимида. Реагент-окислитель не реагирует с активированными подложками 22, и, таким образом, эти активированные части основы 12 остаются интактными для участия в последующих реакциях. После удаления пористой молекулярной сетки 14 основа 12 и находящиеся на ней активированные подложки 22 могут быть промыты (например, водой).Upon completion of the formation of activated substrates 22, the porous molecular network 14 is removed in the method 100. The chemical nature of the porous molecular network 14 allows it to be exposed to any of the oxidizing reagents discussed in this work. The oxidizing agent may be applied to the porous molecular network 14 (and to the remainder of the substrate 12) using any suitable application technique. The action of an oxidizing agent removes the porous molecular network 14 from the substrate 12 (for example, by desorption) as a result of the oxidation of the diimide. The oxidizing agent does not react with the activated substrates 22 and thus these activated portions of the substrate 12 remain intact to participate in subsequent reactions. After removal of the porous molecular network 14, the substrate 12 and the activated substrates 22 thereon can be washed (eg with water).

В результате удаления пористой молекулярной сетки 14 обнажаются части основы 12, которые в настоящем описании названы промежуточными участками 28. Промежуточные участки 18 могут быть непрерывными (и иметь тот же паттерн, что и пористая молекулярная сетка 14), в то время как силанизированные участки 22 являются дискретными.The removal of the porous molecular network 14 exposes portions of the substrate 12, which are referred to herein as intermediate regions 28. The intermediate regions 18 may be continuous (and have the same pattern as the porous molecular network 14), while the silanized regions 22 are discrete.

В способе 100 полимерные слои 24 могут быть сформированы так, как рассмотрено в настоящей работе. В этих примерах молекула, применяемая для образования полимерного слоя 24, не имеет сродства к основе 12, и, таким образом, полимерный слой (слои) 24 селективно образуется на силанизированной подложке (подложках) 22, а не на промежуточных участках 28 основы 12. В способе 100 прививка 26 праймера также может быть выполнена так, как рассмотрено в настоящей работе.In method 100, polymer layers 24 may be formed as discussed herein. In these examples, the molecule used to form the polymer layer 24 has no affinity for the substrate 12, and thus the polymer layer(s) 24 is selectively formed on the silanized substrate(s) 22 rather than on the intermediate regions 28 of the substrate 12. B method 100, primer grafting 26 can also be performed as discussed in this paper.

Проточные ячейки 10, 10', рассмотренные в настоящей работе, могут быть применены для осуществления множества различных методик или способов секвенирования, включающих методики, часто называемые секвенированием синтезом (англ. sequencing-by-synthesis, сокращенно SBS), циклическим секвенированием массивов, секвенированием лигированием, пиросеквенированием и т.д. При применении любой из перечисленных методик праймер (праймеры) 26 присутствует в виде части находящегося на поверхности химического вещества 20 не на структуре 16 или не на промежуточных участках 28, и поэтому секвенирование ограничено площадью, покрытой находящимся на поверхности химическим веществом 20.The flow cells 10, 10' discussed in this work can be used to implement many different sequencing techniques or methods, including techniques often referred to as sequencing-by-synthesis (English sequencing-by-synthesis, abbreviated as SBS), cycle sequencing of arrays, sequencing by ligation , pyrosequencing, etc. In either of these techniques, primer(s) 26 is present as part of the surface chemical 20 not on structure 16 or intermediate regions 28, and therefore sequencing is limited to the area covered by surface chemical 20.

В качестве примера можно указать, что реакция секвенирования синтезом (SBS) может быть проведена в такой системе, как системы секвенирования HISEQ™, HISEQX™, MISEQ™, MISEQDX™, MINISEQ™, NOVASEQ™, NEXTSEQDX™ или NEXTSEQ™ или любая другая система секвенирования, поставляемая Illumina, Inc. (San Diego, CA). При проведении SBS для определения последовательности нуклеотидов в матрице отслеживают удлинение (достройку) праймера секвенирования вдоль матрицы нуклеиновой кислоты (т.е. матрицы секвенирования). Химическим процессом, лежащим в основе этого способа, может быть полимеризация (например, катализируемая ферментом полимеразой) или лигирование (например, катализируемое ферментом лигазой).By way of example, a sequencing-by-synthesis (SBS) reaction can be carried out on a system such as the HISEQ™, HISEQX™, MISEQ™, MISEQDX™, MINISEQ™, NOVASEQ™, NEXTSEQDX™ or NEXTSEQ™ sequencing systems, or any other system sequencing supplied by Illumina, Inc. (San Diego, CA). When conducting SBS to determine the sequence of nucleotides in the matrix track the extension (extension) of the sequencing primer along the template nucleic acid (ie template sequencing). The chemical process underlying this method may be polymerization (eg catalyzed by a polymerase enzyme) or ligation (eg catalyzed by a ligase enzyme).

В одном из конкретных способов SBS с применением полимеразы в проточную ячейку 10, 10' вводят матрицу библиотеки нуклеиновых кислот, и матрица библиотеки нуклеиновых кислот гибридизуется с праймером 26. Совокупность матриц библиотеки нуклеиновых кислот гибридизуется, например, с одним из двух типов праймеров 26, иммобилизованных на проточной ячейке 10, 10'. Затем может быть выполнена генерация кластеров. В одном из примеров генерации кластеров матрицы библиотеки нуклеиновых кислот копируются с гибридизованных праймеров 26 достройкой по 3'-концу под действием высокоточной (англ. high-fidelity) ДНК полимеразы. Исходные матрицы библиотеки нуклеиновых кислот подвергают денатурации, в результате которой остаются копии, иммобилизованные в местах локализации праймеров 26. Для амплификации иммобилизованных копий может быть применена изотермическая мостиковая амплификация. Например, скопированные матрицы скручиваются для гибридизации с соседним комплементарным праймером 26, и полимераза копирует скопированные матрицы с образованием двухцепочечных мостиков, которые подвергают денатурации с образованием двух одноцепочечных нитей. Эти две нити скручиваются и гибридизуются с соседними комплементарными праймерами 26 и вновь достраиваются, образуя две новые двухцепочечные петли. Процесс повторяется на каждой копии матрицы при проведении циклов изотермической денатурации и амплификации с целью получения плотных клональных кластеров. Каждый кластер двухцепочечных мостиков подвергается денатурации. В одном из примеров цепочку с обратной ориентацией удаляют специфическим отщеплением основания, в результате чего остаются матричные цепочки с прямой ориентацией.In one particular polymerase SBS method, a nucleic acid library template is introduced into the flow cell 10, 10' and the nucleic acid library template is hybridized to primer 26. The nucleic acid library template array is hybridized to, for example, one of two types of primers 26 immobilized on the flow cell 10, 10'. Cluster generation can then be performed. In one example of template cluster generation, nucleic acid libraries are copied from hybridized primers 26 by 3' extension by high-fidelity DNA polymerase. The original templates of the nucleic acid library are denatured, which leaves copies immobilized at the localization of primers 26. Isothermal bridged amplification can be used to amplify the immobilized copies. For example, the copied templates are folded to hybridize with the adjacent complementary primer 26, and the polymerase copies the copied templates to form double-stranded bridges, which are denatured to form two single-stranded strands. These two strands are twisted and hybridized with adjacent complementary primers 26 and are completed again, forming two new double-stranded loops. The process is repeated on each copy of the template during cycles of isothermal denaturation and amplification in order to obtain dense clonal clusters. Each cluster of double-stranded bridges undergoes denaturation. In one example, the reversed strand is removed by specific base cleavage, leaving straight oriented template strands.

Концы 3' матриц и любые праймеры 26 мог/т быть заблокированы для предотвращения нежелательного инициирования (примирования, англ. priming). В проточную ячейку 10, 10' может быть введен праймер секвенирования. Поскольку праймер секвенирования комплементарен адаптору матричной цепочки нуклеиновой кислоты, он будет гибридизоваться с адаптором (например, прочтение 1 праймера секвенирования матрицы).The ends of the 3' templates and any primers 26 could/t be blocked to prevent unwanted initiation (priming, English priming). A sequencing primer may be introduced into the flow cell 10, 10'. Because the sequencing primer is complementary to the nucleic acid template strand adapter, it will hybridize to the adapter (eg read 1 of the template sequencing primer).

Флуоресцентно меченые нуклеотиды присоединяются к матрице (достраивая праймер секвенирования) в соответствии со строением матрицы, и, таким образом, для определения последовательности матрицы может быть применено определение порядка и типа нуклеотидов, добавляемых к праймеру. Например, для инициирования первого цикла SBS в/через проточный канал и т.д., в котором находится массив праймеров 26, к которым присоединены матричные цепочки, может быть доставлен один или более меченых нуклеотидов, ДНК полимераза и т.д. Достройка праймера секвенирования вызывает встраивание меченого нуклеотида, и это встраивание может быть обнаружено с помощью визуализации. При визуализации система освещения (не показана) может испускать излучение, возбуждающее находящееся на поверхности химическое вещество 20.Fluorescently labeled nucleotides are attached to the template (filling in the sequencing primer) according to the structure of the template, and thus determining the order and type of nucleotides added to the primer can be used to determine the sequence of the template. For example, one or more labeled nucleotides, DNA polymerase, etc. can be delivered to initiate the first cycle of SBS into/through the flow channel, etc., in which the primer array 26 is located, to which the template strands are attached. The completion of the sequencing primer causes insertion of the labeled nucleotide, and this insertion can be detected by imaging. When rendered, an illumination system (not shown) may emit radiation that excites a surface chemical 20.

В некоторых примерах нуклеотиды могут дополнительно обладать свойством обратимого терминатора, который позволяет предотвращать последующее удлинение праймера после добавления нуклеотида. Например, к праймеру секвенирования вдоль матричной цепочки может быть добавлен нуклеотидный аналог, содержащий фрагмент обратимого терминатора, в результате чего последующее удлинение не может произойти до тех пор, пока не будет добавлен деблокирующий агент, способный удалить этот фрагмент. Таким образом, в тех примерах, в которых применяют обратимые терминаторы, в проточный канал и т.д. может быть направлен деблокирующий реагент (до или после обнаружения).In some examples, the nucleotides may additionally have a reversible terminator property that prevents subsequent primer extension after the addition of the nucleotide. For example, a nucleotide analog containing a reversible terminator fragment can be added to the sequencing primer along the template strand, such that subsequent extension cannot occur until a deblocking agent is added that can remove the fragment. Thus, in those examples where reversible terminators are used, into the flow channel, etc. a deblocking reagent may be sent (before or after detection).

Между различными этапами подачи текучих сред может быть проведена промывка (промывки). Затем цикл SBS может быть повторен n раз для удлинения праймера секвенирования на n нуклеотидов, в результате чего может быть определена последовательность длины n.Flushing(s) may be performed between the various fluid supply steps. The SBS cycle can then be repeated n times to extend the sequencing primer by n nucleotides, whereby a sequence of length n can be determined.

Несмотря на то, что был подробно рассмотрен способ SBS, следует понимать, что проточные ячейки 10, 10', рассмотренные в настоящей работе, могут быть применены в других протоколах секвенирования, для генотипирования или в других химических и/или биологических анализах. В другом примере проточные ячейки 10, 10', рассмотренные в настоящей работе, могут быть применены для генерации библиотеки на клетках.While the SBS method has been discussed in detail, it should be understood that the flow cells 10, 10' discussed herein may be applied in other sequencing protocols, for genotyping, or in other chemical and/or biological assays. In another example, the flow cells 10, 10' discussed in this work can be used to generate a library on cells.

Проточная ячейка для электрического обнаруженияFlow cell for electrical detection

В другом примере, рассмотренном в настоящей работе, проточная ячейка включает основу; расположенную на основе селективно удаляемую пористую молекулярную сетку, определяющую открытые участки основы; и находящееся на поверхности химическое вещество для секвенирования, расположенное на по меньшей мере некоторых из открытых участков, где находящееся на поверхности химическое вещество включает наноструктуру и фермент, присоединенный к наноструктуре.In another example discussed in this paper, the flow cell includes a base; located on the basis of a selectively removable porous molecular network that defines the open areas of the base; and a surface-based sequencing chemical located in at least some of the exposed areas, where the surface-based chemical includes a nanostructure and an enzyme attached to the nanostructure.

Один из примеров способа получения такой проточной ячейки показан на Фиг. 4 и на Фиг. 5А - Фиг. 5С.One example of a method for producing such a flow cell is shown in FIG. 4 and in FIG. 5A - Fig. 5C.

Как показано на Фиг. 4, способ 200 включает образование закрытой трафаретом основы посредством нанесения пористой молекулярной сетки 14 на поверхность основы 12, на которой имеются собранные наноструктуры, таким образом, что по меньшей мере часть каждой наноструктуры остается открытой (условное обозначение 202); и воздействие на закрытую трафаретом основу раствором фермента, инертного по отношению к пористой молекулярной сетке 14, что приводит к селективному присоединению соответствующего фермента к по меньшей мере некоторым из открытых частей наноструктуры (условное обозначение 204).As shown in FIG. 4, method 200 includes forming a stenciled substrate by applying a porous molecular network 14 to the surface of substrate 12 on which nanostructures are assembled such that at least a portion of each nanostructure remains exposed (label 202); and exposing the screened substrate to an enzyme solution that is inert to the porous molecular network 14, resulting in selective attachment of the appropriate enzyme to at least some of the exposed portions of the nanostructure (reference 204).

На Фиг. 5А схематично представлен вид сверху основы 12, на которой собраны наноструктуры. Основа 12 может представлять собой любой из примеров основы, рассмотренных в настоящей работе.On FIG. 5A is a schematic plan view of a support 12 on which the nanostructures are assembled. Base 12 can be any of the examples of the base discussed in this paper.

На Фиг. 5А наноструктура обозначена условным обозначением 30. Наноструктура 30 представляет собой электропроводящий канал датчика 32 заряда, который также включает электроды 34, 34'. Употребляемый в настоящей работе термин "датчик заряда" означает устройство обнаружения, которое преобразует возмущения на его поверхности или в окружающем его электрическом поле в электрический сигнал. Например, датчик 32 заряда может преобразовывать момент доставки или выхода реакционного компонента в электрический сигнал. В некоторых примерах датчик 32 заряда также может преобразовывать в электрический сигнал взаимодействия между двумя реакционными компонентами (например, матричной нуклеиновой кислоты и нуклеотида). Примером датчика 32 заряда является транзистор с управлением полем (также называемый полевым транзистором, англ. field effect transistor, сокращенно FET), такой как FET на основе углеродных нанотрубок (англ. carbon nanotube transistor, сокращенно CNT), FET на основе одностенных углеродных нанотрубок (англ. single-wailed carbon nanotube transistor, сокращенно SWNT), FET на основе кремниевой нанопроволоки (SiNW), FET на основе полимерной нанопроволоки и FET на основе графеновых нанополос (и соответствующие нанополосные FET, получаемые из 2D материалов, таких как MoS2, силицен и т.д.). В полевом транзисторе ток протекает по токопроводящей дорожке (электропроводящий канал/наноструктура 30), которая соединена с двумя электродами 34, 34' (источником и стоком). Проводимость канала между источником и стоком перекрывают и возобновляют с помощью третьего (вентильного) электрода, который может быть соединен емкостным соединением через тонкий слой диэлектрика.On FIG. 5A, the nanostructure is indicated by the symbol 30. The nanostructure 30 is an electrically conductive channel of the charge sensor 32, which also includes electrodes 34, 34'. The term "charge sensor" as used herein means a detection device that converts perturbations on its surface or in the electric field surrounding it into an electrical signal. For example, the charge sensor 32 may convert the delivery or exit of the reaction component into an electrical signal. In some examples, charge sensor 32 may also convert an interaction between two reaction components (eg, nucleic acid template and nucleotide) into an electrical signal. An example of a charge sensor 32 is a field effect transistor (also called a field effect transistor, FET for short), such as a carbon nanotube transistor FET, CNT for short, a single-walled carbon nanotube FET ( single-wailed carbon nanotube transistor, abbreviated as SWNT), silicon nanowire (SiNW) FET, polymer nanowire FET and graphene nanostrip FET (and corresponding nanostrip FETs made from 2D materials such as MoS 2 , silicene etc.). In a FET, current flows in a conductive path (conductive channel/nanostructure 30) that is connected to two electrodes 34, 34' (source and drain). The conductivity of the channel between the source and the drain is blocked and renewed using a third (valve) electrode, which can be capacitively connected through a thin dielectric layer.

Может быть применена наноструктура 30 любого типа, при условии, что она может служить электропроводящим каналом для датчика 32 заряда. Примеры материалов, подходящих для получения электропроводящих каналов, включают проводники (например, металлы, материалы на основе углерода, некоторые оксиды металлов, электропроводящие полимеры и т.д.) или полупроводники (например, кремний, оксиды других металлов и т.д.). Наноструктура 30 может иметь любую подходящую геометрическую форму, такую как трубка, проволока, полоса и т.д., и по меньшей мере один размер (например, длина, ширина, диаметр и т.д.) наноструктуры 30 может находиться в нанодиапазоне. В различных примерах наноструктура 30 представляет собой электропроводный канал, включающий материал, выбранный из группы, состоящей из проводника и полупроводника, и имеет геометрическую форму, выбранную из группы, состоящей из трубки, проволоки и полосы. Некоторые специфические примеры наноструктуры 30 включают углеродную нанотрубку (CNT), односменную углеродную нанотрубку (SWCN), кремниевую на но проволоку (SiNW), полимерную нанопроволоку, нанополосу (например, графеновую нанополосу, нанополосу, получаемую из 2D материалов, таких как MoS2, силицен и т.д.) или любую другую наноструктуру, которая может служить электропроводящим каналом датчика 32 заряда. В одном из примеров наноструктура 30 представляет собой кремниевую нанопроволоку. В другом примере наноструктура представляет собой углеродную нанотрубку.Any type of nanostructure 30 may be used, provided that it can serve as an electrically conductive channel for charge sensor 32. Examples of materials suitable for making electrically conductive channels include conductors (eg, metals, carbon-based materials, certain metal oxides, electrically conductive polymers, etc.) or semiconductors (eg, silicon, other metal oxides, etc.). Nanostructure 30 may have any suitable geometric shape such as a tube, wire, strip, etc., and at least one dimension (eg, length, width, diameter, etc.) of nanostructure 30 may be in the nanorange. In various examples, the nanostructure 30 is an electrically conductive channel, including a material selected from the group consisting of a conductor and a semiconductor, and has a geometric shape selected from the group consisting of a tube, wire, and strip. Some specific examples of the nanostructure 30 include carbon nanotube (CNT), single shift carbon nanotube (SWCN), silicon nanowire (SiNW), polymer nanowire, nanostrip (e.g., graphene nanostrip, nanostrip made from 2D materials such as MoS 2 , silicene etc.) or any other nanostructure that can serve as an electrically conductive channel of the charge sensor 32. In one example, the nanostructure 30 is a silicon nanowire. In another example, the nanostructure is a carbon nanotube.

Как показано на Фиг. 5А, противоположные концы наноструктуры 30 находятся в электрическом соединении с соответствующими электродами 34, 34'. Может быть применен любой подходящий материал электродов, который может быть химическим и электрическим образом присоединен к наноструктуре 30. Примеры подходящих материалов электродов включают золото, платину, углерод, оксид индия-олова и т.д.As shown in FIG. 5A, opposite ends of the nanostructure 30 are in electrical connection with the respective electrodes 34, 34'. Any suitable electrode material may be used that can be chemically and electrically bonded to the nanostructure 30. Examples of suitable electrode materials include gold, platinum, carbon, indium tin oxide, and the like.

В некоторых примерах сборка датчика (датчиков) 32 заряда на основе 12 может включать формирование электродов 34, 34' и формирование наноструктуры 30 между электродами 34, 34' с помощью любой подходящей методики, такой как непосредственный рост, прикапывание раствора или различные методики печати. В одном из примеров углеродная нанотрубка может быть получена с помощью дугового разряда, лазерной абляции, диспропорционирования моноксида углерода при высоком давлении или химического осаждения из газовой фазы (ХОГФ). В другом примере кремниевая нанопроволока (SiNW) может быть получена из кремнийорганического предшественника травлением твердого вещества или катализируемым выращиванием из паров или жидкой фазы.In some examples, the assembly of charge sensor(s) 32 on base 12 may include forming electrodes 34, 34' and forming nanostructure 30 between electrodes 34, 34' by any suitable technique such as direct growth, solution dropping, or various printing techniques. In one example, a carbon nanotube can be produced by arc discharge, laser ablation, high pressure disproportionation of carbon monoxide, or chemical vapor deposition (CVD). In another example, silicon nanowire (SiNW) can be obtained from an organosilicon precursor by solid etching or catalyzed vapor or liquid phase growth.

Каждый датчик 32 заряда может быть подключен индивидуально (и, таким образом, его состояние отслеживается индивидуально). Другими словами, электроды 34, 34' любого индивидуального датчика 32 заряда могут быть соединены с электронной схемой, которая регулирует его работу (например, после соединения со средством обнаружения и источником питания). Электронная схема может иметь возможность электрического соединения со средством обнаружения и с источником питания.Each charge sensor 32 can be connected individually (and thus tracked individually). In other words, the electrodes 34, 34' of any individual charge sensor 32 can be connected to an electronic circuit that regulates its operation (for example, after being connected to a detector and a power source). The electronic circuit may be electrically connected to the detection means and to the power supply.

Расположение датчиков 32 заряда на основе 12 может частично зависеть от геометрии структуры 16 и, в особенности, пор пористой молекулярной сетки 14, которая должна быть образована на основе 12. Частично это объясняется тем фактом, что пористая молекулярная сетка 14 самособирается на основе 12 и на датчиках 32 заряда, и поэтому желательно, чтобы по меньшей мере часть наноструктуры 30 была локализована в порах пористой молекулярной сетки 14. Пористая молекулярная сетка 14 может быть частично осаждена на поверхности наноструктуры 30 для ограничения количества функциональных групп, образующихся на наноструктуре 30 и/или для сохранения должного расстояния между биомолекулами, присоединенными к наноструктурам 30, и/или для пассивации участков датчика 32 заряда с целью предотвращения взаимодействия реагентов (например, растворов солей и т.д.) с пассивированными участками.The location of charge sensors 32 on substrate 12 may depend in part on the geometry of structure 16 and in particular the pores of the porous molecular network 14 to be formed on substrate 12. This is partly due to the fact that porous molecular network 14 self-assembles on substrate 12 and on charge sensors 32, and therefore it is desirable that at least a portion of the nanostructure 30 be localized in the pores of the porous molecular network 14. maintaining the proper distance between the biomolecules attached to the nanostructures 30, and/or for passivation of areas of the charge sensor 32 in order to prevent the interaction of reagents (eg, salt solutions, etc.) with the passivated areas.

Как показано условным обозначением 202 на Фиг. 4, способ 200 включает образование закрытой трафаретом основы посредством нанесения пористой молекулярной сетки 14 на поверхность основы 12, на которой таким образом размещены наноструктуры 30, что по меньшей мере часть каждой наноструктуры 30 остается открытой. Пористая молекулярная сетка 14 может быть заранее собрана в растворе и затем осаждена на основу 12, как рассмотрено в настоящей работе.As shown at 202 in FIG. 4, method 200 includes forming a stenciled substrate by applying a porous molecular network 14 to the surface of substrate 12 on which nanostructures 30 are placed such that at least a portion of each nanostructure 30 remains exposed. The porous molecular network 14 can be pre-assembled in solution and then deposited onto the substrate 12, as discussed in this work.

Пористая молекулярная сетка 14 самособирается на поверхности основы 12 и в некоторых случаях на компонентах (30, 34, 34) датчика 32 заряда в зависимости, по меньшей мере частично, от размера пор и размера и расположения датчика 32 заряда. После осаждения пористая молекулярная сетка 14 самособирается таким образом, что части основы 12 и/или части датчиков 32 заряда, находящиеся на основе 12 в порах, оказываются открытыми. При этом образуется закрытая трафаретом основа, показанная на Фиг. 5В. Для простой и ясной иллюстрации пористой молекулярной сетки 14 и датчиков 32 заряда, каждый датчик 32 заряда на Фиг. 5В показан открытым и расположенным в соответствующей поре пористой молекулярной сетки 14. Однако следует понимать, что индивидуальные поры пористой молекулярной сетки 14 имеют меньшие размеры, чем датчик 32 заряда и в некоторых случаях меньшие размеры, чем наноструктура 30. Таким образом, пористая молекулярная сетка 14 может закрывать электроды 34, 34' и/или некоторую часть или всю наноструктуру 30 датчиков 32 заряда, а не только открытую основу 12. Пример пористой молекулярной сетки 14, располагающейся поверх электродов 34, 34' и некоторой части наноструктуры 30, показан на Фиг. 6. Следует понимать, что участки, которые закрыты пористой молекулярной сеткой 14, и участки, которые открываются в порах пористой молекулярной сетки 14, частично зависят от размеров и расположения датчиков 32 заряда и самосборки пористой молекулярной сетки 14. В примерах, рассмотренных в настоящей работе, по меньшей мере в некоторых из пор пористой молекулярной сетки 14 остаются открытыми участки по меньшей мере некоторой доли наноструктуры 30; тем не менее, следует понимать, что некоторые наноструктуры 30 могут быть полностью закрыты пористой молекулярной сеткой 14, и/или что участки основы 12 также могут быть оставаться открытыми в некоторых порах.The porous molecular network 14 self-assembles on the surface of the substrate 12 and in some cases on the components (30, 34, 34) of the charge sensor 32 depending at least in part on the size of the pores and the size and location of the charge sensor 32. After deposition, the porous molecular network 14 self-assembles in such a way that the parts of the substrate 12 and/or the parts of the charge sensors 32 that are in the pores of the substrate 12 are exposed. This forms the stenciled base shown in FIG. 5V. To simply and clearly illustrate porous molecular network 14 and charge sensors 32, each charge sensor 32 in FIG. 5B is shown open and located in a corresponding pore of the porous molecular network 14. However, it should be understood that the individual pores of the porous molecular network 14 are smaller than the charge sensor 32 and in some cases smaller than the nanostructure 30. Thus, the porous molecular network 14 may cover the electrodes 34, 34' and/or some or all of the nanostructure 30 of the charge sensors 32, not just the exposed base 12. An example of a porous molecular network 14 overlaying the electrodes 34, 34' and some of the nanostructure 30 is shown in FIG. 6. It should be understood that the areas that are covered by the porous molecular network 14 and the areas that open in the pores of the porous molecular network 14 depend in part on the size and location of the charge and self-assembly sensors 32 of the porous molecular network 14. In the examples discussed in this work , at least some of the pores of the porous molecular network 14 remain open areas of at least some fraction of the nanostructure 30; however, it should be understood that some of the nanostructures 30 may be completely covered by the porous molecular network 14 and/or that portions of the substrate 12 may also remain open in some of the pores.

После этого способ 200 включает воздействие на закрытую трафаретом основу раствором фермента, инертного по отношению к пористой молекулярной сетке 14. Термин "инертный" означает, что раствор фермента не соединяется с или не реагирует с пористой молекулярной сеткой, и, таким образом, ферменты, находящиеся в растворе, селективно присоединяются к по меньшей мере некоторым из открытых частей наноструктуры 30. Инертность раствора фермента может объясняться гидрофильностью раствора и гидрофобностью пористой молекулярной сетки 14. Пористая молекулярная сетка 14 является сопряженной и, таким образом, очень гидрофобна. Раствор фермента гидрофилен (по сравнению с пористой молекулярной сеткой 14) и, таким образом, не соединяется с или не реагирует с пористой молекулярной сеткой 14. Таким образом, при воздействии на закрытую трафаретом основу раствором фермента находящиеся в растворе ферменты могут присоединяться к любой из открытых частей наноструктуры 30, но не к пористой молекулярной сетке 14. Поскольку пористая молекулярная сетка 14 может закрывать некоторые участки поверхности некоторой части или всей наноструктуры 30, только небольшие участки этой наноструктуры (наноструктур) 30 могут оставаться открытыми в порах. Функционализация, которая может быть произведена на любой из наноструктур 30, ограничена этими небольшими открытыми частями, что может повышать специфичность присоединения биомолекул. В некоторых примерах на небольшой открытой части наноструктуры может закрепляться один фермент, что может улучшать чувствительность датчика 32 заряда.Thereafter, method 200 includes exposing the stenciled substrate to an enzyme solution that is inert to the porous molecular network 14. The term "inert" means that the enzyme solution does not combine with or react with the porous molecular network, and thus the enzymes that are in solution, selectively attach to at least some of the exposed parts of the nanostructure 30. The inertness of the enzyme solution may be due to the hydrophilicity of the solution and the hydrophobicity of the porous molecular network 14. The porous molecular network 14 is conjugated and thus very hydrophobic. The enzyme solution is hydrophilic (compared to the porous molecular network 14) and thus does not combine with or react with the porous molecular network 14. Thus, when the stenciled substrate is exposed to the enzyme solution, the enzymes present in the solution can attach to any of the open parts of the nanostructure 30, but not to the porous molecular network 14. Since the porous molecular network 14 may cover some areas of the surface of some or all of the nanostructure 30, only small areas of this nanostructure (s) 30 may remain open in the pores. The functionalization that can be performed on any of the nanostructures 30 is limited to these small exposed portions, which can increase the specificity of the attachment of biomolecules. In some examples, a single enzyme can be attached to a small exposed portion of the nanostructure, which can improve the sensitivity of the charge sensor 32 .

Раствор фермента может включать фермент 36 (как таковой или в комбинации с присоединенным к нему соединительным элементом 38) и жидкий носитель фермента. Жидкий носитель представляет собой водный раствор. В одном из примеров в качестве жидкого носителя может быть применен солевой раствор.The enzyme solution may include enzyme 36 (as such or in combination with coupler 38 attached thereto) and an enzyme carrier liquid. The liquid carrier is an aqueous solution. In one example, a saline solution may be used as the liquid carrier.

В примерах, рассмотренных в настоящей работе, желательно, чтобы один фермент 36 присоединялся к одной наноструктуре 30 (как показано на Фиг. 5С и Фиг. 6). Для выполнения этого условия применяемый фермент 36 может быть выбран таким образом, чтобы его гидродинамический радиус в растворе был близок к размеру того участка наноструктуры 30, который может оставаться открытым в поре структуры 16. Под выражением "близкий" подразумевают то, что гидродинамический радиус может на 50% превышать размер поры или составлять на 50% менее размера поры пористой молекулярной сетки. Примером подходящего фермента 36 является полимераза. Примеры подходящих ДНК-полимераз включают полимеразы, отнесенные в соответствии со структурной гомологией к семействам, обозначаемым А, В, С, D, X, Y и RT. ДНК-полимеразы Семейства А включают, например, Т7 ДНК-полимеразу, эукариотическую митохондриальную ДНК-полимеразу y, Е. coli ДНК Pol I, Thermys aquaticus Pol I и Bacillus stearothermophilus Pol I. ДНК-полимеразы Семейства В включают, например, эукариотические ДНК-полимеразы α, δ и ε; ДНК-полимеразу ζ; Т4 ДНК-полимеразу, Phi29 ДНК-полимеразу и RB69 бактериофагиальную ДНК-полимеразу. Примеры Семейства С включают, например, альфа-субъединицу ДНК-полимеразы III Е. coli. Примеры Семейства D включают, например, полимеразы, полученные из субдомена Euryarchaeota домена Archaea. ДНК-полимеразы Семейства X включают, например, эукариотические полимеразы Pol β, Pol σ, Pol λ и Pol μ и S. cerevisiae Pol4. ДНК-полимеразы Семейства Y включают, например, Pol η., Pol йота, Pol каппа, Е. coli Pol IV (DINB) и Е. coli Pol V (UmuD'2C). Семейство RT (сокр. от англ. "reverse transcriptase", что означает "обратная транскриптаза") ДНК-полимераз включает, например, обратные транскриптазы ретровирусов и эукариотические теломеразы.In the examples discussed in this work, it is desirable that one enzyme 36 was attached to one nanostructure 30 (as shown in Fig. 5C and Fig. 6). To fulfill this condition, the enzyme 36 used can be chosen so that its hydrodynamic radius in solution is close to the size of the region of the nanostructure 30 that can remain open in the pore of the structure 16. By "close" is meant that the hydrodynamic radius can be 50% larger than or 50% smaller than the pore size of the porous molecular network. An example of a suitable enzyme 36 is a polymerase. Examples of suitable DNA polymerases include polymerases classified according to structural homology to the families designated A, B, C, D, X, Y, and RT. Family A DNA polymerases include, for example, T7 DNA polymerase, eukaryotic mitochondrial DNA polymerase y, E. coli DNA Pol I, Thermys aquaticus Pol I, and Bacillus stearothermophilus Pol I. Family B DNA polymerases include, for example, eukaryotic DNA- polymerases α, δ and ε; DNA polymerase ζ; T4 DNA polymerase, Phi29 DNA polymerase and RB69 bacteriophage DNA polymerase. Examples of Family C include, for example, the alpha subunit of E. coli DNA polymerase III. Examples of Family D include, for example, polymerases derived from the Euryarchaeota subdomain of the Archaea domain. Family X DNA polymerases include, for example, the eukaryotic polymerases Pol β, Pol σ, Pol λ and Pol μ and S. cerevisiae Pol4. Family Y DNA polymerases include, for example, Pol η., Pol iota, Pol kappa, E. coli Pol IV (DINB) and E. coli Pol V (UmuD'2C). The RT (reverse transcriptase) family of DNA polymerases includes, for example, retrovirus reverse transcriptases and eukaryotic telomerase.

Фермент 36 может быть непосредственно присоединен к открытому участку наноструктуры 30 или опосредованно присоединен к открытому участку наноструктуры 30, например, через соединительный элемент 38 (показанный на Фиг. 6). Соединение между ферментом 36 и открытым участком наноструктуры 30 или между ферментом 36 и соединительным элементом 38 и между соединительным элементом 38 и открытым участком наноструктуры 30 может быть ковалентным или нековалентным, что может зависеть от типа материала наноструктуры 30, фермента 36 и любого применяемого соединительного элемента 38. В одном из примеров соединение выполнено способом с применением никель-нитрилуксусной кислоты/гистидиновой метки (nickel NTA/His tag).Enzyme 36 may be directly attached to the exposed area of the nanostructure 30 or indirectly attached to the exposed area of the nanostructure 30, for example, through a connector 38 (shown in FIG. 6). The connection between the enzyme 36 and the exposed portion of the nanostructure 30 or between the enzyme 36 and the connector 38 and between the connector 38 and the exposed portion of the nanostructure 30 may be covalent or non-covalent, which may depend on the type of material of the nanostructure 30, the enzyme 36 and any connector 38 used. In one example, the connection is made by the nickel nitrile acetic acid/histidine tag (nickel NTA/His tag) method.

Соединительный элемент 38 может быть применен как якорь для фермента 36 (например, полимеразы). Примеры подходящих соединительных элементов 38 включают полиэтиленгликоль (ПЭГ), цепочку ДНК, цепочку пептиднуклеиновой кислоты (ПНК), цепочку алифатического углеводорода и т.д. В некоторых примерах длина соединительного элемента 38 достаточна для удержания фермента 36 на расстоянии по меньшей мере 10 нм от наноструктуры 30. Это может быть желательным, например, для того, чтобы конформационные изменения полимеразы (или другого фермента 36), заряды полимеразы (или другого фермента 36) и/или заряды целевой/матричной полинуклеотидной цепочки, удерживаемой полимеразой (или другим ферментом 36), не препятствовали сенсорному обнаружению с помощью наноструктуры 30.The connector 38 can be used as an anchor for an enzyme 36 (eg polymerase). Examples of suitable connectors 38 include polyethylene glycol (PEG), a DNA strand, a peptide nucleic acid (PNA) strand, an aliphatic hydrocarbon strand, and the like. In some instances, the length of the connector 38 is sufficient to keep the enzyme 36 at least 10 nm away from the nanostructure 30. This may be desirable, for example, so that conformational changes in the polymerase (or other enzyme 36), 36) and/or the charges of the target/template polynucleotide strand held by the polymerase (or other enzyme 36) did not interfere with sensor detection by the nanostructure 30.

Воздействие на закрытую трафаретом основу раствором фермента может сопровождаться нагреванием для проведения сочетания фермента 36 или соединительного элемента 38 с открытой частью (частями) любой наноструктуры (наноструктур) 30. Однако, следует понимать, что некоторые реакции сочетания (например, амидное сочетание) могут протекать при комнатной температуре (например, составляющей от приблизительно 18°С до приблизительно 25°С), и, таким образом, необходимость добавочного нагревания может определяться типом фермента 36 или соединительного элемента 38, наноструктуры 30 и типом реакции сочетания, протекающей между компонентами 36 и 30 или 38 и 30.Exposure of the screened substrate to an enzyme solution may be accompanied by heating to couple the enzyme 36 or connector 38 to the exposed portion(s) of any nanostructure(s) 30. However, it should be understood that some coupling reactions (e.g., amide coupling) may proceed with room temperature (for example, from about 18°C to about 25°C), and thus the need for additional heating may be determined by the type of enzyme 36 or connector 38, nanostructure 30 and the type of coupling reaction occurring between components 36 and 30 or 38 and 30.

Пример проточной ячейки 10'', показанный на Фиг. 6, получен способом 200. Несмотря на то, что каждая из наноструктур 30 массива может быть функционализирована ферментом 36, следует понимать, что в некоторых примерах реакция сочетания может протекать не по всей наноструктуре 30, и, таким образом, лишь некоторая часть (но не вся) наноструктуры 30 в массиве может быть функционализирована ферментом 36. В этом примере проточной ячейки 10'' пористая молекулярная сетка 14 может оставаться на основе 12 и на закрытых участках датчика 32 заряда при последующем проведении операции секвенирования. Поскольку обнаружение производят электронным устройством, и оно не включает применения флуорофоров, гидрофобная пористая молекулярная сетка 14 может направлять вводимые реагенты (которые гидрофильны) к функционализированной ферментом наноструктуре 30.The example flow cell 10'' shown in FIG. 6 obtained by method 200. Although each of the nanostructures 30 of the array can be functionalized with enzyme 36, it should be understood that in some examples the coupling reaction may not occur over the entire nanostructure 30, and thus only some (but not all) of the nanostructure 30 in the array can be functionalized with enzyme 36. In this example flow cell 10'', the porous molecular mesh 14 can remain on the base 12 and on the covered areas of the charge sensor 32 during a subsequent sequencing operation. Because the detection is done electronically and does not involve the use of fluorophores, the hydrophobic porous molecular network 14 can direct injected reagents (which are hydrophilic) to the enzyme-functionalized nanostructure 30.

Несмотря на то, что это не показано на Фиг. 6, следует понимать, что каждый датчик 32 заряда также может включать средства обнаружения, которые могут воспринимать электрический ответ индивидуального датчика 32. В одном из примеров каждое из средств обнаружения представляет собой амперметр.Although not shown in FIG. 6, it should be understood that each charge sensor 32 may also include detection means that can sense the electrical response of the individual sensor 32. In one example, each of the detection means is an ammeter.

Проточная ячейка 10'', рассмотренная в настоящей работе, может быть применена для обнаружения встраивания под воздействием полимеразы в одну молекулу (т.е. для обнаружения события встраивания нуклеотида в растущую цепочку). В частности, датчики 32 заряда мог/т отслеживать динамику реакций единственной молекулы.The 10'' flow cell discussed in this paper can be used to detect polymerase-induced incorporation into a single molecule (ie, to detect an event of nucleotide insertion into a growing strand). In particular, charge sensors 32 could track the dynamics of reactions of a single molecule.

Для исследования одной молекулы матричная полинуклеотидная цепочка может быть введена в проточную ячейку 10''. Матричная полинуклеотидная цепочка может представлять собой любой образец, подвергаемый секвенированию, и она может состоять из ДНК, РНК или их аналогов (например, пептидных нуклеиновых кислот). Источником матричной (или целевой) полинуклеотидной цепочки может быть геномная ДНК, информационная РНК или другие нуклеиновые кислоты, полученные из природных источников.To study a single molecule, the template polynucleotide chain can be introduced into the 10'' flow cell. The template polynucleotide strand may be any sample to be sequenced and may be composed of DNA, RNA, or analogs thereof (eg, peptide nucleic acids). The source of the template (or target) polynucleotide strand can be genomic DNA, messenger RNA, or other nucleic acids derived from natural sources.

Матричная полинуклеотидная цепочка может удерживаться на месте полимеразой (один из примеров фермента 36), которая непосредственно или опосредованно присоединена к наноструктуре 30. Матричная полинуклеотидная цепочка может быть введена в биологически стабильный раствор наряду с реагентами, такими как нуклеотид (нуклеотиды), встраиваемые в растущую цепочку, образующуюся вдоль матричной полинуклеотидной цепочки. Биологически стабильный раствор может представлять собой любой буфер, подходящий для полимеразных реакций встраивания основания, таких как полимеразная цепная реакция (ПЦР) или линейная амплификация. В одном из примеров биологически стабильный раствор может включать буфер, рН которого составляет приблизительно 7, концентрация солей составляет более нескольких миллимоль, и концентрация ионов Mg2+ составляет порядка миллимолей.The template polynucleotide strand can be held in place by a polymerase (one example of enzyme 36) that is directly or indirectly attached to the nanostructure 30. The template polynucleotide strand can be introduced into a biologically stable solution along with reagents such as nucleotide(s) inserted into the growing strand formed along the template polynucleotide chain. The biologically stable solution can be any buffer suitable for polymerase base insertion reactions such as polymerase chain reaction (PCR) or linear amplification. In one example, a biologically stable solution may include a buffer whose pH is about 7, the salt concentration is more than a few millimoles, and the concentration of Mg 2+ ions is on the order of millimoles.

По меньшей мере некоторые вводимые нуклеотиды могут включать основание, комплементарное целевой нуклеиновой кислоте матричной полинуклеотидной цепочки. Частично нуклеотид удерживается на месте полимеразой, которая также связана с матричной полинуклеотидной цепочкой. Связанный нуклеотид изменяет сигнал датчика 32 заряда, который считывается средствами обнаружения.At least some of the nucleotides introduced may include a base that is complementary to the target nucleic acid of the template polynucleotide strand. Part of the nucleotide is held in place by the polymerase, which is also linked to the template polynucleotide chain. The bound nucleotide changes the charge sensor signal 32, which is read by the detection means.

Следует понимать, что после анализа одной молекулы (нуклеотида) с помощью датчика (датчиков) 32 заряда, проточная ячейка 10'' может быть подвергнута воздействию деструктурирующего реагента, такого как реагенты-окислители, рассмотренные в настоящей работе. В этом примере деструктурирующий реагент отщепляет связанный нуклеотид от полимеразы, а также окисляет диимид пористой молекулярной сетки 14, что приводит к отщеплению пористой молекулярной сетки 14 от основы 12.It should be understood that after analyzing a single molecule (nucleotide) with the charge sensor(s) 32, the flow cell 10'' may be exposed to a destructuring agent, such as the oxidizing agents discussed herein. In this example, the destructuring agent cleaves the bound nucleotide from the polymerase and also oxidizes the diimide of the porous molecular network 14, which leads to the cleavage of the porous molecular network 14 from the backbone 12.

Проточная ячейка 10'' может быть применена повторно после введения структурообразующего реагента (включающего пористую молекулярную сетку, заранее собранную в растворе), который образует новую пористую молекулярную сетку 14 на основе 12 вокруг датчиков 32 заряда, после чего в ячейку вводят образец, который включает нуклеотид (нуклеотиды), которые впоследствии встраиваются в следующую целевую нуклеиновую кислоту матричной полинуклеотидной цепочки. Обнаружение одной молекулы, удаление структуры и повторное создание структуры могут быть многократно повторены для анализа всей матричной полинуклеотидной цепочки.The flow cell 10'' can be reused after the introduction of a structurant (comprising a porous molecular network pre-assembled in solution) which forms a new porous molecular network 14 on the base 12 around the charge sensors 32, after which a sample is introduced into the cell, which includes a nucleotide (nucleotides), which are subsequently inserted into the next target nucleic acid of the template polynucleotide chain. The detection of a single molecule, the removal of the structure, and the re-creation of the structure can be repeated many times to analyze the entire template polynucleotide chain.

Рассмотренная проточная ячейка 10'' также может быть применена повторно в других операциях секвенирования с другой матричной полинуклеотидной цепочкой.The considered flow cell 10'' can also be reused in other sequencing operations with a different template polynucleotide chain.

Крышки для проточных ячеекCovers for flow cells

Примеры, показанные на Фиг. 2, Фиг. 3В и Фиг. 6, представляют собой примеры проточных ячеек 10, 10', 10'', на которых не закреплены крышки. Несмотря на то, что это не показано, проточные ячейки 10, 10', 10'' могут иметь крышки, закрепленные на по меньшей мере части основы 12. Крышка может быть расположена на основе 12 таким образом, что она определяет один проточный канал или совокупность жидкостно разделенных проточных каналов. Следует понимать, что в проточном канале (каналах) на поверхности присутствуют химические вещества 20, 20' (как одиночные, так и в виде массива).The examples shown in FIG. 2, Fig. 3B and FIG. 6 are examples of flow cells 10, 10', 10'' on which the lids are not attached. Although not shown, the flow cells 10, 10', 10'' may have lids attached to at least a portion of the base 12. The lid may be positioned on the base 12 such that it defines a single flow channel or collection fluidly separated flow channels. It should be understood that in the flow channel(s) the chemicals 20, 20' are present on the surface (either singly or as an array).

Крышки для проточных ячеек 10, 10' (которые применяют для оптического обнаружения) могут быть изготовлены из любого материала, который прозрачен для возбуждающего излучения, направляемого на находящееся на поверхности химическое вещество 20. Например, крышка может быть изготовлена из стекла (например, боросиликатного стекла, плавленого оксида кремния и т.д.), полимера или подобного материала. Коммерчески доступным примером подходящего боросиликатного стекла является стекло D 263®, поставляемое Schott North America, Inc. Коммерчески доступными примерами подходящих полимерных материалов, а именно, циклоолефиновых полимеров, являются продукты ZEONOR®, поставляемые Zeon Chemicals L.P. Крышки для проточных ячеек 10'' (которые применяют для электронного обнаружения) могут быть изготовлены из любого материала, включающего прозрачные материалы или любой другой требуемый материал. Крышка может быть закреплена с помощью любой подходящей методики, такой как лазерная сварка, диффузионная сварка, анодная сварка, пайка эвтектическим сплавом, плазмоактивируемое соединение, стеклокристаллический припой или другие способы, известные в данной области техники.Covers for flow cells 10, 10' (which are used for optical detection) can be made of any material that is transparent to excitation radiation directed at the surface chemical 20. For example, the cover can be made of glass (for example, borosilicate glass , fused silica, etc.), polymer or similar material. A commercially available example of a suitable borosilicate glass is D 263® glass available from Schott North America, Inc. Commercially available examples of suitable polymeric materials, namely cycloolefin polymers, are the ZEONOR® products supplied by Zeon Chemicals L.P. Covers for flow cells 10'' (which are used for electronic detection) can be made of any material, including transparent materials or any other material required. The lid may be attached using any suitable technique such as laser welding, diffusion welding, anode welding, eutectic alloy soldering, plasma activated bonding, glass solder, or other methods known in the art.

Система обнаруженияDetection system

Один из примеров системы 40 обнаружения, рассматриваемый в настоящей работе, показан на Фиг. 7. Эта система 40 включает проточную ячейку 10'' и представляет собой электронную систему 40 обнаружения. В этом примере в качестве проточной ячейки 10'' представлена съемная проточная ячейка 10'', но следует понимать, что проточная ячейка 10'' может быть на постоянной основе включена в систему 40 или может быть извлекаемой из системы 40. В примере извлекаемой ячейки съемная проточная ячейка 10'' может быть извлечена и заменена новой съемной проточной ячейкой 10'', например, для проведения других операций секвенирования. Система 40 обнаружения представляет собой один из примеров, и следует понимать, что могут быть применены другие конфигурации системы.One example of a detection system 40 discussed in this paper is shown in FIG. 7. This system 40 includes a flow cell 10'' and is an electronic detection system 40. In this example, the flow cell 10'' is a removable flow cell 10'', but it should be understood that the flow cell 10'' may be permanently included in the system 40 or may be removable from the system 40. In the example of a removable cell, the removable the flow cell 10'' can be removed and replaced with a new removable flow cell 10'', for example, for other sequencing operations. The detection system 40 is one example, and it should be understood that other system configurations may be applied.

Примером системы 40 обнаружения является электронная система обнаружения, которая включает корпус 42, который содержит различные фиксированные компоненты, включающие, например, электрические компоненты, компьютерные компоненты, источник питания, вентилятор (воздуходувку) и подобные компоненты. Система может включать экран 44, например, на передней поверхности корпуса 42, который может служить графическим интерфейсом для пользователя и может предоставлять различную информацию, такую как рабочее состояние, состояние текущей аналитической процедуры (например, цикла секвенирования), состояние передачи данных к или от устройства 40, инструкции по применению, предупреждения или подобную информацию. На передней поверхности корпуса 42 также расположен резервуар 46. Резервуар 46 может включать две секции, отделение, относящееся к обслуживанию проточной ячейки, и отделение, относящееся к резервуару для картриджа с реагентами. Съемная проточная ячейка 10'' может постоянно находиться в отделении резервуара 46 для обслуживания проточной ячейки, или съемная проточная ячейка 10'' может быть помещена в отделение резервуара 46 (и извлечена из нее). Если съемная проточная ячейка 10'' постоянно находится в отделении резервуара 46 для обслуживания проточной ячейки, то резервуар 46 может включать одно окно 50 для размещения картриджа с реагентами в отделении резервуара для картриджа с реагентами. Если в отделение резервуара 46 для обслуживания проточной ячейки помещают заменяемую проточную ячейку 10'', то резервуар 46 может включать два окна 48, 50, одно из которых предназначено для введения съемной проточной ячейки 10'', а другое предназначено для размещения картриджа с реагентами. Окно (окна) 48, 50 может иметь защитную дверцу (дверцы).An example of the detection system 40 is an electronic detection system that includes a housing 42 that contains various fixed components including, for example, electrical components, computer components, a power supply, a fan (blower), and the like. The system may include a screen 44, such as on the front surface of the housing 42, which may serve as a graphical user interface and may provide various information such as operating status, status of an ongoing analytical procedure (e.g., sequencing run), status of data transfer to or from the device. 40, instructions for use, warnings or similar information. Also located on the front surface of housing 42 is reservoir 46. Reservoir 46 may include two sections, a compartment related to maintenance of the flow cell, and a compartment related to the reservoir for the reagent cartridge. Removable flow cell 10'' may reside in reservoir compartment 46 to service the flow cell, or removable flow cell 10'' may be placed in (and removed from) reservoir compartment 46. If the removable flow cell 10'' resides in the flow cell service reservoir compartment 46, then the reservoir 46 may include one reagent cartridge accommodating port 50 in the reagent cartridge reservoir compartment. If a replaceable flow cell 10″ is placed in the compartment of the reservoir 46 for servicing the flow cell, then the reservoir 46 may include two ports 48, 50, one for receiving the removable flow cell 10″ and the other for receiving the reagent cartridge. The window(s) 48, 50 may have a protective door(s).

Система 40 обнаружения может включать индикатор 52 состояния, который в этом примере представляет собой индикаторную лампочку на раме резервуара 46. Индикатор 52 состояния может указывать наличие или отсутствие картриджа с реагентами и/или заменяемой проточной ячейки 10''.The detection system 40 may include a status indicator 52, which in this example is an indicator light on the frame of the reservoir 46. The status indicator 52 may indicate the presence or absence of a reagent cartridge and/or a replaceable flow cell 10''.

Как показано, проточная ячейка 10'' включает основу 12 и крышку 54. Как стационарная, так и заменяемая съемная проточная ячейка 10'' также может включать отверстия 56, 58 для впуска и выпуска текучих сред, которые позволяют доставлять объем реагентов к датчику (датчикам) 32 заряда (Фиг. 5А) съемной проточной ячейки 10''.As shown, the flow cell 10'' includes a base 12 and a lid 54. Both the fixed and replaceable removable flow cell 10'' may also include fluid inlets and outlets 56, 58 that allow a volume of reagents to be delivered to the sensor(s). ) 32 charges (FIG. 5A) of the 10'' removable flow cell.

Система 40 для секвенирования также может включать систему доставки реагентов для селективного введения реагента (реагентов) во впускное отверстие 56 для текучих сред съемной проточной ячейки 10'' с протеканием по датчикам 32 с последующим извлечением через выпускные отверстия 58 для текучих сред, имеющиеся в съемной проточной ячейке 10''. Система доставки реагентов может включать трубки или другие жидкостные системы, которые могут быть стационарно или съемным образом присоединены к отверстиям 56, 58. Система доставки реагентов также может включать трубки или другие жидкостные системы, которые могут быть соединены рабочим соединением с картриджем 60 с реагентами. Система доставки реагентов также может включать насос или другое подходящее оборудования для извлечения реагента (реагентов) из картриджа 60 с реагентами и его подачи во впускное отверстие 56 для текучих сред в соответствии с протоколами секвенирования и удаления структуры /создания структуры (например, согласно способу применения съемной проточной ячейки 10'', рассмотренному в настоящей работе).The sequencing system 40 may also include a reagent delivery system for selectively introducing reagent(s) into the fluid inlet 56 of the removable flow cell 10″ to flow over the sensors 32 and then withdraw through the fluid outlets 58 provided in the removable flow cell. cell 10''. The reagent delivery system may include tubing or other fluid systems that can be permanently or removably attached to openings 56, 58. The reagent delivery system may also include tubing or other fluid systems that can be operably connected to the reagent cartridge 60. The reagent delivery system may also include a pump or other suitable equipment to remove the reagent(s) from the reagent cartridge 60 and deliver it to the fluid inlet 56 in accordance with sequencing and structure removal/structure generation protocols (e.g., according to the method of using a removable flow cell 10'', considered in this work).

Различные реагенты могут быть поданы из картриджа 60 с реагентами в съемную проточную ячейку 10''. Картридж 60 с реагентами включает корпус, защищающий различные компоненты системы для работы с текучими средами, такие как резервуары, жидкостные соединения, насосы, клапаны и подобные компоненты. В одном из примеров картридж 60 с реагентами включает систему для хранения текучих сред, которая включает резервуар 62 для деструктурирующего реагента и деструктурирующий реагент (например, реагент-окислитель), содержащийся в резервуаре 62 для деструктурирующего реагента; резервуар для структурообразующего реагента, включающий два раздельных отделения 64, 66, где первый компонент структурообразующего реагента (например, меламин или его аналог) содержится в первом из двух раздельных отделений 64, и второй компонент структурообразующего реагента (например, PTCDI или его аналог) содержится во втором из двух раздельных отделений 66. Картридж 60 с реагентами также может включать отделение 68 для образца, которое может включать подотделения для матричной полинуклеотидной цепочки (которую подвергают секвенированию) и для образцов, включающих нуклеотиды (которые встраиваются в растущую цепочку, образующуюся вдоль матричной полинуклеотидной цепочки). Картридж 60 с реагентами может быть запрограммирован для высвобождения матричной полинуклеотидной цепочки и образца (образцов) во время секвенирования, для высвобождения деструктурирующего реагента с целью удаления закрепленного нуклеотида и пористой молекулярной сетки 14 и для высвобождения структурообразующих реагентов с целью образования новой пористой молекулярной сетки 14. Картридж 60 с реагентами также может включать смесительную камеру, в которую направляют структурообразующие реагенты для предварительной сборки перед их подачей на основу 12 съемной проточной ячейки 10''.Various reagents can be supplied from the reagent cartridge 60 to the removable flow cell 10″. The reagent cartridge 60 includes a housing that protects various components of the fluid handling system, such as reservoirs, fluid connections, pumps, valves, and the like. In one example, the reagent cartridge 60 includes a fluid storage system that includes a destructuring agent reservoir 62 and a destructuring agent (eg, an oxidizing agent) contained in the destructuring agent reservoir 62; a structurant reservoir including two separate compartments 64, 66, where the first structurant component (eg, melamine or equivalent) is contained in the first of two separate compartments 64 and the second structurant component (eg, PTCDI or equivalent) is contained in the second of two separate compartments 66. The reagent cartridge 60 may also include a sample compartment 68, which may include sub-compartments for a template polynucleotide strand (which is subjected to sequencing) and for samples including nucleotides (which are inserted into a growing chain that is formed along the template polynucleotide strand ). The reagent cartridge 60 can be programmed to release the template polynucleotide strand and sample(s) during sequencing, to release a destructuring agent to remove the anchored nucleotide and porous molecular network 14, and to release structurants to form a new porous molecular network 14. Cartridge The reagent 60 may also include a mixing chamber into which the structurant reagents are sent for pre-assembly prior to being fed to the base 12 of the detachable flow cell 10″.

Дополнительные замечанияAdditional Notes

Следует понимать, что все комбинации приведенных выше признаков и дополнительных признаков, более подробно рассмотренных ниже (при условии, что эти признаки не являются взаимоисключающими) составляют часть предмета изобретения, рассмотренного в настоящей работе. В частности, все комбинации раскрытых предметов изобретения, очевидные после прочтения предлагаемого описания, составляют часть предмета изобретения, рассмотренного в настоящей работе. Также следует понимать, что употребляемая в настоящем описании терминология, которая также может употребляться в любом документе, включенном в настоящее описание посредством ссылки, должна иметь значение, в наибольшей мере соответствующее конкретным признакам, рассмотренным в настоящей работе.It should be understood that all combinations of the above features and additional features discussed in more detail below (provided that these features are not mutually exclusive) form part of the subject matter of the invention discussed in this work. In particular, all combinations of the disclosed subjects of the invention, obvious after reading the proposed description, form part of the subject matter of the invention discussed in this work. It should also be understood that the terminology used in the present description, which can also be used in any document included in the present description by reference, should have the meaning that is most consistent with the specific features discussed in this work.

Упоминание в настоящем описании "одного примера", "другого примера", "примера" и т.д. означает, что конкретный элемент (например, элемент, структура и/или характеристика), раскрытый при описании этого примера, включен в по меньшей мере один пример, рассмотренный в настоящей работе, и может присутствовать или может отсутствовать в других примерах. Кроме того, следует понимать, что, если из контекста не ясно иное, то рассмотренные элементы любого примера могут быть скомбинированы в различных примерах любым подходящим образом.Reference in the present description to "one example", "another example", "example", etc. means that a specific element (eg, element, structure and/or characteristic) disclosed in the description of this example is included in at least one example discussed in this work, and may or may not be present in other examples. In addition, it should be understood that, unless otherwise clear from the context, the discussed elements of any example can be combined in various examples in any suitable way.

Термины "по существу" и "приблизительно", упоминаемые в настоящем описании, включая формулу изобретения, применены для описания и объяснения небольших отклонений, например, обусловленных вариациями при обработке. Например, эти отклонения могут составлять меньше или быть равными плюс/минус 5%, например, составлять меньше или быть равными плюс/минус 2%, например, составлять меньше или быть равными плюс/минус 1%, например, составлять меньше или быть равными плюс/минус 0,5%, например, составлять меньше или быть равными плюс/минус 0,2%, например, составлять меньше или быть равными плюс/минус 0,1%, например, составлять меньше или быть равными плюс/минус 0,05%.The terms "substantially" and "approximately" as used herein, including the claims, are used to describe and explain minor variations, such as those due to variations in processing. For example, these deviations may be less than or equal to plus/minus 5%, such as less than or equal to plus/minus 2%, such as less than or equal to plus/minus 1%, such as less than or equal to plus/minus 1%. /minus 0.5% e.g. less than or equal to plus/minus 0.2% e.g. less than or equal to plus/minus 0.1% e.g. less than or equal to plus/minus 0.05 %.

Кроме того, следует понимать, что приведенные в настоящем описании диапазоны включают указанные диапазоны и любые величины или поддиапазоны, находящиеся в пределах указанного диапазона, как если бы такие величины или поддиапазоны были ясно обозначены. Например, диапазон, составляющий от 1 до 50, включает не только явным образом упомянутые пределы от 1 до 50, но также включает индивидуальные величины, такие как приблизительно 15, 22,5, 45 и т.д., и поддиапазоны, такие как от приблизительно 20 до приблизительно 48 и т.д.In addition, it should be understood that the ranges given in the present description include the indicated ranges and any values or subranges that are within the specified range, as if such values or subranges were clearly indicated. For example, a range of 1 to 50 includes not only the explicitly mentioned ranges of 1 to 50, but also includes individual values such as about 15, 22.5, 45, etc., and subranges such as from about 20 to about 48, etc.

Несмотря на то, что некоторые примеры были описаны подробно, следует понимать, что рассмотренные примеры могут быть модифицированы. Таким образом, приведенное выше описание не является ограничивающим.Although some of the examples have been described in detail, it should be understood that the discussed examples can be modified. Thus, the above description is not limiting.

Claims (39)

1. Проточная ячейка, включающая:1. Flow cell, including: основу;basis; расположенную на основе селективно удаляемую самособранную пористую молекулярную сетку, определяющую паттерн открытых участков основы; иlocated on the basis of a selectively removable self-assembled porous molecular network that determines the pattern of open areas of the base; and наноструктуру, расположенную по меньшей мере на некоторых из открытых участков, и полимеразу, присоединенную к наноструктуре, и наноструктура представляет собой электропроводный канал, включающий материал, выбранный из группы, состоящей из проводника и полупроводника, и имеет геометрическую форму, выбранную из группы, состоящей из трубки, проволоки и полосы,a nanostructure located on at least some of the open areas, and a polymerase attached to the nanostructure, and the nanostructure is an electrically conductive channel, including a material selected from the group consisting of a conductor and a semiconductor, and has a geometric shape selected from the group consisting of tubes, wires and strips, где селективно удаляемая самособранная пористая молекулярная сетка представляет собой планарную надмолекулярную сетку из амина и диимида.where the selectively removable self-assembled porous molecular network is a planar supramolecular network of amine and diimide. 2. Проточная ячейка по п. 1, в которой амин представляет собой меламин или его аналог, и диимид представляет собой диимид перилентетракарбоновой кислоты или его аналог.2. The flow cell of claim 1 wherein the amine is melamine or an analogue thereof and the diimide is perylenetetracarboxylic acid diimide or an analogue thereof. 3. Проточная ячейка по п. 1, в которой одна полимераза присоединена к одной наноструктуре.3. The flow cell according to claim 1, in which one polymerase is attached to one nanostructure. 4. Проточная ячейка по п. 1, в которой наноструктура соединена электрическим соединением с двумя электродами.4. The flow cell according to claim 1, wherein the nanostructure is electrically connected to two electrodes. 5. Проточная ячейка по п. 1, дополнительно включающая соединительный элемент, присоединяющий полимеразу к наноструктуре.5. The flow cell according to claim 1, additionally including a connecting element that attaches the polymerase to the nanostructure. 6. Проточная ячейка по п. 1, в которой наноструктура выбрана из группы, состоящей из кремниевой нанопроволоки и углеродной нанотрубки.6. The flow cell according to claim 1, wherein the nanostructure is selected from the group consisting of a silicon nanowire and a carbon nanotube. 7. Система для секвенирования, включающая:7. System for sequencing, including: съемную проточную ячейку, включающую:removable flow cell including: основу;basis; расположенную на основе селективно удаляемую самособранную пористую молекулярную сетку, определяющую паттерн открытых участков основы, где селективно удаляемая самособранная пористая молекулярная сетка представляет собой планарную надмолекулярную сетку из амина и диимида;located on the basis of selectively removable self-assembled porous molecular network that determines the pattern of open areas of the base, where the selectively removable self-assembled porous molecular network is a planar supramolecular network of amine and diimide; наноструктуру, присоединенную к каждому из открытых участков основы, причем наноструктура представляет собой электропроводный канал, включающий материал, выбранный из группы, состоящей из проводника и полупроводника, и имеет геометрическую форму, выбранную из группы, состоящей из трубки, проволоки и полосы;a nanostructure attached to each of the open portions of the substrate, the nanostructure being an electrically conductive channel comprising a material selected from the group consisting of a conductor and a semiconductor and having a geometric shape selected from the group consisting of a tube, a wire and a strip; полимеразу, присоединенную к по меньшей мере некоторым из наноструктур; иa polymerase attached to at least some of the nanostructures; and отверстия для впуска и выпуска текучих сред;openings for inlet and outlet of fluids; резервуар для i) постоянного размещения съемной проточной ячейки или ii) для введения съемной проточной ячейки; иa reservoir for i) permanently accommodating a removable flow cell or ii) for inserting a removable flow cell; and жидкостную систему для селективной подачи в съемную проточную ячейку деструктурирующего реагента с целью удаления с основы селективно удаляемой самособранной пористой молекулярной сетки и селективной подачи в съемную проточную ячейку структурообразующего реагента с целью нанесения новой селективно удаляемой самособранной пористой молекулярной сетки на основу.a liquid system for selectively supplying a destructuring agent to the removable flow cell in order to remove a selectively removable self-assembled porous molecular network from the substrate and selectively supply a structure-forming reagent to the removable flow cell in order to apply a new selectively removable self-assembled porous molecular network to the substrate. 8. Система для секвенирования по п. 7, в которой жидкостная система включает резервуар для картриджа для размещения картриджа с реагентами, включающего по меньшей мере деструктурирующий реагент и структурообразующий реагент.8. The sequencing system of claim 7, wherein the fluidic system includes a cartridge reservoir for housing a reagent cartridge including at least a disruptive reagent and a structurant reagent. 9. Система для секвенирования по п. 8, дополнительно включающая картридж с реагентами, где картридж с реагентами включает:9. The sequencing system of claim 8, further comprising a reagent cartridge, wherein the reagent cartridge includes: систему для хранения текучих сред, включающую:a fluid storage system comprising: резервуар для деструктурирующего реагента;reservoir for destructuring reagent; деструктурирующий реагент, содержащийся в резервуаре для деструктурирующего реагента;a destructuring agent contained in the destructuring agent reservoir; резервуар для структурообразующего реагента, включающий два раздельных отделения;a structurant reservoir comprising two separate compartments; первый компонент структурообразующего реагента, содержащийся в первом из двух раздельных отделений; иthe first component of the structurant reagent contained in the first of two separate compartments; and второй компонент структурообразующего реагента, содержащийся во втором из двух раздельных отделений.the second component of the structurant contained in the second of two separate compartments. 10. Система для секвенирования по п. 9, в которой:10. A sequencing system according to claim 9, wherein: деструктурирующий реагент включает реагент-окислитель;the destructuring agent includes an oxidizing agent; первый компонент структурообразующего реагента представляет собой диимид перилентетракарбоновой кислоты или его аналог; иthe first component of the structure-forming reagent is perylenetetracarboxylic acid diimide or an analogue thereof; and второй компонент структурообразующего реагента представляет собой меламин или его аналог.the second component of the structure-forming reagent is melamine or its equivalent. 11. Система для секвенирования по п. 10, в которой реагент-окислитель выбран из группы, состоящей из перманганатов, перборатов, галогенов, перхлоратов и пероксидов.11. The sequencing system of claim 10 wherein the oxidizing agent is selected from the group consisting of permanganates, perborates, halogens, perchlorates, and peroxides. 12. Способ получения проточной ячейки по п. 1, включающий:12. A method for obtaining a flow cell according to claim 1, including: образование закрытой трафаретом основы посредством нанесения самособирающейся пористой молекулярной сетки на поверхность основы, на которой расположены наноструктуры, где самособирающаяся пористая молекулярная сетка представляет собой планарную надмолекулярную сетку из амина и диимида, и где самособирающаяся пористая молекулярная сетка самособирается, образуя паттерн открытых участков основы, так что по меньшей мере часть каждой наноструктуры остается открытой; иformation of a stencilled backing by applying a self-assembling porous molecular network to the surface of the support on which the nanostructures are located, where the self-assembling porous molecular network is a planar supramolecular network of amine and diimide, and where the self-assembled porous molecular network self-assembles to form a pattern of open areas of the support, so that at least a portion of each nanostructure remains open; and воздействие на закрытую трафаретом основу раствором полимеразы, инертной по отношению к самособранной пористой молекулярной сетке, что приводит к селективному присоединению соответствующей полимеразы к по меньшей мере некоторым из открытых частей наноструктур.exposing the screened backing to a polymerase solution that is inert to the self-assembled porous molecular network, resulting in the selective attachment of the appropriate polymerase to at least some of the exposed parts of the nanostructures. 13. Способ по п. 12, в котором нанесение самособирающейся пористой молекулярной сетки включает:13. The method according to p. 12, in which the application of a self-assembled porous molecular network includes: нагревание насыщенной смеси диимида перилентетракарбоновой кислоты или его аналога и меламина или его аналога;heating a saturated mixture of perylenetetracarboxylic acid diimide or an analogue thereof and melamine or an analogue thereof; осаждение насыщенной смеси на основу, к которой была присоединена нанопроволока; иdepositing the saturated mixture on the substrate to which the nanowire was attached; and охлаждение осажденной насыщенной смеси.cooling the precipitated saturated mixture.
RU2020141764A 2018-08-06 2019-07-25 Flow cells RU2785680C2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US62/715,177 2018-08-06

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2020141764A RU2020141764A (en) 2022-09-09
RU2785680C2 true RU2785680C2 (en) 2022-12-12

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100015805A1 (en) * 2003-10-20 2010-01-21 Novellus Systems, Inc. Wet Etching Methods for Copper Removal and Planarization in Semiconductor Processing
US20110183123A1 (en) * 2008-07-10 2011-07-28 University Court of the University of St. Andrews College Gate Modified Surfaces
US20150240300A1 (en) * 2012-07-18 2015-08-27 Dna Electronics Ltd. Sensing apparatus and method
RU2574249C2 (en) * 2013-09-09 2016-02-10 Общество с ограниченной ответственностью "Прозрачные электроды" Network micro- and nanostructure, in particular for optically transparent conductive coatings, and method for obtaining thereof
WO2017201198A1 (en) * 2016-05-18 2017-11-23 Illumina, Inc. Self assembled patterning using patterned hydrophobic surfaces
US20180155773A1 (en) * 2015-05-12 2018-06-07 Illumina, Inc. Field-effect apparatus and methods for sequencing nucleic acids

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100015805A1 (en) * 2003-10-20 2010-01-21 Novellus Systems, Inc. Wet Etching Methods for Copper Removal and Planarization in Semiconductor Processing
US20110183123A1 (en) * 2008-07-10 2011-07-28 University Court of the University of St. Andrews College Gate Modified Surfaces
US20150240300A1 (en) * 2012-07-18 2015-08-27 Dna Electronics Ltd. Sensing apparatus and method
RU2574249C2 (en) * 2013-09-09 2016-02-10 Общество с ограниченной ответственностью "Прозрачные электроды" Network micro- and nanostructure, in particular for optically transparent conductive coatings, and method for obtaining thereof
US20180155773A1 (en) * 2015-05-12 2018-06-07 Illumina, Inc. Field-effect apparatus and methods for sequencing nucleic acids
WO2017201198A1 (en) * 2016-05-18 2017-11-23 Illumina, Inc. Self assembled patterning using patterned hydrophobic surfaces

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11733147B2 (en) Flow cells
JP6744944B2 (en) Catalyst-free surface functionalization and polymer grafting
RU2751517C2 (en) Flow-through cells with hydrogel coating
CN107075579B (en) Biochemically activated electronic devices
US20250027152A1 (en) Selective surface patterning via nanoimprinting
JP2020507914A (en) Flow cell package and method of manufacturing the same
JP2002542461A (en) Use of microfluidic systems in electrochemical detection of target analytes
CN111321054A (en) Flow cell and sequencing kit
JP2019523640A (en) Self-organized patterning using patterned hydrophobic surfaces
CN110382104A (en) Array including sequencing primer and non-sequencing entity
JP2024518699A (en) Flow Cell
WO2016105725A1 (en) Single molecule detection
RU2785680C2 (en) Flow cells
JP7126501B2 (en) Array with quality control tracer
WO2016105708A1 (en) Self-aligned nanogap fabrication
HK40048540A (en) Flow cells
CN115867677A (en) Incorporation and imaging mixtures
CN117677435A (en) Surface functionalization of non-aqueous gels for sequencing
HK40003935A (en) Self assembled patterning using patterned hydrophobic surfaces