(57)【要約】  保存のための生体分子ベースの情報の生成および使用のための組成物、デバイス、システムおよび方法が本明細書において提供される。さらに、ポリヌクレオチド合成（脱保護、伸長、または切断など）を制御するアドレス可能な電極を備えるデバイスが提供される。本明細書に記載の組成物、デバイス、システムおよび方法は、生体分子ベースの情報の保存、密度、および検索の改善を提供する。【選択図】図１３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報を保存するためのデバイスであって、
前記デバイスは固体支持体を備え、前記固体支持体は複数のウェルを備え、各ウェルは、
前記各ウェルの底部領域に位置する合成表面、
前記合成表面とアドレス可能に通信する底部電極、および
前記各ウェルの側壁に位置する少なくとも１つの側壁電極
を備えるアドレス可能な場所を備え、
ここで、前記少なくとも１つの側壁電極は、前記底部領域から５０ｎｍから２００ｎｍにある、デバイス。
【請求項２】
固体支持体が、少なくともｃｍ２あたり１００×１０６のアドレス可能な場所の密度でアドレス可能な場所を備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
固体支持体が、ｃｍ２あたり１００×１０６から１００×１０７のアドレス可能な場所の密度でアドレス可能な場所を備える、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
アドレス可能な場所が、約７５０ｎｍまでの直径を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項５】
各ウェルが約１０００ｎｍまでの深さを備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項６】
各ウェルが１００ｎｍから１０００ｎｍの深さを備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項７】
各ウェルが１００ｎｍから８００ｎｍの最長断面直径を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項８】
各ウェルが円筒形である、請求項１から７のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項９】
底部電極が、１０４ｎｍ２から１０５ｎｍ２の最長断面積を備える、請求項１から８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１０】
少なくとも１つの側壁電極が、底部領域から７５ｎｍから１２５ｎｍにある、請求項１から９のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１１】
少なくとも１つの側壁電極が５ｎｍから２５ｎｍの高さを備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１２】
少なくとも２つの側壁電極を備える、請求項１から１１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１３】
少なくとも１つの側壁電極および底部電極は、独立してアドレス可能である、請求項１から１２のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１４】
情報を保存するためのデバイスであって、
前記デバイスは固体支持体を備え、前記固体支持体は複数のウェルを備え、各ウェルは、
前記各ウェルの底部領域に位置する合成表面、
前記合成表面とアドレス可能に通信する底部電極、および
前記各ウェルの側壁に位置する少なくとも１つの側壁電極
を備えるアドレス可能な場所を備え、
ここで、各アドレス可能な場所の合成表面は、前記合成表面から延びる少なくとも１つのポリヌクレオチドを含み、前記固体支持体上の異なる配列を含むポリヌクレオチドは、少なくともｃｍ２あたり１００×１０６ポリヌクレオチドの密度で存在する、デバイス。
【請求項１５】
固体支持体が、少なくともｃｍ２あたり１００×１０７ポリヌクレオチドの密度で、異なる配列のポリヌクレオチドを含む、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
固体支持体が、ｃｍ２あたり１００×１０６から１００×１０７のポリヌクレオチドの密度でアドレス可能な場所を備える、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１７】
各ウェルが約１０００ｎｍまでの深さを備える、請求項１４から１６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１８】
各ウェルが１００ｎｍから１０００ｎｍの深さを備える、請求項１４から１６のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１９】
アドレス可能な場所が約７５０ｎｍまでの直径を備える、請求項１４から１８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２０】
各ウェルが１００ｎｍから８００ｎｍの最長断面直径を備える、請求項１４から１８のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２１】
各ウェルが円筒形である、請求項１４から２０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２２】
底部電極が、１０４ｎｍ２から１０５ｎｍ２の最長断面積を備える、請求項１４から２１のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２３】
少なくとも１つの側壁電極が、底部領域から５０ｎｍから２００ｎｍにある、請求項１４から２２のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２４】
少なくとも１つの側壁電極が５ｎｍから２５ｎｍの高さを備える、請求項１４から２３のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２５】
少なくとも２つの側壁電極を備える、請求項１４から２４のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２６】
少なくとも１つの側壁電極および底部電極が、独立してアドレス可能である、請求項１４から２５のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項２７】
情報を保存するための方法であって、
ａ）請求項１〜２６のいずれか一項に記載のデバイスを供給する工程、
ｂ）ポリヌクレオチド合成の指示を供給する工程、
ｃ）少なくとも１つのヌクレオシドを合成表面に沈着させる工程であって、ここで前記少なくとも１つのヌクレオシドは合成表面に付着したポリヌクレオチドに結合する、沈着させる工程、および
ｄ）前記合成表面上で複数のポリヌクレオチドを合成するために工程ｃ）を反復する工程であって、ここで、前記指示が、複数のポリヌクレオチドをコードする少なくとも１つの配列を含む、反復する工程
を含む、方法。
【請求項２８】
表面から少なくとも１つのポリヌクレオチドを切断する工程をさらに含み、前記ポリヌクレオチドが液滴に溶解される、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
表面から少なくとも１つのポリヌクレオチドを配列決定する工程をさらに含む、請求項２７または２８に記載の方法。
【請求項３０】
ヌクレオシドがヌクレオシドホスホラミダイトを含む、請求項２７から２９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３１】
表面を乾燥させる工程をさらに含む、請求項２７から３０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３２】
切断工程をさらに含み、前記切断工程が、切断試薬を生成するために電位を底部電極に印加することを含む、請求項２７から３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
キャッピング工程をさらに含む、請求項２７から３２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３４】
酸化工程をさらに含む、請求項２７から３３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３５】
デブロッキング工程をさらに含み、前記デブロッキング工程は、電位を少なくとも１つの側壁電極に印加して、脱保護試薬を生成することを含む、請求項２７から３４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３６】
情報を保存するための方法であって、
ａ）表面を含む固体支持体を供給する工程、
ｂ）少なくとも１つのヌクレオシドを前記表面に沈着させる工程であって、ここで少なくとも１つのヌクレオシドは前記表面に付着したポリヌクレオチドに結合する、沈着させる工程、および
ｃ）前記表面上で複数のポリヌクレオチドを合成するために工程ｂ）を反復する工程であって、ここで、前記表面上に異なる配列を有するポリヌクレオチドは、少なくとも１００×１０６／ｃｍ２ポリヌクレオチドの密度で存在する、反復する工程
を含む、方法。
【請求項３７】
固体支持体上のアドレス可能な場所の密度が、少なくとも１００×１０７ポリヌクレオチド／ｃｍ２である、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
固体支持体上のアドレス可能な場所の密度が、１００×１０６〜１００×１０７ポリヌクレオチド／ｃｍ２である、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
表面から少なくとも１つのポリヌクレオチドを切断する工程をさらに含み、前記ポリヌクレオチドが液滴に溶解される、請求項３６から３８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４０】
表面から少なくとも１つのポリヌクレオチドを配列決定する工程をさらに含む、請求項３６から３９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４１】
ヌクレオシドがヌクレオシドホスホラミダイトを含む、請求項３６から４０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４２】
表面を乾燥させる工程をさらに含む、請求項３６から４１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４３】
ヌクレオシドを表面から洗い流す工程をさらに含む、請求項３６から４２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４４】
キャッピング工程をさらに含む、請求項３６から４３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４５】
酸化工程をさらに含む、請求項３６から４４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４６】
デブロッキング工程をさらに含む、請求項３６から４５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４７】
情報を保存するための方法であって、
ａ）表面を含む固体支持体を供給する工程、
ｂ）少なくとも１つのヌクレオシドを含む液滴を前記表面に沈着させる工程であって、ここで少なくとも１つのヌクレオシドは前記表面に付着したポリヌクレオチドに結合する、沈着させる工程、および
ｃ）前記表面上で複数のポリヌクレオチドを合成するために工程ｂ）を反復する工程であって、ここで、前記液滴の体積は約１００フェムトリットル未満である、反復する工程
を含む、方法。
【請求項４８】
液滴の体積は約５０フェムトリットル未満である、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
液滴の体積は約２５フェムトリットル未満から１００フェムトリットルである、請求項４７に記載の方法。
【請求項５０】
表面から少なくとも１つのポリヌクレオチドを切断する工程をさらに含み、前記ポリヌクレオチドが液滴に溶解される、請求項４７から４９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５１】
表面から少なくとも１つのポリヌクレオチドを配列決定する工程をさらに含む、請求項４７から５０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５２】
ヌクレオシドがヌクレオシドホスホラミダイトを含む、請求項４７から５１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５３】
表面を乾燥させる工程をさらに含む、請求項４７から５２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５４】
ヌクレオシドを表面から洗い流す工程をさらに含む、請求項４７から５３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５５】
キャッピング工程をさらに含む、請求項４７から５４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５６】
酸化工程をさらに含む、請求項４７から５５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５７】
デブロッキング工程をさらに含む、請求項４７から５６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５８】
情報を保存するための方法であって、
ａ）表面を含む固体支持体を供給する工程、
ｂ）少なくとも１つのヌクレオシドを前記表面に沈着させる工程であって、ここで少なくとも１つのヌクレオシドは前記表面に付着したポリヌクレオチドに結合する、沈着させる工程、および
ｃ）前記表面上で複数のポリヌクレオチドを合成するために工程ｂ）を反復する工程であって、ここで、４つの異なるヌクレオチドを使用して工程ｂ）を反復する時間は、約１００ミリ秒未満である、反復する工程
を含む、方法。
【請求項５９】
４つの異なるヌクレオチドを使用して工程ｂ）を反復する時間が約５０ミリ秒未満である、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
４つの異なるヌクレオチドを使用して工程ｂ）を反復する時間が２５ミリ秒から１００ミリ秒である、請求項５８に記載の方法。
【請求項６１】
表面から少なくとも１つのポリヌクレオチドを切断する工程をさらに含み、前記ポリヌクレオチドが液滴に溶解される、請求項５８から６０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６２】
表面から少なくとも１つのポリヌクレオチドを配列決定する工程をさらに含む、請求項５８から６１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６３】
ヌクレオシドがヌクレオシドホスホラミダイトを含む、請求項５８から６２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６４】
表面を乾燥させる工程をさらに含む、請求項５８から６３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６５】
ヌクレオシドを表面から洗い流す工程をさらに含む、請求項５８から６４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６６】
キャッピング工程をさらに含む、請求項５８から６５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６７】
酸化工程をさらに含む、請求項５８から６６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６８】
デブロッキング工程をさらに含む、請求項５８から６７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】
相互参照
本願は、２０１８年１月４日に出願された米国仮特許出願第６２／６１３，７２８号、２０１８年１月１２日に出願された米国仮特許出願第６２／６１７，０６７号、および２０１８年３月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／６５０，２３１号の利益を主張し、これらはすべて、参照により全体として本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ＤＮＡベースの生体分子ベースの情報保存システムは、大きな記憶容量および経時的な安定性を有する。しかし、情報保存のための生体分子を生成するための、スケーラブルで自動化された、非常に正確でかつ非常に効率的なシステムについての必要性が存在している。
【発明の概要】
【０００３】
本明細書において、情報を保存するためのデバイスが提供され、上記デバイスは固体支持体を備え、上記固体支持体は複数のウェルを備え、各ウェルは、上記各ウェルの底部領域に位置する合成表面、上記合成表面とアドレス可能に通信する底部電極、および上記各ウェルの側壁に位置する少なくとも１つの側壁電極を備えるアドレス可能な場所を備え、ここで、上記少なくとも１つの側壁電極は、上記底部領域から５０ｎｍから２００ｎｍにある。本明細書において、固体支持体が、少なくともｃｍ２あたり１００×１０６のアドレス可能な場所の密度でアドレス可能な場所を備えるデバイスがさらに提供される。本明細書において、固体支持体が、ｃｍ２あたり１００×１０６から１００×１０７のアドレス可能な場所の密度でアドレス可能な場所を備えるデバイスがさらに提供される。本明細書において、アドレス可能な場所が、約７５０ｎｍまでの直径を備えるデバイスがさらに提供される。本明細書において、各ウェルが約１０００ｎｍまでの深さを備える、デバイスがさらに提供される。本明細書において、各ウェルが１００ｎｍから１０００ｎｍの深さを備えるデバイスがさらに提供される。本明細書において、各ウェルが１００ｎｍから８００ｎｍの最長断面直径を備えるデバイスがさらに提供される。本明細書において、各ウェルが円筒形であるデバイスがさらに提供される。本明細書において、底部電極が、１０４ｎｍ２から１０５ｎｍ２の最長断面積を備えるデバイスがさらに提供される。本明細書において、少なくとも１つの側壁電極が、底部領域から５０ｎｍから２００ｎｍにあるデバイスがさらに提供される。本明細書において、少なくとも１つの側壁電極が５ｎｍから２５ｎｍの高さを備えるデバイスがさらに提供される。本明細書において、少なくとも２つの側壁電極を備えるデバイスがさらに提供される。本明細書において、少なくとも１つの側壁電極および底部電極が独立してアドレス可能であるデバイスがさらに提供される。
【０００４】
本明細書において、情報を保存するためのデバイスが提供され、上記デバイスは固体支持体を備え、上記固体支持体は複数のウェルを備え、各ウェルは、上記各ウェルの底部領域に位置する合成表面、上記合成表面とアドレス可能に通信する底部電極、および上記各ウェルの側壁に位置する少なくとも１つの側壁電極を備えるアドレス可能な場所を備え、ここで、各アドレス可能な場所の合成表面は、上記合成表面から延びる少なくとも１つのポリヌクレオチドを含み、上記固体支持体上の異なる配列を含むポリヌクレオチドは、少なくともｃｍ２あたり１００×１０６ポリヌクレオチドの密度で存在する。本明細書において、固体支持体が、ｃｍ２あたり少なくとも１００×１０７ポリヌクレオチドの密度で、異なる配列のポリヌクレオチドを含むデバイスがさらに提供される。本明細書において、固体支持体が、ｃｍ２あたり１００×１０６から１００×１０７のポリヌクレオチドの密度でアドレス可能な場所を備えるデバイスがさらに提供される。本明細書において、各ウェルが約１０００ｎｍまでの深さを備えるデバイスがさらに提供される。本明細書において、各ウェルが１００ｎｍから１０００ｎｍの深さを備えるデバイスがさらに提供される。本明細書において、アドレス可能な場所が約７５０ｎｍまでの直径を備えるデバイスがさらに提供される。本明細書において、各ウェルが１００ｎｍから８００ｎｍの最長断面直径を備えるデバイスがさらに提供される。本明細書において、各ウェルが円筒形であるデバイスがさらに提供される。本明細書において、底部電極が、１０４ｎｍ２から１０５ｎｍ２の最長断面積を備えるデバイスがさらに提供される。本明細書において、少なくとも１つの側壁電極が、底部領域から５０ｎｍから２００ｎｍにあるデバイスがさらに提供される。本明細書において、少なくとも１つの側壁電極が５ｎｍから２５ｎｍの高さを備えるデバイスがさらに提供される。本明細書において、少なくとも２つの側壁電極を備えるデバイスがさらに提供される。本明細書において、少なくとも１つの側壁電極および底部電極が独立してアドレス可能であるデバイスがさらに提供される。
【０００５】
本明細書において、情報を保存するための方法が提供され、上記方法は、ａ）本発明に記載されるデバイスを供給する工程、ｂ）ポリヌクレオチド合成の指示を供給する工程、ｃ）少なくとも１つのヌクレオシドを合成表面に沈着させる工程であって、ここで上記少なくとも１つのヌクレオシドは合成表面に付着したポリヌクレオチドに結合する、沈着させる工程、およびｄ）合成表面上で複数のポリヌクレオチドを合成するために工程ｃ）を反復する工程であって、ここで、上記指示が、複数のポリヌクレオチドをコードする少なくとも１つの配列を含む、反復する工程を含む。本明細書において、表面から少なくとも１つのポリヌクレオチドを切断する工程をさらに含み、上記ポリヌクレオチドが液滴に溶解される方法がさらに提供される。本明細書において、表面から少なくとも１つのポリヌクレオチドを配列決定する工程をさらに含む方法がさらに提供される。本明細書において、ヌクレオシドがヌクレオシドホスホラミダイトを含む方法がさらに提供される。本明細書において、切断工程をさらに含み、上記切断工程が電位を底部電極に印加して切断試薬を生成することを含む方法がさらに提供される。本明細書において、表面を乾燥させる工程をさらに含む方法がさらに提供される。本明細書において、ヌクレオシドを表面から洗い流す工程をさらに含む方法がさらに提供される。本明細書において、キャッピング工程をさらに含む方法がさらに提供される。本明細書において、酸化工程をさらに含む方法がさらに提供される。本明細書において、デブロッキング工程をさらに含み、上記デブロッキング工程は、電位を少なくとも１つの側壁電極に印加して、脱保護試薬を生成することを含む方法がさらに提供される。
【０００６】
本明細書において、情報を保存するための方法が提供され、上記方法は、ａ）表面を含む固体支持体を供給する工程、ｂ）少なくとも１つのヌクレオシドを上記表面に沈着させる工程であって、ここで少なくとも１つのヌクレオシドは上記表面に付着したポリヌクレオチドに結合する、沈着させる工程、およびｃ）上記表面上で複数のポリヌクレオチドを合成するために工程ｂ）を反復する工程であって、ここで、上記表面上に異なる配列を有するポリヌクレオチドは、ｃｍ２あたり少なくとも１００×１０６ポリヌクレオチドの密度で存在する、反復する工程を含む。本明細書において、固体支持体上のアドレス可能な場所の密度が、少なくともｃｍ２あたり１００×１０７ポリヌクレオチドである方法がさらに提供される。本明細書において、固体支持体上のアドレス可能な場所の密度が、ｃｍ２あたり１００×１０６〜１００×１０７ポリヌクレオチドである方法がさらに提供される。本明細書において、表面から少なくとも１つのポリヌクレオチドを切断する工程をさらに含み、上記ポリヌクレオチドが液滴に溶解される方法がさらに提供される。本明細書において、表面から少なくとも１つのポリヌクレオチドを配列決定する工程をさらに含む方法がさらに提供される。本明細書において、ヌクレオシドがヌクレオシドホスホラミダイトを含む方法がさらに提供される。本明細書において、表面を乾燥させる工程をさらに含む方法がさらに提供される。本明細書において、ヌクレオシドを表面から洗い流す工程をさらに含む方法がさらに提供される。本明細書において、キャッピング工程をさらに含む方法がさらに提供される。本明細書において、酸化工程をさらに含む方法がさらに提供される。本明細書において、デブロッキング工程をさらに含む方法がさらに提供される。
【０００７】
本明細書において、情報を保存するための方法が提供され、上記方法は、ａ）表面を含む固体支持体を供給する工程、ｂ）少なくとも１つのヌクレオシドを含む液滴を上記表面に沈着させる工程であって、ここで少なくとも１つのヌクレオシドは上記表面に付着したポリヌクレオチドに結合する、沈着させる工程、およびｃ）上記表面上で複数のポリヌクレオチドを合成するために工程ｂ）を反復する工程であって、ここで、上記液滴の体積は約１００フェムトリットル未満である、反復する工程を含む。本明細書において、液滴の体積が約５０フェムトリットル未満である方法がさらに提供される。本明細書において、液滴の体積が約２５フェムトリットル未満から１００フェムトリットルである方法がさらに提供される。本明細書において、表面から少なくとも１つのポリヌクレオチドを切断する工程をさらに含み、上記ポリヌクレオチドが液滴に溶解される方法がさらに提供される。本明細書において、表面から少なくとも１つのポリヌクレオチドを配列決定する工程をさらに含む方法がさらに提供される。本明細書において、ヌクレオシドがヌクレオシドホスホラミダイトを含む方法がさらに提供される。本明細書において、表面を乾燥させる工程をさらに含む方法がさらに提供される。本明細書において、ヌクレオシドを表面から洗い流す工程をさらに含む方法がさらに提供される。本明細書において、キャッピング工程をさらに含む方法がさらに提供される。本明細書において、酸化工程をさらに含む方法がさらに提供される。本明細書において、デブロッキング工程をさらに含む方法がさらに提供される。
【０００８】
本明細書において、情報を保存するための方法が提供され、上記方法は、ａ）表面を含む固体支持体を供給する工程、ｂ）少なくとも１つのヌクレオシドを上記表面に沈着させる工程であって、ここで少なくとも１つのヌクレオシドは上記表面に付着したポリヌクレオチドに結合する、沈着させる工程、およびｃ）上記表面上で複数のポリヌクレオチドを合成するために工程ｂ）を反復する工程であって、ここで、４つの異なるヌクレオチドを使用して工程ｂ）を反復する時間は、約１００ミリ秒未満である、反復する工程を含む。本明細書において、４つの異なるヌクレオチドを使用して工程ｂ）を反復する時間が約５０ミリ秒未満である方法がさらに提供される。本明細書において、４つの異なるヌクレオチドを使用して工程ｂ）を反復する時間が２５ミリ秒から１００ミリ秒である方法がさらに提供される。本明細書において、表面から少なくとも１つのポリヌクレオチドを切断する工程をさらに含み、上記ポリヌクレオチドが液滴に溶解される方法がさらに提供される。本明細書において、表面から少なくとも１つのポリヌクレオチドを配列決定する工程をさらに含む方法がさらに提供される。本明細書において、ヌクレオシドがヌクレオシドホスホラミダイトを含む方法がさらに提供される。本明細書において、表面を乾燥させる工程をさらに含む方法がさらに提供される。本明細書において、ヌクレオシドを表面から洗い流す工程をさらに含む方法がさらに提供される。本明細書において、キャッピング工程をさらに含む方法がさらに提供される。本明細書において、酸化工程をさらに含む方法がさらに提供される。本明細書において、デブロッキング工程をさらに含む方法がさらに提供される。
【０００９】
参照による組み込み
本明細書で言及されるすべての刊行物、特許、および特許出願は、あたかも各個別の刊行物、特許、または特許出願が具体的かつ個別に参照により組み込まれることが示されたのと同じ程度に、参照により本明細書に組み込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の新規の特徴は、添付の特許請求の範囲に詳細に説明されている。本発明の特徴および利点のより良好な理解は、発明の原理が利用される、例示的な実施形態を説明する以下の詳細な説明および添付の図面を参照することによって得られ、その図面は以下のとおりである。
【図１】核酸ベースのデータ保存のための例示的なワークフローを図示する。
【図２】それぞれが２５６個のクラスターのアレイを有する、２４の領域またはサブフィールドを含むポリヌクレオチド合成用に構成されたプレートを図示する。
【図３】１６×１６のクラスターを有し、各クラスターは１２１の個別の場所を有する図２のサブフィールドのより拡大した図を図示する。
【図４】クラスターが１２１の場所を有する、図２のクラスターの詳細図を図示する。
【図５Ａ】複数のチャネルを備えたプレートの正面図を図示する。
【図５Ｂ】複数のチャネルを備えたプレートの断面図を図示する。
【図６Ａ】フレキシブル構造のための連続ループおよびリールツーリール構成を図示する。。
【図６Ｂ】フレキシブル構造のための連続ループおよびリールツーリール構成を図示する
【図６Ｃ】合成されたポリヌクレオチドの放出および抽出のためのスキーマを描写する。
【図６Ｄ】合成されたポリヌクレオチドの放出および抽出のためのスキーマを描写する。
【図７Ａ】それぞれスポット、チャネル、またはウェルを有するフレキシブル構造のズームインを図示する。
【図７Ｂ】それぞれスポット、チャネル、またはウェルを有するフレキシブル構造のズームインを図示する。
【図７Ｃ】それぞれスポット、チャネル、またはウェルを有するフレキシブル構造のズームインを図示する。
【図８】コンピュータシステムの一例を図示する。
【図９】コンピュータシステムのアーキテクチャを図示するブロック図である。
【図１０】複数のコンピュータシステム、複数の携帯電話およびパーソナルデータアシスタント、ならびにネットワーク接続ストレージ（ＮＡＳ）を組み込むように構成されたネットワークを実証する図である。
【図１１】共有仮想アドレスメモリ空間を使用するマルチプロセッサコンピュータシステムのブロック図である。
【図１２Ａ】固体支持アレイの一例の前面である。
【図１２Ｂ】固体支持アレイの一例の背面である。
【図１３】活性領域および流体工学インターフェースを備える固体支持体のスキーマである。
【図１４】ラック型機器の一例である。
【図１５】核酸合成または保存のためのアドレス可能な領域を備える固体支持体を描写する。
【図１６Ａ】電気化学を使用する合成のためのアレイを描写する。
【図１６Ｂ】電気化学を使用する合成のためのアレイを描写する。
【図１７】核酸合成または保存のためのウェルおよびウェル間のピッチ距離を描写する。
【図１８】アドレス可能なアレイを備える固体支持体の一例を図示する。
【図１９】ピッチが２４０マーのポリヌクレオチドの長さに近い、固体支持体アレイの一例を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
発明の詳細な説明
生成および保存される情報の量が指数関数的に増加するので、より大容量の保存システムが必要である。従来のストレージメディアは容量が限られており、時間の経過とともに変化する特殊なテクノロジーを必要とするため、多くの場合、多大な費用をかけて新しいメディアにデータを常に転送する必要がある。ＤＮＡ分子などの生体分子は、従来のバイナリ情報コーディングとは対照的に、４ビット情報コーディングの時間に対する安定性と容量に部分的に起因して、情報を保存するための適切なホストを提供する。したがって、大量のデータは、市販の情報ストレージデバイスによって使用されるよりも比較的少量の物理スペースでＤＮＡにコードされる。本明細書で提供されるのは、配列密度の増加およびターンアラウンド時間の減少を通じてＤＮＡ合成スループットを増加させる方法である。
【００１２】
定義
別途定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、これらの発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。
【００１３】
この開示全体を通して、数値的特徴は範囲形式で提示されている。範囲形式での説明は、単に便宜および簡潔さのためであり、いかなる実施形態の範囲に対する柔軟性のない制限としても解釈されるべきではないことを理解されるべきである。したがって、範囲の説明は、文脈から明確に指示されていない限り、すべての可能な部分範囲と、その範囲内の個々の数値から下限の単位の１０分の１を具体的に開示していると見なされる。例えば、１から６の範囲の説明は、１から３、１から４、１から５、２から４、２から６、３から３などの具体的に開示された部分範囲、およびその範囲内の個々の値（１．１、２、２．３、５、５．９など）を有すると見なされる。これは、範囲の幅に関係なく適用される。これらの介在する範囲の上限および下限は、独立して、より小さな範囲に含めることができ、本発明内に包含され、述べられた範囲内の具体的に除外された制限に従う。述べられた範囲が一方または両方の制限を含む場合、文脈が明確に他を示さない限り、それらの含まれた制限のいずれかまたは両方を除外する範囲も本発明に含まれる。
【００１４】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することのみを目的としており、任意の実施形態を限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、複数形も含むことを意図している。本明細書で使用される場合、「備える」および／または「備えること」という用語は、述べられた特徴、整数、工程、操作、要素、および／または構成要素の存在を指定するが、１つ以上の他の機能、整数、工程、操作、要素、構成要素、および／またはそれらの群の存在または追加を排除しないことがさらに理解される。本明細書で使用される場合、「および／または」という用語は、関連する列挙された項目の１つまたは複数の任意のおよびすべての組み合わせを含む。
【００１５】
本明細書で使用する場合、特に明記しない限り、または文脈から明らかでない限り、数または数の範囲に関する用語「約」は、明記された数およびその数の＋／−１０％、または範囲について列挙されている値について、列挙されている下限値の１０％下および列挙されている上限値の１０％上を意味すると理解される。
【００１６】
本明細書で使用される場合、「所定の配列」、「事前に定義された配列」または「既定の配列」という用語は、互換的に使用される。この用語は、ポリマーの配列が公知であり、ポリマーの合成またはアセンブリの前に選択されることを意味する。特に、本発明の様々な態様は、主に核酸分子の調製に関して本明細書に記載されており、ポリヌクレオチドの配列は公知であり、核酸分子の合成または組み立ての前に選択される。
【００１７】
本明細書では、合成（すなわち、デノボ合成または化学合成）ポリヌクレオチドの製造のための方法および組成物が提供される。ポリヌクレオチドはまた、オリゴヌクレオチドまたはオリゴと呼ばれることもある。本明細書に記載されているポリヌクレオチド配列は、特に明記しない限り、ＤＮＡまたはＲＮＡを含み得る。
【００１８】
固体支持体ベースの核酸合成および保存
チップベースの核酸合成および保存のためのデバイス、組成物、システムおよび方法が本明細書に記載される。いくつかの例では、ポリヌクレオチドは、本明細書に記載されるような固体支持体ベースの方法を使用してデノボ合成される。いくつかの例では、ポリヌクレオチドは合成後に固体支持体上で保存される。いくつかの例では、本明細書に記載されるような固体支持体ベースの方法は、保存のみのために使用される。
【００１９】
１つ以上の核酸合成装置構成要素が固体支持体に組み込まれる、固体支持体ベースの核酸合成および保存のためのデバイス、組成物、システムおよび方法が本明細書に記載される。構成要素または構成要素の機能的等価物に、温度制御ユニット、アドレス可能な電極、半導体表面、流体リザーバー、流体工学、合成表面、電源、またはポリヌクレオチドを合成するために使用される他の構成要素を含み得る。統合された構成要素の任意の組み合わせは、本明細書に記載されるデバイス、組成物、システムおよび方法を伴う使用に適している。いくつかの例では、１つ以上の構成要素は固体支持体の外部である（組み込まれていない）。
【００２０】
表面上のポリヌクレオチド合成のための独特の場所の密度は、試薬沈着によって達成可能な空間分解能によって制御されることが多い。さらに、固有の部位での試薬沈着は、沈着デバイスまたは受容表面のいずれかを移動させて、試薬沈着の部位をある部位から別の部位へと移動させる必要がある。あるいは、塩基の結合は、表面または試薬沈着デバイスを動かすことなく、合成表面上の規定された部位で局所的に制御される。局所制御は、アドレス可能な電極１５０３のアレイを通じて達成され、各電極は、表面１５０５上の特定の場所で電気化学を介してヌクレオシド（ヌクレオシドホスホラミダイト）カップリングを制御する。いくつかの例では、電極は、合成表面とアドレス可能に通信する底部領域に位置するベース電極（または底部電極）である。いくつかの例では、電極は、ウェルの側面に位置する側壁電極である。しかし、いくつかの例では、フラットアレイ上での電気化学の従来のプロセスは、ピッチ距離によって制限される（図１９を参照）。高密度（例えば、短いピッチ距離１５０７）では、成長するＤＮＡオリゴ１６０１の長さは、１つの合成部位から隣接する部位に到達することができ、個別の反応生成物を混合する。隣接する反応生成物の混合を回避するために、いくつかの実施形態において、ピッチ距離１５０７は増加される。液体反応媒体１９０１を介した拡散は、ポリヌクレオチド合成の空間的制御に影響を与える追加の要因である。従って、より高いアレイ密度を達成するために活性部位を分離することは有利である。ヌクレオシドカップリングは、局所化学試薬の生成、試薬の局所除去、試薬の反発、溶媒の制限、溶媒の引き付け、またはベースカップリングにおいて１つ以上の工程に影響を与える他の電気化学的もしくは物理的操作など、任意の数の操作を通じて局所電極によって制御される。いくつかの例では、ウェル１５０２を有するプレート１５０１を備えるデバイス１５００は、ポリヌクレオチドを合成するために使用される（図１５を参照のこと）。各ウェル１５０５の底部は、そこからポリヌクレオチドが合成される電極１５０３を備える。各ウェルは、断面直径１５０６、および任意の２つのウェル１５０７間のピッチ距離を有する。いくつかの例では、電極の側壁１５０４は、１つまたは複数の側壁電極（図示せず）を備える。
【００２１】
いくつかの例におけるカップリングは、ヌクレオシド付加工程、脱保護工程、またはヌクレオシドカップリング反応の効率に影響を与える他の工程の制御によって直接制御される。いくつかの例では、電極のパターンが荷電されて、合成表面近くの規定された部位にＨ＋イオンの勾配１６０２を生成し（図１６Ａを参照）、これらの部位のポリヌクレオチド１６０１はブロックされておらず（ポリヌクレオチドは酸で切断可能なブロック基でブロックされている）、ヌクレオシドへのカップリングのために利用できる。
【００２２】
固体支持体を備えるデバイスが本明細書に記載され、この固体支持体は複数のウェルを備え、各ウェルは、上記各ウェルの底部領域に位置する合成表面、および上記各ウェルの側壁に位置する少なくとも１つの側壁電極を備えるアドレス可能な場所を備え、ここで、試薬の電気化学的生成は、合成表面へのポリヌクレオチド付着点から空間的に分離されている。いくつかの例では、本明細書に記載されているデバイスは、合成表面とアドレス可能に通信する底部電極をさらに備える。例えば、側壁電極１６０３を使用して、基質または試薬の付着を制御することができる（図１６Ｂを参照）。いくつかの例では、試薬はプロトンまたは他の酸分子を含む。いくつかの例では、側壁電極１６０３は、深さ１６０４を有するウェルのウェル表面（図１６Ｂ参照）の縁の周りの位置に配置される。いくつかの例では、側壁電極は、合成表面の近くで起こる化学反応を制御する。例えば、酸または他の試薬が合成表面の近くで生成される場合、この表面に結合されたポリヌクレオチド１６０１の部分は、酸生成部位の遠位にあるポリヌクレオチドの部分よりも高濃度の酸と接触する。これは、より高濃度の酸に曝されるポリヌクレオチドの部分の分解をもたらす可能性がある。側壁電極１６０３は、いくつかの例では、プロトン勾配１６０２を生成または制御し、これは、ポリヌクレオチド１６０１の一部の酸への均一または標的化された曝露をもたらす。荷電していない電極の近くの部位は、合成表面上に沈着したヌクレオシドとカップリングせず、荷電した電極のパターンは、次のヌクレオシドを追加する前に変更される。一連の電極制御マスクを表面に適用することにより、所望のポリヌクレオチドが表面の正確な位置で合成される。さらに、いくつかの例では、カップリングを局所的に制御することで、合成工程が減少し、試薬／材料が減少し（ポリヌクレオチド密度が高くなり、スケールが減少するため）、合成時間が短縮される（合成表面の動きがなくなる）。いくつかの例では、ウェルは１つ、２つ、３つ、４つ、または４つ以上の側壁電極を備えている。いくつかの例では、各ウェルは２つの側壁電極を含む。いくつかの例では、各側壁電極は独立してアドレス可能である。例えば、異なる電圧が２つ以上の異なる側壁電極に独立して印加される。このような配置は、いくつかの例では、２つの側壁電極間の規定された平面における試薬またはポリヌクレオチドの拡散を容易にする。このような側壁電極は、いくつかの例では、ウェル断面の円周の周りのリング形状であるかまたはその円周の周りに連続している。いくつかの例では、側壁電極は不連続であるか、または側壁表面の一部を部分的にのみ覆う。例えば、側壁電極は、ウェル断面の周囲の約５％、１０％、１５％、３０％、５０％、７５％、または約９０％にわたって連続している。このような側壁電極は、いくつかの例では、ウェルの高さにほぼ等しい高さを有するか、またはウェルの高さの約５％、１０％、１５％、３０％、５０％、７５％、または約９０％の高さを有する。いくつかの例では、２つ以上の不連続な側壁電極に独立して異なる電圧を印加すると、水平面で試薬またはポリヌクレオチドの拡散を引き起こす。いくつかの例では、２つ以上の不連続な側壁電極に独立して異なる電圧を印加すると、垂直面で試薬またはポリヌクレオチドの拡散を引き起こす。
【００２３】
ポリヌクレオチド合成は、一般に、合成表面上での液体（流体工学）の沈着および除去の反復を必要とする。流体のバルク移動は、いくつかの例では、流体の損失（濡れ、輸送ラインまたは反応ウェルの容量）を引き起こし、試薬の使用効率を低下させ、流体を移動させるためのサイクル時間を長くする。合成中のバルク流体工学の代替は、デジタル流体工学の使用であり、ここでは、試薬または反応容器は、個別の液滴としてパッケージ化されている。液滴は、いくつかの例では、絶縁された（または半導体でコーティングされた）電極を備える表面を操作すること、またはエレクトロウェッティングにより、個別の体積で、混合、移動（マージ、反応）、分割、保存、追加、削除、または分析される。エレクトロウェッティングは、流体と表面の相互作用を局所的な制御を可能にし、例えば、液滴の近くの電極に電圧をかけると、液滴の分裂を生じる。いくつかの例では、本明細書に記載されている液滴は、小さな体積を含む。例えば、液滴の体積は最大１０、２０、５０、７５、１００、１２５、１５０、２００、３００、５００、８００、または１０００フェムトリットル以上である。いくつかの例では、液滴の体積は約５０から約２００フェムトリットルである。いくつかの例では、デジタル流体工学は、バルク流体工学と比較して、サイクル時間が少なくとも２、３、４、７、１０、または１０倍より多く減少する。いくつかの例では、デジタル流体工学では、バルク流体工学と比べてサイクル時間が約２倍から１０倍短縮される。いくつかの例では、１サイクル（洗浄を含む４塩基の順次カップリング）を完了するための時間は、約１、２、３、５、７、１０、１２、１５、１７、２０、３０、５０、１００、または約２００ミリ秒（ｍｓ）である。いくつかの例では、１サイクルを完了するまでの時間は、最大１、２、３、５、７、１０、１２、１５、１７、２０、３０、５０、１００、または最大２００ｍｓである。いくつかの例では、１サイクルを完了するための時間は約１０から約５０ｍｓである。
【００２４】
本明細書に記載される表面へのまたは表面からの流体の移動は、望ましくない流体の動きまたは他の現象を防止する修正または条件を含み得る。例えば、いくつかの例における流体の移動は、気泡またはガスのポケットの形成をもたらし、これは、表面またはポリヌクレオチドなどの成分との流体の接触を制限する。気泡形成を制御または最小化するための様々な方法が、本明細書に記載されている方法、システム、および組成物によって企図されている。そのような方法には、流体圧力、ウェル形状、または表面材料／コーティングの制御が含まれる。気泡を最小限に抑えるためのウェル形状を実装できる。例えば、ウェル、チャネル、または他の表面を先細にすることは、流体の流れの間の気泡形成を低減または排除することができる。特定の濡れ特性を有する表面材料を実装して、気泡の形成を低減または排除することができる。例えば、本明細書に記載されている表面は、疎水性材料を含む。いくつかの例では、本明細書に記載されている表面は親水性材料を含む。圧力は、流体の移動中に気泡の形成を制御するために使用できる。いくつかの例では、圧力は、構成要素、表面の領域、キャピラリー／チャネルに局所的に加えられるか、またはシステム全体に適用される。圧力は、いくつかの例では、流体の移動方向の後ろまたはその前のいずれかに適用される。いくつかの例では、気泡の形成を防ぐために背圧が加えられる。気泡の形成を防止するために使用される適切な圧力は、流体、スケール、流れの形状、および使用される材料に依存する範囲であり得る。例えば、５〜１０気圧の圧力がシステムにおいて維持される。いくつかの例では、少なくとも２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１５、２０、または５０気圧を超える圧力が適用される。いくつかの例では、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１５、２０、または５０気圧までの圧力が適用される。いくつかの例では、約２〜約１０、約２〜約８、約２〜約５、約４〜約１０、約４〜約１２、約５〜約１５、約５〜約７、約７〜約２０、約８から約１５、または約１０から約２０気圧の圧力が適用される。
【００２５】
本明細書に記載されるデバイスは、温度などの環境条件を調整する目的で制御ユニットを利用することができる。温度制御ユニットは、ポリヌクレオチドを含む固体支持体を保存するための条件を準備または維持するためにしばしば使用される。核酸の保存条件は、長期的な安定性に影響を与える可能性があり、回収されるデジタル保存情報の品質に直接影響を与える。ポリヌクレオチドは、必要に応じて、固体支持体上に低温（例えば、１０℃、４℃、０℃以下）で保存され、温度制御ユニットは、この固体支持体温度を維持する。溶媒和または乾燥などの固体支持体上のポリヌクレオチドの保存媒体も保存安定性に影響を与える。いくつかの例では、ポリヌクレオチドは、液滴中の水溶液または緩衝液などの溶液中に保存される。いくつかの例では、ポリヌクレオチドは凍結乾燥（乾燥）して保存される。温度制御ユニットは、いくつかの例では、チップ温度を上げて、それに取り付けられたポリヌクレオチドの乾燥を促進する。温度制御ユニットはまた、いくつかの例では、固体支持体上のアドレス可能な場所での加熱の局所制御も提供する。いくつかの例では、ポリヌクレオチドを含む液滴を固体支持体に添加した後、固体支持体を乾燥させる。いくつかの例では、乾燥した固体支持体は後で分解される。いくつかの例では、固体支持体は後で使用するために保存される。いくつかの例では、固体支持体は、ポリヌクレオチドのインデックスマップをさらに含む。いくつかの例では、固体支持体はメタデータをさらに含む。
【００２６】
本明細書に記載されるデバイスは、デバイスの様々な構成要素に電圧を加えるために使用される電源を備えることができる。固体支持体の合成成分は、任意選択で外部電源または固体支持体に統合された電源から電力を供給される。電源は、バッテリー、太陽電池、熱電発電機、誘導（無線）電源ユニット、運動エネルギー充電器、携帯電話、タブレット、または本明細書に記載の合成成分またはデバイスでの使用に適した他の電源を含み得る。いくつかの例では、本明細書に記載されている合成構成要素、表面、またはデバイスは携帯可能である。
【００２７】
試薬、洗浄溶媒、または他の合成成分を含む流体は、合成表面に沈着される。未使用の流体（合成表面に接触する前）または使用済みの流体（合成表面に接触した後）は、いくつかの例では、固体支持体に組み込まれた１つ以上の区画に保存される。代替的にまたは組み合わせて、ポリヌクレオチドは、外部分析または保存のために固体支持体に出入りする。例えば、合成されたポリヌクレオチドは、液滴中の固体支持体上の場所から切断され、得られた液滴は、固体支持体の合成領域の外部に移動する。液滴は保存のために任意に乾燥される。いくつかの例では、流体は固体支持体の外部に保存される。いくつかの例では、本明細書に記載のデバイスは、固体支持体へのまたは固体支持体からの流体の移動を可能にする複数の流体工学ポートを備えた固体支持体を含む。いくつかの例では、ポートは、固体支持体の側面に方向付けられており、他の構成により、合成表面への流体の送達にもまた適している。そのようなデバイスは、多くの場合、例えば、固体支持体のｍｍ長さあたり少なくとも１、２、５、１０、２０、５０、１００、２００、５００、１０００、２０００、５０００、または少なくとも１０，０００ポートを含む。いくつかの例では、本明細書に記載のデバイスは、固体支持体の長さあたり１ｍｍあたり約１００〜約５０００のポートを含む。
【００２８】
固体支持体に組み込まれたアドレス可能な電極が本明細書に記載されている。電極は、限定されないが、導体、絶縁体、または半導体を備え、当技術分野で周知の材料で製造される。材料は、金属、非金属、混合金属酸化物、窒化物、炭化物、シリコンベースの材料、または他の材料を含み得る。いくつかの例では、金属酸化物には、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＢａＯ、Ｙ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＳｒＯ、または当技術分野で公知の他の金属酸化物が含まれる。いくつかの例では、金属炭化物には、ＴｉＣ、ＷＣ、ＴｈＣ２、ＴｈＣ、ＶＣ、Ｗ２Ｃ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、Ｔａ２Ｃ、または当技術分野で知られている他の金属炭化物が含まれる。いくつかの例では、金属窒化物には、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＢＮ、Ｂｅ３Ｎ２、Ｃｒ２Ｎ、ＭｏＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＴａＮ、Ｔｈ２Ｎ２、ＶＮ、ＺｒＮ、ＴｉＮ、ＨｆＮ、ＮｂＣ、ＷＮ、ＴａＮ、または当技術分野で公知の他の金属窒化物が含まれる。いくつかの例では、本明細書に開示されているデバイスは、本明細書に記載されている材料、または当技術分野で知られている任意の他の適切な材料の組み合わせで製造される。電極は、ディスク、ロッド、ウェル、ポスト、実質的に平面の形状、または核酸合成に適した任意の他の形状を含む、任意の形状を有することができる。各電極の断面積は、ポリヌクレオチド合成の場所のサイズの関数として変動するが、いくつかの例では、最大５００μｍ２、２００μｍ２、１００μｍ２、７５μｍ２、５０μｍ２、２５μｍ２、１０μｍ２、５μｍ２未満である。いくつかの例では、各電極の断面積は、約５００μｍ２〜１０μｍ２、約１００μｍ２〜２５μｍ２、または約１５０μｍ２〜５０μｍ２である。いくつかの例では、各電極の断面積は約１５０μｍ２〜５０μｍ２である。本明細書で提供されるデバイスは、ポリヌクレオチド合成のための場所のサイズの関数として変動する直径を有する電極を備える。例示的な電極直径には、限定されないが、最大５００μｍ、２００μｍ、１００μｍ、７５μｍ、５０μｍ、２５μｍ、１０μｍ、５μｍ未満が含まれる。いくつかの例では、各電極の直径は、約５００μｍ〜１０μｍ、約１００μｍ〜２５μｍ、約１００μｍ〜約２００μｍ、約５０μｍ〜約２００μｍ、または約１５０μｍ〜５０μｍである。いくつかの例では、各電極の直径は約２００μｍ〜５０μｍである。いくつかの例では、各電極の直径は約２００μｍから１００μｍである。いくつかの例では、各電極の直径は最大５００ｎｍ、２００ｎｍ、１００ｎｍ、７５ｎｍ、５０ｎｍ、２５ｎｍ、１０ｎｍ、５ｎｍ未満である。いくつかの例では、各電極の直径は、約５００ｎｍ〜１０ｎｍ、約１００ｎｍ〜２５ｎｍ、約１００ｎｍ〜約２００ｎｍ、約５０ｎｍ〜約２００ｎｍ、または約１５０ｎｍ〜５０ｎｍである。いくつかの例では、各電極の直径は約２００ｎｍ〜５０ｎｍである。いくつかの例では、各電極の直径は約２００ｎｍ〜１００ｎｍである。各電極の厚さは、ポリヌクレオチド合成の場所のサイズの関数として変動するが、いくつかの例では、約５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、５００ｎｍ、７５０ｎｍ、１０００ｎｍ、１２００ｎｍ、１５００ｎｍ、２０００ｎｍ、２５００ｎｍ、３０００ｎ��、または約３５００ｎｍである。いくつかの例では、電極の厚さは、少なくとも５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、５００ｎｍ、７５０ｎｍ、１０００ｎｍ、１２００ｎｍ、１５００ｎｍ、２０００ｎｍ、２５００ｎｍ、３０００ｎｍ、または少なくとも３５００ｎｍである。いくつかの例では、電極の厚さは、少なくとも１μｍ、２μｍ、３μｍ、５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、３０μｍ、５０μｍ、または少なくとも７５μｍである。いくつかの例では、電極の厚さは、約１μｍ、２μｍ、３μｍ、５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、３０μｍ、５０μｍまたは約７５μｍである。いくつかの例では、電極の厚さは、最大で１μｍ、２μｍ、３μｍ、５μｍ、１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ、３０μｍ、５０μｍまたは最大７５μｍである。いくつかの例では、電極の厚さは、最大５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、５００ｎｍ、７５０ｎｍ、１０００ｎｍ、１２００ｎｍ、１５００ｎｍ、２０００ｎｍ、２５００ｎｍ、３０００ｎｍ、または最大３５００ｎｍである。いくつかの例では、電極の厚さは、約２０ｎｍ〜３０００ｎｍ、約５０ｎｍ〜２５００、約１００ｎｍ〜７５０ｎｍ、約４００ｎｍ〜７５０ｎｍ、約５００ｎｍ〜３０００ｎｍ、または約１０００ｎｍ〜３０００ｎｍである。いくつかの例では、電極の厚さは約１０μｍ〜約２０μｍである。いくつかの例では、電極の厚さは、約５μｍ〜約５０μｍ、約１０μｍ〜約３０μｍ、約１５μｍ〜約２５μｍ、または約３０μｍ〜約５０μｍである。いくつかの例では、電極は半導体または絶縁体などの追加の材料でコーティングされる。いくつかの例では、電極は、ポリヌクレオチドの付着および合成のための材料でコーティングされる。電極のサイズ、形状、パターン、または方向は、いくつかの例では、電気化学的に生成された試薬によって引き起こされる有害な副反応を最小限に抑えるように選択される。いくつかの例では、アドレス可能な電極のグリッドおよび共通電極などの電極の組み合わせが使用される。電極は、いくつかの例では、カソードまたはアノードである。電極または電極のアレイは、ポリヌクレオチド表面上またはその近くのどこにでも配置することができる。いくつかの例では、電極は、ウェルまたはチャネルの底など、合成のための場所の底部に配置される。いくつかの例では、電極は、ウェルまたはチャネルの側壁に配置される（「側壁電極」）。複数の側壁電極が、いくつかの例では、ウェルの側面に存在する。デバイスの異なる場所に配置された電極は、異なる機能を有することができ、独立してまたは同時にアドレス可能である。いくつかの例では、ウェルの底部の電極を使用して、１つ以上の場所でポリヌクレオチドを表面から切断し、側壁電極を使用して酸を生成してポリヌクレオチドを脱保護する。いくつかの例では、ウェルの底部にある電極を使用して、１つ以上の場所でポリヌクレオチドを表面から切断し、第１の側壁電極を使用して酸を生成してポリヌクレオチドを脱保護し、第２の側壁電極を使用して、切断後にポリヌクレオチドをウェルから移動する。例示的な構成では、側壁電極は、合成表面の約１０ｎｍ、約２５ｎｍ、約５０ｎｍ、約７５ｎｍ、約１００ｎｍ、約１２５ｎｍ、または約２００ｎｍ上に配置される。いくつかの例では、側壁電極は、合成表面の上約１０ｎｍから約１００ｎｍ、約５０ｎｍから約１５０ｎｍ、約４０ｎｍから１００ｎｍ、約７５ｎｍから約１２５ｎｍ、約１００から３００ｎｍに配置される。いくつかの例では、複数の側壁電極が合成表面の上の異なる高さに配置される。例えば、位置は、少なくとも１つの側壁電極、少なくとも２つの側壁電極、少なくとも３つの側壁電極、または３つを超える側壁電極を備える。例示的な構成では、側壁電極は、約１ｎｍ、約５ｎｍ、約１０ｎｍ、約２０ｎｍ、約２５ｎｍ、約３０ｎｍ、約４０ｎｍ、または約５０ｎｍの高さを有する。いくつかの例では、側壁電極の高さは１ｎｍ〜２０ｎｍ、２ｎｍ〜３０ｎｍ、５ｎｍ〜２０ｎｍ、１０ｎｍ〜４０ｎｍ、または５ｎｍ〜２５ｎｍである。
【００２９】
電極表面は、ポリヌクレオチドの移動、コンフォメーション、合成、成長、および放出を支援することができる。いくつかの例では、電極は１つ以上の層でコーティングされる。いくつかの例では、層は、リンカーの付着を容易にする単層である。いくつかの例では、電極は、リンカーで官能基化される単層の領域に影響を与えるように荷電される。これにより、疎水性または親水性の化学基で表面を修飾するなど、化学的官能基化のための特定の領域をマスキングすることを可能にする。いくつかの例では、電極は、ヌクレオシドモノマーで伸長される単層の領域に影響を与えるように荷電される。これには、いくつかの例では、電極の近くの合成表面へのモノマーのカップリングを促進または防止するための試薬の生成が含まれる。いくつかの例では、ポリヌクレオチドを放出する単層の領域に影響を与えるために、電極が荷電している。特定のポリヌクレオチドの特定の順序でのそのような制御放出は、いくつかの例では、合成されたモノマーのより大きなポリヌクレオチドへのアセンブリ（集合）を制御するために使用される。例えば、反復ポリヌクレオチド構築プロセスは、放出され、オーバーラップＰＣＲアセンブリのためにハイブリダイズすることを可能にされるポリヌクレオチドの様々な組み合わせを探索することによって最適化される。
【００３０】
各電極は、合成のための１つまたは複数の異なる場所を制御することができ、合成のための各場所は、ポリヌクレオチドの密度を有する。いくつかの例では、密度は１０ｎｍ２あたり少なくとも１オリゴ、２０、５０、１００、２００、５００、１，０００、２，０００、５，０００ｎｍ２あたり少なくとも１オリゴ、または１０，０００ｎｍ２あたり少なくとも１オリゴである。いくつかの例では、密度は、１０ｎｍ２あたり約１オリゴから５，０００ｎｍ２あたり約１オリゴ、５０ｎｍ２あたり約１オリゴから５００ｎｍ２あたり約１オリゴ、または２５ｎｍ２あたり約１オリゴから７５ｎｍ２あたり約１オリゴである。いくつかの例では、ポリヌクレオチドの密度は、２５ｎｍ２あたり約１オリゴから７５ｎｍ２あたり約１オリゴである。
【００３１】
様々なタイプの電極を有するポリヌクレオチド合成のためのデバイスが本明細書において提供される。いくつかの例では、デバイスは参照電極を備える。参照電極は、合成表面の近くに、またはウェルまたはチャネルの場合には、例えば、ウェルまたはチャネルの上に配置される。いくつかの例では、参照電極は、合成表面の約１〜約５０μｍ、約２μｍ〜約４０μｍ、約３μｍ〜約３０μｍ、約５μｍ〜約２０μｍ、約１０〜約２０μｍ、約１５から約５０μｍ、約３０から約５０μｍ、約５μｍから約３０μｍ、または約７μｍから約２５μｍである。いくつかの例では、参照電極は、合成表面の上約１、２、５、７、８、９、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６μｍ、または２６μｍ以上である。いくつかの例では、参照電極は、合成表面の上で最大１、２、５、７、８、９、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６μｍまたは最大２６μｍである。いくつかの例では、参照電極は、合成表面の上で少なくとも１、２、５、７、８、９、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２２、２４、２６μｍ、または少なくとも２６μｍである。参照電極は、いくつかの例では、ウェルまたはチャネルに隣接するなど、合成表面に隣接している。いくつかの例では、各場所に１つの対応する参照電極がある。各場所は、いくつかの例では、１つまたは複数の隣接する場所と共通の参照電極を共有する。本明細書に記載されるデバイスは、任意の数の参照電極を含み得る。いくつかの例では、参照電極は単一の均一なプレートである。いくつかの例では、デバイスは複数の参照電極を含む。参照電極は、複数の場所、例えば、２、３、４、５、１０、またはそれ以上の場所をアドレス指定することができる。
【００３２】
固体支持体ベースの核酸合成および保存のためのデバイス、組成物、システムおよび方法が本明細書に記載され、ここで、固体支持体は、様々な寸法を有する。いくつかの例では、固体支持体のサイズは、約４０〜１２０ｍｍ×約２５〜１００ｍｍである。いくつかの例では、固体支持体のサイズは、約８０ｍｍ×約５０ｍｍである。いくつかの例では、固体支持体の幅は、少なくともまたは約１０ｍｍ、２０ｍｍ、４０ｍｍ、６０ｍｍ、８０ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４００ｍｍ、５００ｍｍ、または５００ｍｍより上である。いくつかの例において、固体支持体の高さは、少なくともまたは約１０ｍｍ、２０ｍｍ、４０ｍｍ、６０ｍｍ、８０ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４００ｍｍ、５００ｍｍ、または５００ｍｍより上である。いくつかの例では、固体支持体は、少なくともまたは約１００ｍｍ２、２００ｍｍ２、５００ｍｍ２、１，０００ｍｍ２、２，０００ｍｍ２、４，５００ｍｍ２、５，０００ｍｍ２、１０，０００ｍｍ２、１２，０００ｍｍ２、１５，０００ｍｍ２、２０，０００ｍｍ２、３０，０００ｍｍ２、４０，０００ｍｍ２、５０，０００ｍｍ２以上の平面表面積を有する。いくつかの例では、固体支持体の厚さは、約５０ｍｍと約２０００ｍｍの間、約５０ｍｍと約１０００ｍｍの間、約１００ｍｍと約１０００ｍｍの間、約２００ｍｍと約１０００ｍｍの間、または約２５０ｍｍと約１０００ｍｍの間である。固体支持体の厚さの非限定的な例には、２７５ｍｍ、３７５ｍｍ、５２５ｍｍ、６２５ｍｍ、６７５ｍｍ、７２５ｍｍ、７７５ｍｍおよび９２５ｍｍが含まれる。いくつかの例では、固体支持体の厚さは、少なくともまたは約０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍ、２．５ｍｍ、３．０ｍｍ、３．５ｍｍ、４．０ｍｍ、または４．０ｍｍより上である。
【００３３】
２つ以上の固体支持体がアセンブルされている（組み立てられている）デバイスが本明細書に記載される。いくつかの例では、固体支持体は、より大きなユニット上で相互に接続される。インターフェースは、流体の交換、電気信号、または固体支持体間の他の交換媒体の交換を含み得る。このユニットは、任意の数のサーバー、コンピュータ、またはネットワーク上のデバイスとのインターフェースを有することが可能である。例えば、複数の固体支持体がラックユニットに統合され、これは、便利に挿入され、またはサーバーラックから削除される。ラックユニットは、任意の数の固体支持体を含み得る。いくつかの例では、ラックユニットは、少なくとも１、２、５、１０、２０、５０、１００、２００、５００、１０００、２０００、５０００、１０，０００、２０，０００、５０，０００、１００，０００、または１００，０００を超える固体サポートを備える。いくつかの例では、２つ以上の固体支持体は相互にインターフェースを有さない。固体支持体に存在する核酸（およびそこに保存されている情報）は、ラックユニットからアクセスできる。例えば、図１４を参照されたい。アクセスには、固体支持体からのポリヌクレオチドの除去、固体支持体上のポリヌクレオチドの直接分析、または核酸に保存された情報を操作または識別できるようにする任意の他の方法が含まれる。情報は、いくつかの例では、複数のラック、単一のラック、ラック内の単一の固体支持体、固体支持体の一部、または固体サポート上の単一の場所からアクセスされる。様々な例において、アクセスは、核酸を、質量分析計、ＨＰＬＣ、配列決定機器、ＰＣＲサーモサイクラー、または核酸を操作するための他のデバイスなどの追加のデバイスと接続することを含む。核酸情報へのアクセスは、いくつかの例において、固体支持体のすべてまたは一部からのポリヌクレオチドの切断によって達成される。切断は、いくつかの例では、化学試薬（アンモニアまたは他の試薬）、電位、放射線、熱、光、音響、または化学結合を操作することができる他の型のエネルギーへの曝露を含む。いくつかの例では、切断は、ポリヌクレオチドの近くの１つまたは複数の電極に荷電することによって発生する。いくつかの例では、ＵＶ光の型の電磁放射線がポリヌクレオチドの切断のために使用される。いくつかの例では、ポリヌクレオチドの切断のためにランプが使用され、マスクが表面へのＵＶ光の露出位置を媒介する。いくつかの例では、ポリヌクレオチドの切断のためにレーザーが使用され、シャッターの開閉状態が表面へのＵＶ光の露出を制御する。いくつかの例では、核酸情報へのアクセス（ラック、固体支持体、試薬、核酸、またはその他の構成要素の削除／追加を含む）は完全に自動化されている。
【００３４】
本明細書に記載される固体支持体は、活性領域を含む。いくつかの例では、活性領域は、核酸合成のためのアドレス可能な領域または場所を含む。いくつかの例では、活性領域は、核酸保存のためのアドレス可能な領域または場所を含む。
活性領域は、さまざまな寸法を備える。例えば、活性領域の寸法は、約１ｍｍ〜約５０ｍｍ×約１ｍｍ〜約５０ｍｍである。いくつかの例では、活性領域は、少なくともまたは約０．５、１、１．５、２、２．５、３、５、５、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、６０、７０、８０、または８０ｍｍより上の幅を含む。いくつかの例では、活性領域は、少なくともまたは約０．５、１、１．５、２、２．５、３、５、５、１０、１２、１４、１６、１８、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、６０、７０、８０、または８０ｍｍより上の高さを含む。固体支持体内の例示的な活性領域が図２に見られる。パッケージ１３０７は、固体支持体１３０３内の活性領域１３０５を備える。パッケージ１３０７はまた、流体工学インターフェース１３０１を備える。
【００３５】
固体支持体に基づく核酸合成および保存のためのデバイス、組成物、システムおよび方法が本明細書に記載され、固体支持体は、合成または保存のためのいくつかの部位（例えば、スポット）または位置を有する。いくつかの例では、固体支持体は、領域内に最大または約１０，０００×１０，０００個の位置を含む。いくつかの例では、固体支持体は、領域内に約１０００と２０，０００の間の位置×約１０００と２０，０００の間の位置を含む。いくつかの例では、固体支持体は、領域内の、少なくともまたは約１０、３０、５０、７５、１００、２００、３００、４００、５００、１０００、２０００、３０００、４０００、５０００、６０００、７０００、８０００、９０００、１０，０００、１２，０００、１４，０００、１６，０００、１８，０００、２０，０００の位置×少なくともまたは約１０、３０、５０、７５、１００、２００、３００、４００、５００、１０００、２０００、３０００、４０００、５０００、６０００、７０００、８０００、９０００、１０，０００、１２，０００、１４，０００、１６，０００、１８，０００、２０，０００の位置を含む。いくつかの例では、その面積は０．２５、０．５、０．７５、１．０、１．２５、１．５、または２．０平方インチまでである。いくつかの例では、固体支持体は、少なくともまたは約０．１、０．２、０．２５、０．３、０．４、０．５、１．０、１．５、２．０、２．５、３．０、３．５、４．０、４．５、５、６、７、８、９、１０、または１０μｍより上のピッチを有するアドレス可能な場所を含む。いくつかの例では、固体支持体は、約５μｍのピッチを有するアドレス可能な場所を含む。いくつかの例では、固体支持体は、約２μｍのピッチを有するアドレス可能な場所を含む。いくつかの例では、固体支持体は、約１μｍのピッチを有するアドレス可能な場所を含む。いくつかの例では、固体支持体は、約０．２μｍのピッチを有するアドレス可能な場所を含む。いくつかの例では、固体支持体は、約０．２μｍ〜約１０μｍ、約０．２〜約８μｍ、約０．５〜約１０μｍ、約１μｍ〜約１０μｍ、約２μｍ〜約８μｍ、約３μｍ〜約５μｍ、約１μｍ〜約３μｍ、または約０．５μｍ〜約３μｍのピッチを有するアドレス可能な場所を含む。いくつかの例では、固体支持体は、約０．１μｍ〜約３μｍのピッチを有するアドレス可能な場所を含む。例えば、図１５、図１６Ａ、および１６Ｂを参照のこと。
【００３６】
本明細書に記載の核酸合成または保存のための固体支持体は、データを保存するための高容量を含む。例えば、固体支持体の容量は、少なくともまたは約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、５０、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、または１０００ペタバイトより上である。いくつかの例では、固体支持体の容量は、約１〜約１０ペタバイトの間、または約１〜約１００ペタバイトの間である。いくつかの例では、固体支持体の容量は約１００ペタバイトである。いくつかの例では、データは液滴としてアドレス可能なパケットの配列として保存される。いくつかの例では、データは、スポット上の液滴として、アドレス可能なパケットのアレイとして保存される。いくつかの例では、データは乾燥ウェルとしてパケットのアドレス可能な配列として保存される。いくつかの例では、アドレス可能なアレイは、少なくともまたは約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、５０、１００、２００、または２００ギガバイトを超えるデータを含む。いくつかの例では、アドレス可能なアレイは、少なくともまたは約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、５０、１００、２００、または２００テラバイトを超えるデータを含む。いくつかの例では、情報のアイテムがデータのバックグラウンドに保存される。例えば、情報のアイテムは約１０〜約１００メガバイトのデータをコードし、１ペタバイトのバックグラウンドデータに保存される。いくつかの例では、情報のアイテムは、少なくとも、または約１、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１５０、２００、３００、４００、５００、または５００メガバイトを超えるデータをコードし、１、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１５０、２００、３００、４００、５００、または５００ペタバイトを超えるバックグラウンドデータに保存される。
【００３７】
固体支持体ベースの核酸合成および貯蔵のためのデバイス、組成物、システムおよび方法が本明細書で提供され、合成後、ポリヌクレオチドは、１つまたは複数の液滴としてパケットに収集される。いくつかの例では、ポリヌクレオチドは、１つまたは複数の液滴としてパケットに収集され、保存される。いくつかの例では、液滴の数は少なくともまたは約１、１０、２０、５０、１００、２００、３００、５００、１０００、２５００、５０００、７５０００、１０，０００、２５，０００、５０，０００、７５，０００、１００，０００、１００万、５００万、１０００万、２５００万、５千万、７千５百万、１億、２．５億、５億、７．５億、または７．５億を超える液滴である。いくつかの例では、液滴体積は、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、１００、または１００μｍ（マイクロメートル）よりも大きい直径を含む。いくつかの例では、液滴体積は、直径が１〜１００μｍ、１０〜９０μｍ、２０〜８０μｍ、３０〜７０μｍ、または４０〜５０μｍを含む。
【００３８】
いくつかの例では、パケットで収集されるポリヌクレオチドは、類似の配列を含む。いくつかの例では、ポリヌクレオチドは、タグまたはバーコードとして使用される同一でない配列をさらに含む。例えば、非同一配列は、固体支持体上に保存されたポリヌクレオチドを索引付けるため、および非同一配列に基づいて後で特定のポリヌクレオチドを検索するために使用される。例示的なタグまたはバーコードの長さは、限定されないが、約１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２０、２５またはそれを超える長さの塩基を含むバーコード配列を含む。いくつかの例では、タグまたはバーコードは、長さが少なくともまたは約１０、５０、７５、１００、２００、３００、４００、または４００を超える長さの塩基対を含む。
【００３９】
本明細書では、ポリヌクレオチドが冗長性を含むパケットに収集される、固体支持体ベースの核酸合成および保存のためのデバイス、組成物、システムおよび方法が提供される。例えば、パケットは、各ポリヌクレオチドの約１００〜約１０００コピーを含む。いくつかの例では、パケットは少なくともまたは約５０、７５、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１２００、１４００、１６００、１８００、２０００、または２０００を超える各ポリヌクレオチドのコピーを含む。いくつかの例では、パケットは約１０００×から約５０００×の合成冗長性を含む。合成冗長性は、いくつかの例では、少なくとも５００×、１０００×、１５００×、２０００×、２５００×、３０００×、３５００×、４０００×、５０００×、６０００×、７０００×、８０００×、または８０００×より上である。本明細書に記載されるような固体支持体ベースの方法を使用して合成されるポリヌクレオチドは、様々な長さを含む。いくつかの例では、ポリヌクレオチドは合成され、さらに固体支持体上に保存される。いくつかの例では、ポリヌクレオチドの長さは、約１００から約１０００塩基の間である。いくつかの例では、ポリヌクレオチドは、少なくともまたは約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１２５、１５０、１７５、２００、２２５、２５０、２７５、３００、３２５、３５０、３７５、４００、４２５、４５０、４７５、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、１５００、１６００、１７００、１８００、１９００、２０００、または２０００を超える塩基を含む。
【００４０】
核酸ベースの情報保存
核酸ベースの情報（データ）保存のためのデバイス、組成物、システム、および方法が本明細書で提供される。例示的なワークフローが図１に提供されている。第１の工程で、情報のアイテムをコードするデジタル配列（つまり、コンピュータによって処理するためのバイナリコードのデジタル情報）を受け取る１０１。暗号化１０３スキームを適用して、デジタル配列をバイナリコードから核酸配列に変換する１０５。核酸伸長のための表面材料、核酸伸長のための場所の設計（別名、配置スポット）、および核酸合成のための試薬が選択される１０７。構造の表面は、核酸合成のために準備される１０８。デノボポリヌクレオチド合成が実施される１０９。合成されたポリヌクレオチドは保存され１１１、全体または一部が後続のリリース１１３のために使用できる。いったん放出されると、ポリヌクレオチドは、全体的または部分的に配列決定され１１５、解読１１７に供されて、核酸配列をデジタル配列に転換して戻す。次に、デジタル配列がアセンブルされて（組み立てられて）１１９、元の情報アイテムについてコードされたアラインメントが得られる。
【００４１】
情報の項目
必要に応じて、本明細書に開示されるデータ保存プロセスの初期工程には、初期コードの形で情報の１つまたは複数のアイテムを取得または受信することを含む。情報の項目には、テキスト、音声、視覚情報が含まれるが、これらに限定されない。情報アイテムの例示的なソースには、本、定期刊行物、電子データベース、医療記録、手紙、フォーム、音声録音、動物の録音、生物学的プロフィール、放送、映画、短いビデオ、電子メール、簿記電話ログ、インターネット活動ログ、図面、絵画、印刷物、写真、ピクセル化されたグラフィックス、およびソフトウェアコードが含まれるが、これらに限定されない。情報アイテムの例示的な生物学的プロファイルのソースには、遺伝子ライブラリ、ゲノム、遺伝子発現データ、およびタンパク質活性データが含まれるが、これらに限定されない。情報アイテムの形式の例には、．ｔｘｔ、．ＰＤＦ、．ｄｏｃ、．ｄｏｃｘ、．ｐｐｔ、．ｐｐｔｘ、．ｘｌｓ、．ｘｌｓｘ、．ｒｔｆ、．ｊｐｇ、．ｇｉｆ、．ｐｓｄ、．ｂｍｐ、．ｔｉｆｆ、．ｐｎｇ、およびｍｐｅｇが含まれるが、これらに限定されない。情報アイテムをコードする個々のファイルサイズ、または情報アイテムをコードする複数のファイルのデジタル形式の量には、最大１０２４バイト（１ＫＢに等しい）、１０２４ＫＢ（１ＭＢに等しい）、１０２４ＭＢ（１ＧＢに等しい）、１０２４ＧＢ（１ＴＢに等しい）、１０２４ＴＢ（１ＰＢに等しい）、１エクサバイト、１ゼタバイト、１ヨッタバイト、１ゼノッタバイト以上が含まれるが、これらに限定されない。いくつかの例では、デジタル情報の量は少なくとも１ギガバイト（ＧＢ）である。いくつかの例では、デジタル情報の量は少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、５０、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、または１０００ギガバイトより上である。いくつかの例では、デジタル情報の量は少なくとも１テラバイト（ＴＢ）である。いくつかの例では、デジタル情報の量は少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、５０、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、または１０００テラバイトより上である。いくつかの例では、デジタル情報の量は少なくとも１ペタバイト（ＰＢ）である。いくつかの例では、デジタル情報の量は少なくとも１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、５０、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、または１０００ペタバイトより上である。
【００４２】
ポリヌクレオチド合成のための構造
ポリヌクレオチド合成のための剛性またはフレキシブル構造が本明細書で提供される。剛性構造の場合、ポリヌクレオチドのライブラリの生成のための構造を有するデバイスが本明細書で提供される。いくつかの例では、構造はプレートを含む。例示的な構造２００が図２に示されており、ここでは、構造２００は、標準９６ウェルプレートとほぼ同じサイズ寸法：１４０ｍｍ×９０ｍｍを有する。構造２００は、２４個の領域またはサブフィールド２０５にグループ化されるクラスターを備え、各サブフィールド２０５は、２５６個のクラスター２１０のアレイを備える。例示的なサブフィールド２０５の拡大図が図３に示されている。４つのクラスターの拡大図（図３）において、単一のクラスター２１０は、１０７９．２１０μｍまたは１１４２．６９４μｍのＹ軸クラスターピッチ（中心から隣接クラスターの中心までの距離）、およびＸ軸クラスターピッチ１１２５μｍを有する。例示的なクラスター２１０が図４に示されており、ここでは、Ｙ軸の場所ピッチ（中心から隣接する場所の中心までの距離）は６３．４８３μｍであり、Ｘ軸の場所ピッチは７５μｍである。最長部分の場所幅、たとえば円形場所の直径は５０μｍであり、場所間の距離は２４μｍである。図４の例示的なクラスターにおける場所４０５の数は１２１である。場所は、フラット、ウェル、またはチャネルである。例示的なチャネル配置は、図５Ａおよび５Ｂに示され、ここで、プレート５０５は、メインチャネル５１０と、メインチャネル５１０に接続された複数のチャネル５１５とを備えるものとして図示されている。メインチャネル５１０と複数のチャネル５１５との間の接続は、メインチャネル５１０から各複数のチャネル５１５までの流路についての流体連通を提供する。本明細書に記載されるプレート５０５は、複数のメインチャネル５１０を備えることができる。複数のチャネル５１５は、集合的にメインチャネル５１０内にクラスターを形成する。
【００４３】
フレキシブル構造の場合、フレキシブル構造が、１つまたは複数の固定構造、例えば、一対のローラー６０３の周りに巻かれた連続ループ６０１、または別個の固定構造、例えば、対リール６０５の周りに巻かれた非連続フレキシブル構造６０７を備える、デバイスが本明細書で提供される。図６Ａ−６Ｂを参照のこと。場合によっては、構造はポリヌクレオチド合成のための複数の領域を含む。例示的な構造が図６Ｃに示されており、ここでは、プレートは、ポリヌクレオチド合成のための別個の領域６０９を備える。別個の領域６０９は、破壊または切断によって分離６１１され得る。別個の領域のそれぞれは、さらに解放され、配列決定され、解読され、読み取られ６１３、または保存６１５されてもよい。代替の構造が図６Ｄに示されており、ここでは、テープは、ポリヌクレオチド合成のための別個の領域６１７を含む。別個の領域６１７は、破壊または切断により分離６１９されてもよい。別個の領域のそれぞれをさらに解放し、配列決定し、解読し、読み取り６２１、または保存６２３することができる。ポリヌクレオチド伸長のための複数の場所を伴う表面を有するフレキシブル構造が本明細書で提供される。図７Ａ〜図７Ｃは、フレキシブル構造における場所のズームインを示す。フレキシブル構造７０１の一部の各場所は、実質的に平面のスポット７０３（例えば、平坦）、チャネル７０５、またはウェル７０７であり得る。いくつかの例では、構造の各場所は、約１０μｍの幅を有し、各構造の中心間の距離は約２１μｍである。場所は、限定されないが、円形、長方形、先細り、または丸みを帯びた形状を含み得る。代わりに、または組み合わせて、構造は剛性である。場合によっては、剛性構造はポリヌクレオチド合成のための場所を含む。場合によっては、剛性構造は、ポリヌクレオチド合成のための実質的に平面の領域、チャネル、またはウェルを含む。
【００４４】
いくつかの例では、本明細書に記載のウェルは、幅対深さ（または高さ）の比が１から０．０１であり、ここで、幅はウェルの最も狭いセグメントでの幅の測定値である。いくつかの例では、本明細書に記載されるウェルは、０．５から０．０１の幅対深さ（または高さ）比を有し、幅は、ウェルの最も狭いセグメントにおける幅の測定値である。場合によっては、本明細書に十分に記載されているウェルは、幅対深さ（または高さ）の比が、約０．０１、０．０５、０．１、０．１５、０．１６、０．２、０．５、または１である。本明細書では、ポリヌクレオチド合成のための複数の別個の場所を含むポリヌクレオチド合成のための構造が提供される。場所の例示的な構造には、限定されないが、実質的に平面の領域、チャネル、ウェルまたは突出が含まれる。本明細書に記載される構造は、複数のクラスターを含み得、各クラスターは、複数のウェル、場所またはチャネルを含む。あるいは、本明細書に記載されているのは、ウェル、場所またはチャネルの均一な配置を含み得る。本明細書で提供される構造は、約５μｍ〜約５００μｍ、約５μｍ〜約４００μｍ、約５μｍ〜約３００μｍ、約５μｍ〜約２００μｍ、約５μｍ〜約１００μｍ、約５μｍ〜約５０μｍ、または約１０μｍ〜約５０μｍの高さまたは深さを有するウェルを含み得る。場合によっては、ウェルの高さは、１００μｍ未満、８０μｍ未満、６０μｍ未満、４０μｍ未満、または２０μｍ未満である。場合によっては、ウェルの高さは約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２００、３００、４００、５００μｍ以上である。いくつかの例では、ウェルの高さまたは深さは、少なくとも１０、２５、５０、７５、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、または１０００ｎｍより上である。場合によっては、ウェルの高さまたは深さは、約１０ｎｍ〜約１０００ｎｍ、約２５ｎｍ〜約９００ｎｍ、約５０ｎｍ〜約８００ｎｍ、約７５ｎｍ〜約７００ｎｍ、約１００ｎｍ〜６００ｎｍ、約２００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲である。いくつかの例では、ウェルの高さまたは深さは、約５０ｎｍ〜約１μｍの範囲である。場合によっては、ウェルの高さは約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２００、３００、４００、５００、７００、８００、９００、または約１０００ｎｍである。
【００４５】
本明細書で提供されるポリヌクレオチド合成のための構造は、チャネルを含み得る。チャネルは、１対０．０１の幅対深さ（または高さ）比を有することができ、ここで、幅は、マイクロチャネルの最も狭いセグメントにおける幅の測定値である。いくつかの例では、本明細書に記載のチャネルは、幅対深さ（または高さ）の比が０．５から０．０１であり、ここで、幅は、マイクロチャネルの最も狭いセグメントでの幅の測定値である。いくつかの例では、本明細書に記載のチャネルは、約０．０１、０．０５、０．１、０．１５、０．１６、０．２、０．５、または１の幅対深さ（または高さ）比を有する。
【００４６】
本明細書には、複数の別個の場所を含むポリヌクレオチド合成のための構造が記載されている。構造は、ポリヌクレオチド合成のための実質的に平面の領域、チャネル、突出、またはウェルを含むが、これらに限定されない。いくつかの例では、複数のチャネルを含む、本明細書に記載の構造が提供され、ここで、チャネルの高さまたは深さは、約５μｍから約５００μｍ、約５μｍ〜約４００μｍ、約５μｍ〜約３００μｍ、約５μｍ〜約２００μｍ、約５μｍ〜約１００μｍ、約５μｍ〜約５０μｍ、または約１０μｍ〜約５０μｍである。場合によっては、チャネルの高さは１００μｍ未満、８０μｍ未満、６０μｍ未満、４０μｍ未満、または２０μｍ未満である。場合によっては、チャネルの高さは約１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、２００、３００、４００、５００μｍ以上である。いくつかの例において、チャネルの高さまたは深さは、少なくとも１０、２５、５０、７５、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、または１０００ｎｍを超える。いくつかの例では、チャネルの高さまたは深さは、約１０ｎｍ〜約１０００ｎｍ、約２５ｎｍ〜約９００ｎｍ、約５０ｎｍ〜約８００ｎｍ、約７５ｎｍ〜約７００ｎｍ、約１００ｎｍ〜約６００ｎｍ、または約２００ｎｍ〜約５００の範囲である。本明細書に記載されるチャネルは、クラスター上で、または均一な場として表面上に配置されてもよい。
【００４７】
本明細書に記載されるポリヌクレオチド合成のための構造の表面上の場所の幅は、約０．１μｍ〜約５００μｍ、約０．５μｍ〜約５００μｍ、約１μｍ〜約２００μｍ、１μｍ〜約１００μｍ、約５μｍ〜約１００μｍ、または約０．１μｍ〜約１００μｍ、例えば、約９０μｍ、８０μｍ、７０μｍ、６０μｍ、５０μｍ、４０μｍ、３０μｍ、２０μｍ、１０μｍ、５μｍ、１μｍ、または０．５μｍであり得る。場合によっては、場所の幅は、約１００μｍ、９０μｍ、８０μｍ、７０μｍ、６０μｍ、５０μｍ、４０μｍ、３０μｍ、２０μｍ、または１０μｍ未満である。いくつかの例では、場所の幅は少なくとも１０、２５、５０、７５、１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００、または１０００ｎｍより上である。いくつかの例では、場所の幅は、約１０ｎｍ〜約１０００ｎｍ、約２５ｎｍ〜約９００ｎｍ、約５０ｎｍ〜約８００ｎｍ、約７５ｎｍ〜約７００ｎｍ、約１００ｎｍ〜約６００ｎｍ、または約２００ｎｍ〜約５００ｎｍの範囲である。いくつかの例では、場所の幅は、約５０ｎｍから約１０００ｎｍの範囲である。いくつかの例では、２つの隣接する場所の中心間の距離は、約０．１μｍ〜約５００μｍ、０．５μｍ〜約５００μｍ、約１μｍ〜約２００μｍ、約１μｍ〜約１００μｍ、５μｍ〜約２００μｍ、約５μｍ〜約１００μｍ、約５μｍ〜約５０μｍ、または約５μｍ〜約３０μｍ、例えば、約２０μｍである。場合によっては、場所の全幅は、約５μｍ、１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、９０μｍ、または１００μｍである。いくつかの例では、場所の全幅は、約１μｍ〜１００μｍ、３０μｍ〜１００μｍ、または５０μｍ〜７０μｍです。いくつかの例では、２つの隣接する場所の中心間の距離は、約０．５μｍから約２μｍ、０．５μｍから約２μｍ、約０．７５μｍから約２μｍ、約１μｍから約２μｍ、約０．２μｍ〜約１μｍ、約０．５μｍ〜約１．５μｍ、約０．５μｍ〜約０．８μｍ、または約０．５μｍ〜約１μｍ、例えば約１μｍである。場合によっては、場所の全幅は約５０ｎｍ、０．１μｍ、０．２μｍ、０．３μｍ、０．４μｍ、０．５μｍ、０．６μｍ、０．７μｍ、０．８μｍ、０．９μｍ、１μｍ、１．１μｍ、１．２μｍ、１．３μｍ、１．４μｍ、または１．５μｍである。場合によっては、場所の全幅は約０．５μｍ〜２μｍ、０．７５μｍ〜１μｍ、または０．９μｍ〜２μｍである。
【００４８】
いくつかの例では、各場所は、別の場所で成長したポリヌクレオチドの集団とは異なる配列を有するポリヌクレオチドの集団の合成を支援する。本明細書では、少なくとも１０、１００、２５６、５００、１０００、２０００、３０００、４０００、５０００、６０００、７０００、８０００、９０００、１００００、１１０００、１２０００、１３０００、１４０００、１５０００、２００００、３００００、４００００、５００００またはそれ以上のクラスターを含む表面が提供される。本明細書では、２，０００、５，０００、１０，０００、２０，０００、３０，０００、５０，０００、１００，０００、２００，０００、３００，０００、４００，０００、５００，０００、６００，０００、７００，０００、８００，０００、９００，０００、１，０００，０００、５，０００，０００、または１０，０００，０００を超える、またはそれ以上の異なる場所を含む表面が提供される。場合によっては、各クラスターには、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１２０、１３０、１５０、２００、５００またはそれ以上の場所が含まれる。場合によっては、各クラスターには、５０〜５００、５０〜２００、５０〜１５０、または１００〜１５０の場所が含まれる。場合によっては、各クラスターに１００〜１５０の場所が含まれる。場合によっては、各クラスターには、１０９、１２１、１３０、または１３７の場所が含まれる。
【００４９】
本明細書で提供されるのは、５〜１００μｍの最長セグメントでの幅を有する場所である。いくつかのケースでは、場所は約３０、３５、４０、４５、５０、５５または６０μｍの最長セグメントで幅を有する。場合によっては、場所は複数のセグメントを持つチャネルであり、各セグメントの中心間距離は５〜５０μｍである。場合によっては、各セグメントの中心間距離は、約５、１０、１５、２０、または２５μｍである。
場合によっては、本明細書に記載されている構造の表面上で合成される異なるポリヌクレオチドの数は、基質で利用可能な異なる場所の数に依存する。いくつかの例において、基質のクラスター内の場所の密度は、少なくともまたは約、ｍｍ２あたり約１場所、ｍｍ２あたり１０場所、ｍｍ２あたり２５場所、ｍｍ２あたり５０場所、ｍｍ２あたり６５場所、ｍｍ２あたり７５場所、ｍｍ２あたり１００場所、ｍｍ２あたり１３０場所、ｍｍ２あたり１５０場所、ｍｍ２あたり１７５場所、ｍｍ２あたり２００場所、ｍｍ２あたり３００場所、ｍｍ２あたり４００場所、ｍｍ２あたり５００場所、ｍｍ２あたり１，０００場所、ｍｍ２あたり１０４場所、ｍｍ２あたり１０５場所、ｍｍ２あたり１０６場所、またはそれ以上である。いくつかの場合において、基材は、ｍｍ２あたり約１０場所〜約５００場所、ｍｍ２あたり約２５場所〜約４００ｍｍ２、ｍｍ２あたり約５０場所〜約５００場所、ｍｍ２あたり約１００場所〜約５００ｍｍ２、ｍｍ２あたり約１５０場所〜約５００場所、ｍｍ２あたり約１０場所〜約２５０ｍｍ２、ｍｍ２あたり約５０場所〜約２５０場所、ｍｍ２あたり約１０場所〜約２００ｍｍ２、またはｍｍ２あたり約５０場所〜約２００場所を含む。いくつかの場合において、基材は、ｍｍ２あたり約１０４場所〜約１０５の場所を含む。いくつかの場合において、基材は、ｍｍ２あたり約１０５〜約１０７場所を含む。いくつかの場合において、基材はｍｍ２あたり少なくとも１０５の場所を含む。いくつかの場合において、基材はｍｍ２あたり少なくとも１０６の場所を含む。いくつかの場合において、基材はｍｍ２あたり少なくとも１０７の場所を含む。いくつかの場合において、基材は、ｍｍ２あたり約１０４〜約１０５の場所を含む。いくつかの例では、基材のクラスター内の場所の密度は、少なくともまたは約、μｍ２あたり１場所／μｍ２、μｍ２あたり１０場所、μｍ２あたり２５場所、μｍ２あたり５０場所、μｍ２あたり６５場所、μｍ２あたり７５場所、μｍ２あたり１００の場所、μｍ２あたり１３０の場所、μｍ２あたり１５０の場所、μｍ２あたり１７５場所、μｍ２あたり２００場所、μｍ２あたり３００場所、μｍ２あたり４００場所、μｍ２あたり５００場所、μｍ２あたり１，０００場所またはそれ以上である。いくつかの場合において、基材は、μｍ２あたり約１０〜約５００場所、μｍ２あたり約２５〜約４００場所、μｍ２あたり約５０〜約５００場所、μｍ２あたり約１００〜約５００場所、μｍ２あたり約１５０場所から約５００μｍ２、μｍ２あたり約１０〜約２５０場所、μｍ２あたり約５０〜約２５０場所、μｍ２あたり約１０〜約２００場所、またはμｍ２あたり約５０〜約２００場所を含む。
【００５０】
いくつかの例では、クラスター内の２つの隣接する場所の中心間の距離は、約１０μｍから約５００μｍ、約１０μｍから約２００μｍ、または約１０μｍから約１００μｍである。場合によっては、隣接する場所の２つの中心間の距離は、約１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、９０μｍ、または１００μｍよりも大きい。場合によっては、２つの隣接する場所の中心間の距離は、約２００μｍ、１５０μｍ、１００μｍ、８０μｍ、７０μｍ、６０μｍ、５０μｍ、４０μｍ、３０μｍ、２０μｍ、または１０μｍ未満である。場合によっては、２つの隣接する場所の中心間の距離は、約１００００ｎｍ、８０００ｎｍ、６０００ｎｍ、４０００ｎｍ、２０００ｎｍ、１０００ｎｍ、８００ｎｍ、６００ｎｍ、４００ｎｍ、２００ｎｍ、１５０ｎｍ、１００ｎｍ、８０μｍ、７０ｎｍ、６０ｎｍ、５０ｎｍ、４０ｎｍ、３０ｎｍ、２０ｎｍ、または１０ｎｍ未満である。いくつかの例では、本明細書に記載の構造の各平方メートルは、少なくとも１０７、１０８、１０９、１０１０、１０１１場所を可能にし、ここで、各場所は１つのポリヌクレオチドを支持する。いくつかの例では、１０９個のポリヌクレオチドが、本明細書に記載されている構造の約６、５、４、３、２または１ｍ２未満で支持されている。
【００５１】
いくつかの例では、本明細書に記載されている構造は、２，０００、５，０００、１０，０００、２０，０００、３０，０００、５０，０００、１００，０００、２００，０００、３００，０００、４００，０００、５００，０００、６００，０００、７００，０００、８００，０００、９００，０００、１，０００，０００、１，２００，０００、１，４００，０００、１，６００，０００、１，８００，０００、２，０００，０００、２，５００，０００、３，０００，０００、３，５００，０００、４，０００，０００、４，５００，０００、５，０００，０００、１０，０００，０００を超える、またはそれ以上の同一でないポリヌクレオチド合成のサポートを提供する。場合によっては、この構造は２，０００、５，０００、１０，０００、２０，０００、５０，０００、１００，０００、２００，０００、３００，０００、４００，０００、５００，０００、６００，０００、７００，０００、８００，０００、９００，０００、１，０００，０００、１，２００，０００、１，４００，０００、１，６００，０００、１，８００，０００、２，０００，０００、２，５００，０００、３，０００，０００、３，５００，０００、４，０００，０００、４，５００，０００、５，０００，０００、１０，０００，０００を超える、またはそれ以上の別個の配列をコードするポリヌクレオチドの合成のサポートを提供する。場合によっては、ポリヌクレオチドの少なくとも一部は同一の配列を有するか、または同一の配列で合成されるように構成されている。いくつかの例では、構造は、少なくとも５０、６０、７０、７５、８０、８５、９０、９５、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５０、１６０、１７５、２００、２２５、２５０、２７５、３００、３２５、３５０、３７５、４００、４２５、４５０、４７５、５００塩基またはそれ以上を有するポリヌクレオチドの成長のための表面環境を提供する。いくつかの配置において、本明細書に記載されるポリヌクレオチド合成のための構造は、均一な配置でのポリヌクレオチド合成のための部位を含む。
【００５２】
いくつかの例では、ポリヌクレオチドは、構造の異なる場所で合成され、ここで、各場所は、ポリヌクレオチドの集団の合成をサポートする。場合によっては、各場所は、別の場所で成長したポリヌクレオチドの集団とは異なる配列を有するポリヌクレオチドの集団の合成をサポートする。場合によっては、構造の場所は複数のクラスター内に配置される。場合によっては、構造は少なくとも１０、５００、１０００、２０００、３０００、４０００、５０００、６０００、７０００、８０００、９０００、１００００、１１０００、１２０００、１３０００、１４０００、１５０００、２００００、３００００、４００００、５００００またはそれ以上のクラスターで構成される。場合によっては、構造は、２，０００、５，０００、１０，０００、１００，０００、２００，０００、３００，０００、４００，０００、５００，０００、６００，０００、７００，０００、８００，０００、９００，０００、１，０００，０００、１，１００，０００、１，２００，０００、１，３００，０００、１，４００，０００、１，５００，０００、１，６００，０００、１，７００，０００、１，８００，０００、１，９００，０００、２，０００，０００、３００，０００、４００，０００、５００，０００、６００，０００、７００，０００、８００，０００、９００，０００、１，０００，０００、１，２００，０００、１，４００，０００、１，６００，０００、１，８００，０００、２，０００，０００、２，５００，０００、３，０００，０００、３，５００，０００、４，０００，０００、４，５００，０００、５，０００，０００、または１０，０００，０００を超える、またはそれ以上の異なる場所を含む。場合によっては、各クラスターは１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１２０、１３０、１５０、またはそれ以上の場所を含む。場合によっては、各クラスターは、５０〜５００、１００〜１５０、または１００〜２００の場所を含む。場合によっては、各クラスターは１０９、１２１、１３０、または１３７の場所を含む。場合によっては、各クラスターは５、６、７、８、９、１０、１１、または１２の場所を含む。いくつかの例では、１つのクラスター内の別個の場所からのポリヌクレオチドは、アセンブルされた（組み立てられた）ときに、所定の配列の連続するより長いポリヌクレオチドをコードする配列を有する。
【００５３】
構造サイズ
いくつかの例では、本明細書に記載される構造は、ほぼプレート（例えば、チップ）のサイズであり、例えば、約４０から１２０ｍｍの間×約２５から１００ｍｍの間である。いくつかの例では、本明細書に記載される構造は、約１０００ｍｍ、５００ｍｍ、４５０ｍｍ、４００ｍｍ、３００ｍｍ、２５０ｎｍ、２００ｍｍ、１５０ｍｍ、１００ｍｍまたは５０ｍｍ以下の直径を有する。いくつかの例では、基材の直径は、約２５ｍｍ〜１０００ｍｍ、約２５ｍｍ〜約８００ｍｍ、約２５ｍｍ〜約６００ｍｍ、約２５ｍｍ〜約５００ｍｍ、約２５ｍｍ〜約４００ｍｍ、約２５ｍｍ〜約３００ｍｍ、または約２５ｍｍ〜約２００ｍｍである。基材サイズの非限定的な例には、約３００ｍｍ、２００ｍｍ、１５０ｍｍ、１３０ｍｍ、１００ｍｍ、８４ｍｍ、７６ｍｍ、５４ｍｍ、５１ｍｍおよび２５ｍｍが含まれる。いくつかの例では、基材は少なくとも１００ｍｍ２、２００ｍｍ２、５００ｍｍ２、１，０００ｍｍ２、２，０００ｍｍ２、４，５００ｍｍ２、５，０００ｍｍ２、１０，０００ｍｍ２、１２，０００ｍｍ２、１５，０００ｍｍ２、２０，０００ｍｍ２、３０，０００ｍｍ２、４０，０００ｍｍ２、５０，０００ｍｍ２、またはそれ以上の平面表面積を有する。いくつかの例では、厚さは、約５０ｍｍ〜約２０００ｍｍ、約５０ｍｍ〜約１０００ｍｍ、約１００ｍｍ〜約１０００ｍｍ、約２００ｍｍ〜約１０００ｍｍ、または約２５０ｍｍ〜約１０００ｍｍである。非限定的な例の厚さは、２７５ｍｍ、３７５ｍｍ、５２５ｍｍ、６２５ｍｍ、６７５ｍｍ、７２５ｍｍ、７７５ｍｍおよび９２５ｍｍを含む。いくつかの例では、厚さは少なくともまたは約０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍ、２．５ｍｍ、３．０ｍｍ、３．５ｍｍ、４．０ｍｍ、または４．０ｍｍを超える。場合によっては、厚さは直径によって異なり、基材の組成に依存して異なる。例えば、シリコン以外の材料を含む構造は、同じ直径のシリコン構造とは異なる厚さを有し得る。構造の厚さは、使用する材料の機械的強度によって決めることができ、構造は、取り扱い中にひび割れすることなく自重を支えるのに十分な厚さでなければならない。いくつかの例では、構造は、任意の１次元で約１、２、３、４、５、１０、１５、３０、４０、５０フィートを超える。
【００５４】
材料
表面を含むデバイスが本明細書で提供され、ここで、表面は、所定の位置でのポリヌクレオチド合成をサポートするように改変され、その結果、エラー率が低く、ドロップアウト率が低く、収率が高く、オリゴ表示が高い。場合によっては、本明細書で提供されるポリヌクレオチド合成用のデバイスの表面は、デノボポリヌクレオチド合成反応をサポートするように修飾することができる様々な材料から製造される。場合によっては、デバイスは十分に導電性であり、例えば、デバイスのすべてまたは一部にわたって均一な電場を形成することができる。本明細書に記載されるデバイスは、フレキシブル材料を含み得る。例示的なフレキシブル材料には、限定されないが、修飾ナイロン、非修飾ナイロン、ニトロセルロース、およびポリプロピレンが含まれる。本明細書に記載されるデバイスは、剛性材料を含み得る。例示的な剛性材料としては、限定されないが、ガラス、溶融（ヒュームド）シリカ、シリコン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、プラスチック（例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、およびそれらのブレンド、ならびに金属（例えば、金、プラチナ）が挙げられる。本明細書に開示されているデバイスは、シリコン、ポリスチレン、アガロース、デキストラン、セルロース系ポリマー、ポリアクリルアミド、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ガラス、またはそれらの任意の組み合わせを含む材料から製造することができる。場合によっては、本明細書に開示されているデバイスは、本明細書に列挙されている材料または当技術分野で知られている他の任意の適切な材料の組み合わせで製造される。
【００５５】
本明細書に記載されるデバイスは、ある範囲の引張強度を有する材料を含み得る。一定範囲の引張強度を持つ代表的な材料には、ナイロン（７０ＭＰａ）、ニトロセルロース（１．５ＭＰａ）、ポリプロピレン（４０ＭＰａ）、シリコン（２６８ＭＰａ）、ポリスチレン（４０ＭＰａ）、アガロース（１−１０ＭＰａ）、ポリアクリルアミド（１−１０ＭＰａ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）（３．９−１０．８ＭＰａ）が挙げられるがこれらに限定されない。本明細書に記載される固体支持体は、１〜３００、１〜４０、１〜１０、１〜５、または３〜１１ＭＰａの引張強度を有することができる。本明細書に記載される固体支持体は、約１、１．５、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、２０、２５、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１５０、２００、２５０、２７０、またはそれ以上のＭＰａの引張強度を有することができる。場合によっては、本明細書に記載のデバイスは、テープまたはフレキシブルシートなどの連続ループまたはリールに保存できるフレキシブル材料の形態であるポリヌクレオチド合成用の固体支持体を含む。
【００５６】
ヤング率は、荷重下での弾性（回復可能）変形に対する材料の抵抗を測定する。ある範囲のヤング率剛性を有する例示的な材料には、ナイロン（３ＧＰａ）、ニトロセルロース（１．５ＧＰａ）、ポリプロピレン（２ＧＰａ）、シリコン（１５０ＧＰａ）、ポリスチレン（３ＧＰａ）、アガロース（１−１０ＧＰａ）、ポリアクリルアミド（１−１０ＧＰａ）、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）（１−１０ＧＰａ）が挙げられるがこれらに限定されない。本明細書に記載される固体支持体は、１〜５００、１〜４０、１〜１０、１〜５、または３〜１１ＧＰａのヤング率を有することができる。本明細書に記載される固体支持体は、約１、１．５、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、２０、２５、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１５０、２００、２５０、４００、５００ＧＰａ、またはそれ以上のヤング率を有することができる。柔軟性と剛性の関係は互いに逆であるため、フレキシブル材料はヤング率が低く、荷重が加わると形状が大きく変化する。いくつかの例では、本明細書に記載される固体支持体は、少なくともナイロンの柔軟性を備えた表面を有する。
【００５７】
いくつかの場合において、本明細書に開示されるデバイスは、二酸化ケイ素ベースおよび酸化ケイ素の表面層を含む。あるいは、デバイスは酸化ケイ素のベースを有してもよい。本明細書で提供されるデバイスの表面はテクスチャリングされてもよく、ポリヌクレオチド合成のための全体的な表面積が増加する。本明細書で開示されるデバイスは、いくつかの例では、少なくとも５％、１０％、２５％、５０％、８０％、９０％、９５％、または９９％のシリコンを含む。本明細書で開示されるデバイスは、いくつかの例では、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）ウェハから製造される。
【００５８】
構造は、本明細書に記載されている本発明の方法および組成物に適した様々な材料から製造することができる。場合によっては、本発明を構成する基材／固体支持体が作製される材料は、低レベルのポリヌクレオチド結合を示す。いくつかの状況では、可視光および／またはＵＶ光に対して透明な材料を使用することができる。十分に導電性のある材料、例えば、本明細書に記載される基材／固体支持体の全部または一部にわたって均一な電場を形成することができるものを利用することができる。場合によっては、そのような材料は電気アースに接続されてもよい。場合によっては、基材または固体支持体は、熱伝導性または断熱性であり得る。材料は、一連のポリヌクレオチド合成反応などの化学反応または生化学反応をサポートするために、化学耐性および耐熱性であることができる。フレキシブル材料の場合、対象となる材料には、変性および未変性の両方のナイロン、ニトロセルロース、ポリプロピレンなどが含まれる。
【００５９】
剛性材料の場合、対象となる特定の材料には、ガラス、溶融シリカ、シリコン、プラスチック（例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、およびそれらのブレンドなど）、金属（例えば、金、プラチナなど）が含まれる。構造は、シリコン、ポリスチレン、アガロース、デキストラン、セルロース系ポリマー、ポリアクリルアミド、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、およびガラスからなる群より選択された材料から製造できる。基材／固体支持体またはその中の微細構造、リアクターは、本明細書に記載されている材料または当技術分野で知られている任意の他の適切な材料の組み合わせで製造することができる。
【００６０】
いくつかの例では、本明細書で開示される基材は、コンピュータ読み取り可能な材料を含む。コンピュータ読み取り可能な材料には、磁気媒体、リールツーリールテープ、カートリッジテープ、カセットテープ、フレキシブルディスク、紙媒体、フィルム、マイクロフィッシュ、連続テープ（ベルトなど）、および電子命令の保存に適した任意の媒体が含まれるが、これらに限定されない。場合によっては、基材は、磁気リールツーリールテープまたは磁気ベルトを含む。場合によっては、基材は、フレキシブルプリント回路基板を含む
【００６１】
本明細書に記載される構造は、可視光および／またはＵＶ光に対して透明であり得る。いくつかの例では、本明細書に記載されている構造は、構造のすべてまたは一部にわたって均一な電場を形成するのに十分に導電性である。場合によっては、本明細書に記載されている構造は、熱伝導性または断熱性である。いくつかの例では、構造は、ポリヌクレオチド合成反応などの化学反応を支持するために、化学耐性および耐熱性である。場合によっては、基材は磁性である。場合によっては、構造は金属または金属合金を含む。
【００６２】
ポリヌクレオチド合成のための構造は、任意の次元で１、２、５、１０、３０、５０またはそれ以上のフィート長であり得る。フレキシブル構造の場合、フレキシブル構造は、任意選択で、例えばリール内などの巻かれた状態で保存される。例えば、長さが１フィートを超えるような大きな剛性構造の場合、剛性構造は垂直または水平に保存できる。
【００６３】
表面調製
本明細書に記載の構造の表面が材料を含み、および／または付着のために生体分子とのカップリング反応を促進する材料でコーティングされる、基材上の生体分子の固定化をサポートする方法が、本明細書に提供される。生体分子の固定化のための構造を調製するために、基材表面または表面の選択した部位もしくは領域の１つ以上の化学的および／または物理的特性を変更するために、加法または減法プロセスによって化学的および／または物理的に基材表面を変更する表面修飾を使用できる。例えば、表面修飾には、（１）表面の濡れ特性の変更、（２）表面の官能基化、つまり表面官能基の提供、変更、または置換、（３）表面の機能停止、つまり表面官能基の除去、（４）さもなければ、例えばエッチングを通して、表面の化学組成を変更すること、（５）表面粗さを増加または減少させること、（６）表面にコーティングを提供すること、例えば、コーティングの濡れ特性とは異なる濡れ特性を示すコーティング表面を提供すること、および／または（７）表面に粒子を沈着させること。場合によっては、構造の表面は選択的に官能基化されて、構造上に２つ以上の異なる領域を生成され、ここで、少なくとも１つの領域は、同じ構造の別の領域とは異なる表面または化学的特性を有する。このような特性には、表面エネルギー、化学的末端化、化学的部分の表面濃度などが含まれるが、これらに限定されない。
【００６４】
いくつかの例において、本明細書に開示される構造の表面は、基材の表面および生体分子の両方に結合するように構成される１つ以上の活性に官能基化された表面を含むように修飾され、それにより表面へのカップリング反応を支持する。いくつかの例では、表面はまた、生体分子を効率的に結合しない受動材料で官能基化され、それによって受動官能基化剤が結合している部位での生体分子の付着を防ぐ。場合によっては、表面は、生体分子の支持のための明確な場所のみを規定する活性層を含む。
【００６５】
いくつかの例では、表面は、任意の異なる比率である官能化基の混合物と接触させられる。場合によっては、混合物は、少なくとも２、３、４、５、またはそれ以上の異なるタイプの官能化剤を含む。場合によっては、混合物中の少なくとも２種類の表面官能基化剤の比率は、約１：１、１：２、１：５、１：１０、２：１０、３：１０、４：１０、５：１０、６：１０、７：１０、８：１０、９：１０、または２つの群の望ましい表面提示を達成するためのその他の比率である。いくつかの例では、所望の表面張力、濡れ性、水接触角、および／または他の適切な溶媒の接触角は、適切な比率の官能基化剤を基材表面に提供することによって達成される。いくつかの場合において、混合物中の薬剤は、適切な反応性部分および不活性部分から選択され、したがって、反応性基の表面密度を、下流の反応のための所望のレベルまで希釈する。場合によっては、官能基化試薬の混合物は、生体分子に結合する１つまたは複数の試薬と、生体分子に結合しない１つまたは複数の試薬を含む。したがって、試薬の調整により、官能基化の異なる領域で発生する生体分子結合の量を制御できる。
【００６６】
いくつかの例では、基材官能基化のための方法は、基材の表面上へのシラン分子の沈着を含む。シラン分子は、基材の高エネルギー表面に沈着させることができる。いくつかの例において、高表面エネルギー領域は、受動的官能基化試薬を含む。本明細書に記載の方法は、表面に結合するシラン基を提供し、分子の残りの部分は、表面からの距離と、生体分子が付着する末端の遊離ヒドロキシル基を提供する。場合によっては、シランは有機官能性アルコキシシラン分子である。有機官能性アルコキシシラン分子の非限定的な例には、ジメチルクロロオクトデシルシラン、メチルジクロロオクトデシルシラン、トリクロロオクトデシルシラン、およびトリメチルオクトデシルシラン、トリエチルオクトデシルシランが含まれる。場合によっては、シランはアミノシランである。アミノシランの例には、限定することなく、１１−アセトキシウンデシルトリエトキシシラン、ｎ−デシルトリエトキシシラン、（３−アミノプロピル）トリメトキシシラン、（３−アミノプロピル）トリエトキシシラン、グリシジルオキシプロピル／トリメトキシシランおよびＮ−（３−トリエトキシシリルプロピル）−４−ヒドロキシブチルアミドが含まれる。場合によっては、シランは、１１−アセトキシウンデシルトリエトキシシラン、ｎ−デシルトリエトキシシラン、（３−アミノプロピル）トリメトキシシラン、（３−アミノプロピル）トリエトキシシラン、グリシジルオキシプロピル／トリメトキシシラン、Ｎ−（３−トリエトキシシリルプロピル）−４−ヒドロキシブチルアミド、またはそれらの任意の組み合わせを含む。場合によっては、活性官能基化剤は１１−アセトキシウンデシルトリエトキシシランを含む。場合によっては、活性官能基化剤は、ｎ−デシルトリエトキシシランを含む。場合によっては、活性官能基化剤はグリシジルオキシプロピルトリエトキシシラン（ＧＯＰＳ）を含む。場合によっては、シランはフルオロシランである。場合によっては、シランは炭化水素シランである。場合によっては、シランは３−ヨード−プロピルトリメトキシシランである。場合によっては、シランはオクチルクロロシランである。
【００６７】
いくつかの例では、シラン化は、有機官能性アルコキシシラン分子との自己集合により表面上で行われる。有機官能性アルコキシシランは、その有機官能基によって分類される。シロキサン官能基化試薬の非限定的な例には、ヒドロキシアルキルシロキサン（シリレート表面、ジボランで官能基化し、過酸化水素によってアルコールを酸化する）、ジオール（ジヒドロキシアルキル）シロキサン（シリレート表面、ジオールに加水分解する）、アミノアルキルシロキサン（アミンは中間官能基化工程を必要としない）、グリシドキシシラン（３−グリシドキシプロピル−ジメチル−エトキシシラン、グリシドキシ−トリメトキシシラン）、メルカプトシラン（３−メルカプトプロピル−トリメトキシシラン、３−４エポキシシクロヘキシル−エチルトリメトキシシランまたは３−メルカプトプロピル−メチル−ジメトキシシラン）、ビシクロヘプテニル−トリクロロシラン、ブチル−アルデヒド−トリメトキシシラン、または二量体第２級アミノアルキルシロキサンが挙げられる。例示的なヒドロキシアルキルシロキサンには、３−ヒドロキシプロピルに変化するアリルトリクロロクロロシラン、または８−ヒドロキシオクチルに変化する７−オクト−１−エニルトリクロロクロロシランが挙げられる。ジオール（ジヒドロキシアルキル）シロキサンは、グリシジルトリメトキシシラン由来の（２，３−ジヒドロキシプロピルオキシ）プロピル（ＧＯＰＳ）が挙げられる。アミノアルキルシロキサンには、３−アミノプロピル（３−アミノプロピル−トリエトキシシラン、３−アミノプロピル−ジエトキシ−メチルシラン、３−アミノプロピル−ジメチル−エトキシシラン、または３−アミノプロピル−トリメトキシシラン）に変化する３−アミノプロピルトリメトキシシランが挙げられる。場合によっては、二量体第２級アミノアルキルシロキサンは、ビス（シリルオキシルプロピル）アミンに変化する、ビス（３−トリメトキシシリルプロピル）アミンである。
【００６８】
活性官能化領域は、１つ以上の異なる種のシラン、例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０またはそれ以上のシランを含み得る。場合によっては、１つまたは複数のシランの１つが、他のシランよりも多い量で官能化組成物中に存在する。例えば、２つのシランを有する混合シラン溶液は、９９：１、９８：２、９７：３、９６：４、９５：５、９４：６、９３：７、９２：８、９１：９、９０：１０、８９：１１、８８：１２、８７：１３、８６：１４、８５：１５、８４：１６、８３：１７、８２：１８、８１：１９、８０：２０、７５：２５、７０：３０、６５：３５、６０：４０、５５：４５の１つのシラン対別のシランの比率を含む。場合によっては、活性官能基化剤は、１１−アセトキシウンデシルトリエトキシシランおよびｎ−デシルトリエトキシシランを含む。場合によっては、活性官能基化剤は、１１−アセトキシウンデシルトリエトキシシランとｎ−デシルトリエトキシシランとを約２０：８０〜約１：９９、または約１０：９０〜約２：９８、または約５：９５の比率で含む。
【００６９】
いくつかの例では、官能基化は、化学蒸着（ＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、プラズマ支援ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、プラズマ支援ＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ）、有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）、熱線ＣＶＤ（ＨＷＣＶＤ）、開始ＣＶＤ（ｉＣＶＤ）、修正ＣＶＤ（ＭＣＶＤ）、軸蒸着（ＶＡＤ）、外部蒸着（ＯＶＤ）、物理蒸着（例えば、スパッタ堆積、蒸発堆積）、および分子層堆積（ＭＬＤ）を含むがこれらに限定されない任意の堆積（沈着）技術による構造への機能化剤の堆積（沈着）を含む。
【００７０】
以下の官能基化プロセスにおける任意の工程または構成要素は、最終的な官能基化された基材の所望の特性に従って省略または変更される。場合によっては、追加の構成要素および／またはプロセス工程が、本明細書で実施されるプロセスワークフローに追加される。いくつかの例では、基材は、例えばピラニア溶液を使用して、最初に洗浄される。洗浄プロセスの例には、高温（たとえば１２０℃）でピラニア溶液（例えば、９０％Ｈ２ＳＯ４、１０％Ｈ２Ｏ２）に基材を浸漬させること、基材を洗浄（例えば、水）すること、および乾燥（例えば、窒素ガス）させることが含まれる。プロセスは、ピラニア処理された基材を塩基性溶液（例えば、ＮＨ４ＯＨ）に浸漬した後、水性洗浄（例えば、水）を含むピラニア後処理を任意で含む。場合によっては、構造の表面はプラズマ洗浄され、任意選択でピラニア浸漬および任意選択でピラニア後処理が行われる。プラズマ洗浄プロセスの例は、酸素プラズマエッチングを含む。いくつかの例では、表面は、蒸着後に活性官能化剤が堆積される。場合によっては、基材は、例えばピラニア処理および／またはプラズマ洗浄による洗浄の前に活性に官能基化される。
【００７１】
表面官能基化のためのプロセスは、必要に応じて、レジストコートおよびレジストストリップを含む。いくつかの例では、活性表面官能基化に続いて、基材は、レジスト、例えばＳＰＲ（商標）３６１２ポジティブフォトレジストでスピンコーティングされる。表面官能基化のプロセスは、さまざまな場合において、パターン化された官能基化を伴うリソグラフィを含む。いくつかの例では、フォトリソグラフィは、レジストのコーティング後に実行される。場合によっては、リソグラフィの後、リソグラフィの欠損がないか表面を目視検査する。表面官能基化のプロセスは、いくつかの例では、洗浄工程を含み、それにより、基材の残留物が、例えば、プラズマ洗浄またはエッチングによって除去される。場合によっては、プラズマ洗浄工程は、リソグラフィ工程の後のある工程で実行される。
【００７２】
いくつかの例では、レジストでコーティングされた表面は、例えば、官能基化の後および／またはリソグラフィの後、レジストを除去するために処理される。場合によっては、レジストは、溶媒、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドンを含む剥離溶液で除去される。場合によっては、レジスト剥離にはソニケーションまたは超音波処理が含まれる。いくつかの例では、レジストがコーティングおよび剥離され、その後、露光された領域の活性官能基化により、所望の示差的な官能基化パターンが作成される。
【００７３】
いくつかの例では、本明細書に記載の方法および組成物は、選択的領域における改変された表面特性の生成のためのフォトレジストの適用に関し、ここで、フォトレジストの適用は、フォトレジストの空間分布を規定する表面の流体特性に依存する。。理論に束縛されることはないが、適用された流体に関連する表面張力効果は、フォトレジストの流れを規定することができる。例えば、表面張力および／または毛管作用効果は、レジスト溶剤が蒸発する前に、制御された様式でフォトレジストを小さな構造に引き込むことを容易にし得る。場合によっては、レジストの接点が鋭いエッジによって固定され、それによって流体の前進が制御される。根底にある構造は、製造および機能化プロセス中にフォトレジストを適用するために使用される望ましいフローパターンに基づいて設計できる。溶媒が蒸発した後に残された固体有機層は、製造プロセスの後続の工程を続行するために使用されてもよい。構造は、隣接する流体経路への吸い上げ（ｗｉｃｋｉｎｇ）効果を促進または抑制することにより、流体の流れを制御するように設計され得る。例えば、構造は、上端と下端の間の重なりを回避するように設計されており、これにより、上部構造内に流体を保持しやすくなり、特定のレジスト配置が可能になる。代替的な例では、上端と下端が重なり、適用された流体の底部構造への吸い上げをもたらす。レジストの所望の用途に依存して、適切な設計を適宜選択することができる。
【００７４】
いくつかの例では、本明細書に記載の構造は、ヌクレオシドを結合できる反応基を含む、少なくともまたは少なくとも０．１ｎｍ、０．５ｎｍ、１ｎｍ、２ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍまたは２５ｎｍの厚さを有する材料を含む表面を有する。代表的なものとしては、限定されないが、二酸化ケイ素および窒化ケイ素などのガラスおよびケイ素が挙げられる。場合によっては、例示的な表面にはナイロンおよびＰＭＭＡが含まれる。
【００７５】
いくつかの例では、ＵＶ光の型の電磁放射が表面パターン化のために使用される。場合によっては、表面のパターン化のためにランプが使用され、マスクが表面へのＵＶ光の露光位置を媒介する。場合によっては、表面のパターン化のためにレーザーが使用され、シャッターの開閉状態によって、表面へのＵＶ光の露出が制御される。レーザー配置は、移動可能なフレキシブル構造と組み合わせて使用することができる。このような配置では、レーザー照射とフレキシブル構造の動きの調整を使用して、異なるヌクレオシド結合能力を有する１つまたは複数の薬剤のパターンを作成する。
【００７６】
再利用可能なポリヌクレオチド合成のための表面が本明細書に記載されている。ポリヌクレオチドの合成および／または切断後、表面は、浸され、洗浄され、洗浄され、焼き付けられ、エッチングされ、または他の方法でその後のポリヌクレオチド合成に適した条件に機能的に復元され得る。表面が再利用される回数と、再利用のために表面をリサイクル／調製する方法は、後続のアプリケーションによって異なる。再利用のために調製された表面は、いくつかの例では、少なくとも１、２、３、５、１０、２０、５０、１００、１，０００回、またはそれ以上の回数、再利用される。場合によっては、残りの「寿命」、すなわち、表面が再利用に適している回数が測定または予測される。
【００７７】
材料沈着（堆積）（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）システム
いくつかの場合では、合成されたポリヌクレオチドは、基材、例えば、固体支持体上に保存される。核酸試薬は、非連続的またはドロップオンデマンド法で基材表面に堆積させることができる。そのような方法の例には、電気機械的転写法、電気熱転写法、および静電引力法が含まれる。電気機械転写法では、電気パルスによって変形した圧電素子が液滴を噴射させる。電気熱転写法では、デバイスのチャンバー内に気泡が発生し、気泡の膨張力により液滴が吐出される。静電引力法では、静電引力を使用して、液滴を基材に噴射する。場合によっては、ドロップ周波数は約５ＫＨｚから約５００ＫＨｚ、約５ＫＨｚから約１００ＫＨｚ、約１０ＫＨｚから約５００ＫＨｚ、約１０ＫＨｚから約１００ＫＨｚ、または約５０ＫＨｚから約５００ＫＨｚである。場合によっては、周波数は約５００ＫＨｚ、２００ＫＨｚ、１００ＫＨｚ、または５０ＫＨｚ未満である。
【００７８】
分配される液滴のサイズは、デバイスの解像度と相関する。いくつかの例では、デバイスは、約０．０１ｐｌ〜約２０ｐｌ、約０．０１ｐｌ〜約１０ｐｌ、約０．０１ｐｌ〜約１ｐｌ、約０．０１ｐｌ〜約０．５ｐｌ、０．０１ｐｌ〜約０．０１ｐｌ、または約０．０５ｐｌ〜約１ｐｌのサイズの試薬の液滴を付着させる。いくつかの例において、液滴サイズは、約１ｐｌ、０．５ｐｌ、０．２ｐｌ、０．１ｐｌ、または０．０５ｐｌ未満である。
【００７９】
いくつかの配置において、ポリヌクレオチド合成システムの構成は、リールツーリールタイプのプロセスで移動するための基材の柔軟性を活用する連続的なポリヌクレオチド合成プロセスを可能にする。この合成プロセスは、１つ以上のリールを使用して基材の位置を回転させ、ポリヌクレオチド合成のさまざまな段階を通して基材が移動する連続生産ライン方式で動作する。例示的な例では、ポリヌクレオチド合成反応は、溶媒浴を通して、ホスホルアミダイト堆積のための堆積装置の下で、酸化剤の浴を通して、アセトニトリル洗浄浴を通して、およびデブロック浴を通して、基材を回転させることを含む。必要に応じて、テープもまたキャッピングバスを通過する。リールツーリールタイプのプロセスでは、合成されたポリヌクレオチドを含む基材の完成品を簡単に巻き取りリールに集め、そこでさらに処理または保存するために輸送できる。
【００８０】
いくつかの構成では、ポリヌクレオチド合成は、連続フレキシブルテープがコンベヤベルトシステムに沿って運ばれるときに、連続プロセスで進行する。リールツーリールタイプのプロセスと同様に、連続テープでのポリヌクレオチド合成は生産ラインの様式で動作し、基材は搬送中にポリヌクレオチド合成のさまざまな段階を通過する。しかし、コンベヤベルトプロセスでは、リールツーリールプロセスのように、連続テープはテープの巻き取りや巻き出しを行わずにポリヌクレオチド合成工程を再検討する。いくつかの配置では、ポリヌクレオチド合成工程はゾーンに分割され、連続したテープがサイクル内で各ゾーンを１回以上搬送される。例えば、ポリヌクレオチド合成反応は、（１）ホスホラミダイト沈着のための沈着装置の下の溶媒浴を通して、酸化剤の浴を通して、アセトニトリル洗浄浴を通して、そしてサイクル中のブロック浴を通して基材を運搬すること、次に（２）サイクルを繰り返して、所定の長さのポリヌクレオチドの合成を達成することを含み得る。ポリヌクレオチド合成後、フレキシブル基材はコンベヤベルトシステムから取り外され、必要に応じて保存のために丸められる。ローリングは、保存のためにリールの周りにある場合があってもよい。いくつかの例では、熱可塑性材料を含むフレキシブル基材は、ヌクレオシドカップリング試薬でコーティングされている。コーティングは、各場所が約１０μｍの直径を有し、２つの隣接する場所間の中心間距離が約２１μｍになるように場所にパターン化される。この例において、場所のサイズは、ポリヌクレオチド合成沈着工程中に０．２ｐｌの付着液滴量に対応するために十分である。場合によっては、場所密度はｍ２あたり約２２億場所（１場所／４４１×１０−１２ｍ２）である。場合によっては、４．５ｍ２の基材は、それぞれ直径が１０μｍを有する約１００億の場所を含む。
【００８１】
いくつかの配置では、合成反応中に基材に１つまたは複数の試薬を適用するためのデバイスは、ヌクレオシドホスホルアミダイトベースの合成のための試薬および／またはヌクレオシドモノマーを沈着させるように構成される。ポリヌクレオチド合成用試薬には、ポリヌクレオチド伸長用試薬および洗浄バッファーが含まれる。非限定的な例として、デバイスは、洗浄試薬、カップリング試薬、キャッピング試薬、酸化剤、デブロッキング剤、アセトニトリル、窒素ガスなどのガス、およびそれらの任意の組み合わせを沈着させる。さらに、デバイスは、基材の完全性の調製および／または維持のための試薬を任意で沈着させる。場合によっては、ポリヌクレオチド合成装置は、約２００μｍ、１００μｍ、または５０μｍ未満の直径を有する液滴を、約１０００、５００、１００、５０、または２０ｐｌ未満の体積で沈着させる。場合によっては、ポリヌクレオチド合成装置は、毎秒約１〜１００００、１〜５０００、１００〜５０００、または１０００〜５０００の液滴を沈着させる。
【００８２】
ポリヌクレオチド合成のための試薬がリサイクルまたは再利用されるデバイス、方法、システムおよび組成物が本明細書に記載される。試薬のリサイクルには、未使用試薬の収集、保存、および使用、または使用済み試薬の精製／変換が含まれる。例えば、試薬浴はリサイクルされ、同じまたは異なる表面でのポリヌクレオチド合成工程のために使用される。本明細書に記載されている試薬は、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０回以上再利用することができる。あるいは、または組み合わせて、反応副産物を含む試薬溶液を濾過して副産物を除去し、試薬溶液をさらなるポリヌクレオチド合成反応のために使用する。
【００８３】
多くの統合された要素または統合されていない要素が、ポリヌクレオチド合成システムとともにしばしば使用される。場合によっては、ポリヌクレオチド合成システムは、合成されたポリヌクレオチドの下流処理に有用な１つまたは複数の要素を備える。一例として、このシステムは、熱サイクルデバイスなどの温度制御要素を含む。いくつかの例では、温度制御要素は、ＰＣＡなどの核酸アセンブリおよび／またはＰＣＲなどの核酸増幅を実行するために複数の分解された反応器と共に使用される。
【００８４】
デノボポリヌクレオチド合成
短時間で基材上に高密度のポリヌクレオチドを合成するためのシステムおよび方法が本明細書で提供される。いくつかの例では、基材はフレキシブル基材である。場合によっては、少なくとも１０１０、１０１１、１０１２、１０１３、１０１４、または１０１５塩基が１日で合成される。いくつかの例では、少なくとも１０×１０８、１０×１０９、１０×１０１０、１０×１０１１、または１０×１０１２ポリヌクレオチドが１日で合成される。場合によっては、合成される各ポリヌクレオチドは、少なくとも２０、５０、１００、２００、３００、４００、または５００核酸塩基を含む。場合によっては、これらの塩基は、１００、２００、３００、４００、５００、１０００、２０００、５０００、１００００、１５０００、２００００塩基に１未満の合計平均エラー率で合成される。場合によっては、これらのエラー率は、合成されたポリヌクレオチドの少なくとも５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％、９８％、９９％、９９．５％、またはそれ以上のものである。いくつかの例において、これらの合成されたポリヌクレオチドの少なくとも９０％、９５％、９８％、９９％、９９．５％、またはそれ以上は、それらがコードする所定の配列と異ならない。場合によっては、本明細書に記載の方法およびシステムを使用する基材上の合成ポリヌクレオチドのエラー率は、約２００分の１である。場合によっては、本明細書に記載の方法およびシステムを使用する基材上の合成ポリヌクレオチドのエラー率は、約１，０００分の１である。いくつかの例では、本明細書に記載の方法およびシステムを使用する、基材上の合成ポリヌクレオチドのエラー率は、約２，０００分の１未満である。いくつかの例では、本明細書に記載の方法およびシステムを使用した、基材上の合成ポリヌクレオチドのエラー率は、約３，０００分の１未満である。いくつかの例では、本明細書に記載の方法およびシステムを使用する、基材上の合成ポリヌクレオチドのエラー率は、約５，０００分の１未満である。エラー率の個々のタイプには、基材上で合成されたポリヌクレオチドのミスマッチ、欠失、挿入、および／または置換が含まれる。「エラー率」という用語は、合成されたポリヌクレオチドの収集量の、所定のポリヌクレオチド配列の集合体との比較を指す。場合によっては、本明細書に開示される合成ポリヌクレオチドは、１２〜２５塩基のテザーを含む。場合によっては、テザーは１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、またはそれ以上の塩基を含む。
【００８５】
ポリヌクレオチド合成で使用される化学反応が電気化学を使用して制御される方法、システム、デバイス、および組成物が本明細書に記載される。電気化学反応は、場合によっては、光、熱、放射線、電気などのエネルギー源によって制御される。例えば、電極は、表面上の離散した場所のすべてまたは一部として化学反応を制御するために使用される。電極は、いくつかの例では、ポリヌクレオチド合成における１つまたは複数の化学的工程を制御するために電極に電位を印加することによって荷電される。場合によっては、これらの電極はアドレス可能である。本明細書に記載されている任意の数の化学的工程は、いくつかの例では、１つまたは複数の電極で制御される。電気化学反応は、酸化、還元、酸／塩基化学、または電極によって制御される他の反応を含み得る。場合によっては、電極は化学変換のための試薬として使用される電子またはプロトンを生成する。電極は、場合によっては、酸などの試薬を直接生成する。場合によっては、酸はプロトンである。電極は、場合によっては、塩基などの試薬を直接生成する。酸または塩基は、保護基を切断するために、または、例えば、反応溶液のｐＨを調整することによって、さまざまなポリヌクレオチド合成反応の反応速度に影響を与えるためにしばしば使用される。電気化学的に制御されたポリヌクレオチド合成反応は、場合によっては、レドックス活性金属または他のレドックス活性有機材料を含む。場合によっては、金属または有機触媒がこれらの電気化学反応で使用される。いくつかの例では、酸はキノンの酸化から生成される。
【００８６】
化学反応の制御は、試薬の電気化学的生成に限定されず、化学反応性は、電極によって生成される電界（または勾配）による基質または試薬への生物物理学的変化を通じて間接的に影響を受ける可能性がある。いくつかの例では、基材には、核酸が含まれるが、これに限定されない。いくつかの例では、特定の試薬または基材を、電極または表面に向かって、または電極または表面から遠ざけるように、反発させるかまたは引き付ける電界が生成される。そのような場は、場合によっては、１つまたは複数の電極に電位を印加することによって生成される。例えば、負に荷電した核酸は、負に荷電した電極表面から反発される。局所電場によって引き起こされるポリヌクレオチドまたは他の試薬のそのような反発力または誘引力は、場合によっては、合成デバイスまたは構造の領域内または領域外へのポリヌクレオチドまたは他の試薬の移動を提供する。いくつかの例において、電極は、合成表面、構造、またはデバイスから離れてポリヌクレオチドを反発させる電界を生成する。いくつかの例において、電極は、合成表面、構造、またはデバイスに向かってポリヌクレオチドを引き付ける電界を生成する。いくつかの例では、プロトンは正に帯電した表面から反発して、プロトンの基材またはその一部との接触を制限する。場合によっては、反発力または引力を使用して、合成表面の特定の領域への試薬または基材の侵入を可能にするかまたはブロックする。いくつかの例において、ヌクレオシドモノマーは、一方または両方の構成要素の近くに電場を印加することにより、ポリヌクレオチド鎖との接触を妨げられる。このような配置は、特定の試薬のゲーティングを可能にし、試薬および／または基質間の濃度または接触速度が制御される場合、保護基の必要性を取り除くことができる。場合によっては、保護されていないヌクレオシドモノマーがポリヌクレオチド合成に使用される。あるいは、一方または両方の構成要素の近くに電場を適用すると、ヌクレオシドモノマーとポリヌクレオチド鎖との接触が促進される。さらに、基材への電界の印加は、基材の反応性またはコンフォメーションを変化させる可能性がある。例示的な用途では、電極によって生成された電場を使用して、隣接場所のポリヌクレオチドが相互作用するのを防ぐ。いくつかの例では、基材はポリヌクレオチドであり、任意に表面に付着している。電場の適用は、場合によっては、ポリヌクレオチドの三次元構造を変化させる。そのような変化は、ヘリックス、ヘアピン、ループ、または他の三次元核酸構造などの様々な構造の折りたたみまたは展開を含む。そのような変更は、ウェル、チャネル、または他の構造の内部で核酸を操作するために役立つ。いくつかの例では、二次構造を防止するために、電界が核酸基材に適用される。場合によっては、電場により、ポリヌクレオチド合成中のリンカーまたは固体支持体への付着の必要がなくなる。
【００８７】
本開示の基材上でのポリヌクレオチド合成に適した方法は、ホスホラミダイトビルディングブロックと、基質に結合したおよびヌクレオシドとの間の亜リン酸トリエステル結合を形成するカップリング工程において、成長段階のポリヌクレオチド鎖への、ホスホルアミダイト構築ブロック、すなわちヌクレオシドホスホルアミダイトの制御された付加を含むホスホルアミダイト方法である。いくつかの例では、ヌクレオシドホスホラミダイトは、活性化された基材に提供される。いくつかの例では、ヌクレオシドホスホラミダイトは、活性剤と共に基材に提供される。いくつかの例では、ヌクレオシドホスホルアミダイトは、１．５、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２５、３０、３５、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００倍以上、基質結合ヌクレオシドよりも過剰に基材に提供される。いくつかの例において、ヌクレオシドホスホラミダイトの添加は、無水環境、例えば、無水アセトニトリル中で行われる。カップリング工程でのヌクレオシドホスホラミダイトの添加および結合に続いて、基材は任意で洗浄される。いくつかの例では、カップリング工程は、任意で基質へのヌクレオシドホスホラミダイト添加の間に洗浄工程を伴って、さらに１回以上反復される。場合によっては、本明細書で使用されるポリヌクレオチド合成方法は、１、２、３、またはそれ以上の連続したカップリング工程を含む。カップリングの前に、多くの場合、基材に結合したヌクレオシドは、保護基の除去によって脱保護され、ここで、保護基は重合を防止するように機能する。保護基は、ポリヌクレオチド鎖の伸長を防ぐ任意の化学基を含み得る。場合によっては、保護基は酸の存在下で切断（または除去）される。場合によっては、保護基は、塩基の存在下で切断される。場合によっては、保護基は、光、熱、または他のエネルギー源などの電磁放射線で除去される。場合によっては、保護基は酸化または還元反応によって除去される。場合によっては、保護基はトリアリールメチル基を含む。場合によっては、保護基はアリールエーテルを含む。場合によっては、保護はジスルフィドを含む。場合によっては、保護基は酸に不安定なシランを含む。場合によっては、保護基はアセタールを含む。場合によっては、保護基はケタールを含む。場合によっては、保護基はエノールエーテルを含む。場合によっては、保護基は、メトキシベンジル基を含む。場合によっては、保護基はアジドを含む。場合によっては、保護基は４，４’−ジメトキシトリチル（ＤＭＴ）です。場合によっては、保護基はｔｅｒｔ−ブチルカーボネートである。場合によっては、保護基はｔｅｒｔ−ブチルエステルである。場合によっては、保護基は塩基に不安定な基を含む。
【００８８】
カップリングに続いて、ホスホラミダイトポリヌクレオチド合成方法は、任意選択で、キャッピング工程を含む。キャッピング工程において、成長しているポリヌクレオチドはキャッピング剤で処理される。キャッピング工程は、一般に、さらなる鎖伸長からのカップリング後に未反応の基質結合５’−ＯＨ基をブロックし、内部の塩基が欠失されたポリヌクレオチドの形成を防ぐ。さらに、１Ｈ−テトラゾールで活性化されたホスホルアミダイトは、グアノシンのＯ６位とわずかに反応することがよくある。理論に縛られることないが、Ｉ２／水での酸化により、この副産物は、おそらくＯ６−Ｎ７の移行を介して、脱プリン化される。脱プリン部位は、ポリヌクレオチドの最終的な脱保護の過程で切断されてしまい、したがって、全長産物の収量が減少する可能性がある。Ｏ２修飾は、Ｉ２／水で酸化する前にキャッピング試薬で処理することにより除去できる。いくつかの例では、ポリヌクレオチド合成中にキャッピング工程を含めると、キャッピングなしの合成と比較してエラー率が低下する。一例として、キャッピング工程は、基質結合ポリヌクレオチドを無水酢酸と１−メチルイミダゾールの混合物で処理することを含む。キャッピング工程に続いて、基材は任意に洗浄される。
【００８９】
ヌクレオシドホスホラミダイトの添加後、および任意選択でキャッピングおよび１つまたは複数の洗浄工程の後、本明細書に記載の基質は、酸化され得る結合した成長している核酸を含む。酸化工程は、亜リン酸トリエステルを、四配位リン酸トリエステル、天然に存在するリン酸ジエステルヌクレオシド間結合の保護された前駆体に酸化することを含む。場合によっては、亜リン酸トリエステルは電気化学的に酸化される。場合によっては、成長するポリヌクレオチドの酸化は、任意選択で、ピリジン、ルチジン、またはコリジンなどの弱塩基の存在下で、ヨウ素および水で処理することによって達成される。酸化は、時折、ｔｅｒｔ−ブチルヒドロペルオキシドまたは（１Ｓ）−（＋）−（１０−カンファースルホニル）−オキサジリジン（ＣＳＯ）を使用して無水条件下で実行されることがある。いくつかの方法では、キャッピング工程は酸化に続いて実行される。持続し得る酸化からの残留水がその後のカップリングを阻害する可能性があるため、第２のキャッピング工程は基材の乾燥を可能にする。酸化後、基質および成長しているポリヌクレオチドは任意に洗浄される。いくつかの例において、酸化の工程は、ポリヌクレオチドホスホロチオエートを得るために硫化工程で置き換えられ、ここで、任意のキャッピング工程は、硫化後に行われ得る。多くの試薬は、効率的な硫黄移動を可能にし、これには、Ｂｅａｕｃａｇｅ試薬およびＮ、Ｎ、Ｎ’Ｎ’−テトラエチルチウラムジスルフィド（ＴＥＴＤ）としても知られている、３−（ジメチルアミノメチリデン）アミノ）−３Ｈ−１，２，４−ジチアゾール−３−チオン、ＤＤＴＴ、３Ｈ−１，２−ベンゾジチオール−３−オン１，１−ジオキシドが含まれるがこれらに限定されない。
【００９０】
カップリングを介して起こるヌクレオシド取り込みの後続のサイクルのために、基材結合成長ポリヌクレオチドの保護された５’末端（または合成が５’から３’方向に行われる場合は３’末端）が除去されるので、第一級ヒドロキシル基は次のヌクレオシドホスホラミダイトと反応することができる。いくつかの例では、保護基はＤＭＴであり、脱保護はジクロロメタン中のトリクロロ酢酸を用いて行われる。場合によっては、保護基はＤＭＴであり、電気化学的に生成されたプロトンを用いてデブロッキングが起こる。脱トリチル化を長時間、または推奨される酸よりも強い溶液で行うと、固体支持体に結合したポリヌクレオチドの脱プリン化の増加をもたらし、したがって所望の完全長産物の収量が減少する。本明細書に記載の方法および組成物は、望ましくない脱プリン反応を制限するための制御されたデブロッキング条件を提供する。いくつかの例では、基材結合ポリヌクレオチドは、デブロッキングの後に洗浄される。場合によっては、デブロッキング後の効率的な洗浄は、エラー率の低い合成ポリヌクレオチドに寄与する。
【００９１】
本明細書に記載される基材上でのポリヌクレオチドの合成方法は、以下の工程の反復シーケンスを含み得る：表面、リンカーまたは以前に脱保護されたもののいずれかと連結するための基材特徴の表面への保護モノマーの適用；適用されたモノマーを脱保護し、その結果、これをその後適用された保護されたモノマーと反応できるようにすること、および、連結のための別の保護されたモノマーの適用。１つまたは複数の中間工程には、酸化および／または硫化が含まれる。場合によっては、１つまたは複数の洗浄工程が１つまたはすべての工程の前または後に行われる。
【００９２】
本明細書に記載される基材上でのポリヌクレオチドの合成方法は、酸化工程を含み得る。例えば、方法は、以下の工程の反復シーケンスを含む：表面、リンカー、または以前に脱保護されたモノマーのいずれかと連結するために、基材特徴の表面に保護されたモノマーを適用する；適用されたモノマーを脱保護し、その結果、これをその後適用された保護されたモノマーと反応できるようにすること；および、連結、ならびに酸化および／または硫化のための別の保護されたモノマーの適用。場合によっては、１つまたは複数の洗浄工程が１つまたはすべての工程の前または後に行われる。
【００９３】
本明細書に記載される基材上でのポリヌクレオチドの合成方法は、以下の工程の反復シーケンスをさらに含み得る：表面、リンカーまたは以前に脱保護されたモノマーのいずれかと連結するための基材特徴の表面への保護されたモノマーの適用；適用されたモノマーを脱保護し、これをその後適用された保護されたモノマーと反応できるようにすること；ならびに酸化および／または硫化。場合によっては、１つまたは複数の洗浄工程が１つまたはすべての工程の前または後に行われる。
【００９４】
本明細書に記載の基材上でのポリヌクレオチドの合成方法は、以下の工程の反復シーケンスをさらに含み得る：表面、リンカーまたは以前に脱保護されたモノマーのいずれかと連結するための基材特徴の表面への保護されたモノマーの適用；ならびに酸化および／または硫化。場合によっては、１つまたは複数の洗浄工程が１つまたはすべての工程の前または後に行われる。
【００９５】
本明細書に記載の基材上でのポリヌクレオチドの合成方法は、以下の工程の反復シーケンスをさらに含み得る：表面、リンカーまたは以前に脱保護されたモノマーのいずれかと連結するための基材特徴の表面への保護されたモノマーの適用；適用されたモノマーを脱保護し、これをその後適用された保護されたモノマーと反応できるようにすること；ならびに酸化および／または硫化。場合によっては、１つまたは複数の洗浄工程が１つまたはすべての工程の前または後に行われる。
【００９６】
いくつかの例では、ポリヌクレオチドは、光分解性保護基を用いて合成され、表面上に生成されたヒドロキシル基は、光分解性保護基によってブロックされる。フォトリソグラフィマスクなどを介して表面がＵＶ光にさらされると、表面に遊離ヒドロキシル基のパターンが生成され得る。これらのヒドロキシル基は、ホスホルアミダイト化学によると、光保護されたヌクレオシドホスホルアミダイトと反応することができる。第２のフォトリソグラフィマスクを適用し、表面をＵＶ光に露光して、ヒドロキシル基の第２のパターンを生成した後、５’−光保護されたヌクレオシドホスホラミダイトとカップリングさせることができる。同様に、パターンを生成し、オリゴマー鎖を伸ばすことができる。理論に縛られることはないが、光開裂性基の不安定性は、使用する溶媒の波長および極性に依存し、光開裂の速度は、露光時間と光の強度によって影響を受ける可能性がある。この方法では、マスクの位置合わせの精度、光保護基の除去効率、およびホスホルアミダイトカップリング工程の収率など、多数の要因を活用できる。さらに、隣接するサイトへの意図しない光の漏れを最小限に抑えることができる。スポットあたりの合成オリゴマーの密度は、合成表面上のリーダーヌクレオシドのローディングを調整することでモニタリングできる。
【００９７】
ポリヌクレオチド合成のサポートを提供する、本明細書に記載される基材の表面は、合成されたポリヌクレオチド鎖が表面から切断されることを可能にするように化学修飾され得る。場合によっては、ポリヌクレオチドが脱保護されると同時に、ポリヌクレオチド鎖が切断される。場合によっては、ポリヌクレオチドが脱保護された後、ポリヌクレオチド鎖が切断される。例示的なスキームでは、（ＣＨ３ＣＨ２Ｏ）３Ｓｉ−（ＣＨ２）２−ＮＨ２などのトリアルコキシシリルアミンを基材の表面ＳｉＯＨ基と反応させた後、無水コハク酸とアミンを反応させて、アミド結合と遊離ＯＨを生成し、核酸鎖の成長がサポートされる。切断には、アンモニアまたはメチルアミンを用いるガス切断が含まる。いくつかの例において、切断は、酸または塩基などの電気的に生成された試薬を用いるリンカー切断を含む。場合によっては、表面から放出されると、ポリヌクレオチドはより大きな核酸にアセンブルされ（組み立てられ）、配列決定および解読されて、保存された情報が抽出される。
【００９８】
本明細書に記載の表面は、ポリヌクレオチド切断の後に再利用して、ポリヌクレオチド合成の追加のサイクルをサポートすることができる。例えば、リンカーは追加の処理／化学修飾なしで再利用できる。場合によっては、リンカーは、基材表面またはポリヌクレオチドに非共有結合的に結合される。いくつかの実施形態では、リンカーは、表面からの切断後もポリヌクレオチドに付着したままである。リンカーは、いくつかの実施形態におけて、エステル、アミド、ケタール、ベータ置換ケトン、複素環、または可逆的に切断することができる他の基などの可逆的な共有結合を含む。そのような可逆的切断反応は、場合によっては、試薬の添加または除去を通して、または電極によって制御される電気化学的プロセスによって制御される。必要に応じて、化学リンカーまたは表面結合化学基は、反応性を回復し、そのようなリンカーまたは表面結合化学基での不要な副産物形成を除去するために、いくつかのサイクルの後に再生される。
【００９９】
アセンブリ（組み立て）
ポリヌクレオチドは、情報をコードする所定の配列の大きな領域に集合的に及ぶように設計されてもよい。いくつかの例では、合成されたポリヌクレオチドを結合するためのライゲーション反応を通じて、より大きなポリヌクレオチドが生成される。ライゲーション反応の一例は、ポリメラーゼ連鎖アセンブリ（ＰＣＡ）である。場合によっては、ポリヌクレオチドの少なくとも一部は、ユニバーサルプライマー結合の基質である付加領域を含むように設計されている。ＰＣＡ反応の場合、事前に合成されたポリヌクレオチドは、互いに重複している（例えば、重複している配列を有する４、２０、４０またはそれ以上の塩基）。ポリメラーゼサイクルの間、ポリヌクレオチドは相補的な断片にアニーリングし、次にポリメラーゼによってフィルインされる。したがって、各サイクルは、どのポリヌクレオチドが互いを見い出すかに依存して、ランダムにさまざまなフラグメントの長さを増加させる。フラグメント間の相補性により、完全に長いスパンの二本鎖ＤＮＡを形成できる。場合によっては、ＰＣＡ反応が完了した後、ミスマッチ修復検出酵素を使用して、エラー訂正工程を実行し、配列内のミスマッチを削除する。標的配列のより大きな断片が生成されると、それらを増幅することができる。例えば、いくつかのケースでは、５’および３’末端アダプター配列を含む標的配列は、アダプター配列にハイブリダイズする修飾プライマーを含むポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）で増幅される。場合によっては、修飾プライマーは、１つ以上のウラシル塩基を含む。修飾プライマーの使用は、フラグメントから修飾された塩基対を切断する酵素によって残された修飾された塩基および／またはギャップを標的とすることに集中する酵素反応を通してプライマーの除去を可能にする。残っているのは、アダプター配列の残りが欠けている二本鎖増幅産物である。このようにして、複数の増幅産物を同じプライマーセットと並行して生成して、二本鎖ＤＮＡの異なるフラグメントを生成できる。
【０１００】
エラー訂正は、合成されたポリヌクレオチドおよび／またはアセンブルされた生成物に対して実行されてもよい。エラー訂正の戦略の例には、エラーを訂正するためのオーバーラップエクステンションＰＣＲによる部位特異的突然変異誘発が含まれ、これは、任意選択で、２回以上のラウンドのクローニングおよび配列決定と組み合わせて使用される。特定の例において、ミスマッチ、バルジおよび小さなループ、化学的に改変された塩基および／または他のヘテロ二重鎖を有する二本鎖核酸は、正確に合成された核酸の集団から選択的に除去される。場合によっては、エラー訂正は、二本鎖核酸内のミスマッチまたは不対塩基を認識しかつそれに結合するか、またはそれに隣接するタンパク質／酵素を使用して実行され、一本鎖または二本鎖の切れ目を作成するか、または鎖転移転位イベントを開始する。エラー訂正用のタンパク質／酵素の非限定的な例には、エンドヌクレアーゼ（Ｔ７エンドヌクレアーゼＩ、大腸菌エンドヌクレアーゼＶ、Ｔ４エンドヌクレアーゼＶＩＩ、マングビーンヌクレアーゼ、セル（Ｃｅｌｌ）、大腸菌エンドヌクレアーゼＩＶ、ＵＶＤＥ）、制限酵素、グリコシラーゼ、リボヌクレアーゼ、ミスマッチ修復酵素、レゾルバーゼ、ヘリカーゼ、リガーゼ、ミスマッチに特異的な抗体、およびそれらの変異体が挙げられる。特定のエラー訂正酵素の例には、Ｔ４エンドヌクレアーゼ７、Ｔ７エンドヌクレアーゼ１、Ｓ１、マングビーンエンドヌクレアーゼ、ＭｕｔＹ、ＭｕｔＳ、ＭｕｔＨ、ＭｕｔＬ、切断酵素、ＣＥＬＩ、およびＨＩＮＦ１が含まれる。場合によっては、ＤＮＡミスマッチ結合タンパク質ＭｕｔＳ（Ｔｈｅｒｍｕｓ  ａｑｕａｔｉｃｕｓ）を使用して、合成さ生成物の集団から失敗した生成物を削除する。場合によっては、酵素Ｃｏｒｒｅｃｔａｓｅを使用してエラー訂正が実行される。場合によっては、既知および未知の変異とヘテロ二本鎖ＤＮＡの多型をスキャンするミスマッチ特異的ＤＮＡエンドヌクレアーゼであるＳＵＲＶＥＹＯＲエンドヌクレアーゼ（Ｔｒａｎｓｇｅｎｏｍｉｃ）を使用してエラー訂正が実行される。
【０１０１】
配列決定
構造の表面からのポリヌクレオチドの抽出および／または増幅後、適切な配列決定技術を使用して、ポリヌクレオチドを配列決定することができる。場合によっては、ＤＮＡ配列は基材上または構造の特徴内で読み取られる。場合によっては、基材上に保存されたポリヌクレオチドが抽出され、必要に応じてより長い核酸に組み立てられ、次に配列決定される。
【０１０２】
本明細書に記載される構造上に合成および保存されるポリヌクレオチドは、合成されたポリヌクレオチドの配列を読み取ること、その配列をコンピュータにより読み取り可能なバイナリコードに変換することにより解釈できるデータをコードする。場合によっては、配列はアセンブリを必要とし、アセンブリ工程は、核酸配列段階またはデジタル配列段階において必要があるかもしれない。
【０１０３】
構造上に直接および／または主構造からの除去後のいずれかで、保存されたポリヌクレオチドを配列決定することができるデバイスを備える検出システムが本明細書で提供される。構造がフレキシブル材料のリールツーリールテープである場合、検出システムは、検出位置を通して構造を保持および前進させるためのデバイスと、テープのセクションが検出位置にあるときに、そのセクションから発せられたシグナルを検出するための、検出位置に近接して配置された検出器を備える。場合によっては、シグナルはポリヌクレオチドの存在を示す。場合によっては、シグナルは、ポリヌクレオチドの配列（例えば、蛍光シグナル）を示す。場合によっては、コンピュータに動作可能に接続された検出器を介して連続的に運ばれるときに、連続テープ上のポリヌクレオチド内にコード化された情報がコンピュータによって読み取られる。いくつかの例において、検出システムは、ポリヌクレオチド配列決定装置、ポリヌクレオチド配列に関するデータの保存および検索のためのデータベース、ポリヌクレオチド配列のＤＮＡコードをバイナリコードに変換するためのソフトウェア、バイナリコードを読み取るためのコンピュータ、またはそれらの任意の組み合わせを備えるコンピュータシステムを備える。
【０１０４】
本明細書で説明されるデバイスに統合することができる配列決定システムが本明細書で提供される。配列決定の様々な方法は当技術分野で周知であり、これには、標的ポリヌクレオチド中の塩基の同一性が同定される「塩基呼び出し」が含まれる。場合によっては、本明細書に記載の方法、デバイス、組成物、およびシステムを使用して合成されたポリヌクレオチドは、合成表面からの切断後に配列決定される。いくつかの例において、配列決定は、ポリヌクレオチド合成の最中またはそれと同時に行われ、塩基呼び出しは、ヌクレオシドモノマーが成長するポリヌクレオチド鎖に伸長した直後またはその直前に行われる。塩基呼び出しの方法には、テンプレート鎖への塩基のポリメラーゼ触媒による付加によって生成される電流の測定が含まれる。いくつかの例では、合成表面は、ポリメラーゼなどの酵素を含む。場合によっては、そのような酵素は電極または合成表面につながれている。
【０１０５】
コンピュータシステム
様々な態様では、本明細書で説明されるいずれのシステムも、コンピュータに動作可能に接続され、任意選択で、ローカルまたはリモートのいずれかでコンピュータを介して自動化される。様々な例において、本発明の方法およびシステムは、コンピュータシステム上のソフトウェアプログラムおよびその使用をさらに含む。したがって、材料堆積装置の動き、分配動作、および真空作動の調整および同期などの分配／真空／補充機能の同期のためのコンピュータ化された制御は、本発明の範囲内である。いくつかの例では、コンピュータシステムは、ユーザー指定の塩基配列と材料堆積装置の位置との間のインターフェースをとって、正しい試薬を基材の指定された領域に送達するようにプログラムされる。
【０１０６】
図８に図示するコンピュータシステム８００は、媒体８１１および／またはネットワークポート８０５から命令を読み取ることができる論理装置として理解することができ、これは、オプションで固定媒体８１２を有するサーバー８０９に接続することができる。システムは、ＣＰＵ  ８０１、ディスクドライブ８０３、キーボード８１５および／またはマウス８１６などのオプションの入力デバイス、ならびにオプションのモニタ８０７を含むことができる。データ通信は、示された通信媒体を介してローカルまたはリモートロケーションのサーバーに達成することができる。通信媒体は、データを送信および／または受信する任意の手段を含むことができる。例えば、通信媒体は、ネットワーク接続、無線接続またはインターネット接続であり得る。このような接続により、Ｗｏｒｌｄ  Ｗｉｄｅ  Ｗｅｂにわたる通信が可能になる。本開示に関するデータは、パーティ８２２による受信および／またはレビューのために、そのようなネットワークまたは接続を介して送信できることが想定されている。
【０１０７】
図９は、本発明の例示的な場合に関連して使用することができるコンピュータシステムの第１の例示的なアーキテクチャを示すブロック図である。図５に示すように、例示的なコンピュータシステムは、命令を処理するためのプロセッサ９０２を含むことができる。プロセッサの非限定的な例には、Ｉｎｔｅｌ  Ｘｅｏｎ（商標）プロセッサ、ＡＭＤ  Ｏｐｔｅｒｏｎ（商標）プロセッサ、Ｓａｍｓｕｎｇ  ３２ビットＲＩＳＣ  ＡＲＭ  １１７６ＪＺ（Ｆ）−Ｓ  ｖ１．０（商標）プロセッサ、ＡＲＭ  Ｃｏｒｔｅｘ−Ａ８  Ｓａｍｓｕｎｇ  Ｓ５ＰＣ１００ｖプロセッサ、ＡＲＭ  Ｃｏｒｔｅｘ−Ａ８  Ａｐｐｌｅ  Ａ４（商標）プロセッサ、Ｍａｒｖｅｌｌ  ＰＸＡ  ９３０（商標）プロセッサ、または機能的に同等のプロセッサなどがある。複数の実行スレッドを並列処理のために使用できる。場合によっては、単一のコンピュータシステム、クラスター、または複数のコンピュータ、携帯電話、および／またはパーソナルデータアシスタントデバイスを含むネットワークを介してシステム全体に分散して、複数のプロセッサまたは複数のコアを持つプロセッサを使用することもできる。
【０１０８】
図９に示されるように、高速キャッシュ９０４は、プロセッサ９０２に接続または組み込むことができ、プロセッサ９０２によって最近使用された、または頻繁に使用される命令またはデータ用の高速メモリを提供する。プロセッサ９０２は、プロセッサバス９０８によってノースブリッジ９０６に接続される。ノースブリッジ９０６は、メモリバス９１２によってランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９１０に接続され、プロセッサ９０２によるＲＡＭ９１０へのアクセスを管理する。ノースブリッジ９０６はまた、チップセットバス９１６によってサウスブリッジ９１４に接続される。サウスブリッジ９１４は、次に、周辺バス９１８に接続される。周辺バスは、例えば、ＰＣＩ、ＰＣＩ−Ｘ、ＰＣＩ  Ｅｘｐｒｅｓｓ、または他の周辺バスであり得る。ノースブリッジとサウスブリッジは、しばしばプロセッサチップセットと呼ばれ、プロセッサ、ＲＡＭ、および周辺バス９１８上の周辺コンポーネント間のデータ転送を管理する。一部の代替アーキテクチャでは、別のノースブリッジチップを使用する代わりに、ノースブリッジの機能をプロセッサに組み込むことができる。
【０１０９】
いくつかの例では、システム９００は、周辺バス９１８に取り付けられたアクセラレータカード９２２を含み得る。アクセラレータは、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または特定の処理を加速するための他のハードウェアを含み得る。例えば、アクセラレータは、適応データの再構築や、拡張セット処理で使用される代数式の評価に使用できる。
【０１１０】
ソフトウェアおよびデータは、外部ストレージ９２４に格納され、プロセッサによる使用のためにＲＡＭ９１０および／またはキャッシュ９０４にロードされ得る。システム９００は、システムリソースを管理するためのオペレーティングシステムを含む。オペレーティングシステムの非限定的な例には、Ｌｉｎｕｘ、Ｗｉｎｄｏｗｓ（商標）、ＭＡＣＯＳ（商標）、ＢｌａｃｋＢｅｒｒｙ  ＯＳ（商標）、ｉＯＳ（商標）、およびその他の機能的に同等のオペレーティングシステム、ならびに本発明の例示的な実施形態に従ってデータストレージと最適化を管理するためにオペレーティングシステム上で実行されるアプリケーションソフトウェアが含まれる。
【０１１１】
この例では、システム９００はまた、ネットワーク接続ストレージ（ＮＡＳ）などの外部ストレージへのネットワークインターフェースを提供するために周辺バスに接続されたネットワークインターフェースカード（ＮＩＣ）９２０および９２１、ならびに分散並列処理のために使用できる他のコンピュータシステムを含む。
【０１１２】
図１０は、複数のコンピュータシステム１００２ａおよび１００２ｂ、複数の携帯電話およびパーソナルデータアシスタント１００２ｃ、ならびにネットワーク接続ストレージ（ＮＡＳ）１００４ａおよび１００４ｂを有するネットワーク１０００を示す図である。例示的な実施形態では、システム１００２ａ、１００２ｂ、および１００２ｃは、データストレージを管理し、ネットワーク接続ストレージ（ＮＡＳ）１００４ａおよび１００４ｂに保存されたデータのデータアクセスを最適化することができる。数学的モデルがデータのために使用され、コンピュータシステム１００２ａ、１００２ｂ、ならびに携帯電話およびパーソナルデータアシスタントシステム１００２ｃにわたる分散並列処理を使用して評価できる。コンピュータシステム１００２ａおよび１００２ｂ、ならびに携帯電話およびパーソナルデータアシスタントシステム１００２ｃはまた、ネットワーク接続ストレージ（ＮＡＳ）１００４ａおよび１００４ｂに保存されたデータの適応データ再構築のための並列処理を提供することができる。図１０は、例示目的のみで図示されており、本発明の様々な実施形態と共に、多種多様な他のコンピュータアーキテクチャおよびシステムを使用することができる。例えば、ブレードサーバーを使用して並列処理を提供できる。プロセッサブレードは、バックプレーンを介して接続して、並列処理を提供できる。ストレージは、バックプレーンに接続するか、または別のネットワークインターフェースを介してネットワーク接続ストレージ（ＮＡＳ）として接続することもできる。
【０１１３】
いくつかの例示的な実施形態では、プロセッサは、他のプロセッサによる並列処理のために、別個のメモリ空間を維持し、ネットワークインターフェース、バックプレーンまたは他のコネクタを介してデータを送信することができる。他の実施形態では、プロセッサの一部またはすべてが、共有仮想アドレスメモリ空間を使用することができる。
【０１１４】
図１１は、例示的な実施形態による、共有仮想アドレスメモリ空間を使用するマルチプロセッサコンピュータシステム１１００のブロック図である。このシステムは、共有メモリサブシステム１１０４にアクセスできる複数のプロセッサ１１０２ａ−ｆを含む。このシステムは、メモリサブシステム１１０４に複数のプログラム可能なハードウェアメモリアルゴリズムプロセッサ（ＭＡＰ）１１０６ａ−ｆを組み込んでいる。各ＭＡＰ  １１０６ａ−ｆは、メモリ１１０８ａ−ｆおよび１つまたは複数のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）１１１０ａ−ｆを備えることができる。ＭＡＰは、構成可能な機能ユニットを提供し、特定のアルゴリズムまたはアルゴリズムの一部を、それぞれのプロセッサと密接に連携して処理するためにＦＰＧＡ  １１１０ａ−ｆに提供することができる。例えば、ＭＡＰを使用して、データモデルに関する代数式を評価し、例示的な実施形態において適応データ再構築を実行することができる。この例では、これらの目的のために、すべてのプロセッサが各ＭＡＰにグローバルにアクセスできる。１つの構成では、各ＭＡＰは、直接メモリアクセス（ＤＭＡ）を使用して、関連するメモリ１１０８ａ−ｆにアクセスし、それぞれのマイクロプロセッサ１１０２ａ−ｆとは独立して、かつ非同期でタスクを実行できるようにする。この構成では、ＭＡＰは、結果を別のＭＡＰに直接供給して、アルゴリズムのパイプライン化と並列実行を行うことができる。
【０１１５】
上記のコンピュータアーキテクチャおよびシステムは例示のみにすぎず、汎用プロセッサ、コプロセッサ、ＦＰＧＡおよびその他のプログラマブルロジックデバイス、システムオンチップ（ＳＯＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、その他の処理およびロジックエレメントの任意の組み合わせを使用するシステムを含む、例示的な実施形態に関連して、他の多種多様なコンピュータ、携帯電話、およびパーソナルデータアシスタントのアーキテクチャおよびシステムを使用することができる。いくつかの実施形態では、コンピュータシステムのすべてまたは一部は、ソフトウェアまたはハードウェアで実装することができる。ランダムアクセスメモリ、ハードドライブ、フラッシュメモリ、テープドライブ、ディスクアレイ、ネットワーク接続ストレージ（ＮＡＳ）、およびその他のローカルまたは分散型データストレージデバイスとシステムを含む、さまざまなデータストレージメディアを例示的な実施形態に関連して使用できる。
【０１１６】
例示的な実施形態では、コンピュータシステムは、上記または他のコンピュータアーキテクチャおよびシステムのいずれかで実行されるソフトウェアモジュールを使用して実装することができる。他の実施形態では、システムの機能は、ファームウェア、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、システムオンチップ（ＳＯＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、またはその他の処理およびロジックエレメントなどのプログラマブルロジックデバイスで部分的にまたは完全に実装できる。例えば、Ｓｅｔ  ＰｒｏｃｅｓｓｏｒおよびＯｐｔｉｍｉｚｅｒは、ハードウェアアクセラレータカードの使用を通して、ハードウェアアクセラレーションで実装できる。
【０１１７】
実施形態
情報を保存するための方法が本明細書で提供され、この方法は、ａ）表面を含む構造を提供する工程、ｂ）表面に付着したポリヌクレオチドに少なくとも１つのヌクレオチドが結合する表面に、少なくとも１つのヌクレオチド付着させる工程、およびｃ）表面上に複数のポリヌクレオチドを合成するために、工程ｂ）を反復する工程を含み、ここで、表面上の固有のポリヌクレオチドの保存密度は、少なくとも１００×１０６ポリヌクレオチド／ｃｍ２である。少なくとも１つのポリヌクレオチドを表面から切断することをさらに含み、ポリヌクレオチドが液滴に溶解されている方法が、本明細書でさらに提供される。表面から少なくとも１つのポリヌクレオチドを配列決定する工程をさらに含む方法が、本明細書でさらに提供される。表面を乾燥させる工程をさらに含む方法が、本明細書でさらに提供される。表面からヌクレオチドを洗い流すことをさらに含む方法が、本明細書でさらに提供される。表面が固体支持体である方法が、本明細書でさらに提供される。表面がガラス、溶融シリカ、ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、プラスチック、金属、またはそれらの組み合わせを含む方法が、本明細書でさらに提供される。
【０１１８】
情報を保存するための方法が本明細書で提供され、この方法は、ａ）表面を含む構造を提供する工程、ｂ）少なくとも１つのヌクレオチドを含む液滴を表面に沈着させる工程であって、少なくとも１つのヌクレオチドは表面に付着したポリヌクレオチドに結合する、沈着させる工程、およびｃ）工程ｂ）を反復して、表面上に複数のポリヌクレオチドを合成し、ここで、液滴は約１００フェムトリットル未満の体積を有する、反復する工程を含む。
【０１１９】
情報を保存するための方法が本明細書で提供され、この方法は、ａ）表面を含む構造を提供する工程、ｂ）少なくとも１つのヌクレオチドを表面に沈着させる工程であって、少なくとも１つのヌクレオチドは表面に付着したポリヌクレオチドに結合する、付着させる工程、およびｃ）表面上に複数のポリヌクレオチドを合成するために工程ｂ）を反復する工程を含み、ここで、４つの異なるヌクレオチドを使用して工程ｂ）を反復する時間は、約１００ミリ秒未満である。１つまたは複数の洗浄工程をさらに含む方法が本明細書でさらに提供される。デブロッキング、酸化、洗浄、キャッピング、またはそれらの任意の組み合わせをさらに含む方法が本明細書にさらに提供される。
【０１２０】
情報を保存するためのデバイスが本明細書で提供され、このデバイスは、アドレス可能な場所のアレイを含むチップを備え、ここで、１つまたは複数のアドレス可能な場所は、少なくとも１つの電極、合成表面、および少なくとも１つの流体ポートを含み、合成表面は、各アドレス可能な場所に、表面から延びる少なくとも１つのポリヌクレオチドを含み、チップ上のアドレス可能な場所の密度は、ｃｍ２あたり少なくとも１００×１０６ポリヌクレオチドである。少なくとも１つのポリヌクレオチドが約１５０〜約５００塩基長であるデバイスが本明細書でさらに提供される。少なくとも１つのポリヌクレオチドが約２００塩基長であるデバイスが本明細書でさらに提供される。試薬リザーバーをさらに含むデバイスが本明細書でさらに提供される。加熱または冷却ユニットをさらに含むデバイスが本明細書でさらに提供される。少なくとも１つのアドレス可能な場所が液滴を含むデバイスが本明細書でさらに提供される。液滴が直径５０マイクロメートル未満であるデバイスが本明細書でさらに提供される。
【０１２１】
情報を保存するための方法が本明細書で提供され、この方法は、ａ）少なくとも１つの情報のアイテムを少なくとも１つのデジタル配列の形で少なくとも１つの核酸配列に変換する工程、ｂ）少なくとも１つの核酸配列を集合的にコードする所定の配列を有する複数のポリヌクレオチドを合成する工程、ｃ）少なくとも１つのヌクレオチドを含む液滴を表面に沈着させる工程であって、少なくとも１つのヌクレオチドは表面に付着したポリヌクレオチドに結合する、沈着させる工程、ｄ）表面上に複数のポリヌクレオチドを合成するために、工程ｃ）を反復する工程、およびｅ）複数のポリヌクレオチドを保存する工程を含み、ここで、液滴は約１００フェムトリットル未満の体積を有する。
【０１２２】
情報を保存するための方法が本明細書で提供され、この方法は、ａ）少なくとも１つの情報のアイテムを少なくとも１つのデジタル配列の形で少なくとも１つの核酸配列に変換する工程、ｂ）少なくとも１つの核酸配列を集合的にコードする所定の配列を有する複数のポリヌクレオチドを合成する工程、ｃ）少なくとも１つのヌクレオチドを含む液滴を表面に沈着させる工程であって、少なくとも１つのヌクレオチドは表面に付着したポリヌクレオチドに結合する、沈着させる工程、ｄ）表面上に複数のポリヌクレオチドを合成するために、工程ｃ）を反復する工程、およびｅ）複数のポリヌクレオチドを保存する工程を含み、ここで、４つの異なるヌクレオチドを使用して工程ｃ）を反復する時間は、約１００ミリ秒未満である。
【０１２３】
ポリヌクレオチドを合成するための方法が本明細書で提供され、この方法は、ａ）表面を含む構造を提供する工程であって、表面はヌクレオチド伸長のための複数の場所を含む、工程、およびｂ）表面から延びる複数のポリヌクレオチドを合成する工程であって、合成する工程は、ポテンシャルを表面に印加することにより１つ以上の試薬を沈着させることを含む。ポテンシャルが電位である方法がさらに提供される。表面が固体支持体である方法がさらに提供される。
【０１２４】
本明細書に記載される方法のいずれか１つを使用する情報保存のためのデバイスが本明細書で提供される。本明細書に記載される方法のいずれか１つを使用する情報保存のためのシステムが本明細書で提供される。
【０１２５】
以下の実施例は、本明細書に開示される実施形態の原理および実施を当業者にさらに明確に説明するために示され、いかなる特許請求される実施形態の範囲も限定するものとして解釈されるべきではない。特に明記しない限り、すべての部とパーセンテージは重量ベースである。
【実施例】
【０１２６】
実施例１：デバイス表面の官能基化
デバイスは、ポリヌクレオチドのライブラリの付着および合成をサポートするように官能基化された。デバイスの表面は、９０％Ｈ２ＳＯ４および１０％Ｈ２Ｏ２を含むピラニア溶液を使用して、最初に２０分間湿式洗浄された。デバイスをいくつかのビーカー内にてＤＩ水ですすぎ、ＤＩ水グースネック水栓下で５分間保持し、Ｎ２で乾燥させた。続いて、デバイスをＮＨ４ＯＨ（１：１００、３ｍＬ：３００ｍＬ）に５分間浸し、ハンドガンを使用してＤＩ水でリンスし、ＤＩ水の入った３つの連続したビーカーに１分間それぞれ浸し、次にハンドガンを使用してＤＩ水で再びリンスした。次に、デバイスの表面をＯ２に曝すことによって、デバイスをプラズマ洗浄した。ＳＡＭＣＯＰＣ−３００装置を使用して、ダウンストリームモードにて２５０ワットで１分間Ｏ２をプラズマエッチングした。
【０１２７】
洗浄されたデバイス表面は、以下のパラメーター、０．５〜１ｔｏｒｒ、６０分、７０℃、１３５℃気化器を用いてＹＥＳ−１２２４Ｐ蒸着オーブンシステムを使用して、Ｎ−（３−トリエトキシシリルプロピル）−４−ヒドロキシブチルアミドを含む溶液で活性に官能基化された。デバイスの表面は、Ｂｒｅｗｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２００Ｘスピンコーターを使用してレジストコーティングされました。ＳＰＲ（商標）３６１２フォトレジストをデバイスに２５００ｒｐｍで４０秒間スピンコートした。デバイスは、Ｂｒｅｗｅｒホットプレート上で９０℃、３０分間プリベークされた。デバイスは、Ｋａｒｌ  Ｓｕｓｓ  ＭＡ６マスクアライナー装置を使用してフォトリソグラフィーに供せられた。デバイスに２．２秒間露光し、ＭＳＦ  ２６Ａで１分間現像した。残りの現像液をハンドガンでリンスし、デバイスを５分間水に浸した。デバイスをオーブン内で１００℃にて３０分間ベークした後、Ｎｉｋｏｎ  Ｌ２００を使用してリソグラフィーの欠損を目視検査した。洗浄プロセスを使用して、ＳＡＭＣＯ  ＰＣ−３００装置を使用して、残留レジストを除去し、２５０ワットで１分間Ｏ２プラズマエッチングを行った。
【０１２８】
デバイス表面は、１０μＬの軽質鉱油と混合したペルフルオロオクチルトリクロロシランの１００μＬ溶液を用いて受動的に官能基化された。デバイスをチャンバー内に置き、１０分間ポンプで送った後、バルブをポンプに対して閉じ、１０分間放置し、チャンバーは大気開放された。デバイスは、最大出力（Ｃｒｅｓｔシステムでは９）で超音波処理を行いながら、７０℃の５００ｍＬ  ＮＭＰで５分間２回の浸漬を行うことによって、レジストを剥がした。次に、デバイスを室温で５００ｍＬのイソプロパノールに５分間浸し、最大出力で超音波処理した。このデバイスを２００プルーフのエタノール３００ｍＬに浸し、Ｎ２を吹き付けて乾燥させた。官能基化された表面は、ポリヌクレオチド合成の支持体として機能するように活性化された。
【０１２９】
実施例２：高度に正確なＤＮＡベースの情報の保存およびアセンブリ
デジタル情報は、１００を超える言語での世界人権宣言についてのコンテクストを含む合計約０．２ＧＢの内容を含むバイナリデータ、プロジェクトグッテンベルクの上位１００冊、およびシードデータベースの形で選択された。デジタル情報は、核酸ベースの配列に暗号化され、文字列に分割された。それぞれが文字列に対応する１０００万を超える同一でないポリヌクレオチドが、剛性シリコン表面上で合成された。同一でない各ポリヌクレオチドは、２００塩基長以下であった。合成されたポリヌクレオチドが収集および配列決定され、最初の少なくとも１つのデジタル配列と比較して、ソースデジタル情報に対して１００％の精度で解読されてデジタルコードに戻されました。
【０１３０】
実施例３：高密度情報保存システム
ポリヌクレオチドは、本明細書に記載の方法によりデノボ合成される。合成後、ポリヌクレオチドは単一の液滴に収集され、シリコン固体支持体上のストレージに転送される。固体支持体の寸法は８６ｍｍ×５４ｍｍで、厚さは１−２ｍｍである。固体支持体の容量は、１０ギガバイトパケットのアドレス可能な配列として実装される１−１０ペタバイト（ＰＢ）である。パケットへの物理的な分割は、リーディング配列として冗長にコードされ、パケット内の各ポリヌクレオチドは、共通の初期配列と、インデックス付けまたは検索のための他の配列情報を共有する。パケットは、ポリヌクレオチドが溶解した水滴として実装され、各ポリヌクレオチドの物理的冗長性は１００−１０００コピーである。ポリヌクレオチドの長さは１００−１０００塩基の範囲である。液滴の体積は、直径４０−５０μｍの球に相当する。固体支持体はさらに、平方インチ未満の領域に最大１０，０００×１０，０００の位置を含む。
【０１３１】
例示的な固体支持体は、図１２Ａ−１２Ｂに見ることができる。図１２Ａは、ガラスでできており、アレイおよび流体ポートのための透明な窓を備える固体支持体の前面を示す。図１２Ｂは、電気的接触（ＬＧＡ  １ｍｍピッチ）および固体支持体領域の下の熱インターフェースを備える回路である固体支持体の裏側を示す。
【０１３２】
液滴を固体支持体に添加した後、固体支持体を乾燥させ、その後下流の用途に使用するために再溶媒和することができる。あるいは、固体支持体を乾燥させて保存する。各パケット内の液滴は、インデックス付けおよび検索のための配列情報を含むため、特定のパケットは、配列情報に基づいて複数のパケットから取得される。
【０１３３】
実施例４：アクセスを伴う高密度情報保存システム
ポリヌクレオチドは、本明細書に記載の方法によりデノボ合成される。合成後、ポリヌクレオチドは単一の液滴に集められ、紙の固体支持体上のストレージに移される。固体支持体の寸法は３．５インチ×２．５インチである。固体支持体の容量は１ペタバイトであり、これは１０２４スポットを含むアドレス可能な３２×３２アレイとして実装される。各スポットは１テラバイトのプールを含む。例えば、図１７および図１８を参照のこと。
【０１３４】
１０〜１００メガバイトの少なくとも１つの情報項目は、ＤＮＡでコードされ、１ペタバイトのデータに保存される。後で、コードされたＤＮＡのランダムアクセスと１テラバイトのプールからのコードされたＤＮＡの回収によって、１０〜１００メガバイトのコードされたＤＮＡが回収される。
【０１３５】
実施例５：固体支持体上のポリヌクレオチド合成の局所制御
長さ２４０塩基のポリヌクレオチドは、本明細書に記載の方法を使用して固体支持体上で合成される。ｄｓＤＮＡを含むポリヌクレオチドの長さは約８０ｎｍで、ｓｓＤＮＡを含むポリヌクレオチドの長さは約１６０ｎｍである。固体支持体は、５００ｎｍ（深さ）×４００ｎｍ（直径）ウェル（体積約０．６２８フェムトリットル）のアレイを含む。各ウェルは、アドレス可能な場所、各ウェルの側壁内部のアドレス可能な電極（面積は５０，０００ｎｍ２／電極）、および２５０ｎｍ（直径）のアドレス可能な底部電極とアドレス可能な連絡しているポリヌクレオチド合成／結合用の２５０ｎｍ（直径）の表面を含む。電極は個別にアドレス可能である。
【０１３６】
ポリヌクレオチドは、５０ｎｍ２あたり１ポリヌクレオチドの密度で合成表面に存在する。ウェルは１．０μｍのピッチで区切られている。１０ｎｍの厚さの側壁電極（ポリヌクレオチド表面の約１００ｎｍ上に位置）を荷電して、合成表面の場所の規定されたポリヌクレオチド上の５’ＯＨ基から保護基（ポリヌクレオチドが酸で切断可能なブロッキング基でブロックされている）を取り除くＨ＋イオンの勾配を生成する。その後、Ｈ＋イオンが除去される。（図１６Ｂ参照）。ヌクレオシドホスホラミダイトモノマーが加えられ、ブロックされていない部位のポリヌクレオチドがヌクレオシドへのカップリングに利用できるようになる。脱保護およびカップリングのサイクルが繰り返されて、ポリヌクレオチドが合成される。各タイプのモノマーを追加する前に一連の電極制御マスクを表面に適用することにより、制御された配列で表面上の正確な位置に目的のポリヌクレオチドが合成される。
【０１３７】
実施例６：電場を有する固体支持体上のポリヌクレオチド合成の局所制御
長さ２４０塩基のポリヌクレオチドが、本明細書に記載の方法を使用して固体支持体上で合成される。固体支持体は、５００ｎｍ（深さ）×５００ｎｍ（直径）ウェルのアレイを含む。各ウェルは、アドレス可能な場所、各ウェルの側壁内部のアドレス可能な電極（面積は５０，０００ｎｍ２／電極）、および２５０ｎｍ（直径）のアドレス可能な底部電極とアドレス可能に連絡しているポリヌクレオチド合成／付着用の２５０ｎｍ（直径）の表面を含む。電極は個別にアドレス可能である。
ポリヌクレオチドは、５０ｎｍ２あたり１ポリヌクレオチドの密度で合成表面に存在する。ウェルは１．０μｍのピッチで区切られている。ヌクレオシドホスホラミダイトモノマーが追加され、ブロックされていない部位のポリヌクレオチドがヌクレオシドへのカップリングに利用できるようになる。脱保護およびカップリングのサイクルが繰り返されて、ポリヌクレオチドが合成される。各タイプのモノマーを追加する前に一連の電極制御マスクを表面に適用することにより、制御された配列で表面上の正確な位置に目的のポリヌクレオチドが合成される。ウェルの底部の底部電極が活性化され、それに付着したポリヌクレオチドの放出を誘発する。側壁電極は、ポリヌクレオチドをウェルの外に移動させる電界を生成するために荷電される。次に、ヌクレオシドホスホラミダイトモノマーを加え、これは表面に付着した再利用可能なリンカーから伸び、合成が繰り返される。
【０１３８】
実施例７：固体支持体上のポリヌクレオチド合成の局所制御
長さ２４０塩基のポリヌクレオチドは、本明細書に記載の方法を使用して固体支持体上で合成される。ｄｓＤＮＡを含むポリヌクレオチドの長さは約８０ｎｍで、ｓｓＤＮＡを含むポリヌクレオチドの長さは約１６０ｎｍである。固体支持体は、ポリヌクレオチド合成／付着のために表面上に直径１００ｎｍのアドレス可能な電極のアレイを含む（図１９を参照）。
ポリヌクレオチドは、３９．２７ｎｍ２あたり１ポリヌクレオチドの密度で合成表面に存在する。ウェルは０．２５μｍのピッチで分離されている。電極はＨ＋イオンの勾配を生成するように荷電され、合成表面の場所にある規定されたポリヌクレオチドの５’ＯＨ基から保護基（酸切断可能なブロッキング基でポリヌクレオチドがブロックされている）を除去する。その後、Ｈ＋イオンが除去される。ヌクレオシドホスホラミダイトモノマーが追加され、ブロックされていない部位のポリヌクレオチドがヌクレオシドへのカップリングに利用できるようになる。脱保護およびカップリングのサイクルが繰り返されて、ポリヌクレオチドが合成される。各タイプのモノマーを追加する前に一連の電極制御マスクを表面に適用することにより、制御された配列で表面上の正確な位置に目的のポリヌクレオチドが合成される。
【０１３９】
本発明の好ましい実施形態が本明細書に示され説明されてきたが、そのような実施形態が例としてのみ提供されていることは当業者には明らかである。当業者は、本発明から逸脱することなく、数多くの変形、変更、および置換を思いつくであろう。本明細書に記載されている本発明の実施形態の様々な代替物が、本発明を実施する際に使用されてもよいことが理解されるべきである。以下の特許請求の範囲が本発明の範囲を定義し、これらの特許請求の範囲内の方法および構造ならびにそれらの均等物がそれらによってカバーされることが意図されている。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
2021509752.tif 000009
【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
2021509752.tif 000011
【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
2021509752.tif 000013
【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2021509752.tif 000019
【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2021509752.tif 000024
【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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