(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサアレイを処理する方法であって、該センサアレイが複数のセンサを含み、該複数のセンサのうちの１つのセンサが、該センサアレイの表面に曝露されているセンサパッドを有し、該センサがISFETセンサであり、該方法が、
少なくとも前記センサパッドを酸及び有機溶媒を含む洗浄溶液に曝露する工程であって、該酸がスルホン酸を含む、工程と、
該センサパッドから該洗浄溶液をすすぎ落とす工程と、
を含む方法。
【請求項２】
前記スルホン酸が、アルキルスルホン酸、アルキルアリールスルホン酸、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記アルキルアリールスルホン酸が、１〜２０個の炭素を有するアルキル基を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記アルキル基が、９〜１８個の炭素を有する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記アルキル基が、１０〜１４個の炭素を有する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記アルキル基が、１〜６個の炭素を有する、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
センサアレイを処理する方法であって、該センサアレイが複数のセンサを含み、該複数のセンサのうちの１つのセンサがセンサパッドを含み、該センサがISFETセンサであり、ウェル構造が該センサアレイに対応するウェルアレイを画定し、該ウェルアレイのウェルが該センサパッドを曝露し、キャップが該センサアレイ及び該ウェル構造にわたって取り付けられかつ流体ポートを含み、空間が該キャップと該ウェル構造との間に画定され、該方法が、
酸及び有機溶媒を含む洗浄溶液を、前記流体ポートを通して前記空間内に適用し、３０秒〜３０分の第１の期間待機する工程であって、該酸がスルホン酸を含む、工程と、
塩基性溶液を、前記流体ポートを通して前記空間内に適用し、２０秒〜１５分の第２の期間待機する工程と、
すすぎ溶液を、前記流体ポートを通して適用する工程と、
を含む方法。
【請求項８】
前記洗浄溶液を適用する工程、前記塩基性溶液を適用する工程、及び前記すすぎ溶液を適用する工程を繰り返すことを更に含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
センサアレイを処理する方法であって、該センサアレイが複数のセンサを含み、該複数のセンサのうちの１つのセンサがセンサパッドを含み、該センサがISFETセンサであり、ウェル構造が該センサアレイに対応するウェルアレイを画定し、該ウェルアレイのウェルが該センサパッドを曝露しており、該方法が、
酸及び有機溶媒を含む洗浄溶液を少なくとも前記センサパッドに適用し、３０秒〜３０分の第１の期間待機する工程であって、該酸がスルホン酸を含む、工程と、
少なくとも前記センサパッドを低沸点有機溶媒ですすぐ工程と、
前記センサアレイを乾燥させる工程と、
を含む方法。
【請求項１０】
前記低沸点有機溶媒ですすいだ後であり、かつ乾燥させる前に、水ですすぐ工程を更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
キャップを前記センサアレイ及び前記ウェルアレイにわたって取り付ける工程を更に含み、該キャップが流体ポートを含み、空間が、前記流体ポートと流体連通している状態で該キャップと該ウェルアレイとの間に画定されている、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記スルホン酸が、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、プロパンスルホン酸、ブタンスルホン酸、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記スルホン酸が、ドデシルベンゼンスルホン酸を含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記スルホン酸が、パラトルエンスルホン酸を含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記洗浄溶液が、１０ｍＭ〜５００ｍＭの前記酸を含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記洗浄溶液が、５０ｍＭ〜２５０ｍＭの前記酸を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記洗浄溶液が、０．５重量％〜２５重量％の前記酸を含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記洗浄溶液が、１重量％〜１０重量％の前記酸を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記洗浄溶液が、２．５重量％〜５重量％の前記酸を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記有機溶媒が、非極性である、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記有機溶媒が、３６℃〜３４５℃の範囲の標準沸点を有する、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記標準沸点が、６５℃〜２７５℃の範囲にある、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記標準沸点が、６５℃〜１５０℃の範囲にある、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記標準沸点が、１５０℃〜２２０℃の範囲にある、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記有機溶媒が、６〜２４個の炭素を有するアルカンである、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記アルカンが、６〜１４個の炭素を有する、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記アルカンが、６〜９個の炭素を有する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記アルカンが、１０〜１４個の炭素を有する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記有機溶媒が、極性非プロトン性溶媒である、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３０】
前記極性非プロトン性溶媒が、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、アセトン、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドン、またはそれらの組み合わせを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記センサパッドを前記洗浄溶液に曝露しながら、前記センサパッド及び前記洗浄溶液を加熱する工程を更に含む、請求項１〜３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
加熱する工程が、３５℃〜７０℃の範囲の温度で加熱することを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記温度が、４０℃〜５５℃の範囲にある、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
曝露する工程が、３０秒〜３０分の範囲の期間曝露することを含む、請求項１〜３３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３５】
前記期間が、３０秒〜１０分の範囲にある、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記期間が、３０秒〜５分の範囲にある、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記期間が、１分〜３分の範囲にある、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
少なくとも前記センサパッドを塩基性溶液に曝露する工程を更に含む、１〜３７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３９】
前記塩基性溶液が、０．００５Ｍ〜１．５Ｍの水酸化ナトリウムを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
前記塩基性溶液が、０．０１Ｍ〜１．０Ｍの水酸化ナトリウムを含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記塩基性溶液が、０．０１Ｍ〜０．５Ｍの水酸化ナトリウムを含む、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
少なくとも前記センサパッドを前記塩基性溶液に曝露する工程が、前記センサパッドを前記洗浄溶液に曝露した後に起こる、請求項３８に記載の方法。
【請求項４３】
少なくとも前記センサパッドを前記洗浄溶液に曝露する工程及び少なくとも前記センサパッドを前記塩基性溶液に曝露する工程を繰り返すことを更に含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４４】
すすぎ落とす工程が、水及び前記有機溶媒と混和可能なすすぎ有機溶媒ですすぐことを含む、請求項１〜４３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４５】
すすぎ落とす工程が、２５℃〜１００℃の範囲の標準沸点を有する低沸点有機溶媒ですすぐことを含む、請求項１〜４４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４６】
前記低沸点有機溶媒が、５０℃〜１００℃の範囲の標準沸点を有する、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記低沸点有機溶媒が、アルコールを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４８】
前記アルコールが、エタノールまたはイソプロパノールを含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
すすぎ落とす工程が、水ですすぐことを含む、請求項１〜４８のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願（複数可）の相互参照
本出願は、２０１３年３月２９日出願の米国仮特許出願第６１／８０６，６０３号の利益を主張するものであり、当該出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本出願は、２０１３年４月３０日出願の米国仮特許出願第６１／８１７，８０５号の利益を主張するものであり、当該出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００３】
本開示は、概して、センサアレイを処理するための方法、かかる方法によって形成されるセンサアレイ、及びかかる方法で使用するための溶液に関する。
【背景技術】
【０００４】
半導体基板に形成されるセンサのアレイは、分析化学及び分子生物学等の分野でますます使用されている。例えば、分析物がセンサアレイのセンサパッド上またはセンサパッドの近くで捕捉された場合、その分析物に関連する反応の分析物または副生成物が、検出及び使用されて、その分析物に関する情報を解明することができる。具体的には、かかるセンサアレイは、遺伝子配列または定量増幅等の遺伝子分析における使用が見出されている。
【０００５】
製造中、種々の半導体加工技術は、センサアレイの表面及びセンサアレイの周辺のウェル構造の表面の性質を変化させ得る。かかる加工は、表面上に残留物も残し得る。変化した表面化学的性質及び残留物は、センサに近接した分析物の捕捉を阻止または制限し得る。したがって、かかるセンサアレイの有効性が低下し、かかるセンサアレイから得られる信号は、誤ったデータを含み得るか、またはデータを含まない場合がある。
【発明の概要】
【０００６】
一態様では、センサアレイと、任意に、そのセンサアレイに対応するウェルアレイ、またはそのセンサアレイに取り付けられたキャップと、を含むセンサ装置は、洗浄溶液で処理することができる。洗浄溶液は、有機溶媒及び酸、例えばスルホン酸等、例えばアルキルベンゼンスルホン酸を含むことができる。このセンサ装置は、ＮａＯＨ溶液等の塩基性溶液で更に処理することができるか、または低沸点有機溶媒もしくは水ですすぐことができる。任意に、このセンサ装置は、乾燥させることができる。
以下に、本発明の基本的な諸特徴および種々の態様を列挙する。
［１］
センサアレイが複数のセンサを含み、該複数のセンサのうちの１つのセンサが、該センサアレイの表面に曝露されているセンサパッドを有している、以下を含む該センサアレイを処理する方法：
少なくとも前記センサパッドを酸及び有機溶媒を含む洗浄溶液に曝露することと、
該センサパッドから該洗浄溶液をすすぎ落とすこと。
［２］
前記酸がスルホン酸を含む、［１］に記載の方法。
［３］
前記スルホン酸が、アルキルスルホン酸、アルキルアリールスルホン酸、またはそれらの組み合わせを含む、［２］に記載の方法。
［４］
前記アルキルアリールスルホン酸が、１〜２０個の炭素を有するアルキル基を含む、［３］に記載の方法。
［５］
前記アルキル基が、９〜１８個の炭素を有する、［４］に記載の方法。
［６］
前記アルキル基が、１０〜１４個の炭素を有する、［５］に記載の方法。
［７］
前記アルキル基が、１〜６個の炭素を有する、［４］に記載の方法。
［８］
前記スルホン酸が、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、プロパンスルホン酸、ブタンスルホン酸、またはそれらの組み合わせを含む、［２］〜［７］及び［４５］〜［４９］のいずれか一項に記載の方法。
［９］
前記スルホン酸が、ドデシルベンゼンスルホン酸を含む、［２］〜［７］及び［４５］〜［４９］のいずれか一項に記載の方法。
［１０］
前記スルホン酸が、パラトルエンスルホン酸を含む、［２］〜［７］及び［４５］〜［４９］のいずれか一項に記載の方法。
［１１］
前記洗浄溶液が、１０ｍＭ〜５００ｍＭの前記酸を含む、［１］〜［１０］及び［４５］〜［４９］のいずれか一項に記載の方法。
［１２］
前記洗浄溶液が、５０ｍＭ〜２５０ｍＭの前記酸を含む、［１１］に記載の方法。
［１３］
前記洗浄溶液が、０．５重量％〜２５重量％の前記酸を含む、［１］〜［１０］及び［４５］〜［４９］のいずれか一項に記載の方法。
［１４］
前記洗浄溶液が、１重量％〜１０重量％の前記酸を含む、［１３］に記載の方法。
［１５］
前記洗浄溶液が、２．５重量％〜５重量％の前記酸を含む、［１４］に記載の方法。
［１６］
前記有機溶媒が、非極性である、［１］〜［１５］及び［４５］〜［４９］のいずれか一項に記載の方法。
［１７］
前記有機溶媒が、３６℃〜３４５℃の範囲の標準沸点を有する、［１］〜［１６］及び［４５］〜［４９］のいずれか一項に記載の方法。
［１８］
前記標準沸点が、６５℃〜２７５℃の範囲にある、［１７］に記載の方法。
［１９］
前記標準沸点が、６５℃〜１５０℃の範囲にある、［１８］に記載の方法。
［２０］
前記標準沸点が、１５０℃〜２２０℃の範囲にある、［１８］に記載の方法。
［２１］
前記有機溶媒が、６〜２４個の炭素を有するアルカンである、［１］〜［２０］及び［４５］〜［４９］のいずれか一項に記載の方法。
［２２］
前記アルカンが、６〜１４個の炭素を有する、［２１］に記載の方法。
［２３］
前記アルカンが、６〜９個の炭素を有する、［２２］に記載の方法。
［２４］
前記アルカンが、１０〜１４個の炭素を有する、［２２］に記載の方法。
［２５］
前記有機溶媒が、極性非プロトン性溶媒である、［１］〜［１５］及び［４５］〜［４９］のいずれか一項に記載の方法。
［２６］
前記極性非プロトン性溶媒が、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、アセトン、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドン、またはそれらの組み合わせを含む、［２５］に記載の方法。
［２７］
前記センサパッドを前記洗浄溶液に曝露しながら、前記センサパッド及び前記洗浄溶液を加熱することを更に含む、［１］〜［２６］及び［４５］〜［４９］のいずれか一項に記載の方法。
［２８］
加熱することが、３５℃〜７０℃の範囲の温度で加熱することを含む、［２７］に記載の方法。
［２９］
前記温度が、４０℃〜５５℃の範囲にある、［２８］に記載の方法。
［３０］
曝露することが、３０秒〜３０分の範囲の期間曝露することを含む、［１］〜［２９］及び［４５］〜［４９］のいずれか一項に記載の方法。
［３１］
前記期間が、３０秒〜１０分の範囲にある、［３０］に記載の方法。
［３２］
前記期間が、３０秒〜５分の範囲にある、［３１］に記載の方法。
［３３］
前記期間が、１分〜３分の範囲にある、［３２］に記載の方法。
［３４］
少なくとも前記センサパッドを塩基性溶液に曝露することを更に含む、［１］〜［３３］及び［４５］〜［４９］のいずれか一項に記載の方法。
［３５］
前記塩基性溶液が、０．００５Ｍ〜１．５Ｍの水酸化ナトリウムを含む、［３４］に記載の方法。
［３６］
前記塩基性溶液が、０．０１Ｍ〜１．０Ｍの水酸化ナトリウムを含む、［３５］に記載の方法。
［３７］
前記塩基性溶液が、０．０１Ｍ〜０．５Ｍの水酸化ナトリウムを含む、［３６］に記載の方法。
［３８］
少なくとも前記センサパッドを前記塩基性溶液に曝露することが、前記センサパッドを前記洗浄溶液に曝露した後に起こる、［３４］に記載の方法。
［３９］
少なくとも前記センサパッドを前記洗浄溶液に曝露すること及び少なくとも前記センサパッドを前記塩基性溶液に曝露することを繰り返すことを更に含む、［３４］に記載の方法。
［４０］
すすぎ落とすことが、水及び前記有機溶媒と混和可能なすすぎ有機溶媒ですすぐことを含む、［１］〜［３９］及び［４５］〜［４９］のいずれか一項に記載の方法。
［４１］
すすぎ落とすことが、２５℃〜１００℃の範囲の標準沸点を有する低沸点有機溶媒ですすぐことを含む、［１］〜［４０］及び［４６］〜［５０］のいずれか一項に記載の方法。
［４２］
前記低沸点有機溶媒が、５０℃〜１００℃の範囲の標準沸点を有する、［４１］に記載の方法。
［４３］
前記低沸点有機溶媒が、アルコールを含む、［４１］に記載の方法。
［４４］
前記アルコールが、エタノールまたはイソプロパノールを含む、［４３］に記載の方法。
［４５］
すすぎ落とすことが、水ですすぐことを含む、［１］〜［４４］及び［４６］〜［５０］のいずれか一項に記載の方法。
［４６］
センサアレイが複数のセンサを含み、該複数のセンサのうちの１つのセンサがセンサパッドを含み、ウェル構造が該センサアレイに対応するウェルアレイを画定し、該ウェルアレイのウェルが該センサパッドを曝露し、キャップが該センサアレイ及び該ウェル構造にわたって取り付けられかつ流体ポートを含み、空間が該キャップと該ウェル構造との間に画定される、以下を含む該センサアレイを処理する方法：
酸及び有機溶媒を含む洗浄溶液を、前記流体ポートを通して前記空間内に適用し、３０秒〜３０分の第１の期間待機することと、
塩基性溶液を、前記流体ポートを通して前記空間内に適用し、２０秒〜１５分の第２の期間待機することと、
すすぎ溶液を、前記流体ポートを通して適用すること。
［４７］
前記洗浄溶液を適用すること、前記塩基性溶液を適用すること、及び前記すすぎ溶液を適用することを繰り返すことを更に含む、［４６］に記載の方法。
［４８］
センサアレイが複数のセンサを含み、該複数のセンサのうちの１つのセンサがセンサパッドを含み、ウェル構造が該センサアレイに対応するウェルアレイを画定し、該ウェルアレイのウェルが該センサパッドを曝露している、以下を含むセンサアレイを処理する方法：
酸及び有機溶媒を含む洗浄溶液を少なくとも前記センサパッドに適用し、３０秒〜３０分の第１の期間待機することと、
少なくとも前記センサパッドを低沸点有機溶媒ですすぐことと、
前記センサアレイを乾燥させること。
［４９］
前記低沸点有機溶媒ですすいだ後であり、かつ乾燥させる前に、水ですすぐことを更に含む、［４８］に記載の方法。
［５０］
キャップを前記センサアレイ及び前記ウェルアレイにわたって取り付けることを更に含み、該キャップが流体ポートを含み、空間が、前記流体ポートと流体連通している状態で該キャップと該ウェルアレイとの間に画定されている、［４８］に記載の方法。
［５１］
［１］〜［４２］のいずれか一項に記載の方法によって処理される、センサ装置。
［５２］
２．５重量％〜５重量％のドデシルベンゼンスルホン酸及び６〜１８個の炭素を有する非極性直鎖アルカンを含む、溶液。
［５３］
少なくとも１つのヌクレオチド型を含むヌクレオチド溶液と、
ポリマー粒子と、
０．５重量％〜２０重量％のスルホン酸及び６５℃〜２７５℃の範囲の標準沸点を有する有機溶媒を含む洗浄溶液と
を含む、キット。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
添付の図面を参照することによって、本開示をよりよく理解することができ、その多くの特徴及び利点が当業者に明らかになる。
【０００８】
【図１】例示的な測定システムの図を含む。
【図２】例示的な測定構成要素の図を含む。
【図３】測定構成要素の例示的なアレイの図を含む。
【図４】例示的なウェル配置の図を含む。
【図５】例示的なウェル及びセンサ配置の図を含む。
【図６】例示的なセンサ装置の図を含む。
【図７】例示的なセンサ装置の図を含む。
【図８】例示的な方法を示すフロー図を含む。
【図９】例示的な方法を示すフロー図を含む。
【図１０】例示的な方法を示すフロー図を含む。
【図１１】配列決定装置を準備するための例示的な方法の図を含む。
【０００９】
異なる図面内で同じ参照記号を使用することによって、同様または同一の品目を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
例示的な一実施形態では、センサアレイを処理する方法は、洗浄溶液をセンサアレイに適用することと、センサアレイから洗浄溶液をすすぎ落とすこととを含む。具体的には、洗浄溶液は、スルホン酸等の有機溶媒及び酸を含む。スルホン酸は、アルキルまたはアルキルアリールスルホン酸を含み得る。一実施例では、アルキルまたはアルキルアリールスルホン酸は、９〜１８個の炭素を有するアルキル基を有し得る。例えば、スルホン酸は、スルホンドデシルベンゼンを含み得る。有機溶媒は、非極性溶媒または非プロトン性極性溶媒であり得る。一実施例では、有機溶媒は、６５℃〜２７５℃の範囲の標準沸点を有し得る。一実施例では、有機溶媒は、ヘプタンを含む。別の実施例では、有機溶媒は、ウンデカンを含む。更なる実施例では、有機溶媒は、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、またはそれらの組み合わせを含む。洗浄溶液での処理の後に、センサアレイは、すすぎ溶液ですすぐことができる。一実施例では、すすぎ溶液は、例えば、エタノールまたはイソプロパノールであるアルコール等の低沸点有機溶媒を含む。別の実施例では、すすぎ溶液は、水を含み得る。本方法は、洗浄溶液の適用の後に、かつすすぎ前に、塩基性溶液または弱酸溶液を適用することを更に含み得る。塩基性溶液は、少なくとも８等の少なくとも７のｐＨを有し得、水酸化ナトリウム等の強塩基を含み得る。一実施例では、洗浄溶液及び塩基性溶液は、２回以上、３回以上、または更に４回以上等、繰り返して適用されてもよいが、一般的には、１０回以下である。
【００１１】
特定の実施形態では、洗浄溶液は、少なくとも１つのセンサアレイのセンサパッドに適用される。センサアレイは、複数のセンサを含み得る。センサアレイのセンサは、センサパッドを含み得る。任意に、ウェル構造は、センサアレイにわたって画定することができ、センサアレイのセンサパッドに対応する複数のウェルを含むことができる。ウェルアレイのウェルは、センサのセンサパッドを曝露することができる。任意に、少なくとも１つの流体ポートを含むキャップは、センサアレイ及びウェル構造にわたって配置または取り付けられ得る。流体用の空間は、キャップとウェル構造またはセンサアレイとの間に画定するこができ、かつキャップの流体ポートと流体連通することができる。洗浄溶液は、流体ポートを通ってキャップとウェル構造との間の空間中に適用され得る。任意に、塩基性溶液は、洗浄溶液の適用の後に、流体ポートを通ってキャップとウェル構造との間の空間中に適用され得る。塩基性溶液の後の洗浄溶液の適用は、少なくとも２回または更に３回等、繰り返されてもよい。すすぎ溶液は、例えば、アルコールまたは水を含む流体ポートを通って適用され得る。任意に、システムは、乾燥させることができる。
【００１２】
別の例示的な実施形態では、センサアレイは、複数のセンサを含む。複数のセンサのうちの１つのセンサは、センサパッドを含む。ウェル構造は、センサアレイにわたって配置され、センサアレイに動作可能に対応するウェルアレイを含む。ウェルアレイのウェルは、センサのセンサパッドを曝露する。スルホン酸等の酸及び有機溶媒を含む洗浄溶液は、３０秒〜３０分の期間センサアレイに適用される。センサアレイは、すすぎ溶液ですすいでもよい。一実施例では、すすぎ溶液は、アルコール等の低沸点有機溶媒を含み得る。センサアレイは、低沸点有機溶媒で１回以上すすいでもよい。別の実施例ではまたは加えて、センサアレイは、脱イオン水等の水ですすいでもよい。センサアレイは、乾燥させることができ、キャップは、ウェル構造及びセンサアレイにわたって取り付けられ得る。キャップは、少なくとも１つの流体ポートを含み得る。空間は、キャップとセンサアレイまたはウェル構造との間に画定され、かつ流体ポートと流体連通している。
【００１３】
特定の実施形態では、センサシステムは、センサアレイが設置されているフローセルを含み、センサアレイと電子通信している通信回路を含み、フローセルと流体連通している容器及び流体制御を含む。一実施例では、図１は、フローセル１００の拡大及び断面図を示し、フローチャンバ１０６の一部を示す。試薬流１０８は、ウェルアレイ１０２の表面上を流れ、そこで、試薬流１０８は、ウェルアレイ１０２のウェルの開放端上を流れる。ウェルアレイ１０２及びセンサアレイ１０５は、一緒に、フローセル１００の低壁（または床）を形成する集積ユニットを形成することができる。参照電極１０４は、フローチャンバ１０６に流体的に連結することができる。更には、フローセルカバー１３０は、フローチャンバ１０６を封止して、試薬流フロー１０８を限定された領域内に収容する。
【００１４】
図２は、図１の１１０に示されるように、ウェル２０１及びセンサ２１４の拡大図を示す。ウェルの体積、形状、アスペクト比（底幅対ウェル深さ比等）、及び他の寸法特徴は、起こる反応の性質、ならびに試薬、副生成物、または（もしあれば）利用される標識技法に基づいて選択され得る。センサ２１４は化学電界効果トランジスタ（ＣｈｅｍＦＥＴ）、より詳細には、フローティングゲート２１８が、材料層２１６によってウェル内部から任意に分離されたセンサプレート２２０を有する、イオン感応ＦＥＴ（ＩＳＦＥＴ）であってもよい。加えて、導電層（図示せず）は、センサプレート２２０上に配置することができる。一実施例では、材料層２１６はイオン感応材料層を含む。材料層２１６は、例えば、ジルコニウムの酸化物、ハフニウム、タンタル、アルミニウム、または、チタン、特に、チタンの窒化物等のセラミック層であってもよい。一実施例では、材料層２１６は、５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲、例えば、１０ｎｍ〜７０ｎｍの範囲、１５ｎｍ〜６５ｎｍの範囲、または、更に２０ｎｍ〜５０ｎｍの範囲の厚さを有することができる。一緒に、センサプレート２２０及び材料層２１６は、センサパッドを形成する。
【００１５】
材料層２１６は、図示のＦＥＴ構成要素の限度を超えて延在するものとして示されるが、材料層２１６は、ウェル２０１の底部に沿って、及び任意に、ウェル２０１の壁に沿って延在することができる。センサ２１４は、センサプレート２２０に対向する材料層２１６上に存在する電荷２２４の量に対応することができる（電荷２２４の量に対して出力信号を生成することができる）。電荷２２４の変化によって、ｃｈｅｍＦＥＴの電源２２１とドレイン２２２との間の電流が変化し得る。次に、ｃｈｅｍＦＥＴを直接使用して、電流ベースの出力信号を提供することができる、または追加の回路とともに間接的に使用して、電圧ベースの出力信号を提供することができる。反応物、洗浄溶液、及び他の試薬は、拡散機構２４０によって、ウェル内へまたはウェルから外へ移動することができる。
【００１６】
一実施形態では、ウェル２０１内で実行された反応は分析反応であり得、対象の分析物の特徴または特性を識別または決定する。かかる反応は、副生成物を直接または間接的に生成させることができ、その副生成物はセンサプレート２２０に隣接する電荷の量に影響を与える。かかる副生成物が、少量生成される、または急速に劣化する、もしくは他の構成物質と反応する場合、同じ分析物の複数の複製は、生成される出力信号を増大させるために、ウェル２０１で同時に分析することができる。一実施形態では、分析物の複数の複製は、ウェル２０１内へ堆積する前または堆積した後のいずれかに、固相支持体２１２に取り付けることができる。一実施例では、固相支持体２１２は、ポリマー粒子または無機粒子等の粒子であり得る。別の実施例では、固相支持体２１２は、ポリマーマトリックス、例えば、親水性ポリマーマトリックス等、例えば、ヒドロゲルマトリックス等であってもよい。
【００１７】
ウェル２０１は、壁構造によって定義することができ、この壁構造を材料の１つ以上の層から形成することができる。一実施例では、壁構造は、ウェルの下面から上面に延在する０．０１マイクロメートル〜１０マイクロメートルの範囲、例えば、０．０５マイクロメートル〜１０マイクロメートルの範囲、０．１マイクロメートル〜１０マイクロメートルの範囲、０．３マイクロメートル〜１０マイクロメートルの範囲、または０．５マイクロメートル〜６マイクロメートルの範囲等の厚さを有することができる。具体的には、厚さは、０．０１マイクロメートル〜１マイクロメートルの範囲、例えば、０．０５マイクロメートル〜０．５マイクロメートルの範囲、または０．０５マイクロメートル〜０．３マイクロメートルの範囲であってもよい。ウェル２０１は、特徴的な直径を有することができ、その直径は、断面積（Ａ）をＰｉ（例えば、ｓｑｒｔ（４＊Ａ／π）で除算した数の４倍の平方根として定義され、５マイクロメートル以下、例えば、３．５マイクロメートル以下、２．０マイクロメートル以下、１．６マイクロメートル以下、１．０マイクロメートル以下、０．８マイクロメートル以下、または更に、０．６マイクロメートル以下のものであってもよい。一実施例では、ウェル２０１は、少なくとも０．０１マイクロメートルの特徴的な直径を有することができる。
【００１８】
図２は、単層壁構造及び単層材料層２１６を示すが、このシステムは、１つ以上の壁構造層、１つ以上の導電層、または１つ以上の材料層を含むことができる。例えば、壁構造は、ケイ素の酸化物またはＴＥＯＳを含む層、またはケイ素の窒化物を含む１つ以上の層から、形成することができる。
【００１９】
図３に示される特定の実施例では、システム３００は、ウェル壁構造３０２を含み、このウェル壁構造３０２は、センサアレイのセンサパッド上に配置されたまたはそれに動作可能に連結したウェル３０４のアレイを画定する。ウェル壁構造３０２は、上面３０６を画定する。ウェルに関連する下面３０８は、センサアレイのセンサパッド上に配置される。ウェル壁構造３０２は、上面３０６と下面３０８との間の側壁３１０を画定する。上述のように、センサアレイのセンサパッドに接する材料層は、ウェル３０４のアレイのウェルの下面３０８に沿って、またはウェル壁構造３０２によって画定された壁３１０の少なくとも一部に沿って、延在することができる。上面３０６には、材料層が存在しなくてもよい。具体的には、ポリマーマトリックスは、ウェル３０４のアレイのウェル内に配置することができる。上面３０６には、実質的にポリマーマトリックスが存在しなくてもよい。例えば、上面３０６は、ポリマーマトリックスが存在しない領域、例えば、全領域の少なくとも７０％、全領域の少なくとも８０％、全領域の少なくとも９０％、または全領域のおよそ１００％を含むことができる。
【００２０】
図２の壁表面は、実質的に垂直にかつ外側に延在するものとして示されるが、壁表面は様々な方向に延在して様々な形状を有することができる。実質的に垂直にとは、センサパッドによって画定された表面に対して垂直な構成要素を有する方向に延在することを意味する。例えば、図４に示すように、ウェル壁４０２は垂直に延在し、センサパッドによって画定された表面の垂直な構成要素４１２に対して平行となり得る。別の実施例では、壁表面４０４は、センサパッドから離れた外側の方向に実質的に垂直に延在して、ウェルの下面の領域よりも大きな開口部をウェルに提供することができる。図４に示すように、壁表面４０４は、表面４１４の垂直構成要素４１２と平行する垂直構成要素を有する方向に延在する。代替の実施例では、壁表面４０６は、内側の方向に実質的に垂直に延在して、ウェルの下面の領域よりも小さな開口領域を提供する。壁表面４０６は、表面４１４の垂直構成要素４１２と平行する構成要素を有する方向に延在する。
【００２１】
表面４０２、４０４、または４０６は直線によって示されるが、いくつかの半導体またはＣＭＯＳ製造プロセスによって、非線形形状を有する構造がもたらされ得る。具体的には、壁表面、例えば壁表面４０８等、及び上面、例えば上面４１０等は、アーチ型の形状であってもよいか、または様々な非線形形態をなしてもよい。本明細書中に示される構造及びデバイスは、線形の層、表面、または形状を有するものとして示さるが、半導体プロセスに起因する実際の層、表面、または形状は、ある程度異なってもよく、場合によっては図示の実施形態の非線形及びアーチ型の変形を含む。
【００２２】
図５は、イオン感応材料層を有する例示的なウェルの図を含む。例えば、ウェル構造５０２は、ウェル、例えば、例示的なウェル５０４、５０６、または５０８のアレイを画定することができる。ウェル（５０４、５０６、または５０８）は、内在するセンサ（図示せず）に、動作可能に連結することができる、またはそのように内在するセンサに接続することができる。例示的なウェル５０４は、イオン感応性材料層５１０を含み、この層はウェル５０４の底部を画定し、構造５０２内に延在する。図５に図示されていないが、導電層、例えば、ゲート、例として、イオン感応電界効果トランジスタのフローティングゲートは、イオン感応材料層５１０下に存在し得る。
【００２３】
別の実施例では、ウェル５０６によって示されるように、イオン感応材料層５１２は、構造５０２内に延在することなく、ウェル５０６の底部を画定することができる。更なる実施例では、ウェル５０８は、イオン感応層５１４を含むことができ、このイオン感応層５１４は、構造５０２によって画定されたウェル５０８の側壁５１６の少なくとも一部に沿って延在する。上述のように、イオン感応材料層５１２または５１４は、導電層上、または内在する電子デバイスのゲート上に存在し得る。
【００２４】
図６に示すように、センサ装置は、半導体基板内に形成されるセンサアレイ６０２を含むことができる。ウェル構造は、センサアレイにわたって画定される。キャップ６０４は、ウェル構造またはセンサアレイ６０２に取り付けられる。例えば、キャップ６０４は、接着剤を用いて、センサアレイまたはウェル構造６０２に接着することができる。キャップ６０４は、流体ポート６０６または６０８を含み、それらは、キャップ６０４とセンサアレイとウェルアレイ６０２との間に画定されるフローセル６１０と流体連通している。流体ポート６０６または６０８のうちの１つに適用される流体は、フローセル６１０を通って流れ、任意に外側ポート６０８または６０６の外へ流れることができる。図７に示す別の実施例では、キャップ７０２は、流体ポート７０４及び７０６を含むことができ、より大きい流れ空間を画定することができる。キャップは、例えば、接着剤を用いて、ウェルアレイまたはセンサアレイにわたって、接着することができる。
【００２５】
図８の方法８００に示されるように、センサアレイは、８０２に示されるように、酸、スルホン酸、ホスホン酸、またはそれらの組み合わせ等を含む洗浄溶液に曝露することができる。洗浄溶液は、有機溶媒を更に含むことができる。
【００２６】
例示的なスルホン酸としては、アルキルスルホン酸、アルキルアリールスルホン酸、またはそれらの組み合わせが挙げられる。例示的なアルキルスルホン酸としては、１〜１８個の炭素、１〜１４個の炭素、１〜１０個の炭素、または１〜５個の炭素等を有するアルキル基が挙げられる。別の実施例では、アルキルスルホン酸のアルキル基は、１０〜１４個の炭素を有する。例えば、アルキルスルホン酸は、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、プロパンスルホン酸、ブタンスルホン酸、またはそれらの組み合わせを含むことができる。別の実施例では、アルキル基は、例えば、スルホン酸官能基に対向する末端官能基で、官能化することができる。例示的な官能化アルキルスルホン酸としては、末端アミノ基、タウリン等で官能化されるアルキルスルホン酸が挙げられる。更なる実施例では、スルホン酸のアルキル基は、ハロゲン化、フッ化等をすることができる。
【００２７】
更なる実施例では、スルホン酸は、アルキルアリールスルホン酸を含む。アルキルアリールスルホン酸、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸は、１〜２０個の炭素を有するアルキル基を有し得る。例えば、アルキル基は、９〜１８個の炭素、１０〜１４個の炭素等を有し得る。特定の一実施形態では、アルキルアリールスルホン酸は、ドデシルベンゼンスルホン酸を含む。ドデシルベンゼンスルホン酸は、少なくとも９０％、少なくとも９５％等の、１２個の炭素を有するアルキル基を有するアルキルアリールスルホン酸を有するドデシルベンゼンスルホン酸の精製形態であり得る。あるいは、ドデシルベンゼンスルホン酸は、平均１２個の炭素を有するアルキル基を有するアルキルベンゼンスルホン酸のブレンドを含むことができる。アルキルアリールスルホン酸は、アルキル鎖に沿う位置のブレンドでアルキル化され得る。別の実施例では、アルキル基は、１〜６個の炭素を有し得る。例えば、アルキルアリールスルホン酸は、トルエンスルホン酸を含み得る。
【００２８】
洗浄溶液は、１０ｍＭ〜５００ｍＭの濃度の酸、スルホン酸等を有し得る。例えば、洗浄溶液は、５０ｍＭ〜２５０ｍＭの濃度の酸を有し得る。別の実施例では、洗浄溶液は、０．５重量％〜２５重量％の酸、スルホン酸等を含む。例えば、洗浄溶液は、１重量％〜１０重量％の酸、スルホン酸等、２．５重量％〜５重量％の酸、スルホン酸等を含み得る。
【００２９】
洗浄溶液内の有機溶媒は、少なくとも上述の濃度まで酸（例として、スルホン酸）に溶解度を提供する非水性溶媒である。一実施例では、有機溶媒は、非プロトン性であり得る。有機溶媒は、非極性有機溶媒であり得る。別の実施例では、有機溶媒は、極性非プロトン性溶媒であり得る。一実施例では、有機溶媒は、３６℃〜３４５℃の範囲の標準沸点を有し得る。例えば、標準沸点は、６５℃〜２７５℃の範囲にあり得る。別の実施例では、標準沸点は、６５℃〜１５０℃の範囲にあり得る。あるいは、標準沸点は、１５０℃〜２２０℃の範囲にある。
【００３０】
特定の実施例では、非極性有機溶媒は、アルカン溶媒、芳香族溶媒、またはそれらの組み合わせを含む。アルカン溶媒は、６〜２０個の炭素を有し得る。例えば、アルカンは、６〜１４個の炭素、６〜９個の炭素等を有し得る。あるいは、アルカンは、１０〜１４個の炭素を有し得る。特定の実施例では、アルカンは、直鎖アルカンである。例えば、アルカン溶媒は、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ウンデカン、ドデカン、またはそれらの組み合わせを含み得る。別の実施例では、アルカンは、ハロゲン化される。例示的な分岐アルカンは、Ｃ１１またはＣ１２アルファオレフィンのハロゲン化二量体を含み得る。
【００３１】
更なる実施例では、有機溶媒は、極性非プロトン性溶媒を含み得る。例えば、極性非プロトン性溶媒は、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、アセトン、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、またはそれらの組み合わせを含み得る。別の実施例では、有機溶媒は、エーテル溶媒を含まなくてもよく、例えば、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、またはそれらの組み合わせを含み得る。
【００３２】
８０４に示すように、洗浄溶液及びセンサ装置は、センサパッドが洗浄溶液に曝露される間に、加熱することができる。一実施例では、洗浄溶液及びセンサ装置は、３５℃〜６０℃の範囲の温度で加熱することができる。例えば、温度は、４０℃〜５０℃の範囲にあり得る。
【００３３】
８０６に示すように、センサアレイは、洗浄溶液に曝露して、任意に３０秒〜３０分の範囲の期間加熱することができる。例えば、期間は、３０秒〜１０分の範囲、３０秒〜５分の範囲、または更に１分〜２分の範囲等であり得る。
【００３４】
８０８に示すように、洗浄溶液への曝露の後に、有機溶媒または水を使用してセンサアレイをすすぐことができる。有機溶媒は、低沸点有機溶媒であり得る。例示的な低沸点有機溶媒は、２５℃〜１００℃、５０℃〜１００℃の範囲の標準沸点等の標準沸点を有し得る。一実施例では、低沸点有機溶媒は、アルコール、エタノールまたはプロパノール等を含む。あるいは、有機溶媒は、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）であり得る。あるいはまたは加えて、センサアレイは、水、脱イオン水等ですすいでもよい。特定の実施例では、有機溶媒は、水及び酸／溶媒混合物の有機溶媒と少なくとも部分的に混和可能である。
【００３５】
８１０に示すように、センサアレイは、乾燥させることができる。一実施例では、センサアレイは、乾燥窒素またはヘリウムを用いるような不活性雰囲気下で乾燥させることができる。別の実施例では、センサは、乾燥雰囲気下で加熱することができる。更なる実施例では、センサアレイは、真空下で乾燥させることができる。
【００３６】
図９に示す更なる実施例では、方法９００は、上述のような酸、例えば、９０２に示されるようなスルホン酸を含む、洗浄溶液にセンサアレイを曝露することを含む。センサ装置は、センサアレイを含むことができ、任意に、ウェル構造は、センサアレイに動作可能に対応するウェルアレイを画定することができる。ウェルアレイのウェルは、センサアレイのセンサのセンサパッドを曝露することができる。洗浄溶液は、上述の組成物を有し得る。任意に、センサアレイ及び洗浄溶液は、９０４に示すように加熱することができる。例えば、センサアレイ及び洗浄溶液は、上述の温度に加熱することができる。
【００３７】
更なる実施例では、センサアレイは、洗浄溶液に曝露することができ、任意に、９０６に示すように、３０秒〜３０分の範囲の期間にわたって加熱することができる。あるいは、センサアレイは、洗浄溶液に曝露することができ、任意に、上述の期間にわたって加熱することができる。
【００３８】
洗浄溶液への曝露の後に、センサアレイは、９０８に示すように、溶媒、例えば、低沸点溶媒ですすぐことができる。例示的な低沸点溶媒は、上述されている。あるいは、溶媒は、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）であり得る。センサアレイは、低沸点溶媒で１回または２回以上すすいでもよい。
【００３９】
低沸点有機溶媒でのすすぎの後に、センサアレイは、９１０に示すように、水、脱イオン水等ですすぐことができる。水でのすすぎの後に、センサアレイは、９１２に示すように乾燥させることができる。例えば、センサアレイは、乾燥窒素ガスに曝露されてもよい。
【００４０】
乾燥すると、キャップは、９１４に示すように、センサアレイにわたって適用することができる。例えば、キャップは、接着剤を用いてセンサアレイまたは介在するウェル構造に取り付けることができる。具体的には、キャップは、キャップとセンサアレイにわたるウェル構造との間に画定される空間と流体連通している流体ポートを含む。任意に、本方法は、ウエハをアレイ内に分離させて個々のアレイをキャップする前に、ウエハに適用することができる。
【００４１】
図１０に示す更なる例示的な実施形態では、方法１０００は、上述のような酸、例えば、１００２に示されるような、スルホン酸を含む、洗浄溶液にセンサアレイを曝露することを含む。洗浄溶液は、有機溶媒を更に含むことができる。具体的には、センサアレイは、センサのアレイに動作可能に対応するウェルのアレイを画定するウェル構造を含むことができる。センサのセンサパッドは、ウェルアレイのウェルによって曝露される。キャップは、センサアレイまたはウェルアレイにわたって取り付けることができる。キャップは、キャップとウェルアレイまたはセンサアレイとの間に画定される空間と流体連通している流体ポートを含む。洗浄溶液は、流体ポートを通って空間内に適用することができる。洗浄溶液の組成物は、上述の通りであり得る。
【００４２】
任意に、１００４に示すように、洗浄溶液及びセンサアレイは、加熱することができる。例えば、洗浄溶液及びセンサアレイは、上述の温度で加熱することができる。
【００４３】
センサアレイは、洗浄溶液に曝露することができ、任意に、１００６に示すように、第１の期間にわたって加熱することができる。第１の期間は、３０秒〜３０分の範囲、上述の期間の範囲等を有し得る。
【００４４】
加えて、塩基性溶液は、１００８に示すように、第２の期間にわたってセンサアレイに適用することができる。例えば、塩基性溶液は、キャップの流体ポートを通ってキャップとウェル構造またはセンサアレイとの間に画定される空間内に適用することができる。塩基性溶液は、７を超えるｐＨ、８を超えるｐＨ、更には９を超えるｐＨ等を有する。塩基性溶液は、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウム等の強塩基、または水酸化テトラメチルアンモニウムまたは水酸化テトラエチルアンモニウム等の水酸化テトラアルキルアンモニウム等を含む。この塩基は、０．０５Ｍ〜１．５Ｍの濃度である。例えば、この塩基は、０．０５Ｍ〜１．０Ｍ、０．０５Ｍ〜０．５Ｍ等の濃度であってもよい。センサアレイは、塩基性溶液に２０秒〜１５分の期間、２０秒〜５分の期間、または３０秒〜２分の期間等にわたって曝露されてもよい。あるいは、弱酸溶液は、塩基性溶液に代替することができる。
【００４５】
センサアレイは、洗浄溶液に曝露されてもよく、その後、塩基性溶液ｒまたは弱酸へのｋ回等繰り返す曝露が続き得る。例えば、ｋは、１、２、または３であり得るが、一般的に、１０以下である。
【００４６】
洗浄溶液及び塩基性溶液への曝露の後に、センサアレイは、１０１０に示すように、有機溶媒または水ですすぐことができる。例示的な低沸点有機溶媒は、上述のものを含む。あるいは、有機溶媒は、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）であり得る。センサアレイは、低沸点有機溶媒で一回以上すすいでもよく、その後に水でのすすぎが続く。任意に、センサアレイは、１０１２に示すように、乾燥窒素への曝露等で乾燥させることができる。
【００４７】
図１０の方法は、代替的に、複数のアレイを含むウエハに適用することができる。ウエハを乾燥させた後に、ウエハは、個々のアレイ内に分離されて、その個々のアレイにキャップを適用することができる。
【００４８】
センサアレイのかかる処理は、分析物を組み込み、その分析物をセンサアレイのセンサパッドに接近して固定するポリマービーズの充填を改善することを示している。具体的には、かかる処理は、その上に増幅したポリヌクレオチド分析物を含むポリマービーズの充填を改善する。例えば、かかる処理方法は、配列の配列決定装置の性能を改善する。センサアレイのかかる処理は、センサ信号及び信号対雑音比（ＳＮＲ）、特にＦＥＴベースセンサアレイを改善することが示されている。
【００４９】
例えば、図１１は、上述の処理方法によって向上された例示的な配列決定システムを示す。図１１に示される特定の実施例では、ポリマー粒子は、配列決定技法中、ポリヌクレオチドの支持体として使用することができる。例えば、かかる親水性粒子は、蛍光配列決定技法を用いた配列決定のためにポリヌクレオチドを固定することができる。別の実施例では、親水性粒子は、イオン感知技法を用いた配列決定のために複数の複製のポリヌクレオチドを固定することができる。あるいは、上述の処理は、センサアレイの表面へのポリマーマトリックス結合を改善することができる。ポリマーマトリックスは、配列決定のためにポリヌクレオチド等の分析物を捕捉することができる。
【００５０】
一般的に、ポリマー粒子は、ヌクレオシド、ヌクレオチド、核酸（オリゴヌクレオチド及びポリヌクレオチド）、ポリペプチド、サッカライド、ポリサッカライド、脂質、またはその誘導体または類似体を含む生体分子を含むように処理することができる。例えば、ポリマー粒子は、生体分子に結合または付着することができる。生体分子の末端部または任意の内側部分は、ポリマー粒子に結合または付着することができる。ポリマー粒子は、架橋化学物質を用いて、生体分子に結合または付着することができる。架橋化学物質は、イオン結合、水素結合、親和性結合、双極子と双極子との結合、ファンデルワールス結合、及び疎水結合を含む共有結合または非共有結合を含む。架橋化学物質は、例えば、アビジン部分とビオチン部分；抗原エピトープとその抗体または免疫学的に反応性の断片；抗体とハプテン；ジゴキシゲニン部分と抗ジゴキシゲニン部分；フルオレセイン部分と抗フルオレセイン部分；作動遺伝子と抑制因子；ヌクレアーゼとヌクレオチド；レクチンとポリサッカライド；ステロイドとステロイド結合タンパク質；活性化合物と活性化合物受容体；ホルモンとホルモン受容体；酵素と基板；免疫グロブリン及びタンパク質Ａ；またはオリゴヌクレオチドまたはポリヌクレオチドとその対応する補体等の結合パートナー間の親和性を含む。
【００５１】
図１１に示すように、複数のポリマー粒子１１０４は、複数のポリヌクレオチド１１０２と一緒に溶液中に置くことができる。複数の粒子１１０４は、ポリヌクレオチド１１０２と結合するように、活性化させるかまたは調製することができる。例えば、粒子１１０４は、複数のポリヌクレオチド１１０２のポリヌクレオチドの一部に相補的なオリゴヌクレオチドを含むことができる。別の実施例では、ポリマー粒子１１０４は、ビオチン−ストレプトアビジン結合等の技法を用いて標的ポリヌクレオチド１１０４で修飾することができる。
【００５２】
特定の実施形態では、親水性粒子及びポリヌクレオチドは、ポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）増幅またはリコンビナーゼポリメラーゼ増幅（ＲＰＡ）の影響を受けやすい。例えば、分散相液滴１１０６または１１０８は、エマルションの一部として形成され、親水性粒子またはポリヌクレオチドを含むことができる。一実施例では、ポリヌクレオチド１１０２及び親水性粒子１１０４は、単一のポリヌクレオチド１１０２が単一の親水性粒子１１０４として同様の分散相液滴内に存在する可能性が高くなるように、互いに低濃度及び低比率で提供される。液滴１１０８等の他の液滴は、単一の親水性粒子を含むことができ、かつポリヌクレオチドを含むことができない。各液滴１１０６または１１０８は、ポリヌクレオチドの複製を容易にするために、酵素、ヌクレオチド、塩、またはポリヌクレオチドを含むことができる。
【００５３】
特定の実施形態では、酵素、例えば、ポリメラーゼが存在し、分散相液滴の親水性粒子またはヒドロゲル粒子に結合する、または、それに近接近する。一実施例では、ポリメラーゼが、ポリヌクレオチドの複製を容易にするために、分散相液滴中に存在する。本明細書中に記載の方法では、様々な核酸ポリメラーゼを使用することができる。例示的な一実施形態では、ポリメラーゼは、酵素、その断片またはサブユニットを含むことができ、それらはポリヌクレオチドの複製を触媒することができる。別の実施形態では、ポリメラーゼは、天然に存在するポリメラーゼ、組み換え型ポリメラーゼ、突然変異ポリメラーゼ、異形ポリメラーゼ、融合、またはさもなければ、改変ポリメラーゼ、化学的に変性されたポリメラーゼ、合成分子、もしくは類似体、誘導体、あるいはそれらの断片であり得る。
【００５４】
ＰＣＲまたはＲＰＡに続いて、粒子、粒子１１１０等が、形成され、それらは、親水性粒子１１１２及びポリヌクレオチド１１１４の複数の複製を含むことができる。ポリヌクレオチド１１１４が粒子１１１０の表面に存在するとして示されるが、ポリヌクレオチドは、粒子１１１０内に延在することができる。ヒドロゲル及び親水性粒子は、水に対して低濃度のポリマーを有し、ポリヌクレオチドセグメントの内部及びそのいたる所に含むことができ、ポリヌクレオチドは、孔及び他の開口部に存在できる。具体的には、粒子１１１０は、酵素、ヌクレオチド、プライマー、及び反応を観察するのに使用される反応生成物がポリマーマトリックスによって拡散され得る。１粒子当たりの多数のポリヌクレオチドによって、より優れた信号が生成される。
【００５５】
実施形態では、エマルション破壊手順からのポリマー粒子は、回収され、配列決定の準備時に洗浄され得る。回収は、ビオチン部分をアビジン部分と接触させる（例えば、ポリマー粒子に付着する増幅ポリヌクレオチド鋳型に接続させる）こと、及びビオチン化鋳型を欠いているポリマー粒子から離す分離によって行うことができる。二本鎖鋳型ポリヌクレオチドを担持する回収されたポリマー粒子は、変性されて配列決定のために一本鎖鋳型ポリヌクレオチドをもたらし得る。変性ステップは、塩基（例として、ＮａＯＨ）、ホルムアミド、またはピロリドンでの処理を含むことができる。
【００５６】
一例示的な実施形態では、粒子１１１０は、配列決定装置において用いることができる。例えば、配列決定装置１１１６は、ウェル１１１８のアレイを含むことができる。配列決定装置１１１６は、上述のスルホン酸を含む洗浄溶液で処理することができる。粒子１１１０は、ウェル１１１８内に置くことができる。
【００５７】
一実施例では、プライマーは、ウェル１１１８に添加することができ、粒子１１１０は、ウェル１１１８内への配置前に、プライマーに前もって曝露することができる。具体的には、粒子１１１０は、結合プライマーを含むことができる。プライマー及びポリヌクレオチドは、プライマーにハイブリッド形成されたポリヌクレオチド（例として、鋳型核酸）を含む核酸二本鎖を形成する。核酸二本鎖は、少なくとも部分的に二本鎖のポリヌクレオチドである。検出反応、例えば、ヌクレオチド組み込みを容易にするため、酵素及びヌクレオチドがウェル１１１８に提供され得る。
【００５８】
ヌクレオチドの添加を検出することによって、配列決定を行うことができる。例えば、蛍光発光方法またはイオン検出方法等の方法を用いて、ヌクレオチドの添加を検出することができる。例えば、一組の蛍光標識されたヌクレオチドは、システム１１１６に提供され得て、ウェル１１１８に移動し得る。また、励起エネルギーをウェル１１１８に提供することもできる。ポリメラーゼによってヌクレオチドを捕捉し、延在するプライマーの端部にヌクレオチドを添加したとき、ヌクレオチドの標識は蛍光を発して、どの種類のヌクレオチドが添加されたかを示すことができる。
【００５９】
代替の実施形態では、溶液は、単一種のヌクレオチドを含み、連続して供給され得る。ヌクレオチド添加に反応して、ウェル１１１８の局所環境内のｐＨは、変化し得る。ｐＨのかかる変化を、イオン感応電界効果トランジスタ（ＩＳＦＥＴ）によって検出することができる。したがって、ｐＨの変化を利用して、粒子１１１０のポリヌクレオチドと相補的なヌクレオチドの順序を示す信号を生成することができる。
【００６０】
具体的には、配列決定システムは、ウェルまたは複数のウェルをイオンセンサ、例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等のセンサパッド上に配置することを含み得る。実施形態では、システムは、イオンセンサ（例えば、ＦＥＴ）のセンサパッド上に配置されるウェル内に充填された１つ以上のポリマー粒子、またはイオンセンサ（例えば、ＦＥＴ）のセンサパッド上に配置される複数のウェル内に充填された１つ以上のポリマー粒子を含む。実施形態では、ＦＥＴは、ｃｈｅｍＦＥＴまたはＩＳＦＥＴであり得る。「ｃｈｅｍＦＥＴ」、すなわち化学電界効果トランジスタは、化学センサとして機能する種類の電界効果トランジスタを含む。ｃｈｅｍＦＥＴは、ＭＯＳＦＥＴトランジスタの構造類似体を有し、その構造類似体では、化学プロセスによってゲート電極の変化を適用する。「ＩＳＦＥＴ」、すなわち、イオン感応電界効果トランジスタを使用して、溶液中のイオン濃度を測定することができ、イオン濃度（例えば、Ｈ＋）が変化したとき、トランジスタ中の電流もそれに従って変化する。
【００６１】
実施形態では、ＦＥＴは、ＦＥＴアレイであってもよい。本明細書中で使用される、「アレイ」は例えば、センサまたはウェル等の要素の平面配列である。アレイは一次元または二次元であってもよい。一次元アレイは、１つの段（または列）の要素を第１の次元に有し、複数の段（または列）の構成要素を第２の次元に有するアレイであってもよい。第１及び第２の次元内の段（または列）の数は、同じであっても、同じでなくてもよい。ＦＥＴまたはアレイは、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７またはそれ以上のＦＥＴを含むことができる。
【００６２】
実施形態では、１つ以上の微小流体構造をＦＥＴセンサアレイ上に組み立てて、生体または化学反応の封じ込めまたは閉じ込めを提供することができる。例えば、一実装例では、微小流体構造（複数可）を、アレイの１つ以上のセンサ上に配置される１つ以上のウェル（または、本明細書中で用語が互換的に使用されるように、マイクロウェル、もしくは反応チャンバ、あるいは反応ウェル）として、構成することができ、それによって、所定のウェルが上に配置される１つ以上のセンサが、所定のウェル内の分析物の存在、レベル、または濃度を検出または測定する。実施形態では、ＦＥＴセンター及び反応ウェルの１：１の対応があってもよい。
【００６３】
図１１に戻ると、別の実施例では、ウェルのアレイのウェル１１１８を測定デバイスに動作可能に接続することができる。例えば、蛍光発光方法では、ウェル１１１８は、光検出デバイスに動作可能に連結することができる。イオン検出の場合、ウェル１１１８の下面は、イオンセンサ、例えば、電界効果トランジスタ等のセンサパッド上に配置することができる。
【００６４】
ヌクレオチド組み込みのイオン副生成物の検出による配列決定を含む一例示的なシステムは、Ｉｏｎ  Ｔｏｒｒｅｎｔ  ＰＧＭ（商標）またはＰｒｏｔｏｎ（商標）シーケンサー（Ｌｉｆｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）であり、これらは、イオン系配列決定システムであり、ヌクレオチド組み込みの副生成物として生成された水素イオンを検出することによって、核酸鋳型を配列決定する。典型的には、水素イオンは、ポリメラーゼによる鋳型依存性核酸の合成中に発生するヌクレオチド組み込みの副生成物として放出される。Ｉｏｎ  Ｔｏｒｒｅｎｔ  ＰＧＭ（商標）またはＰｒｏｔｏｎ（商標）シーケンサーは、ヌクレオチド組み込みの水素イオン副生成物を検出することによって、ヌクレオチド組み込みを検出する。Ｉｏｎ  Ｔｏｒｒｅｎｔ  ＰＧＭ（商標）またはＰｒｏｔｏｎ（商標）シーケンサーは、複数の鋳型ポリヌクレオチドを含むことができ、それらの鋳型ポリヌクレオチドは配列決定され、それぞれの鋳型は、アレイ内のそれぞれの配列決定反応ウェル内に配置される。アレイのウェルをそれぞれ、少なくとも１つのイオンセンサに連結することができ、そのイオンセンサは、Ｈ＋イオンの放出、またはヌクレオチド組み込みの副生成物として生成された溶液のｐＨの変化を検出することができる。イオンセンサは、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含み、このトランジスタはイオン感応検出層に連結し、この層は、Ｈ＋イオンの存在、または溶液のｐＨの変化を感知することができる。イオンセンサは、ヌクレオチド組み込みを示す出力信号を提供することができ、ヌクレオチド組み込みは、電圧の変化として示され得て、その変化の大きさは、それぞれのウェルまたは反応チャンバ内のＨ＋イオン濃度と相関する。複数の種類のヌクレオチドを、反応チャンバ内に連続的に流入させることができ、ポリメラーゼを用いて延在するプライマー（または重合サイト）に、鋳型の配列によって決定された順序で組み込むことができる。反応ウェル内のＨ＋イオンを放出させると同時に、局所ｐＨを変化させることによって、それぞれのヌクレオチド組み込みを達成することができる。センサのＦＥＴでＨ＋イオンの放出を記録することができ、そのセンサはヌクレオチド組み込みの発生を示す信号を生成する。特定のヌクレオチド流中に組み込まれなかったヌクレオチドは、信号を生成し得ない。また、ＦＥＴからの信号の振幅も特定の種類のヌクレオチドの数と相関し得、特定の種類のヌクレオチドは、延在する核酸分子内に組み込まれ、それによってホモポリマー領域を分割する。したがって、シーケンサーの動作中は、複数のヌクレオチドは、反応チャンバ内に流入すると同時に、多様なウェル中に組み込まれて観察される、または、反応チャンバによって、機器が多数の核酸鋳型の配列を同時に分割することが可能になる。
【００６５】
第１の態様では、センサアレイは、複数のセンサを含む。複数のセンサのうちの１つのセンサは、センサアレイの表面に曝露されているセンサパッドを有する。センサアレイを処理する方法は、少なくともこのセンサパッドを酸及び有機溶媒を含む洗浄溶液に曝露することと、このセンサパッドから洗浄溶液をすすぎ落とすこととを含む。
【００６６】
第２の態様では、センサアレイは、複数のセンサを含む。複数のセンサのうちの１つのセンサは、センサパッドを含む。ウェル構造は、センサアレイに対応するウェルアレイを画定する。ウェルアレイのウェルは、センサパッドを曝露する。キャップは、センサアレイ及びウェル構造にわたって取り付けられ、流体ポートを含む。空間は、キャップとウェル構造との間に画定される。センサアレイを処理する方法は、流体ポートを通して空間内に適用すること及び３０秒〜３０分の第１の期間待機することを含む。洗浄溶液は、酸及び有機溶媒を含む。本方法は、塩基性溶液を、流体ポートを通して空間内に適用し、２０秒〜１５分の第２の期間待機することと、すすぎ溶液を、流体ポートを通して適用することと、を更に含む。第２の態様の一実施例では、本方法は、洗浄溶液を提供すること及び塩基性溶液を適用することを繰り返すことを更に含む。
【００６７】
第３の態様では、センサアレイは、複数のセンサを含む。複数のセンサのうちの１つのセンサは、センサパッドを含む。ウェル構造は、センサアレイに対応するウェルアレイを画定する。ウェルアレイのウェルは、センサパッドを曝露する。センサアレイを処理する方法は、洗浄溶液を少なくともセンサパッドに提供すること、及び３０秒〜３０分の第１の期間待機することを含む。洗浄溶液は、酸及び有機溶媒を含む。本方法は、少なくともセンサパッドを低沸点有機溶媒ですすぐこと及びセンサアレイを乾燥させることを更に含む。第３の態様の実施例では、本方法は、低沸点有機溶媒ですすいだ後であり、かつ乾燥させる前に、水ですすぐことを更に含む。第３の態様の別の実施例及び上の実施例では、本方法は、キャップをセンサアレイ及びウェルアレイに取り付けることを更に含み、キャップが流体ポートを含み、空間が、キャップとウェルアレイとの間に画定されて流体ポートと流体連通している。
【００６８】
第１、第２、及び第３の態様の一実施例及び上の実施例では、酸は、スルホン酸を含む。スルホン酸は、アルキルスルホン酸、アルキルアリールスルホン酸、またはそれらの組み合わせを含むことができる。一実施例では、アルキルアリールスルホン酸は、１〜２０個の炭素を有するアルキル基を含む。例えば、アルキル基は、９〜１８個の炭素、１０〜１４個の炭素等、を有する。別の実施例では、アルキル基は、１〜６個の炭素を有する。
【００６９】
第１、第２、及び第３の態様の別の実施例及び上の実施例では、スルホン酸は、ドデシルベンゼンスルホン酸を含む。第１、第２、及び第３の態様の更なる実施例及び上の実施例では、スルホン酸は、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、プロパンスルホン酸、ブタンスルホン酸、またはそれらの組み合わせを含む。第１、第２、及び第３の態様の更なる実施例及び上の実施例では、スルホン酸は、パラトルエンスルホン酸を含む。
【００７０】
第１、第２、及び第３の態様の更なる実施例及び上の実施例では、洗浄溶液は、１０ｍＭ〜５００ｍＭの酸を含む。例えば、洗浄溶液は、５０ｍＭ〜２５０ｍＭの酸を含む。
【００７１】
第１、第２、及び第３の態様の更なる実施例及び上の実施例では、洗浄溶液は、０．５重量％〜２５重量％の酸を含む。例えば、洗浄溶液は、１重量％〜１０重量％の酸、２．５重量％〜５重量％の酸等を含む。
【００７２】
第１、第２、及び第３の態様の別の実施例及び上の実施例では、有機溶媒は、非極性である。
【００７３】
第１、第２、及び第３の態様の更なる実施例及び上の実施例では、有機溶媒は、３６℃〜３４５℃の範囲の標準沸点を有する。例えば、標準沸点は、６５℃〜２７５℃の範囲にある。一実施例では、標準沸点は、６５℃〜１５０℃の範囲にある。代替的な実施例では、標準沸点は、１５０℃〜２２０℃の範囲にある。
【００７４】
第１、第２、及び第３の態様の更なる実施例及び上の実施例では、有機溶媒は、６〜２４個の炭素を有するアルカンである。例えば、アルカンは、６〜１４個の炭素、６〜９個の炭素、またはあるいは、１０〜１４個の炭素等を有する、
【００７５】
第１、第２、及び第３の態様の更なる実施例及び上の実施例では、有機溶媒は、非プロトン性極性溶媒である。例えば、極性非プロトン性溶媒は、テトラヒドロフラン、酢酸エチル、アセトン、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、またはそれらの組み合わせを含む。
【００７６】
第１、第２、及び第３の態様の別の実施例及び上の実施例では、本方法は、センサパッドを洗浄溶液に曝露しながらセンサパッド及び洗浄溶液を加熱することを更に含む。例えば、加熱することは、３５℃〜７０℃の範囲の温度で加熱することを含む。例えば、温度は、４０℃〜５５℃の範囲にある。
【００７７】
第１、第２、及び第３の態様の更なる実施例及び上の実施例では、曝露することは、３０秒〜３０分の範囲の期間曝露することを含む。例えば、期間は、３０秒〜１０分の範囲、３０秒〜５分の範囲、または１分〜３分の範囲等である。
【００７８】
第１、第２、及び第３の態様の更なる実施例及び上の実施例では、本方法は、少なくともセンサパッドを塩基性溶液に曝露することを更に含む。例えば、塩基性溶液は、０．００５Ｍ〜１．５Ｍの水酸化ナトリウム、０．０１Ｍ〜１．０Ｍの水酸化ナトリウムまたは０．０１Ｍ〜０．５Ｍの水酸化ナトリウム等を含む。更なる実施例では、少なくともセンサパッドを塩基性溶液に曝露することは、センサパッドを洗浄溶液に曝露した後に起こる。本方法は、少なくともセンサパッドを洗浄溶液に曝露すること及び少なくともセンサパッドを塩基性溶液に曝露することを繰り返すことを更に含むことができる。
【００７９】
第１、第２、及び第３の態様の別の実施例及び上の実施例では、すすぐことは、２５℃〜１００℃の範囲の標準沸点を有する低沸点有機溶媒ですすぐことを含む。例えば、低沸点有機溶媒は、５０℃〜１００℃の範囲の標準沸点を有する。特定の実施例では、低沸点有機溶媒は、アルコールを含む。例えば、アルコールは、エタノールまたはイソプロパノールを含む。
【００８０】
第１、第２、及び第３の態様の更なる実施例及び上の実施例では、すすぐことは、水ですすぐことを含む。
【００８１】
第４の態様では、システムは、上の態様及び実施例のうちのいずれか１つの方法によって処理されるセンサ装置を含む。
【００８２】
第５の態様では、溶液は、２．５重量％〜５重量％のスルホン酸及び６〜８個の炭素を有する非極性直鎖アルカンを含む。
【００８３】
第６の態様では、キットは、少なくとも１つのヌクレオチド型を含むヌクレオチド溶液、ポリマー粒子、及び０．５重量％〜２０重量％のスルホン酸を含む洗浄溶液、及び６５℃〜２７５℃の範囲の標準沸点を有する有機溶媒を含む。
【００８４】
概要または実施例に記載される上述の活性が全て必要というわけではなく、特定の活性の一部を必要としない可能性があり、上述の活性に加えて１つ以上の活性を更に行う可能性があるということを留意されたい。依然として更には、活性を記載する順序は、必ずしも活性が行われる順序ではない。
【００８５】
上述の酸のまたは塩基の特定の塩は、上述の方法において有用であり得る。塩は、アルカリまたはアルカリ土類金属塩、または上の酸のまたは塩基のテトラアルキルアンモニウム塩を含む。
【００８６】
上述の明細書には、特定の実施形態を参照して概念を記載している。しかしながら、以下の特許請求の範囲に記載されるように、本発明の範囲から逸脱することなく様々な修正及び変更をなし得ることを、当業者は理解する。したがって、本明細書及び図面は、限定的な意味ではなく例示的な意味でみなされるべきであり、そのような全ての修正は本発明の範囲内に含まれることが意図される。
【００８７】
本明細書中で使用される、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「含んでいる（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「有している（ｈａｖｉｎｇ）」、またはそれらの他の変形は、非排他的包含を網羅することを意図する。例えば、プロセス、方法、物品、または装置は特徴のリストを含むが、必ずしもそれらの特徴のみに限定されず、明確に記載されていない特徴、またはそのようなプロセス、方法、物品、または装置に固有の他の特徴を含むことができる。更には、それとは反対に、明確に記載されない場合、「または」は、排他的な「または」ではなく、包括な「または」を指す。例えば、以下のうちの任意の１つによって条件ＡまたはＢが満たされる：Ａが正しく（または存在する）かつＢが誤りである（または存在しない）、Ａが誤りであり（または存在しない）かつＢが正しい（または存在する）、及びＡとＢのいずれもが正しい（または存在する）。
【００８８】
また、「１つ（ａ）」または「１つ（ａｎ）」の使用を採用して、本明細書中に記載される要素または構成要素を記載する。これは、単に便宜上行われるものであり、本発明の範囲の一般的な意味合いをもたらすものである。他に意味することが明らかではない限り、それらの記載は、１つまたは少なくとも１つを含んでいると解釈されるべきであり、また、単数形は複数も含んでいる。
【００８９】
実施形態を参照して、利益、他の利点、及び問題の解決策を上述している。しかしながら、利益、利点、問題の解決策、及び任意の特徴（複数可）は、任意の利益、利点、または解決策をもたらし得るまたはそれらを明白にし得るが、任意のまたは全ての特許請求の範囲の、重要な、必須の、または必要不可欠な特徴として解釈されるものではない。
【００９０】
特定の特徴を、個別の実施形態との関連で明確にするために本明細書中に記載して、単一の実施形態内で組み合わせて提供し得るということを、当業者は、本明細書を解釈した後に理解するであろう。反対に、様々な特徴を、単一の実施形態との関連で簡潔にするために記載しているが、個別にまたは任意に部分的に組み合わせて提供することもできる。更には、範囲に記載される値への参照は、範囲内のそれぞれ及び全ての値を含む。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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