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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-05-02
(45)【発行日】2022-05-13
(54)【発明の名称】ポリヌクレオチド合成のための加熱されたナノウェル
(51)【国際特許分類】
C12M 1/00 20060101AFI20220506BHJP
C12N 15/10 20060101ALI20220506BHJP
C12Q 1/68 20180101ALI20220506BHJP
C40B 40/06 20060101ALI20220506BHJP
B01J 19/00 20060101ALI20220506BHJP
【ＦＩ】
C12M1/00 A ZNA
C12N15/10 110Z
C12Q1/68 100Z
C40B40/06
B01J19/00 321
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2020522289
(86)(22)【出願日】2018-10-19
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-02-04
(86)【国際出願番号】 US2018056783
(87)【国際公開番号】W WO2019079769
(87)【国際公開日】2019-04-25
【審査請求日】2021-10-18
(31)【優先権主張番号】62/575,287
(32)【優先日】2017-10-20
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】516040017
【氏名又は名称】ツイスト バイオサイエンス コーポレーション
(74)【代理人】
【識別番号】100082072
【弁理士】
【氏名又は名称】清原 義博
(72)【発明者】
【氏名】マーシュ，ユージーン ピー．
(72)【発明者】
【氏名】インダーミューレ，ピエール エフ．
(72)【発明者】
【氏名】ペック，ビル ジェームズ
【審査官】山本 晋也
(56)【参考文献】
【文献】特表２００３－５２２１１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００４－５２１６２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／００９５７８５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００５／０２１４７７９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１１／０５６８７２（ＷＯ，Ａ２）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ１２Ｍ １／００
Ｃ１２Ｎ １５／１０
Ｃ１２Ｑ １／６８
Ｃ４０Ｂ ４０／０６
Ｂ０１Ｊ １９／００
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
ＣＡｐｌｕｓ／ＭＥＤＬＩＮＥ／ＥＭＢＡＳＥ／ＢＩＯＳＩＳ（ＳＴＮ）
ＰｕｂＭｅｄ
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ポリヌクレオチド合成のための方法であって、前記方法は、ａ．表面を有する基板と、
前記表面上に位置するポリヌクレオチド伸長のための複数の構造であって、ここで、各構造は約１０ｎｍ～約１０００ｎｍの幅を有し、ここで、各構造は加熱ユニットに接しており、ここで、前記加熱ユニットはアドレス可能な電極を有する、複数の構造と、
前記表面にわたって分布された溶媒と、
各構造におけるポリヌクレオチドのライブラリのためのあらかじめ定められた配列と、
を提供する工程と、
ｂ．各構造において前記ポリヌクレオチドのライブラリを合成する工程と、
ｃ．前記アドレス可能な電極を介して電流を加えることによって、各構造において前記溶媒を加熱し、これにより、前記溶媒を気相にし、前記表面の少なくとも１つの領域から伸びる少なくとも１つのポリヌクレオチドの脱ブロックを、液相中の非ブロッキング薬剤によって防ぐ、工程と、
を含む、方法。
【請求項2】
前記表面から伸びる前記ポリヌクレオチドのライブラリを合成する工程は、前記表面を第１のヌクレオシドホスホラミダイトと接触させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記表面から伸びる前記ポリヌクレオチドのライブラリを合成する工程は、前記表面を第２のヌクレオシドホスホラミダイトと接触させることをさらに含み、ここで、第１のヌクレオチドホスホラミダイトとの接触および第２のヌクレオチドホスホラミダイトとの接触の間で前記溶媒が除去されない、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記表面から伸びる前記ポリヌクレオチドのライブラリを合成する工程は、前記表面の前記少なくとも１つの領域に存在する前記溶媒を凝縮し、前記少なくとも１つの領域において前記表面から伸びる少なくとも１つの伸長ポリヌクレオチドを脱ブロックすること、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項5】
前記溶媒は約６５°Ｃ以下の沸騰温度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記溶媒は３０°Ｃ～８２°Ｃの沸騰温度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項7】
前記溶媒は５５°Ｃ～８２°Ｃの沸騰温度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記表面は、ポリヌクレオチド合成のための少なくとも３０，０００の座を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記表面は、ポリヌクレオチド合成のための少なくとも１００，０００の座を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項10】
前記表面は、ポリヌクレオチド合成のための少なくとも１，０００，０００の座を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項11】
前記溶媒は約８２°Ｃ以下の沸騰温度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項12】
前記溶媒は極性溶媒である、請求項１に記載の方法。
【請求項13】
前記溶媒はアセトニトリル、トリメチルアセトニトリル（ＴＭＡＣＮ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ｐ－キシレン、シクロヘキシルシアニド、２，５－ジメチル－２，４－ヘキサジエン、シクロオクタン、ｏ－トルニトリル、アセトフェノン、シクロノナン、ｐ－メチルベンジルシアニド、プロピオフェノン、ｍ－ニトロトルエン、ｏ－ジメトキシベンゼン、ｍ－クロロベンズアルデヒド、ｏ－クロロベンズアルデヒド、シクロデカン、ジメチルスクシネート、ブチロフェノン、４－エトキシベンズアルデヒド、ｍ－トリルアセタート、フェニル プロピオネート、あるいはそれらの混合物である、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
液相であるときの前記溶媒は、前記表面の前記少なくとも１つの領域から伸びる少なくとも１つのポリヌクレオチドを脱ブロックすることを可能にする、請求項１に記載の方法。
【請求項15】
前記方法は、前記表面の前記少なくとも１つの領域から伸びる少なくとも１つのポリヌクレオチドを脱ブロックした後に、前記溶媒を凝縮する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
＜相互参照＞
本出願は、２０１７年１０月２０日に出願された米国仮特許出願第６２／５７５，２８７の利益を主張するものであり、これは参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１７年１０月２０日に出願された米国仮特許出願第６２／５７５，２８７の利益を主張するものであり、これは参照によってその全体が本明細書に組み込まれる。
【0002】
＜配列表＞
本出願は配列表を包含しており、これは、ＡＳＣＩＩフォーマットで電子的に提出され、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。２０１８年１０月１６日に作成された上記ＡＳＣＩＩのコピーは、４４８５４－７４４＿６０１＿ＳＬ．ｔｘｔのファイル名であり、６８５バイトのサイズである。
本出願は配列表を包含しており、これは、ＡＳＣＩＩフォーマットで電子的に提出され、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。２０１８年１０月１６日に作成された上記ＡＳＣＩＩのコピーは、４４８５４－７４４＿６０１＿ＳＬ．ｔｘｔのファイル名であり、６８５バイトのサイズである。
【背景技術】
【0003】
デノボ遺伝子合成は、基礎的な生物学的研究およびバイオテクノロジーでの適用のための強力なツールである。小規模での比較的短いフラグメントの設計および合成のための様々な方法が知られているが、これらの技術には、しばしば、予測性、スケーラビリティ、自動化、速度、精度、およびコストの点で問題がある。
【発明の概要】
【0004】
ポリヌクレオチド合成のための装置が本明細書で提供され、上記装置は：表面を含む固体支持体と；表面上に位置するポリヌクレオチド伸長のための複数の構造であって、ここで、各構造は約１０ｎｍ～約１０００ｎｍの幅を有し、各構造は加熱ユニットに接しており、および、上記加熱ユニットは少なくとも１つの電極を有する、複数の構造と；ならびに、表面にわたって分布された溶媒であって、ここで、上記溶媒は極性溶媒である、溶媒と、を含む。上記表面が核酸合成のための少なくとも３０，０００の座を含む、装置が本明細書でさらに提供される。上記表面が核酸合成のための少なくとも５０，０００の座を含む、装置が本明細書でさらに提供される。上記表面が核酸合成のための少なくとも１００，０００の座を含む装置が本明細書でさらに提供される。上記表面が核酸合成のための少なくとも２００，０００の座を含む、装置が本明細書でさらに提供される。上記表面が核酸合成のための少なくとも１，０００，０００の座を含む、装置が本明細書でさらに提供される。上記１つ以上の電極が１つ以上の個別の座を加熱するアドレス可能な電極である、装置が本明細書でさらに提供される。上記固体支持体が冷却ユニットを含む装置が本明細書でさらに提供される。任意の２つの構造の中心間の距離が約１０ｎｍ～約１０００ｎｍである装置が本明細書でさらに提供される。任意の２つの構造の中心間の距離が約１００ｎｍ～約５００ｎｍである装置が本明細書でさらに提供される。任意の２つの構造の中心間の距離が約２０ｎｍ～約３００ｎｍである装置が本明細書でさらに提供される。任意の２つの構造の中心間の距離が約１００ｎｍである装置が本明細書でさらに提供される。任意の２つの構造の中心間の距離が約２００ｎｍである装置が本明細書でさらに提供される。任意の２つの構造の中心間の距離が約５００ｎｍである装置が本明細書でさらに提供される。各構造が３次元の構造を含む装置が本明細書でさらに提供され、ここで、上記３次元の構造は、ナノウェル、ナノワイヤー、ナノポスト（ｎａｎｏｐｏｓｔ）、あるいはナノロッドである。上記溶媒が約０．５～約１．５ｇ／ｍＬの密度を有する装置が本明細書でさらに提供される。上記溶媒がニトリル基を含む装置が本明細書でさらに提供される。上記溶媒がトリメチルアセトニトリルである装置が本明細書でさらに提供される。上記溶媒が５°Ｃ～１８°Ｃの融解温度を有する装置が本明細書でさらに提供される。上記溶媒が１０°Ｃ～１８°Ｃの融解温度を有する装置が本明細書でさらに提供される。上記溶媒が１５°Ｃ～１８°Ｃの融解温度を有する装置が本明細書でさらに提供される。複数の伸長工程を含むポリヌクレオチド合成に使用される装置が本明細書でさらに提供される。溶媒が伸長工程中に除去されない装置が本明細書でさらに提供される。本明細書に記載される装置を使用したポリヌクレオチド合成のための方法が本明細書でさらに提供される。
【0005】
ポリヌクレオチド合成のための装置が本明細書で提供され、上記装置は：表面を含む固体支持体と；表面上に位置するポリヌクレオチド伸長のための複数の構造であって、ここで、各構造は約１０ｎｍ～約１０００ｎｍの幅を有し、各構造は加熱ユニットに接しており、および、上記加熱ユニットは少なくとも１つの電極を有する、複数の構造と；表面にわたって分布された溶媒であって、上記溶媒は約１８°Ｃ以下の融解温度を有する、溶媒と、を含む。上記表面が核酸合成のための少なくとも３０，０００の座を含む、装置が本明細書でさらに提供される。上記表面が核酸合成のための少なくとも５０，０００の座を含む、装置が本明細書でさらに提供される。上記表面が核酸合成のための少なくとも１００，０００の座を含む、装置が本明細書でさらに提供される。上記表面が核酸合成のための少なくとも２００，０００の座を含む装置が本明細書でさらに提供される。上記表面が核酸合成のための少なくとも１，０００，０００の座を含む装置が本明細書でさらに提供される。上記１つ以上の電極が１つ以上の個別の座を加熱するアドレス可能な電極である、装置が本明細書でさらに提供される。上記固体支持体が冷却ユニットを含む、装置が本明細書でさらに提供される。任意の２つの構造の中心間の距離が約１０ｎｍ～約１０００ｎｍである、装置が本明細書でさらに提供される。任意の２つの構造の中心間の距離が約１００ｎｍ～約５００ｎｍである装置が本明細書でさらに提供される。任意の２つの構造の中心間の距離が約２０ｎｍ～約３００ｎｍである装置が本明細書でさらに提供される。任意の２つの構造の中心間の距離が約１００ｎｍである装置が本明細書でさらに提供される。任意の２つの構造の中心間の距離が約２００ｎｍである装置が本明細書でさらに提供される。任意の２つの構造の中心間の距離が約５００ｎｍである、装置が本明細書でさらに提供される。各構造が３次元の構造を含む装置が本明細書でさらに提供され、ここで、上記３次元の構造は、ナノウェル、ナノワイヤー、ナノポスト、あるいはナノロッドである。上記溶媒が約０．５～約１．５ｇ／ｍＬの密度を有する装置が本明細書でさらに提供される。上記溶媒が極性溶媒である装置が本明細書でさらに提供される。上記溶媒がニトリル基を含む装置が本明細書でさらに提供される。上記溶媒がトリメチルアセトニトリルである装置が本明細書でさらに提供される。上記溶媒が５°Ｃ～１８°Ｃの融解温度を有する装置が本明細書でさらに提供される。上記溶媒が１０°Ｃ～１８°Ｃの融解温度を有する装置が本明細書でさらに提供される。上記溶媒が１５°Ｃ～１８°Ｃの融解温度を有する装置が本明細書でさらに提供される。複数の伸長工程を含むポリヌクレオチド合成に使用される装置が本明細書でさらに提供される。溶媒が伸長工程中に除去されない装置が本明細書でさらに提供される。本明細書に記載される装置を使用したポリヌクレオチド合成のための方法が本明細書でさらに提供される。
【0006】
ポリヌクレオチド合成のための装置が本明細書で提供され、上記装置は：表面を含む固体支持体と；表面上に位置するポリヌクレオチド伸長のための複数の構造であって、ここで、各構造は約１０ｎｍ～約１０００ｎｍの幅を有し、各構造は加熱ユニットに接しており、および、上記加熱ユニットは少なくとも１つの電極を有する、複数の構造と；表面にわたって分布された溶媒であって、上記溶媒は約８２°Ｃ以下の沸騰温度を有する、溶媒と、を含む。上記表面が核酸合成のための少なくとも３０，０００の座を含む、装置が本明細書でさらに提供される。上記表面が核酸合成のための少なくとも５０，０００の座を含む、装置が本明細書でさらに提供される。上記表面が核酸合成のための少なくとも１００，０００の座を含む、装置が本明細書でさらに提供される。上記表面が核酸合成のための少なくとも２００，０００の座を含む、装置が本明細書でさらに提供される。上記表面が核酸合成のための少なくとも１，０００，０００の座を含む、装置が本明細書でさらに提供される。上記１つ以上の電極が、１つ以上の個別の座を加熱するアドレス可能な電極である、装置が本明細書でさらに提供される。上記固体支持体が冷却ユニットを含む、装置が本明細書でさらに提供される。任意の２つの構造の中心間の距離が約１０ｎｍ～約１０００ｎｍである、装置が本明細書でさらに提供される。任意の２つの構造の中心間の距離が約１００ｎｍ～約５００ｎｍである、装置が本明細書でさらに提供される。任意の２つの構造の中心間の距離が約２０ｎｍ～約３００ｎｍである、装置が本明細書でさらに提供される。任意の２つの構造の中心間の距離が約１００ｎｍである、装置が本明細書でさらに提供される。任意の２つの構造の中心間の距離が約２００ｎｍである、装置が本明細書でさらに提供される。任意の２つの構造の中心間の距離が約５００ｎｍである、装置が本明細書でさらに提供される。各構造が３次元の構造を含む装置が本明細書でさらに提供され、ここで、上記３次元の構造は、ナノウェル、ナノワイヤー、ナノポスト、あるいはナノロッドである。上記溶媒が約０．５～約１．５ｇ／ｍＬの密度を有する装置が本明細書でさらに提供される。上記溶媒が０°Ｃ～８２°Ｃの沸騰温度を有する装置が本明細書でさらに提供される。上記溶媒が３０°Ｃ～８２°Ｃの沸騰温度を有する装置が本明細書でさらに提供される。上記溶媒が５５°Ｃ～８２°Ｃの沸騰温度を有する装置が本明細書でさらに提供される。複数の伸長工程を含むポリヌクレオチド合成に使用される装置が、本明細書でさらに提供される。溶媒が伸長工程中に除去されない装置が本明細書でさらに提供される。本明細書に記載される装置を使用したポリヌクレオチド合成のための方法が本明細書でさらに提供される。
【0007】
ポリヌクレオチド合成のための方法が本明細書で提供され、上記方法は：ポリヌクレオチドのライブラリのためのあらかじめ定められた配列を提供する工程と；表面を有する基質を提供する工程と；表面から伸びるポリヌクレオチドのライブラリを合成する工程であって、ここで、脱ブロック工程が行われる前に、様々なヌクレオチドが順次加えられる、工程と、を含む。合成する工程が溶媒を含み、上記溶媒が少なくとも１つの相変化を受ける方法が本明細書でさらに提供される。上記溶媒が極性溶媒である方法が本明細書でさらに提供される。上記溶媒がトリメチルアセトニトリルである方法が本明細書でさらに提供される。上記溶媒が１５°Ｃ～１８°Ｃの融解温度を有する方法が本明細書でさらに提供される。上記溶媒が０．５～１．５ｇ／ｍＬの密度を有する方法が本明細書でさらに提供される。ポリヌクレオチド合成が複数の伸長工程をさらに含む方法が本明細書でさらに提供される。溶媒が伸長工程中に除去されない方法が本明細書でさらに提供される。脱ブロック工程が起こる前に、少なくとも２つの異なるヌクレオチドが順次加えられる方法が本明細書でさらに提供される。脱ブロック工程が起こる前に、少なくとも３つの異なるヌクレオチドが順次加えられる方法が本明細書でさらに提供される。脱ブロック工程が起こる前に、少なくとも４つの異なるヌクレオチドが順次加えられる方法が本明細書でさらに提供される。伸長工程中に、表面のすべてが同一のヌクレオチドと接触する方法が本明細書でさらに提供される。少なくとも１つの相変化が融解あるいは凍結している方法が本明細書で提供される。少なくとも１つの相変化が沸騰あるいは凝縮している方法が本明細書で提供される。
【0008】
本明細書に記載される装置を使用したポリヌクレオチド合成のための方法が本明細書で提供される。
【0009】
ポリヌクレオチド合成のための方法が本明細書で提供され、上記方法は：ポリヌクレオチドのライブラリのためのあらかじめ定められた配列を提供する工程と；表面を有する基質を提供する工程と；表面から伸びるポリヌクレオチドのライブラリを合成する工程であって、ここで、固相の溶媒は、表面の少なくとも１つの領域から伸びる少なくとも１つのポリヌクレオチドの脱ブロックを防ぎ、上記溶媒は約１８°Ｃ以下の融解温度を有する、工程と、を含む。表面から伸びるポリヌクレオチドのライブラリを合成する工程は、表面を第１のヌクレオチドホスホラミダイトと接触させることを含む、方法が本明細書にさらに提供される。表面から伸びるポリヌクレオチドのライブラリを合成する工程は、表面を第２のヌクレオチドホスホラミダイトと接触させることをさらに含む方法が本明細書でさらに提供され、ここで、上記第１のヌクレオチドホスホラミダイトとの接触および上記第２のヌクレオチドホスホラミダイトとの接触の間で溶媒が除去されない。表面から伸びるポリヌクレオチドのライブラリを合成する工程が、表面の少なくとも１つの領域に存在する溶媒を溶解し、少なくとも１つの領域の表面から伸びる少なくとも１つの伸長ポリヌクレオチドを脱ブロックすることをさらに含む方法が本明細書でさらに提供される。上記溶剤が約１５°Ｃ以下の融解温度を有する方法が本明細書でさらに提供される。上記溶剤が約１０°Ｃ以下の融解温度を有する方法が本明細書でさらに提供される。上記溶剤が５°Ｃ～１８°Ｃの融解温度を有する方法が本明細書でさらに提供される。上記溶剤が１０°Ｃ～１８°Ｃの融解温度を有する方法が本明細書でさらに提供される。上記溶剤が１５°Ｃ～１８°Ｃの融解温度を有する方法が本明細書でさらに提供される。上記表面が核酸合成のための少なくとも３０，０００の座を含む方法が本明細書でさらに提供される。上記表面が核酸合成のための少なくとも５０，０００の座を含む方法が本明細書でさらに提供される。上記表面が核酸合成のための少なくとも１００，０００の座を含む方法が本明細書でさらに提供される。上記表面が核酸合成のための少なくとも２００，０００の座を含む方法が本明細書でさらに提供される。上記表面が核酸合成のための少なくとも１，０００，０００の座を含む方法が本明細書でさらに提供される。
【0010】
ポリヌクレオチド合成のための方法が本明細書で提供され、上記方法は：ポリヌクレオチドのライブラリのためのあらかじめ定められた配列を提供する工程と；表面を有する基質を提供する工程と；表面から伸びるポリヌクレオチドのライブラリを合成する工程であって、ここで、気相の溶媒は、表面の少なくとも１つの領域から伸びる少なくとも１つのポリヌクレオチドの脱ブロックを防ぎ、上記溶媒は約８２°Ｃ以下の沸騰温度を有する、工程と、を含む。表面から伸びるポリヌクレオチドのライブラリを合成する工程は、表面を第１のヌクレオチドホスホラミダイトと接触させることを含む、方法が本明細書にさらに提供される。表面から伸びるポリヌクレオチドのライブラリを合成する工程は、表面を第２のヌクレオチドホスホラミダイトと接触させることをさらに含む、方法が本明細書でさらに提供され、ここで、上記第１のヌクレオチドホスホラミダイトとの接触および上記第２のヌクレオチドホスホラミダイトとの接触の間で溶媒が除去されない。表面から伸びるポリヌクレオチドのライブラリを合成する工程が、表面の少なくとも１つの領域に存在する溶媒を凝縮し、少なくとも１つの領域の表面から伸びる少なくとも１つの伸長ポリヌクレオチドを脱ブロックすることをさらに含む、方法が本明細書でさらに提供される。上記溶媒が約７５°Ｃ以下の沸騰温度を有する方法が本明細書でさらに提供される。上記溶媒が約６５°Ｃ以下の沸騰温度を有する方法が本明細書でさらに提供される。上記溶媒が０°Ｃ～８２°Ｃの沸騰温度を有する方法が本明細書でさらに提供される。上記溶媒が３０°Ｃ～８２°Ｃの沸騰温度を有する方法が本明細書でさらに提供される。上記溶媒が５５°Ｃ～８２°Ｃの沸騰温度を有する方法が本明細書でさらに提供される。上記表面が核酸合成のための少なくとも３０，０００の座を含む方法が本明細書でさらに提供される。上記表面が核酸合成のための少なくとも５０，０００の座を含む方法が本明細書でさらに提供される。上記表面が核酸合成のための少なくとも１００，０００の座を含む方法が本明細書でさらに提供される。上記表面が核酸合成のための少なくとも２００，０００の座を含む、方法が本明細書でさらに提供される。上記表面が核酸合成のための少なくとも１，０００，０００の座を含む方法が本明細書でさらに提供される。
【0011】
＜引用による組み込み＞
あたかも個々の刊行物、特許、又は特許出願がそれぞれ参照により組み込まれることが明確且つ個別に意図されているかのように、本明細書で言及した刊行物、特許、及び特許出願は全て、同じ程度にまで参照により本明細書に組み込まれる。
あたかも個々の刊行物、特許、又は特許出願がそれぞれ参照により組み込まれることが明確且つ個別に意図されているかのように、本明細書で言及した刊行物、特許、及び特許出願は全て、同じ程度にまで参照により本明細書に組み込まれる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
本発明の新規な特徴は、添付の特許請求の範囲内に特に明記されている。本発明の特徴および利点のより良い理解は、本発明の原理が用いられる例示的実施形態を説明する以下の詳細な説明と、以下の添付図面とを引用することによって得られるであろう。
【0013】
【図1】平面特徴（座）、チャネル、あるいはウェルをそれぞれ有する剛構造を示す。
【図2】クラスタ増幅からのポリヌクレオチドライブラリの生成の模式図を示す。
【図3A】アドレス可能なウェルを有する、加熱されたナノウェル構造の正面の断面を示す。
【図3B】アドレス可能なウェルを有する、加熱されたナノウェル構造の右断面を示す。
【図4A】アドレス可能なウェルを有する、加熱されたナノウェル構造の正面の断面を示す。
【図4B】アドレス可能なナノポストを有する、加熱されたナノポスト構造の正面の断面を示す。
【図5】アドレス可能なナノロッドを有する、加熱されたナノロッド構造の正面の断面を示す。
【図6】アドレス可能な下部接点に取り付けられたナノワイヤー構造の正面の断面を示す。
【図7】ポリヌクレオチド合成の材料堆積装置を示す。
【図8】ポリヌクレオチド合成のワークフローを示す。
【図9】コンピュータシステムを示す。
【図10】コンピュータシステムのアーキテクチャを例証するブロック図を示す。
【図11】複数のコンピュータシステム、複数の携帯電話および個人用携帯情報端末、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示す。
【図12】共有仮想アドレスメモリ空間を用いる、マルチプロセッサーコンピュータシステムを示す。
【発明を実施するための形態】
【0014】
定義
【0015】
別段の定めのない限り、本明細書で使用されるすべての技術的および科学的な用語は、これらの発明が属する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。
【0016】
本開示全体にわたって、数値的特徴は範囲形式で示される。範囲形式での記載は単に利便性と簡潔さのためのものに過ぎず、任意の実施形態の範囲に対する確固たる限定として解釈されてはならないということを理解されたい。これに応じて、範囲の記載は、文脈で別段の定めのない限り、すべての可能性のある下位範囲と、下限の単位の小数第２位までのその範囲内の個々の数値を具体的に開示していると考えられなければならない。例えば、１乃至６などの範囲の記載は、１乃至３、１乃至４、１乃至５、２乃至４、２乃至６、３乃至６などの下位範囲と、例えば、１．１、２、２．３、５、および５．９のその範囲内の個々の数値を具体的に開示していると考えられなければならない。これは、範囲の広さにかかわらず適用される。これらの介在する範囲の上限および下限は、より小さな範囲内に独立して含まれてもよく、また、定められた範囲内のあらゆる具体的に除外された限界に従って、本発明内に包含される。定められた範囲が上限および下限の１つまたはその両方を含む場合、これらの含まれた上限および下限のいずれかまたは両方を除く範囲も、文脈が明らかに他に指示しない限り、本発明内に包含される。
【0017】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、任意の実施形態を限定することを意図してはいない。本明細書で使用されるように、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈が他に明白に示していない限り、同様に複数形を含むように意図される。用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「含むこと（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、本明細書での使用時に、明示された特徴、整数、工程、操作、要素、および／または構成要素の存在を特定するが、１以上の他の特徴、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ように、用語「および／または」は、関連する列挙された項目の１つ以上のあらゆる組み合わせを含む。
【0018】
別段の定めのない限り、あるいは文脈から明らかでない限り、本明細書で使用されるように、数あるいは数の範囲に関連して用語「約」とは、明示された数とその数＋／－１０％、あるいはある範囲の列挙された値について列挙された下限の１０％以下と列挙された１０％以上を意味するものと理解されたい。
【0019】
本明細書で使用されているように、用語「あらかじめ選択された配列（ｐｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）」、「あらかじめ決められた配列（ｐｒｅｄｅｆｉｎｅｄ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）」、または「あらかじめ定められた配列（ｐｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）」は、交換可能に使用される。上記用語は、ポリマー配列が知られており、ポリマーの合成または組立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、オリゴヌクレオチドまたはポリヌクレオチドの配列は知られており、核酸分子の合成または組立の前に選択される。
【0020】
合成（すなわち、デノボ合成されるか、化学合成する）のポリヌクレオチドの産生のための方法と組成物が本明細書で提供される。オリゴヌクレオチド、オリゴ、およびポリヌクレオチドという用語は、全体で同義であると定義される。本明細書に記載される合成されたポリヌクレオチドのライブラリは、１つ以上の遺伝子または遺伝子断片をコードする複数のポリヌクレオチドをまとめて含むこともある。いくつかの例では、ポリヌクレオチドライブラリはコード配列または非コード配列を含む。いくつかの例では、ポリヌクレオチドライブラリは複数のｃＤＮＡ配列をコードする。ｃＤＮＡ配列が基づく参照遺伝子配列はイントロンを含むこともあるが、ｃＤＮＡ配列はイントロンを除外する。本明細書に記載されるポリヌクレオチドは、生物の遺伝子または遺伝子断片をコードすることがある。例示的な生物は、限定されないが、前核生物（例えば細菌）および真核生物（例えばマウス、ウサギ、ヒト、および非ヒト霊長類）を含む。いくつかの例では、ポリヌクレオチドライブラリは、１つ以上のポリヌクレオチドを含み、１つ以上のポリヌクレオチドの各々は複数のエクソンの配列をコードする。本明細書に記載されるライブラリ内の各ポリヌクレオチドは、異なる配列（すなわち同一でない配列）をコードすることもある。いくつかの例では、本明細書に記載されるライブラリ内のそれぞれのポリヌクレオチドは、ライブラリ内の別のポリヌクレオチドの配列に相補的な少なくとも１つの部分を含む。本明細書に記載されるポリヌクレオチド配列は、別段の定めのない限り、ＤＮＡまたはＲＮＡを含む。合成（すなわち、デノボ合成された）遺伝子の産生のための方法と組成物が本明細書で提供される。合成遺伝子を含むライブラリは、ＰＣＡ、非ＰＣＡ遺伝子アセンブリ法、または階層的遺伝子アセンブリなどの、本明細書の他の場所で詳細に記載されるさまざまな方法によって構築され、２つ以上の２本鎖ポリヌクレオチドを組み合わせ（「ステッチング」（ｓｔｉｔｃｈｉｎｇ））、より大きなＤＮＡ単位（すなわち、シャーシ）を生成する。大きな構築物のライブラリは、少なくとも１、１．５、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１５、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１２５、１５０、１７５、２００、２５０、３００、４００、５００キロバイトの長さ、またはそれ以上であるポリヌクレオチドを含むことがある。大きな構築物は、約５０００、１００００、２００００、または５００００の塩基対の独立して選択される上限によって結合可能である。ヌクレオチド配列をコードするポリペプチド－セグメントの任意の数の合成は、非リボソームペプチド（ＮＲＰ）をコードする配列、非リボソームペプチド合成酵素（ＮＲＰＳ）モジュールおよび合成変異体をコードする配列、抗体など他のモジュールタンパク質のポリペプチドセグメント、他のタンパク質ファミリーからのポリペプチドセグメント、調節配列などの非コードのＤＮＡまたはＲＮＡ（例えば、プロモータ、転写因子、エンハンサー、ｓｉＲＮＡ、ｓｈＲＮＡ、ＲＮＡｉ、ｍｉＲＮＡ、マイクロＲＮＡに由来する核小体低分子ＲＮＡ、あるいは対象の任意の機能的または構造的なＤＮＡまたはＲＮＡユニット）を含む。以下はポリヌクレオチドの非限定的な例である：遺伝子または遺伝子断片のコードあるいは非コード領域、遺伝子間ＤＮＡ、連鎖解析から定義された座（複数の座）、エクソン、イントロン、メッセンジャー核酸（ｍＲＮＡ）、転移ＲＮＡ、リボソームＲＮＡ、低分子干渉ＲＮＡ（ｓｉＲＮＡ）、低分子ヘアピン型ＲＮＡ（ｓｈＲＮＡ）、マイクロＲＮＡ（ｍｉＲＮＡ）、核小体低分子ＲＮＡ、リボザイム、メッセンジャーＲＮＡ（ｍＲＮＡ）の逆転写あるいは増幅によって通常得られるｍＲＮＡのＤＮＡ表現である、相補的ＤＮＡ（ｃＤＮＡ）；合成的にあるいは増幅により生成されるＤＮＡ分子、ゲノムＤＮＡ、組み換えポリヌクレオチド、分枝鎖ポリヌクレオチド、プラスミド、ベクター、任意の配列の単離されたＤＮＡ、任意の配列の単離されたＲＮＡ、核酸プローブ、およびプライマー。本明細書で言及される遺伝子または遺伝子断片をコードするｃＤＮＡは、対応するゲノム配列で見られる介在イントロン配列のないエクソン配列をコードする少なくとも１つの領域を含むこともある。代替的に、ｃＤＮＡに対応するゲノム配列は、そもそもイントロン配列を欠いていることがある。
【0021】
ポリヌクレオチド合成のための装置
【0022】
相変化プロセスに基づいて、アドレス可能位置でのポリヌクレオチドの選択的な合成のためのプロセスおよび装置が本明細書で提供される。活性ポリヌクレオチド合成表面上の合成を遮断することにより、反応ウェル中の液体溶媒などの反応溶媒相を、周囲の溶媒中の試薬への暴露を制限する固体またはガスなどの非反応相へと変換することにより、選択性が達成される。反応ウェルにおける加熱あるいは冷却は、ポリヌクレオチド合成表面に曝される溶媒の物理的状態の変化を提供する。反復合成プロトコル中に、局所的なアドレス可能な加熱器（例えば、１つ以上の電極あるいは加熱要素を含む加熱ユニット）を含むナノ構造などの構造は、溶媒を溶解あるいは沸騰するために使用され、ヌクレオシドカップリングおよび伸長反応などの下流相互作用のために合成表面上の定められた位置でアクセシビリティー（ａｃｃｅｓｓｉｂｉｌｉｔｙ）を提供する。
【0023】
ポリヌクレオチド合成または伸長のための複数の特徴（座）を備えた表面を有する構造が、本明細書で提供される。いくつかの例では、構造上のそれぞれの特徴は、１つ以上のより小さな構造、例えば、特徴の領域の周囲の溶媒の相を制御するためのナノ構造を含む。構造（１０１）の一部の各特徴は、実質的に平面の特徴（１０３）、ウェル（１０５）、あるいはチャネルを含み得る。図１を参照する。一例では、構造の各特徴は、約１０ｎｍ～約１０μｍの幅、および約１０ｎｍ～約１０μｍの各特徴の中心間の距離を有する。特徴の断面形状は、限定されないが、円、長方形、三角形、あるいは多角形を含み得る。特徴の形状は、テーパー状、円、ウェル、チャネル、ワイヤー、杆体、棒、錐状体、あるいはそれらの任意の組み合わせであってもよい。
【0024】
いくつかの例では、ポリヌクレオチドはポリヌクレオチド伸長のために座のクラスタ上で合成され、放出され、その後、増幅反応（例えば、ＰＣＲ）に供される。クラスタからのポリヌクレオチドの合成の例示的ワークフローが図２に示される。シリコンプレート（２０１）は複数のクラスタ（２０３）を含む。各クラスタ内には、複数の座（２２１）がある。ポリヌクレオチドは、クラスタ（２０３）からのプレート（２０１）上で新規に合成される（２０７）。ポリヌクレオチドは、切断され（２１１）、および、プレート（２１３）から除去されて、放出されたポリヌクレオチド（２１５）の集団を形成する。その後、放出されたポリヌクレオチド（２１５）の集団は増幅され（２１７）、増幅されたポリヌクレオチド（２１９）のライブラリを形成する。
【0025】
第１の構造では、固液相制御のための加熱されたナノウェルが、ポリヌクレオチド合成を提供する。図３Ａおよび図３Ｂの装置（３００）を参照する。構造（３０１）の一部の各特徴は、実質的に平面の特徴（３０３）（例えば、平坦）、ウェル（３０５）、あるいはチャネルであり得る。いくつかの例では、実質的に平面な特徴（３０３）は、第１の材料（３０７）、第２の材料（３０９）、第３の材料（３１１）、および第４の材料（３１３）を含み、ここで、第３の材料（３１１）は、第１の材料（３０７）および第２の材料（３０９）の第１の部分を覆い、ならびに、第４の材料（３１３）は、第１の材料（３０７）および第２の材料（３０９）の第１の部分を覆う。第１の材料（３０７）、第２の材料（３０９）、第３の材料（３１１）、および第４の材料（３１３）は、伝導体、半導体、あるいは絶縁体を含む。いくつかの例では、第１の材料（３０７）は、シリコンなどの半導体材料を含む。いくつかの例では、第２の材料（３０９）は、底部のアドレス可能な電極の２つ以上の行を形成する。いくつかの例では、第２の材料（３０９）は、金属などの伝導体を含む。いくつかの例では、第２の材料（３０９）はタングステンを含む。いくつかの例では、第３の材料（３１１）は、二酸化ケイ素などの絶縁体を含む。いくつかの例では、第４の材料（３１３）は、上部のアドレス可能な電極の２つ以上の列を形成する。いくつかの例では、第４の材料（３１３）は、金属などの伝導体を含む。いくつかの例では、第３の材料（３１１）は窒化チタンを含む。明細書と一致する範囲で、他の金属、半伝導体、および絶縁体が使用される。
【0026】
いくつかの例では、同時に、底部のアドレス可能な電極（３０９）の１つ以上の行、および上部のアドレス可能な電極（３１３）の列の１つ以上に電流を加えることにより、１つ以上の底部電極（３０９）の対応するカラムと、１つ以上の上部電極（３１３）の対応する列との交点に関連する１つ以上のウェル（３０５）を加熱する。いくつかの態様では、第１の材料（３０７）および底部電極（３０９）は、合成表面（３０２）から冷却要素（あるいは、冷却ユニット、または低温チャック）に熱を伝える働きをする。いくつかの例では、並べられたウェル（３０５）は、加熱器として機能し、ヌクレオチド結合化学物質の堆積に対して選択的である。いくつかの例では、ＳｉＯ２などの絶縁体は、ウェル（３０５）および装置（３００）の上面を熱的に単離するために使用される。いくつかの例では、ポリヌクレオチドの選択的な合成のための装置は、１つ以上のアドレス可能な電極で構成された１つ以上の加熱要素を含む。
【0027】
第２の構造では、液気相制御のための加熱されたナノウェルが、ポリヌクレオチド合成を提供する。図４のＡを参照する。装置（４００）の一部の各特徴は、ウェル（４０１）、あるいはチャネルであり得る。いくつかの例では、ウェルはシリンダー形状である。いくつかの例では、装置（４００）は、上部接触部（４０３）、第１の加熱要素（４０４）、第１の材料（４０５）、第２の加熱要素（４０６）、底部接触部（４０８）、および第２の材料（４０９）を含み、ここで、上部接触部（４０３）は第１の材料（４０５）の第１の部分および第１の加熱要素（４０４）の第１の部分を覆い、ここで、第１の加熱要素（４０４）は、第２の加熱要素（４０６）の第１の部分、および第１の材料（４０５）の第２の部分を覆い、ここで、第１の材料（４０５）は、第２の材料（４０９）の第１の部分を覆い、ならびにここで、底部接触部（４０８）は、第２の加熱要素（４０６）および第２の材料（４０９）の両方に接触する。いくつかの例では、上部接触部（４０３）および底部接触部は、上部（４０３）および底部（４０８）のアドレス可能な接触部をそれぞれ形成する。いくつかの例では、上部接触部（４０３）および底部接触部（４０８）は、金属などの伝導体を含む。いくつかの例では、第１の材料（４０５）および第２の材料（４０９）は、二酸化ケイ素などの絶縁材料を含む。いくつかの例では、第１の加熱要素（４０４）および第２の加熱要素（４０６）は、シリコンなどの半導体材料を含む。いくつかの例では、半導体材料は、例えば、限定されないが、リン、アンチモン、ヒ素、ホウ素、アルミニウム、あるいはインジウムなどの１つ以上のドーパントを含む。代替的にあるいは組み合わせて、第１の加熱要素（４０４）および第２の加熱要素（４０６）は、伝導体である。
【0028】
いくつかの例では、電気経路を形成するために、底部のアドレス可能な接触部（４０８）の１つ以上、および上部のアドレス可能な接触部（４０３）の１つ以上に電流を同時に加えることにより、例えば、第１の加熱要素（４０４）および第２の加熱要素（４０６）のそれぞれにおいて、対応する１つ以上の底部接触部（４０８）と、対応する１つ以上の上部の接触部（４０３）との交点に関連する１つ以上ウェル（４０１）を加熱する。いくつかの例では、装置を用いて電流を加えることにより溶媒（４０２）を加熱することは、溶媒の蒸発を引き起こし、合成表面（４０７）との溶媒接触を防ぐ蒸気ナノバブル（４１７）を形成し、上記蒸気ナノバブルは、電流の流れまたは加熱が中止されると崩壊する。いくつかの例では、電気経路は、ｐｎ接合などの少なくとも１つの半導体接合を含む。いくつかの例では、この接合は電流の強度を決定し、加熱要素の安定性を改善する。いくつかの例では、第４の材料（４０６）は加熱要素を形成し、ドープされた半導体抵抗器を含む。
【0029】
第３の構造では、液気相制御のための加熱されたナノポストは、ポリヌクレオチド合成を提供する。図４Ｂの装置（４１０）を参照する。装置（４１０）の一部の各特徴はナノポストであり得る。いくつかの例では、特徴（４１０）は、コア接触部（４１２）、第１の材料（４１３）、表面接触部（４１４）、加熱要素（４１５）、および第２の材料（４１６）を含み、ここで、表面接触部（４１４）は、第１の材料（４１３）の第１の部分を覆い、ここで、加熱要素（４１５）は、第１の材料（４１３）の第１の部分および表面接触部（４１４）の第１の部分を覆い、ここで、第２の材料（４１６）は、コア接触部（４１２）の第１の部分および表面接触部（４１４）の第２の部分を覆う。いくつかの例では、装置を用いて電流を加えることにより溶媒（４０２）を加熱することで、溶媒の蒸発を引き起こして気泡（４１７）を形成し、上記気泡は、合成表面（４０７）との溶媒接触を防ぎ、電流の流れまたは加熱が中止されると崩壊する。いくつかの例では、コア接触部（４１２）、表面接触部（４１４）、および加熱要素（４１５）は、金属などの伝導体を含む。いくつかの例では、第１の材料（４１３）および第２の材料（４１６）は絶縁材料を含む。いくつかの例では、加熱要素（４１５）は半導体材料を含む。
【0030】
いくつかの例では、１つ以上の上面接触部（４１４）および１つ以上の導電性のコア接触部（４１２）に電流を同時に加えることは、１つ以上の電気抵抗器の側壁（加熱要素）（４１５）を加熱する。いくつかの例では、装置を用いて電流を加えることにより溶媒（４０２）を加熱することで、溶媒の蒸発を引き起こして蒸気ナノバブル（４１７）を形成し、上記蒸気ナノバブルは、合成表面（４０７）との溶媒接触を防ぎ、電流の流れまたは加熱が中止されると崩壊する。
【0031】
第４の構造では、液気相制御のための加熱されたナノポストは、ポリヌクレオチド合成を提供する。図５の装置（５００）を参照する。機器（５００）の一部の各特徴は、限定されないが、ナノワイヤーあるいはカーボンナノチューブを含む１つ以上のナノロッド（５０２）を含む。図５におけるポリヌクレオチド合成または伸長（５０７）の位置は、例証のみのために示され；合成または伸長は、ナノロッド（５０２）上のどこでも起こり得る。いくつかの例では、装置（５００）は、加熱要素（５０１）、ナノロッド（５０２）、上部接触部（５０３）、第１の材料（５０４）、および底部接触部（５０５）からなり、ここで、上部接触部（５０３）は、第１の材料（５０４）の第１の部分を覆い、ここで、加熱要素（５０１）は第１の材料（５０４）の第２の部分および底部接触部（５０５）の第１の部分を覆い、ここで、ナノロッド（５０２）は第１の材料（５０４）の第３の部分を覆う。
【0032】
いくつかの例では、上部接触部（５０３）および底部接触部（５０５）は、上部（５０３）および底部（５０５）のアドレス可能な接触部をそれぞれ形成する。いくつかの例では、上部接触部（５０３）および底部接触部（５０５）は、金属などの伝導体を含む。いくつかの例では、第１の材料（５０４）は絶縁材料を含む。いくつかの例では、加熱要素（５０１）は、シリコンなどの半導体材料を含む。いくつかの例では、半導体材料は、例えば、限定されないが、リン、アンチモン、ヒ素、ホウ素、アルミニウム、あるいはインジウムなどの１つ以上のドーパントを含む。いくつかの例では、発熱体（５０１）は、金属などの伝導体を含む。
【0033】
いくつかの例では、底部接触部（５０５）の１つ以上および上部接触部（５０３）の１つ以上に電流を同時に加えて、加熱要素（５０１）および溶媒（５０６）を通る電気経路を形成することにより、１つ以上のナノロッド（５０２）あるいはナノロッドクラスタの周囲の領域を加熱する。いくつかの例では、装置を用いて電流を加えることにより溶媒（５０６）を加熱することで、溶媒の蒸発を引き起こし、電流の流れまたは加熱が中止されると崩壊する蒸気ナノバブル（５１７）を形成する。気泡（５１７）は、合成表面（５０７）を溶媒（５０６）から分離する。いくつかの例では、電気経路は、加熱要素（５０１）におけるｐｎ接合などの少なくとも１つの半導体接合を含む。いくつかの例では、この接合は電流の強度を決定し、加熱要素の安定性を改善する。いくつかの例では、発熱要素（５０１）はドープされた半導体抵抗器を含む。いくつかの例では、ナノロッド（５０２）は、ヌクレオチドカップリングのための増加した表面積を提供し、より高いポリヌクレオチドの収率をもたらす。いくつかの例では、ナノロッド（５０２）および電極の数と規模は、減らされてもよい。
【0034】
第５の構造では、接触部上のナノロッドはポリヌクレオチド合成を提供する。図６の装置（６００）を参照する。装置（６００）の一部の各特徴は、限定されないが、ナノワイヤーあるいはカーボンナノチューブを含む１つ以上のナノロッド（６０３）であり得る。いくつかの例では、ナノロッド（６０３）は溶媒（６０４）と接している。図６におけるポリヌクレオチド合成または伸長の（６０７）の位置は、例証のみのために示され；合成または伸長は、ナノロッド（６０３）上のどこでも起こり得る。いくつかの例では、実質的に平面の特徴（６００）は、底部接触部（６０１）、１つ以上のナノロッド（６０３）、および第１の材料（６０２）を含み、ここで、第１の材料（６０２）は底部接触部（６０１）の第１の部分を覆う。いくつかの例では、底部接触部（６０１）は底部アドレス可能な接触部を形成する。いくつかの例では、底部接触部（６０１）は金属などの伝導体を含む。いくつかの例では、ナノロッド（６０３）は伝導体あるいは半導体を含む。いくつかの例では、第１の材料（６０２）は絶縁材料を含む。
【0035】
いくつかの例では、ナノロッド（６０３）は導電性材料を含む。いくつかの例では、ナノロッド特徴（６０７）は、ヌクレオチドカップリングのための増加した表面積を提供し、より高いポリヌクレオチドの収率をもたらす。いくつかの例では、ナノロッドおよび接触部の数と規模は、例えば、１つの接触部を有する１つのナノロッドにまで減らされてもよい。いくつかの例では、底部接触部（６０１）は熱的接触部である。いくつかの例では、底部接触部（６０１）を冷却することにより、１つ以上のナノロッド（６０７）を冷却し、合成表面（６０７）との溶媒接触を防ぐ、冷凍溶媒層を有する１つ以上のナノロッド（６０３）をコーティングする。
【0036】
ポリヌクレオチド合成のための構造
【0037】
いくつかの例では、本明細書に記載されるウェルは、２０対０．０１の幅対深さ（あるいは高さ）の比を有し、上記幅は、ウェルの最も狭いセグメントの幅の測定である。いくつかの例では、本明細書に記載されるウェルは、２０対０．０５の幅対深さ（あるいは高さ）の比を有し、上記幅は、ウェルの最も狭いセグメントの幅の測定である。いくつかの例では、本明細書に記載されるウェルは、１対０．０１の幅対深さ（あるいは高さ）の比を有し、上記幅は、ウェルの最も狭いセグメントの幅の測定である。いくつかの例では、本明細書に記載されるウェルは、０．５対０．０１の幅対深さ（あるいは高さ）の比を有し、上記幅は、ウェルの最も狭いセグメントの幅の測定である。いくつかの例では、本明細書に記載されるウェルは、約０．０１、０．０５、０．１、０．１５、０．１６、０．２、０．５、１、２、５、１０、あるいは２０の深さ（あるいは高さ）に対する幅の比を有する。
【0038】
いくつかの例では、本明細書に記載されるウェルは、２０対０．０１の直径対深さ（あるいは高さ）の比を有し、上記直径は、ウェルの最も狭いセグメントの直径の測定である。いくつかの例では、本明細書に記載されるウェルは、２０対０．０５の直径対深さ（あるいは高さ）の比を有し、上記直径は、ウェルの最も狭いセグメントの直径の測定である。いくつかの例では、本明細書に記載されるウェルは、１対０．０１の直径対深さ（あるいは高さ）の比を有し、上記直径は、ウェルの最も狭いセグメントの直径の測定である。いくつかの例では、本明細書に記載されるウェルは、０．５対０．０１の直径対深さ（あるいは高さ）の比を有し、上記直径は、ウェルの最も狭いセグメントの直径の測定である。いくつかの例では、本明細書に記載されるウェルは、約０．０１、０．０５、０．１、０．１５、０．１６、０．２、０．５、１、２、５、１０、あるいは２０の深さ（あるいは高さ）に対する直径の比を有する。
【0039】
いくつかの例では、本明細書に記載される構造は複数のウェルを含み、ウェルの高さまたは深さは、約１０ｎｍ～約１０μｍ、約１０ｎｍ～約１μｍ、約１０ｎｍ～約５００ｎｍ、約１０ｎｍ～約１００ｎｍ、約５０ｎｍ～約７００ｎｍ、約５０ｎｍ～約６００ｎｍ、約５０ｎｍ～約５００ｎｍ、約５０ｎｍ～約４００ｎｍ、約５０ｎｍ～約３００ｎｍ、約５０ｎｍ～約２００ｎｍ、あるいは約５０ｎｍ～約１００ｎｍである。いくつかの例では、ウェルの高さは、１０μｍ、５μｍ、２μｍ、１μｍ、５００ｎｍ、２００ｎｍ、１００ｎｍ、５０ｎｍ、２０ｎｍ、あるいは１０ｎｍ以下である。いくつかの例では、ウェル高さは、約１０ｎｍ、２０ｎｍ ３０ｎｍ ４０ｎｍ、５０ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍ、１μｍ、２μｍ、５μｍ、１０μｍであるか、あるいは１０μｍを超える。
【0040】
いくつかの例では、本明細書に記載される構造は複数のウェルを含み、ウェルの幅は、約１０ｎｍ～約１０μｍ、約１０ｎｍ～約１μｍ、約１０ｎｍ～約５００ｎｍ、約１０ｎｍ～約１００ｎｍ、約５０ｎｍ～約７００ｎｍ、約５０ｎｍ～約６００ｎｍ、約５０ｎｍ～約５００ｎｍ、約５０ｎｍ～約４００ｎｍ、約５０ｎｍ～約３００ｎｍ、約５０ｎｍ～約２００ｎｍ、あるいは約５０ｎｍ～約１００ｎｍである。いくつかの例では、ウェルの幅は、１０μｍ、５μｍ、２μｍ、１μｍ、５００ｎｍ、２００ｎｍ、１００ｎｍ、５０ｎｍ、２０ｎｍ、あるいは１０ｎｍ以下である。いくつかの例では、ウェルの幅は、約１０ｎｍ、２０ｎｍ ３０ｎｍ ４０ｎｍ、５０ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍ、１μｍ、２μｍ、５μｍ、１０μｍであるか、あるいは１０μｍを超える。
【0041】
いくつかの例では、本明細書に記載される構造は複数のウェルを含み、ウェルの直径は、約１０ｎｍ～約１０μｍ、約１０ｎｍ～約１μｍ、約１０ｎｍ～約５００ｎｍ、約１０ｎｍ～約１００ｎｍ、約５０ｎｍ～約７００ｎｍ、約５０ｎｍ～約６００ｎｍ、約５０ｎｍ～約５００ｎｍ、約５０ｎｍ～約４００ｎｍ、約５０ｎｍ～約３００ｎｍ、約５０ｎｍ～約２００ｎｍ、あるいは約５０ｎｍ～約１００ｎｍである。いくつかの例では、ウェルの直径は、１０μｍ、５μｍ、２μｍ、１μｍ、５００ｎｍ、２００ｎｍ、１００ｎｍ、５０ｎｍ、２０ｎｍ、あるいは１０ｎｍ以下である。いくつかの例では、ウェルの直径は、約１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍ、１μｍ、２μｍ、５μｍ、１０μｍであるか、あるいは１０μｍを超える。
【0042】
いくつかの例では、本明細書に記載されるスポットまたは実質的に平面特徴は、約５０ｎｍ～約１０００、約５０ｎｍ～約９００ｎｍ、約５０ｎｍ～約８００ｎｍ、約５０ｎｍ～約７００ｎｍ、約５０ｎｍ～約６００ｎｍ、約５０ｎｍ～約５００ｎｍ、約５０ｎｍ～約４００ｎｍ、約５０ｎｍ～約３００ｎｍ、約５０ｎｍ～約２００ｎｍ、あるいは約５０ｎｍ～約１００ｎｍの直径を含む。
【0043】
いくつかの例では、本明細書に記載されるチャネルは、２０対０．０１の幅対深さ（あるいは高さ）の比を有し、上記チャネルは、チャネルの最も狭いセグメントの幅の測定である。いくつかの例では、本明細書に記載されるチャネルは、２０対０．０５の幅対深さ（あるいは高さ）の比を有し、上記幅は、チャネルの最も狭いセグメントの幅の測定である。いくつかの例では、本明細書に記載されるチャネルは、１対０．０１の幅対深さ（あるいは高さ）の比を有し、上記幅は、チャネルの最も狭いセグメントの幅の測定である。いくつかの例では、本明細書に記載されるチャネルは、０．５対０．０１の幅対深さ（あるいは高さ）の比を有し、上記幅は、ウェルの最も狭いセグメントの幅の測定である。いくつかの例では、本明細書に記載されるチャネルは、約０．０１、０．０５、０．１、０．１５、０．１６、０．２、０．５、１、２、５、１０、あるいは２０の深さ（あるいは高さ）に対する幅の比を有する。
【0044】
いくつかの例では、本明細書に記載されるチャネルは、２０対０．０１の直径対深さ（あるいは高さ）の比を有し、上記直径は、チャネルの最も狭いセグメントの直径の測定である。いくつかの例では、本明細書に記載されるチャネルは、２０対０．０５の直径対深さ（あるいは高さ）の比を有し、上記直径は、チャネルの最も狭いセグメントの直径の測定である。いくつかの例では、本明細書に記載されるチャネルは、１対０．０１の直径対深さ（あるいは高さ）の比を有し、上記直径は、チャネルの最も狭いセグメントの直径の測定である。いくつかの例では、本明細書に記載されるチャネルは、０．５対０．０１の直径対深さ（あるいは高さ）の比を有し、上記直径は、チャネルの最も狭いセグメントの直径の測定である。いくつかの例では、本明細書に記載されるチャネルは、約０．０１、０．０５、０．１、０．１５、０．１６、０．２、０．５、１、２、５、１０、あるいは２０の深さ（あるいは高さ）に対する直径の比を有する。
【0045】
いくつかの例では、本明細書に記載される構造は複数のチャネルを含み、ここで、上記チャネルの高さまたは深さは、約１０ｎｍ～約１０μｍ、約１０ｎｍ～約１μｍ、約１０ｎｍ～約５００ｎｍ、約１０ｎｍ～約１００ｎｍ、約５０ｎｍ～約７００ｎｍ、約５０ｎｍ～約６００ｎｍ、約５０ｎｍ～約５００ｎｍ、約５０ｎｍ～約４００ｎｍ、約５０ｎｍ～約３００ｎｍ、約５０ｎｍ～約２００ｎｍ、あるいは約５０ｎｍ～約１００ｎｍである。いくつかの例では、チャネルの高さは、１０μｍ、５μｍ、２μｍ、１μｍ、５００ｎｍ、２００ｎｍ、１００ｎｍ、５０ｎｍ、２０ｎｍ、あるいは１０ｎｍ以下である。いくつかの例では、チャネルの高さは、約１０ｎｍ、２０ｎｍ ３０ｎｍ ４０ｎｍ、５０ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍ、１μｍ、２μｍ、５μｍ、１０μｍであるか、あるいは１０μｍを超える。
【0046】
いくつかの例では、本明細書に記載される構造は複数のチャネルを含み、チャネルの幅は、約１０ｎｍ～約１０μｍ、約１０ｎｍ～約１μｍ、約１０ｎｍ～約５００ｎｍ、約１０ｎｍ～約１００ｎｍ、約５０ｎｍ～約７００ｎｍ、約５０ｎｍ～約６００ｎｍ、約５０ｎｍ～約５００ｎｍ、約５０ｎｍ～約４００ｎｍ、約５０ｎｍ～約３００ｎｍ、約５０ｎｍ～約２００ｎｍ、あるいは約５０ｎｍ～約１００ｎｍである。いくつかの例では、チャネルの幅は、１０μｍ、５μｍ、２μｍ、１μｍ、５００ｎｍ、２００ｎｍ、１００ｎｍ、５０ｎｍ、２０ｎｍ、あるいは１０ｎｍ以下である。いくつかの例では、チャネルの幅は、約１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍ、１μｍ、２μｍ、５μｍ、１０μｍであるか、あるいは１０μｍを超える。
【0047】
いくつかの例では、本明細書に記載される構造は複数のチャネルを含み、チャネルの直径は、約１０ｎｍ～約１０μｍ、約１０ｎｍ～約１μｍ、約１０ｎｍ～約５００ｎｍ、約１０ｎｍ～約１００ｎｍ、約５０ｎｍ～約７００ｎｍ、約５０ｎｍ～約６００ｎｍ、約５０ｎｍ～約５００ｎｍ、約５０ｎｍ～約４００ｎｍ、約５０ｎｍ～約３００ｎｍ、約５０ｎｍ～約２００ｎｍ、あるいは約５０ｎｍ～約１００ｎｍである。いくつかの例では、チャネルの直径は、１０μｍ、５μｍ、２μｍ、１μｍ、５００ｎｍ、２００ｎｍ、１００ｎｍ、５０ｎｍ、２０ｎｍ、あるいは１０ｎｍ以下である。いくつかの例では、ウェルの直径は、約１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍ、１μｍ、２μｍ、５μｍ、１０μｍであるか、あるいは１０μｍを超える。
【0048】
いくつかの例では、特徴（例えば、実質的に平面の特徴、ウェル、チャネル、あるいはポリヌクレオチド合成を支援する他の特徴）の幅は、約１０ｎｍ～約１０μｍ、約１００ｎｍ～約１０μｍ、約２００ｎｍ～約１μｍ、約５０ｎｍ～約５００ｎｍ、約５０ｎｍ～約２００μｍ、約１０ｎｍ～約１００ｎｍ、例えば、約１０μｍ、５μｍ、２μｍ、１μｍ、５００ｎｍ、２００ｎｍ、１００ｎｍ、５０ｎｍ、２０ｎｍ、あるいは１０ｎｍである。いくつかの例では、特徴の幅は、約１０μｍ、５μｍ、２μｍ、１μｍ、５００ｎｍ、２００ｎｍ、１００ｎｍ、５０ｎｍ、あるいは１０ｎｍ以下である。いくつかの例では、２つの隣接する特徴の中心間の距離は、約１０ｎｍ～約１０μｍ、２０ｎｍ～約５μｍ、約５０ｎｍ～約２ｎｍ、約１００ｎｍ～約１μｍ、約２００ｎｍ～約５００ｎｍ、約２００ｎｍ～約１μｍ、約２００ｎｍ～約７５０ｎｍ、あるいは約３００ｎｍ～約６００ｎｍ、例えば、約５００ｎｍである。いくつかの例では、特徴の幅の合計は、約１０ｎｍ、２０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、５００ｎｍ、１μｍ、５μｍ、１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、９０μｍ、あるいは１００μｍである。いくつかの例では、特徴の幅の合計は、約１０ｎｍ～１μｍ、２０ｎｍ～５００ｎｍ、あるいは５０ｎｍ～１００ｎｍである。
【0049】
いくつかの例では、構造（例えば、実質的に平面構造、ウェル、チャネル、ナノウェル、ナノロッド、ナノポスト、あるいはポリヌクレオチド合成を支援する他のナノ構造体）の幅は、約１０ｎｍ～約１０μｍ、約１００ｎｍ～約１０μｍ、約２００ｎｍ～約１μｍ、約５０ｎｍ～約５００ｎｍ、約５０ｎｍ～約２００μｍ、あるいは約１０ｎｍ～約１００ｎｍ、例えば、約１０μｍ、５μｍ、２μｍ、１μｍ、５００ｎｍ、２００ｎｍ、１００ｎｍ、５０ｎｍ、２０ｎｍ、あるいは１０ｎｍである。いくつかの例では、構造の幅は、約１０μｍ、５μｍ、２μｍ、１μｍ、５００ｎｍ、２００ｎｍ、１００ｎｍ、５０ｎｍ、あるいは１０ｎｍ以下である。いくつかの例では、２つの隣接する構造の中心間の距離は、約１０ｎｍ～約１０μｍ、２０ｎｍ～約５μｍ、約５０ｎｍ～約２ｎｍ、約１００ｎｍ～約１μｍ、約２００ｎｍ～約５００ｎｍ、約２００ｎｍ～約１μｍ、約２００ｎｍ～約７５０ｎｍ、あるいは約３００ｎｍ～約６００ｎｍ、例えば、約５００ｎｍである。いくつかの例では、構造の幅の合計は、約１０ｎｍ、２０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、５００ｎｍ、１μｍ、５μｍ、１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、９０μｍ、あるいは１００μｍである。いくつかの例では、構造の幅の合計は、約１０ｎｍ～１μｍ、２０ｎｍ～５００ｎｍ、あるいは５０ｎｍ～１００ｎｍである。
【0050】
ポリヌクレオチド合成のための表面
【0051】
いくつかの例では、各特徴は、別の特徴上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。本明細書で提供されるのは、少なくとも１０、１００、２５６、５００、１，０００、２，０００、３，０００、４，０００、５，０００、６，０００、７，０００、８，０００、９，０００、１０，０００、１１，０００、１２，０００、１３，０００、１４，０００、１５，０００、２０，０００の、３０，０００、４０，０００、あるいは５０，０００以上クラスタを含む表面である。本明細書で提供されるのは、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、あるいはそれ以上の別々の特徴を含む表面である。いくつかの例では、各クラスタは、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１２０、１３０、１５０、２００、５００またはそれ以上の特徴を含む。いくつかの例では、各クラスタは、５０～５００、５０～２００、５０～１５０、あるいは１００～１５０の特徴を含む。いくつかの例では、各クラスタは１００～１５０の特徴を含む。例示的な構成では、各クラスタは、１０９、１２１、１３０、または１３７の特徴を含む。いくつかの例では、特徴内の各構造（ナノ構造体など）は、同じ特徴内の別の構造上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。いくつかの例では、本明細書で提供されるのは、各々が少なくとも１；２；５；１０；２０；５０；１００；２００、５００、１，０００、２，０００、５，０００、１０，０００、２０，０００、あるいは２００，０００を超える別個のナノ構造を含む特徴である。いくつかの例では、各特徴は、約１０～約５００、約５０～約２５０、約１０～約１０００、あるいは約１～約５０のナノ構造を含む。
【0052】
最長のセグメントにおいて１０ｎｍ～１μｍの幅を有する特徴が本明細書で提供される。いくつかの例では、特徴は、最長のセグメントにおいて、約１０、２０、３０、３５、４０、４５、５０、５５、あるいは６０ｎｍの幅を有する。いくつかの例では、特徴は、複数のセグメントを有するチャネルであり、各セグメントは５～５０ｎｍ離れた中心間距離を有する。いくつかの例では、各セグメントの中心間距離は、約５、１０、１５、２０、あるいは２５ｎｍ離れている。
【0053】
いくつかの例では、本明細書に記載される構造の表面上で合成された別個のポリヌクレオチドの数は、基質において利用可能な別個の特徴の数に依存する。いくつかの例では、基質のクラスタ内の特徴の密度は、少なくともあるいは約１ｍｍ２当たり約１つの特徴、１ｍｍ２当たり１０の特徴、１ｍｍ２当たり２５の特徴、１ｍｍ２当たり５０の特徴、１ｍｍ２当たり６５の特徴、１ｍｍ２当たり７５の特徴、１ｍｍ２当たり１００の特徴、１ｍｍ２当たり１３０の特徴、１ｍｍ２当たり１５０の特徴、１ｍｍ２当たり１７５の特徴、１ｍｍ２当たり２００の特徴、１ｍｍ２当たり３００の特徴、１ｍｍ２当たり４００の特徴、１ｍｍ２当たり５００の特徴、１ｍｍ２当たり１，０００の特徴、１ｍｍ２当たり２，０００の特徴、１ｍｍ２当たり５，０００の特徴、１ｍｍ２当たり１０，０００の特徴、１ｍｍ２当たり１００，０００の特徴、１ｍｍ２当たり１，０００，０００の特徴であるか、あるいは１ｍｍ２当たり１，０００，０００の特徴よりも多い。いくつかの例では、基質は、１ｍｍ２当たり約１０の特徴～１ｍｍ２当たり約５００特徴、１ｍｍ２当たり約２５の特徴～１ｍｍ２から約４００特徴、１ｍｍ２当たり約５０の特徴～１ｍｍ２から約５００特徴、１ｍｍ２当たり約１００の特徴～１ｍｍ２から約５００特徴、１ｍｍ２当たり約１５０の特徴～１ｍｍ２当たり約５００特徴、１ｍｍ２当たり約１０の特徴～１ｍｍ２当たり２５０特徴、１ｍｍ２当たり約５０の特徴～１ｍｍ２当たり約２５０特徴、１ｍｍ２当たり約１０の特徴～１ｍｍ２当たり約２００特徴、１ｍｍ２当たり約５０の特徴～１ｍｍ２当たり約２００特徴を含む。いくつかの例では、基質のクラスタ内の特徴の密度は、少なくともあるいは約１μｍ２当たり約１つの特徴、１μｍ２当たり１０の特徴、１μｍ２当たり２５の特徴、１μｍ２当たり５０の特徴、１μｍ２当たり６５の特徴、１μｍ２当たり７５の特徴、１μｍ２当たり１００特徴、１μｍ２当たり１３０特徴、１μｍ２当たり１５０特徴、１μｍ２当たり１７５特徴、１μｍ２当たり２００の特徴、１μｍ２当たり３００の特徴、１μｍ２当たり４００の特徴、１μｍ２当たり５００の特徴、１μｍ２当たり１，０００の特徴、１μｍ２当たり２，０００の特徴、１μｍ２当たり５，０００の特徴、１μｍ２当たり１０，０００の特徴、１μｍ２当たり１００，０００の特徴、１μｍ２当たり１，０００，０００の特徴であるか、あるいは１μｍ２当たり１，０００，０００の特徴よりも多い。いくつかの例では、基質は、１μｍ２当たり約１０の特徴～１μｍ２当たり約５００特徴、１μｍ２当たり約２５の特徴～１μｍ２当たり約４００の特徴、１μｍ２当たり約５０の特徴～１μｍ２当たり約５００の特徴、１μｍ２当たり約１００の特徴～１μｍ２当たり約５００の特徴、１μｍ２当たり約１５０の特徴～１μｍ２当たり約５００の特徴、１μｍ２当たり約１０の特徴～１μｍ２当たり約２５０の特徴、１μｍ２当たり約５０の特徴～１μｍ２当たり約２５０の特徴、１μｍ２当たり約１０の特徴～約１μｍ２当たり２００の特徴、あるいは１μｍ２当たり約５０の特徴～１μｍ２当たり約２００の特徴を含む。いくつかの例では、クラスタ内の２つの隣接する特徴の中心間の距離は、約１０μｍ～約５００μｍ、約１０μｍ～約２００μｍ、あるいは約１０μｍ～約１００μｍである。いくつかの例では、隣接する特徴の２つの中心間の距離は、約１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍ、５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、９０μｍ、あるいは１００μｍより大きい。いくつかの例では、２つの隣接する特徴の中心間の距離は、約２００μｍ、１５０μｍ、１００μｍ、８０μｍ、７０μｍ、６０μｍ、５０μｍ、４０μｍ、３０μｍ、２０μｍ、または１０μｍ未満である。いくつかの例では、クラスタ内の２つの隣接する特徴の中心間の距離は、約１０ｎｍ～約１０００ｎｍ、約１０ｎｍ～約５００ｎｍ、１０ｎｍ～約２００ｎｍ、あるいは約１０ｎｍ～約１００ｎｍである。いくつかの例では、隣接する特徴の２つの中心間の距離は、約１０ｎｍ、２０ｎｍ、３０ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍ、または１００μｍより大きい。いくつかの例では、２つの隣接する特徴の中心間の距離は、約５００ｎｍ、２００ｎｍ、１５０ｎｍ、１００ｎｍ、８０ｎｍ、７０ｎｍ、６０ｎｍ、５０ｎｍ、４０ｎｍ、３０ｎｍ、２０ｎｍ、あるいは１０ｎｍ未満である。いくつかの例では、本明細書に記載される構造の平方メートルはそれぞれ、少なくとも約１０７、１０８、１０９、１０１０、１０１１、あるいは少なくとも約１０１２の特徴を可能にし、各特徴は、１つのポリヌクレオチドを支持する。いくつかの例では、本明細書に記載される構造の平方メートルはそれぞれ、少なくとも約１０７、１０８、１０９、１０１０、１０１１、あるいは少なくとも約１０１２の特徴を可能にし、各特徴は複数の様々なポリヌクレオチドを支援する。いくつかの例では、１０９のポリヌクレオチドは、本明細書に記載される約６、５、４、３、２、あるいは１ｍ２未満の構造で支持される。
【0054】
いくつかの例では、本明細書に記載される構造は、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；１００，０００，０００を超えるか、あるいはそれ以上ポリヌクレオチドの合成のための支持を提供する。いくつかの例では、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；１００，０００，０００を超えるか、あるい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ための支持を提供する。いくつかの例では、ポリヌクレオチドの少なくとも一部は、同一の配列を有しているか、または同一の配列で合成されるように構成される。いくつかの例では、構造は、少なくとも約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、１，０００、２，０００の塩基、あるいは２，０００よりも多い塩基を有するポリヌクレオチドの成長のための表面の環境を提供する。いくつかの例では、構造は、５０～２，０００の塩基、５０～１，０００、５０～５００、５０～２５０、あるいは１００～１，０００、あるいは１００～５００、あるいは１００～３００の塩基を有するポリヌクレオチドの成長のための表面の環境を提供する。
【0055】
いくつかの例では、ポリヌクレオチドは、構造の別個の特徴で合成され、ここで、各特徴は、ポリヌクレオチドの集団の合成を支持する。いくつかの例では、各特徴は、別の座上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持する。いくつかの例では、構造の特徴は複数のクラスタ内に位置する。いくつかの例において、構造は、少なくとも１０、５００、１，０００、２，０００、３，０００、４，０００、５，０００、６，０００、７，０００、８，０００、９，０００、１０，０００、１１．０００、１２，０００、１３，０００、１４，０００、１５，０００、２０，０００、３０，０００、４０，０００、５０，０００、又はそれ以上のクラスタを含む。いくつかの例では、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を超えるか、あるいはそれ以上の別個の特徴を含む。いくつかの例では、各クラスタは、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１２０、１３０、１５０以上の特徴（座）を含む。いくつかの例では、各クラスタは、５０～５００、１００～１５０、あるいは１００～２００の特徴を含む。いくつかの例では、各クラスタは、１０９、１２１、１３０、または１３７の特徴を含む。いくつかの例では、各クラスタは、５、６、７、８、９、１０、１１、あるいは１２の特徴を含む。いくつかの例では、１つのクラスタ内の別個の特徴からのポリヌクレオチドは、組み立てられた時に、あらかじめ定められた配列の隣接する、より長いポリヌクレオチドをコードする配列を有する。
【0056】
構造の大きさ
【0057】
いくつかの例では、本明細書に記載される構造は、ほぼ標準の９６ウェルプレートのサイズであり、例えば、約１００～２００ｍｍ×約５０～１５０ｍｍ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、あるいは５０ｍｍ以下の直径を有する。いくつかの例では、基質の直径は、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２００である。基質の大きさの非限定的な例は、約３００ｍｍ、２００ｍｍ、１５０ｍｍ、１３０ｍｍ、１００ｍｍ、７６ｍｍ、５１ｍｍ、および２５ｍｍである。いくつかの例では、基質は、少なくとも約１００ｍｍ２；２００ｍｍ２；５００ｍｍ２；１，０００ｍｍ２；２，０００ｍｍ２；５，０００ｍｍ２；１０，０００ｍｍ２；１２，０００ｍｍ２；１５，０００ｍｍ２；２０，０００ｍｍ２；３０，０００ｍｍ２；４０，０００ｍｍ２；５０，０００ｍｍ２以上の平面の表面積を有している。いくつかの例では、基質は、約５０ｍｍ～約２０００ｍｍ、約５０ｍｍ～約１０００ｍｍ、約１００ｍｍ～約１０００ｍｍ、約２００ｍｍ～約１０００ｍｍ、または約２５０ｍｍ～約１０００ｍｍの厚さを有する。厚さの非限定的な例は、２７５ｍｍ、３７５ｍｍ、５２５ｍｍ、６２５ｍｍ、６７５ｍｍ、７２５ｍｍ、７７５ｍｍｍ、および９２５ｍｍを含む。いくつかの例では、基質の厚さは、直径によって変わり、基質の組成に依拠する。例えば、シリコン以外の物質を含む構造は、同じ直径のシリコン構造とは異なる厚さを有していてもよい。構造の厚さは、使用される物質の機械強度によって判定され、取り扱いの間に割れることなく、それ自体の重量を支えるのに十分な厚でなければならない。いくつかの例では、構造は、任意の１つの寸法において、約１、２、３、４、５、１０、１５、３０、４０、５０フィートを超える。
【0058】
いくつかの例では、本明細書に記載される構造は、例えば、約１０～２００ｎｍ×約１０～１５０ｎｍのナノ構造を含む。いくつかの例では、本明細書に記載される構造は、約１０００ｎｍ、５００ｎｍ、４５０ｎｍ、４００ｎｍ、３００ｎｍ、２５０ｎｍ、２００ｎｍ、１５０ｎｍ、１００ｎｍ、あるいは５０ｎｍ以下の直径を含む。いくつかの例では、構造の直径は、約１０ｎｍ～１０００ｎｍ、約１０ｎｍ～約８００ｎｍ、約１０ｎｍ～約６００ｎｍ、約１０ｎｍ～約５００ｎｍ、約１０ｎｍ～約４００ｎｍ、約１０ｎｍ～約３００ｎｍ、あるいは約１０ｍｍ～約２００ｎｍである。構造の大きさの非限定的な例は、約３００ｎｍ、２００ｎｍ、１５０ｎｍ、１３０ｎｍ、１００ｎｍ、７６ｎｍ、５１ｎｍ、２５ｎｍ、および１０ｎｍを含む。いくつかの例では、構造は、少なくとも約１００ｎｍ２；２００ｎｍ２；５００ｎｍ２；１，０００ｎｍ２；２，０００ｎｍ２；５，０００ｎｍ２；１０，０００ｎｍ２；１２，０００ｎｍ２；１５，０００ｎｍ２；２０，０００ｎｍ２；３０，０００ｎｍ２；４０，０００ｎｍ２；５０，０００ｎｍ２以上の平面の表面積を有している。いくつかの例では、構造は、約１０ｎｍ～約２０００ｎｍ、約５０ｎｍ～約１０００ｍｍ、約１００ｎｍ～約１０００ｎｍ、約２００ｎｍ～約１０００ｎｍ、あるいは約２５０ｎｍ～約１０００ｎｍの厚さを有する。厚さの非限定的な例は、５０ｎｍ、１００ｎｍ、２７５ｎｍ、３７５ｎｍ、５２５ｎｍ、６２５ｎｍ、６７５ｎｍ、７２５ｎｍ、７７５ｎｍ、および９２５ｎｍを含む。
【0059】
材料
【0060】
表面を含む装置が本明細書で提供され、ここで、上記表面は、あらかじめ決められた位置で、および結果として生じる低いエラー率、低いドロップアウト率、高い収率、および高いオリゴ表現を伴うポリヌクレオチド合成を支持するために改質される。いくつかの実施形態において、本明細書で提供されるポリヌクレオチド合成のための装置の表面は、ポリヌクレオチドのデノボ合成反応を支持するために、修飾可能な様々な物質から作られる。場合によっては、上記装置は十分に導電性であり、例えば、装置の全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装置は可撓性材料を含むこともある。典型的な可撓性材料としては、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挙げられる。本明細書に記載される装置は剛性材料を含むこともある。典型的な剛性材料としては、限定されないが、ガラス、石英ガラス（ｆｕｓｅ ｓｉｌｉｃａ）、シリコン、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、金属窒化物、金属シリサイド、金属炭化物、金属酸化物、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、およびそれらの混合物など）、ならびに金属（例えば、金、白金など）が挙げられる。いくつかの例では、金属酸化物は、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＢａＯ、Ｙ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ＳｒＯ、あるいは当該技術分野において既知の他の金属酸化物を含む。いくつかの例では、金属炭化物は、ＴｉＣ、ＷＣ、ＴｈＣ２、ＴｈＣ、ＶＣ、Ｗ２Ｃ、ＺｒＣ、ＨｆＣ、ＮｂＣ、ＴａＣ、Ｔａ２Ｃ、あるいは当該技術分野において既知の他の金属炭化物を含む。いくつかの例では、金属窒化物は、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＢＮ、Ｂｅ３Ｎ２、Ｃｒ２Ｎ、ＭｏＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＴａＮ、Ｔｈ２Ｎ２、ＶＮ、ＺｒＮ、ＴｉＮ、ＨｆＮ、ＮｂＣ、ＷＮ、ＴａＮ、あるいは当該技術分野において既知の他の金属窒化物を含む。いくつかの例では、本明細書で開示される装置は、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作られる。いくつかの例では、本明細書で開示される装置は、本明細書に列挙された材料または当該技術分野において既知の他の適切な材料を組み合わせて製造される。
【0061】
本明細書に記載される典型的な材料の引っ張り強度のリストは以下の通りである：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）。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の引っ張り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、あるいはそれ以上のＭＰａの引っ張り強度を有することができる。いくつかの例では、本明細書に記載される装置は、テープまたはフレキシブルシートなどの連続的なループまたはリールに保存できる、可撓性材料の形態であるポリヌクレオチド合成のための固体支持体を含む。
【0062】
ヤング率は、荷重下での弾性（復元可能）変形に対する材料の耐性を測定する。本明細書に記載される典型的な材料の剛性のヤング率のリストは以下の通りである：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）。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、あるいはそれ以上のヤング率を有することができる。軟性と剛性の関係は互いに逆であることから、可撓性材料は低ヤング率を有し、荷重下でその形状を大きく変化させる。
【0063】
場合によっては、本明細書で開示される装置は、二酸化ケイ素の基部および酸化ケイ素の表層を含む。代替的に、装置は酸化ケイ素の基部を有することもある。本明細書で提供される装置の表面は、テクスチャード加工されることもあり、ポリヌクレオチド合成のための全体的な表面積の増加をもたらす。本明細書で開示される装置は、少なくとも５％、１０％、２５％、５０％、８０％、９０％、９５％、または９９％のシリコンを含むこともある。本明細書で開示される装置は、シリコン・オン・インシュレーター（ＳＯＩ）ウェーハから作られてもよい。
【0064】
様々な材料の任意の１つ以上から作られた構造を含む、ポリヌクレオチド合成のための装置が本明細書で提供される。ある例では、基質／固体支持体を構成する材料は、低レベルのポリヌクレオチド結合を示すように作られる。いくつかの状況において、可視光および／またはＵＶ光を通す材料が使用され得る。十分に伝導性の材料（伝導体）、例えば、本明細書に記載されている基質／固体支持体のすべてまたは一部分にわたって均一の電場を形成し得るものが利用され得る。いくつかの例において、こうした材料は電気接地（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｇｒｏｕｎｄ）に接続され得る。いくつかの例において、基質または固体支持体は、熱伝導性または熱絶縁性であってもよい。材料は、一連のポリヌクレオチド合成反応などの化学的または生化学的な反応を支援するために、化学耐性よび熱耐性であり得る。
【0065】
いくつかの例では、導電性または半導電性の材料（半導体）としては、限定されないが、チタン窒化ケイ素、窒化チタン、窒化タングステン、窒化タンタル、タンタル 窒化シリコン（ｔａｎｔｕｌｕｍ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ）、チタン、白金シリサイド、あるいは他の導電性材料の１つ以上を含む。例では、材料としては、限定されないが、炭化アルミニウム、炭化物、窒化物、オキシド、シリサイド、窒化ケイ素、リン化物、あるいは他の非金属、または導電性材料の構成要素として使用される半金属の１つ以上が挙げられる。いくつかの例では、例示的な材料は、タングステン、コバルト、イリジウム、モリブデン、ニッケル、プラチナ、レニウム、ルテニウム、タンタル、チタン、あるいは導電性材料の構成要素として使用される他の金属の１つ以上を含む（非限定的）。いくつかの例では、材料は、金属、非金属、あるいは半金属の混合物を含む。いくつかの例では、ドーパントは半導体性材料に加えられる。ドーパントとしては、限定されないが、リン、アンチモン、ヒ素、ホウ素、アルミニウム、インジウム、あるいは本明細書と一致する他の要素が挙げられる。ナノロッド、ナノワイヤー、あるいはナノチューブなどのナノ構造の場合、対象となる材料は、伝導体、半導体、あるいは絶縁体を含む。これには、限定されないが、金属元素（例えば、ニッケル、銅、銀、金、プラチナ）、半導体材料（例えば、ケイ素、酸化亜鉛、ゲルマニウム、リン化ガリウム、窒化インジウム）、あるいは絶縁材料（例えば、二酸化ケイ素、または二酸化チタン）が含まれる。伝導体、半導体、あるいは絶縁体は、本明細書に列挙される材料の組み合わせ、あるいは当該技術分野において既知の他の適切な材料で製造される。
【0066】
剛性材の場合、対象となる特定の材料は以下ものを含む：ガラス；石英ガラス；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、およびその混合など）；金属（例えば、金、白金など）。構造は、シリコン、ポリスチレン、アガロース、デキストラン、セルロース酸ポリマー、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から選択される材料から製造され得る。基質／固体支持体、ミクロ構造、リアクター、またはその中の他のポリヌクレオチド合成構造は、本明細書に列挙される材料の組み合わせ、または当該技術分野で既知の他の適切な材料で製造され得る。
【0067】
本明細書に記載される構造のための例示的な可撓性材料としては、限定されないが、ナイロン（未修飾のナイロン、修飾されたナイロン、透明ナイロン）、ニトロセルロース、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリウレタン、ポリスチレン、アセタール、アクリル、アクリロニトリル、ブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリエステルフィルム、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタアクリレート、あるいは他のアクリル、ポリ塩化ビニルあるいは他のビニル樹脂、透明なＰＶＣ箔、プリンターのための透明箔、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、メタクリレートコポリマー、スチレンポリマー、高屈折率ポリマー、フッ素含有しているポリマー、ポリエーテルスルホン、脂環式構造を含有しているポリイミド、ゴム、ファブリック、金属箔、およびそれらの任意の組み合わせが挙げられる。選択された柔軟性特性を達成するために、様々な可塑剤および改質剤がポリマー基材と共に使用されてもよい。
【0068】
本明細書に記載される可撓性の構造は、プラスチック材料を含み得る。いくつかの実例では、上記構造は、熱可塑性プラスチック材料を含み得る。熱可塑性プラスチック材料の非限定的な例としては、アクリル、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ナイロン、ポリ乳酸、ポリベンゾイミダゾール、ポリカーボネート、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエチレン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、およびポリテトラフルオロエチレンが挙げられる。いくつかの例では、基質は、ポリアリールエーテルケトン（ＰＥＡＫ）ファミリーの熱可塑性プラスチック材料を含む。ＰＥＡＫ熱可塑性プラスチックの非限定的な例は、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）、ポリ（エーテル・エーテル・ケトン・ケトン）（ＰＥＥＫＫ）、ポリエーテル・エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）およびポリエーテルケトンエーテルケトンケトン（ＰＥＫＥＫＫ）を含む。いくつかの例では、上記構造は、トルエンと適合性のある熱可塑性プラスチック材料を含む。いくつかの例では、プラスチック材料の可撓性は、可塑剤の添加によって増大される。可塑剤の一例は、フタル酸エステルなどのエステルベースの可塑剤である。フタル酸エステル系可塑剤は、ビス（２－エチルヘキシル）フタル酸エステル（ＤＥＨＰ）、フタル酸ジイソノニル（ＤＩＮＰ）、ジ－ｎ－ブチル フタル酸エステル（ＤｎＢＰ、ＤＢＰ）、フタル酸ブチルベンジル（ＢＢｚＰ）、フタル酸ジイソデシル（ＤＩＤＰ）、フタル酸ジオクチル（ＤＯＰ、ＤｎＯＰ）、フタル酸ジイソオクチル（ＤＩＯＰ）、フタル酸ジエチル（ＤＥＰ）、フタル酸ジイソブチル（ＤＩＢＰ）、およびジ－ｎ－ヘキシル フタル酸エステルを含む。いくつかの例では、共重合を介するか、重合前の単量体への非反応性の側鎖の添加を介する熱可塑性ポリマーの修飾は、可撓性をさらに増加させる。
【0069】
フッ素ゴムをさらに含み得る可撓性の構造が本明細書で提供される。約８０％のフッ素ゴムを有する材料は、ＦＫＭと名づけられる。フッ素ゴムは、ペルフルオロ－エラストマー（ＦＦＫＭ）およびテトラフルオロエチレン／プロピレン・ゴム（ＦＥＰＭ）を含む。フッ素ゴムには５つの既知のタイプがある。タイプ１のＦＫＭは、弗化ビニリデン（ＶＤＦ）およびヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）で構成され、それらのフッ素含有量は典型的に約６６の重量％である。タイプ２のＦＫＭは、ＶＤＦ、ＨＦＰ、およびテトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）で構成され、典型的に約６８％～６９％のフッ素を有する。タイプ３のＦＫＭは、ＶＤＦ、ＴＦＥ、およびパーフルオロメチルビニルエーテル（ＰＭＶＥ）で構成され、典型的に約６２％～６８％のフッ素を有する。タイプ４のＦＫＭは、プロピレン、ＴＦＥ、およびＶＤＦで構成され、典型的に約６７％のフッ素を有する。タイプ５のＦＫＭは、ＶＤＦ、ＨＦＰ、ＴＦＥ、ＰＭＶＥ、およびエチレンで構成される。
【0070】
いくつかの例では、本明細書に開示される基質はコンピュータ可読材料を含む。コンピュータ可読材料としては、限定されないが、磁気メディア、オープンリール式テープ、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、連続的テープ（例えば、ベルト）、および電子命令を保存するのに適切な任意の媒体が挙げられる。いくつかの例では、基質は磁気オープンリール式テープまたは磁気ベルトを含む。いくつかの例では、基質はフレキシブルプリント基板を含む。
【0071】
本明細書に記載される構造は、可視光線および／または紫外線を通し得る。いくつかの例では、本明細書に記載される構造は、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な電導性がある。いくつかの例では、本明細書に記載される構造は、熱伝導性または熱絶縁性である。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援するために耐薬品性および熱耐性がある。いくつかの例では、基質は磁性である。いくつかの例では、構造は金属または金属合金を含む。
【0072】
ポリヌクレオチド合成のための構造は、任意の寸法において、１、２、５、１０、３０、５０フィート、またはそれを超える長さであってもよい。可撓性の構造の場合には、可撓性の構造が、例えば、リール内に、巻かれた状態で随意に保存される。大きな構造（例えば、１フィートを超える長さ）の場合には、構造は垂直または水平に保存され得る。
【0073】
材料堆積システム
【0074】
本明細書に記載される構造上での生体分子の堆積および保存のためのシステムならびに装置が本明細書で提供される。いくつかの例では、生体分子は、それらの配列においてコード化された情報を保存するポリヌクレオチドである。いくつかの例では、システムは、生体分子の付着を支援するための構造の表面および／または基質の表面に生体分子を適用するための装置を含む。一例では、生体分子の適用のための装置は、ポリヌクレオチドシンセサイザーである。いくつかの例では、システムは、流体（例えば、フローセル）で基質を処理するための装置を含む。いくつかの例では、システムは、適用デバイスと処理デバイスとの間で基質を移動させるためのデバイスを含む。例えば、基質がオープンリール式テープである場合、システムは、異なる時間で、適用デバイスおよびオプションの処理デバイスへの基質の様々な部分へのアクセスを可能にする２つ以上のリールを含み得る。
【0075】
ポリヌクレオチド合成のためのポリヌクレオチド材料堆積システムの第１の実施例が図７に示される。上記システムは、Ｘ－Ｙ方向に移動して基質の位置に合わせる材料堆積装置を含む。材料堆積装置は、Ｚ方向にも移動して、基質で密封し、分解された反応装置を形成することができる。分解された反応装置は、ポリヌクレオチドおよび／または試薬を含む流体が、基質からキャッピング要素におよび／またはその逆に移動するのを可能にするように構成される。図７に示されるように、流体は、基質およびキャッピング要素の一方または両方を通過することができ、限定されないが、カップリング試薬、キャッピング試薬、酸化剤、非ブロッキング薬剤、アセトニトリル、および窒素ガスを含む。高分解能の液滴堆積が可能なデバイスの例は、インクジェット・プリンターおよびレーザープリンターのプリントヘッドを含む。本明細書に記載されるシステムおよび方法に有用な装置は、１インチ当たり約１００のドット～１インチ当たり約５０，０００のドット；１インチ当たり約１００のドット～１インチ当たり約２０，０００のドット；１インチ当たり約１００のドット～１インチ当たり約１０，０００のドット；１インチ当たり約１００のドット～１インチ当たり約５，０００のドット；１インチ当たり約１，０００のドット～１インチ当たり約２０，０００のドット；または、１インチ当たり約１，０００のドット～１インチ当たり約１０，０００のドットの分解能を達成する。いくつかの例では、装置は、少なくとも１インチ当たり約１，０００；２，０００；３，０００；４，０００；５，０００；１０，０００；１２，０００、または２０，０００のドットの分解能を有する。装置によって行われる高分解能の堆積は、基質の特徴に対応する各ノズルの数および密度に関連する。
【0076】
ポリヌクレオチドシンセサイザーを使用した基質上のポリヌクレオチドのデノボ合成のための例示的なプロセスワークフローが図８に示される。ポリヌクレオチド合成試薬を含む液滴は、材料堆積装置から基質へと段階的に放出され、ここで、材料堆積装置は、電気信号を、液滴を放出するための機械信号へと変換するためのピエゾセラミック材料および電極を有する。液滴は、１度に１核酸塩基ずつ、基質の表面上の特定位置で放出されて、データをコードする予め決められた配列を有する複数の合成したポリヌクレオチドを生成する。いくつかの例では、合成されたポリヌクレオチドが基質上で保存される。核酸試薬は、非連側的なまたはドロップオンデマンド方法で基質表面上に堆積されてもよい。そのような方法の例は、電気機械伝達法、電気熱伝達法、および静電気引力法を含む。電気機械伝達法では、電気パルスによって変形した圧電素子が液滴を放出させる。電気熱伝達方法では、装置のチャンバーにおいて気泡が生成され、気泡の膨張力が液滴を放出させる。静電気引力法では、引力の静電力が、基質上に液滴を放出するために使用される。いくつかの例では、液滴の頻度は、約５ｋＨｚ～約５００ｋＨｚ；約５ＫＨｚ～約１００ＫＨｚ；約１０ＫＨｚ～約５００ＫＨｚ；約１０ＫＨｚ～約１００ＫＨｚ；または、約５０ｋＨｚ～約５００ｋＨｚである。いくつかの例では、頻度は、約５００ｋＨｚ、２００ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、または５０ｋＨｚ未満である。
【0077】
分配される液滴の大きさは、装置の分解能に相関する。いくつかの例では、装置は、約０．０１ｐｌ～約２０ｐｌ、約０．０１ｐｌ～約１０ｐｌ、約０．０１ｐｌ～約１ｐｌ、約０．０１ｐｌ～約０．５ｐｌ、約０．０１ｐｌ～約０．０１ｐｌ、または約０．０５ｐｌ～約１ｐｌの大きさの試薬の液滴を堆積させる。いくつかの例では、液滴の大きさは、約１ｐｌ、０．５ｐｌ、０．２ｐｌ、０．１ｐｌ、または０．０５ｐｌより小さい。装置によって分配される液滴の大きさは、堆積ノズルの直径に相関し、ここで、各ノズルは、基質特徴上に試薬を堆積させることができる。いくつかの例では、ポリヌクレオチドシンセサイザーの堆積装置は、約１００～約１０，０００のノズル；約１００～約５，０００のノズル；約１００～約３，０００のノズル；約５００～約１０，０００のノズル；または、約１００～約５，０００のノズルを含む。いくつかの例では、堆積装置は、１，０００；２，０００；３，０００；４，０００；５，０００；または、１０，０００を超えるノズルを含む。いくつかの例では、各材料堆積装置は複数のノズルを含み、ここで、各ノズルは、基質上の特徴に対応するように随意に構成される。各ノズルは、別のノズルとは異なる試薬成分を堆積させる。いくつかの例では、各ノズルは、基質の１以上の特徴をカバーする液滴を堆積させる。いくつかの例では、１以上のノズルは角度がついている。いくつかの例では、多数の堆積装置は、スループットの倍増を達成するために、並んで積み重ねられる。いくつかの例では、増加は、２倍、４倍、８倍、またはそれ以上である。堆積装置の一例は、Ｓａｍｂａ Ｐｒｉｎｔｈｅａｄ（Ｆｕｊｉｆｉｌｍ）である。Ｓａｍｂａ Ｐｒｉｎｔｈｅａｄは、Ｓａｍｂａ Ｗｅｂ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｔｏｏｌ（ＳＷＡＴ）と共に使用されてもよい。
【0078】
堆積部位の数は、同じ堆積装置を使用し、かつ特定の角度またはサーベル角だけ回転させることによって、増加させることができる。堆積装置を回転させることによって、各ノズルは、サーベル角に対応する一定の遅延時間で噴射される。非同期に噴射は、ノズル間にクロストークを作成する。したがって、液滴が０度とは異なる特定のサーベル角度で噴射されている場合、ノズルからの液滴の体積は異なり得る。
【0079】
いくつかの構成では、ポリヌクレオチド合成システムの構成は、オープンリール型プロセスで移動するために基質の可撓性を活用する、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、基質の位置を回転させるために１つ以上のリールを使用して、ポリヌクレオチド合成の様々な工程を通過する基質を用いた連続生産ライン様式で作動する。典型的な実施形態では、ポリヌクレオチド合成反応は、溶剤槽を介して、ホスホラミダイト堆積のための堆積装置下、酸化剤槽を介して、アセトニトリル水洗液槽を介して、および脱ブロック槽を介して、基質をローリングさせることを含む。随意に、テープはキャッピング槽も通過する。オープンリール型のプロセスは、合成ポリヌクレオチドを含む基質の最終生成物を巻取りリール上で容易に集めて、さらなる処理または保存のために移動させることを可能にする。
【0080】
いくつかの構成では、ポリヌクレオチド合成は、連続的な可撓性のテープがコンベヤーベルトシステムに沿って運搬されるため、連続生産方式で進行する。オープンリール型のプロセスと同様に、連続的なテープ上のポリヌクレオチド合成は、生産ライン様式で作動し、基質は運搬の間にポリヌクレオチド合成の様々な工程を通過する。しかし、コンベヤーベルトプロセスでは、オープンリール式のプロセスのように、連続的なテープは、テープのローリングおよびアンローリングなしのポリヌクレオチド合成の工程に立ち戻る。いくつかの構成では、ポリヌクレオチド合成の工程は、ゾーンに分割され、連続的なテープは、各ゾーンを通って１サイクルで１回以上運搬される。例えば、ポリヌクレオチド合成反応は、（１）１サイクルで、溶媒槽を介して、ホスホラミダイト堆積のための堆積装置の下、酸化剤槽を介して、アセトニトリル水洗液槽を介して、およびブロック槽を介して基質を運搬すること；および、その後、（２）予め決められた長さの合成ポリヌクレオチドを達成するためにサイクルを繰り返すことを含む。ポリヌクレオチド合成後、可撓性の基質はコンベヤーベルトシステムから取り除かれ、保存のために随意にローリングされる。ローリングは、保存のためにリールの周りで行われてもよい。
【0081】
典型的な構成では、熱可塑性プラスチック材料を含む可撓性の基質は、ヌクレオシドカップリング試薬でコーティングされる。コーティングは、各特徴が約１０μｍの直径、約２１μｍの２つの隣接した特徴の間の中心間距離を有するように、特徴にパターン化される。この例では、上記特徴の大きさは、ポリヌクレオチド合成の堆積工程の間に、０．２ｐｌの固着の液滴体積を収容するのに十分である。いくつかの例では、特徴の密度は、１ｍ２当たり約２２億の特徴である（１つの特徴／４４１ｘ１０－１２ｍ２）。いくつかの例では、４．５ｍ２の基質は約１００億の特徴を含み、各々は１０μｍの直径を有する。
【0082】
他の構成では、ナノ構造を含む基質は、ヌクレオシドカップリング試薬でコーティングされる。コーティングは、各特徴が約１０ｎｍ～約２００ｎｍの直径、約１０ｎｍ～約２００ｎｍの２つの隣接した特徴間の中心間距離を有するように、特徴にパターン化される。この例では、複数の特徴は、ポリヌクレオチド合成の堆積工程の間に、０．２ｐｌの固着の液滴体積を収容する。いくつかの例では、約５０ｎｍの特徴の直径、および約１００ｎｍの２つの隣接した特徴間の中心間距離は、１ｍ２当たり約１００億の特徴の特徴密度（１つの特徴／１００ｘ１０－１２ｍ２）を結果としてもたらす。
【0083】
本明細書に記載される堆積装置は、約２，０４８のノズルを含むことができ、各々が１液滴当たり１核酸塩基で、毎秒１００，０００の液滴を堆積させる。各堆積装置について、１日当たり少なくとも約１．７５×１０１３の核酸塩基が基質上に堆積される。いくつかの例では、１００～５００の核酸塩基ポリヌクレオチドが合成される。いくつかの例では、２００の核酸塩基ポリヌクレオチドが合成される。随意に、３日にわたって、１日当たり１．７５×１０１３の塩基の割合で、少なくとも約２６２．５×１０９のポリヌクレオチドが合成される。
【0084】
いくつかの構成では、合成反応中に１以上の試薬を基質に適用するための装置は、ヌクレオシドホスホラミダイトベースの合成のための試薬および／またはヌクレオチド単量体を堆積させるように構成される。ポリヌクレオチド合成のための試薬は、ポリヌクレオチド伸長のための試薬、また洗浄バッファーを含む。非限定的な例として、装置は、洗浄試薬、カップリング試薬、キャッピング試薬、酸化剤、脱ブロック剤、アセトニトリル、相変化溶媒、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堆積させる。加えて、上記装置は、基質の完全性を準備および／または維持するために試薬を随意に堆積させる。いくつかの例では、ポリヌクレオチドシンセサイザーは、約１０００、５００、１００、５０、または２０ｐｌより小さい体積で、約２００μｍ、１００μｍ、または５０μｍより小さい直径を有する液滴を体積させる。いくつかの例では、ポリヌクレオチドシンセサイザーは、毎秒約１～１００００、１～５０００、１００～５０００、または１０００～５０００の液滴を堆積させる。
【0085】
いくつかの構成では、ポリヌクレオチド合成中に、基質はフローセル内に配置され、および／またはフローセル内に密封される。フローセルは、液体、例えば、基質内での反応に必要な試薬（例えば、酸化剤および／または溶媒）を含むものなどの連続的または非連続的な流れを提供する。フローセルは、典型的に揮発性の基質の増強した蒸発によって基質を乾燥させるために、窒素などのガスの連続的または非連続的な流れを提供することができる。様々な補助デバイスが、乾燥を改善し、基質の表面上の残留湿気を減少させるのに有用である。そのような補助乾燥デバイスの例としては、限定されないが、真空源、減圧ポンプ、および真空タンクが挙げられる。いくつかの例では、ポリヌクレオチド合成システムは、１以上のフローセル、例えば、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、または２０の１以上のフローセル、および１以上の基質、例えば、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、または２０の基質を含む。いくつかの例では、フローセルは、合成反応の１以上の工程中に、試薬を保持し、基質に提供するように構成される。いくつかの例では、フローセルは、基質の上部にわたってスライドする蓋を含み、および所定の位置に留められて、基質のエッジ周りに耐圧密封を形成することができる。適切な密封は、限定されないが、約１、２、３、４、５、６、７、８、９、または１０気圧を可能にする密閉を含む。いくつかの例では、フローセルの蓋を開けて、ポリヌクレオチドシンセサイザーなどの適用デバイスへのアクセスを可能にする。いくつかの例では、ポリヌクレオチド合成方法の１以上の工程は、基質の輸送なしにフローセル内の基質上で行なわれる。
【0086】
いくつかの構成では、流体で基質を処理するためのデバイスは、スプレーバーを含む。ヌクレオチド単量体は基質表面上に適用され、その後、スプレーバーは、スプレーバーのスプレーノズルを使用して、１以上の処理試薬で基質表面に噴霧する。いくつかの構成では、スプレーノズルは、ポリヌクレオチド合成中に、異なる処理工程と相関するように連続して命じられる。様々なプロセス工程で使用される化学物質は、合成方法におけるまたは合成方法の工程間における変化に容易に適応するために、スプレーバーで変更され得る。いくつかの例では、スプレーバーは、基質がスプレーバーを通り過ぎる時に、所与の化学物質を連続的に基質の表面上に噴霧する。いくつかの例では、スプレーバーは、芝生のスプリンクラーに使用されるスプレーバーのように、基質の広い範囲にわたって堆積させる。いくつかの例では、スプレーバーのノズルは、基質の所与の領域に処理材料の均一なコーティングを提供するように配置される。
【0087】
いくつかの例では、ポリヌクレオチド合成システムは、合成ポリヌクレオチドの下流処理に有用な１つ以上の要素を含む。一例として、上記システムは、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施するために、複数の分解された反応装置と共に使用される。
【0088】
＜温度制御可能な装置を用いたポリヌクレオチドのデノボ合成＞
温度特異的な様式で、ポリヌクレオチド合成中に試薬のアクセスを調節するための相変化用途のための方法が本明細書で提供される（表１を参照）。本明細書に記載される溶媒の典型的な融解温度は、約１０°Ｃ～約３０°Ｃ、約１０°Ｃ～約１８°Ｃ、約－３０°Ｃ～約４０°Ｃ、あるいは約５°Ｃ～約４０°Ｃを含む。ある態様では、相変化溶媒は約１５～１６°Ｃの融解温度を有する。ある態様では、相変化溶媒は約１０～２５°Ｃの融解温度を有する。ある態様では、相変化溶媒は約１５～２５°Ｃの融解温度を有する。ある態様では、相変化溶媒は約１５～１８°Ｃの融解温度を有する。いくつかの例では、相変化溶媒は、少なくとも－２０°Ｃ、あるいは少なくとも－１５、－１０、－５、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３５、４０、または４０°Ｃを超える融解温度を有する。いくつかの例では、相変化溶媒は、－２０°Ｃ以下、あるいは－１５、－１０、－５、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３５、あるいは４０以下の融解温度を含む。いくつかの例では、相変化溶媒は、約５～約１０の炭素原子を含む溶媒を含んでいる。いくつかの例では、相変化溶媒は極性溶媒である。いくつかの例では、相変化溶媒はイオン液体である。いくつかの例では、相変化溶媒は超臨界流体である。いくつかの例では、相変化溶媒は、１つ以上の添加物、例えば、溶解性に影響を及ぼす塩類、他の固体、液体、あるいは溶存ガスを含む。本明細書に記載される相変化溶媒の典型的な密度は、約０．５ｇ／ｍＬ～約１．５ｇ／ｍＬ、約０．６ｇ／ｍＬ～約１．４ｇ／ｍＬ、あるいは約０．７ｇ／ｍＬ～約１．３ｇ／ｍＬを含んでいる。いくつかの例では、相変化溶媒は、８２°Ｃ以下の沸点を有する溶媒である。いくつかの例では、相変化溶媒は、アセトニトリルあるいはアセトニトリル混合物である。
温度特異的な様式で、ポリヌクレオチド合成中に試薬のアクセスを調節するための相変化用途のための方法が本明細書で提供される（表１を参照）。本明細書に記載される溶媒の典型的な融解温度は、約１０°Ｃ～約３０°Ｃ、約１０°Ｃ～約１８°Ｃ、約－３０°Ｃ～約４０°Ｃ、あるいは約５°Ｃ～約４０°Ｃを含む。ある態様では、相変化溶媒は約１５～１６°Ｃの融解温度を有する。ある態様では、相変化溶媒は約１０～２５°Ｃの融解温度を有する。ある態様では、相変化溶媒は約１５～２５°Ｃの融解温度を有する。ある態様では、相変化溶媒は約１５～１８°Ｃの融解温度を有する。いくつかの例では、相変化溶媒は、少なくとも－２０°Ｃ、あるいは少なくとも－１５、－１０、－５、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３５、４０、または４０°Ｃを超える融解温度を有する。いくつかの例では、相変化溶媒は、－２０°Ｃ以下、あるいは－１５、－１０、－５、０、１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３５、あるいは４０以下の融解温度を含む。いくつかの例では、相変化溶媒は、約５～約１０の炭素原子を含む溶媒を含んでいる。いくつかの例では、相変化溶媒は極性溶媒である。いくつかの例では、相変化溶媒はイオン液体である。いくつかの例では、相変化溶媒は超臨界流体である。いくつかの例では、相変化溶媒は、１つ以上の添加物、例えば、溶解性に影響を及ぼす塩類、他の固体、液体、あるいは溶存ガスを含む。本明細書に記載される相変化溶媒の典型的な密度は、約０．５ｇ／ｍＬ～約１．５ｇ／ｍＬ、約０．６ｇ／ｍＬ～約１．４ｇ／ｍＬ、あるいは約０．７ｇ／ｍＬ～約１．３ｇ／ｍＬを含んでいる。いくつかの例では、相変化溶媒は、８２°Ｃ以下の沸点を有する溶媒である。いくつかの例では、相変化溶媒は、アセトニトリルあるいはアセトニトリル混合物である。
【0089】
いくつかの例では、相変化溶媒はトリメチルアセトニトリル（ＴＭＡＣＮ）である。他の例示的な相変化溶媒としては、限定されないが、トリメチルアセトニトリル（ＴＭＡＣＮ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ｐ－キシレン、シクロヘキシルシアニド、２，５－ジメチル－２，４－ヘキサジエン、シクロオクタン、ｏ－トルニトリル、アセトフェノン、シクロノナン、ｐ－メチルベンジルシアニド、プロピオフェノン、ｍ－ニトロトルエン、ｏ－ジメトキシベンゼン、ｍ－クロロベンズアルデヒド、ｏ－クロロベンズアルデヒド、シクロデカン、ジメチルスクシネート、ブチロフェノン、４－エトキシベンズアルデヒド、ｍ－トリルアセタート、フェニル プロピオネート、あるいはそれらの混合物が挙げられる。
【0090】
【表1】
【0091】
いくつかの例では、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するカップリング工程を含む。カップリングに先立って、多くの場合、基質に結合したヌクレオシドは、重合を防ぐように機能する保護基の除去によって脱保護される。一般的な保護基は、４，４’－ジメトキシトリチル（ＤＭＴ）である。いくつかの例では、カップリング工程は、保護基を除去することなく２回以上繰り返される。
【0092】
カップリング後、ホスホラミダイトポリヌクレオチド合成方法は、キャッピング工程を随意に含む。キャッピング工程では、成長しているポリヌクレオチドがキャッピング剤で処置される。キャッピング工程は通常、カップリング後の未反応の基質に結合した５’－ＯＨ基がさらに鎖伸長するのを妨げるように機能し、内部塩基欠失を伴う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ラミダイトは、わずかな程度で、グアノシンのＯ６位置としばしば反応する。理論に縛られることなく、Ｉ２／水で酸化すると、この副産物は、おそらくＯ６－Ｎ７の移動を介して、脱プリンを受ける。脱プリン部位は、結局、ポリヌクレオチドの最終的な脱保護の過程で切断され、したがって、完全長の産物の収率を低下させることがある。Ｏ６修飾は、Ｉ２／水での酸化前に、キャッピング試薬での処置によって除去され得る。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ことにより、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、無水酢酸と１－メチルイミダゾールとの混合物で、基質に結合したポリヌクレオチドを処置することを含む。キャッピング工程に続いて、基質は随意に洗浄される。
【0093】
ヌクレオシドホスホラミダイの添加に続いて、および随意にキャッピング工程と１以上の洗浄の工程の後、基質結合成長核酸は酸化され得る。酸化工程は、ホスファイトトリエステルを、平面四配位型リン酸塩トリエステル、自然発生のリン酸塩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させることを含む。いくつかの例では、成長しているポリヌクレオチドの酸化は、随意に、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において、ヨウ素および水での処理によって達成される。酸化は時々、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。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。持続可能な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質乾燥を可能にする。酸化後に、基質と成長しているポリヌクレオチドは、随意に洗浄される。いくつかの例では、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の硫化工程に置き換えられ、任意のキャッピング工程は硫化後に実行され得る。多くの試薬が効率的に硫黄を輸送することができ、限定されないが、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（Ｂｅａｕｃａｇｅ試薬としても知られる）、およびＮ、Ｎ、Ｎ’Ｎ’－二硫化テトラエチルチウラム（ＴＥＴＤ）を含む。
【0094】
ヌクレオシド取り込みの後のサイクルがカップリングを介して生じるには、基質に結合した成長しているポリヌクレオチドの保護された５’末端は、一次ヒドロキシル基が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ように除去されなければならない。いくつかの例では、保護基はＤＭＴであり、ジクロロメタン中でのトリクロロ酢酸で脱ブロック化が生じる。長時間にわたり、または推奨された酸の溶液よりも強力な脱トリチル化を行うことは、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大につながり、ゆえに、所望の完全長の産物の収率を低下させることがある。本明細書に記載される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、制御された脱ブロック条件を提供する。いくつかの例では、基質に結合したポリヌクレオチドは、脱ブロック化後に洗浄される。いくつかの例では、脱ブロック化後の効率的な洗浄は、低いエラー率を有する合成されたポリヌクレオチドに寄与する。
【0095】
本明細書に記載される基質上でポリヌクレオチドを合成するための方法は、典型的に下記の工程の一連の繰り返しを含む：保護される単量体を、表面、リンカー、または予め脱保護した単量体のいずれかで結合するために、基質の特徴の表面に適用すること；上記適用された単量体を脱保護することであって、その後適用された保護される単量体と反応することができるようにすること；および結合のために別の保護された単量体を適用すること。１つ以上の中間工程は、酸化および／または硫化を含む。いくつかの例では、１つ以上の洗浄工程は、工程の１つまたはすべてに先行するかまたはそれらに続く。いくつかの例では、最後の洗浄工程は、適切な相変化溶媒の添加を含む。いくつかの例では、カップリング工程が相変化溶媒の除去なしで生じる。いくつかの例では、反応溶媒は相変化溶媒である。
【0096】
本明細書に記載される方法のいくつかの態様では、反応溶媒の相は、装置の表面上の特定部位をブロックあるいは非ブロックするために使用される。一実施例では、部位での反応溶媒の相は、１つ以上のアドレス可能な加熱要素によって制御され、および、ポリヌクレオチドの合成のための方法は、下記工程の１つ以上の一連の繰り返しを含む：その後、適用された、保護された単量体と反応することができるように、表面上の適用された単量体または反応基を脱保護すること；装置表面を随意に冷却すること；表面上のすべての加熱要素を活性化すること；相変化溶剤を添加し、ブロックされる装置部位でのすべての加熱要素の非活性化し、および、保護した単量体を、表面、リンカー、あるいは予め脱保護された単量体のいずれかで結合するために、基質特徴の表面に適用すること。１つ以上の中間工程は、すべての加熱要素の活性化、その後の酸化および／または硫化を含む。いくつかの例では、１つ以上の洗浄工程は、工程の１つまたはすべてに先行するか、あるいはそれらに続く。いくつかの例では、すべての加熱要素の活性化は、１つ以上の洗浄工程に先行するか、あるいはそれらに続く。いくつかの例では、加熱要素はブロックされる部位で活性化される。
【0097】
本明細書にさらに記載されるのは、ポリヌクレオチド合成のための１つ以上の表面領域での１つ以上の加熱要素の非活性化により、これらの領域における溶媒を凍らせて固体を形成する方法である。いくつかの例では、固体溶媒は、合成表面領域が、脱トリチル化試薬などのさらなる試薬と接触するのを防ぎ、脱保護を防ぐ。いくつかの例では、加熱要素の活性化あるいは冷却要素の非活性化は、固体を溶解させ、試薬が合成表面と接触することを可能にする。
【0098】
本明細書にさらに記載されるのは、ポリヌクレオチド合成のための１つ以上の表面領域での１つ以上の加熱要素の活動化により、これらの領域における溶媒を沸騰させてガス状気泡を形成する方法である。いくつかの例では、ガス状の気泡溶媒は、合成表面領域が、脱トリチル化試薬などのさらなる試薬と接触するのを防ぎ、脱保護を防ぐ。いくつかの例では、冷却要素の活性化あるいは加熱要素の非活性化は、上記気泡を崩壊させ、試薬が合成表面と接触することを可能にする。
【0099】
いくつかの例では、ポリヌクレオチドは感光性保護基で合成され、ここで、表面上で生成されるヒドロキシル基は感光性保護基によってブロックされる。表面がフォトリソグラフィーマスクなどを介して紫外線に暴露される場合、表面上で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、ホスホラミダイト化学物質に従って、光保護された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。第２のフォトリソグラフィーマスクを適用することができ、および、表面を紫外線に暴露して、ヒドロキシル基の第２のパターンを生成し、その後、５’－光保護ヌクレオシドホスホラミダイトでカップリングすることができる。同様に、パターンが生成され得、オリゴマー鎖は伸長され得る。理論に縛られることなく、光開裂性基の不安定性は、使用される溶媒の波長および極性に依拠し、ならびに、光開裂性の割合は、暴露時間および光度によって影響を受け得る。この方法は、マスクのアライメントの精度、光保護基の除去の効率、およびホスホラミダイトカップリング工程の収率など、多くの要因を活用することができる。さらに、近隣の部位への意図しない光漏れを最小限にすることができる。１スポット当たりの合成オリゴマーの密度は、合成の表面上のリーダーヌクレオシドの負荷を調節することによってモニタリングされ得る。
【0100】
ポリヌクレオチド合成のための支持を提供する基質の表面は、合成ポリヌクレオチド鎖が表面から切断されるのを可能にするために、化学的に修飾されてもよい。いくつかの例では、ポリヌクレオチドが脱保護されるのと同時に、オリゴヌクレオチド鎖が切断される。いくつかの例では、ポリヌクレオチドが脱保護された後、オリゴヌクレオチド鎖が切断される。例示的なスキームにおいて、（ＣＨ３ＣＨ２Ｏ）３Ｓｉ－（ＣＨ２）２－ＮＨ２などのトリアルコキシシリルアミンは、基質の表面ＳｉＯＨ基と反応させられ、その後、アミンを有する無水コハク酸と反応させられて、アミド結合と核酸鎖増殖が支持される遊離ＯＨとを生成する。切断は、アンモニアまたはメチルアミンでのガス切断を含む。いくつかの例では、一旦表面から放出されると、ポリヌクレオチドは、より大きな核酸へと構築され、これが、配列決定およびデコードされて、保存された情報が抽出される。
【0101】
短い時間で、基質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、基質は可撓性の基質である。いくつかの例では、少なくとも約１０１０、１０１１、１０１２、１０１３、１０１４、または１０１５の塩基が１日で合成される。いくつかの例では、少なくとも約１０×１０８、１０×１０９、１０×１０１０、１０×１０１１、または１０×１０１２のポリヌクレオチドが１日で合成される。いくつかの例では、合成された各ポリヌクレオチドは、少なくとも約２０、５０、１００、２００、３００、４００、または５００の核酸塩基を含む。いくつかの例では、これらの塩基は、１００塩基に１つ；２００塩基に１つ；３００塩基に１つ；４００塩基に１つ；５００塩基に１つ；１，０００塩基に１つ；２，０００塩基に１つ；５，０００塩基に１つ；１０，０００塩基に１つ；１５，０００塩基に１つ；２００００塩基に１つ未満の合計平均エラー率で合成される。いくつかの例では、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％、またはそれ以上である。いくつかの例では、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予め決められた配列と異ならない。いくつかの例では、本明細書に記載される方法およびシステムを使用した基質上の合成ポリヌクレオチドのエラー率は、約２００分の１未満である。いくつかの例では、本明細書に記載される方法およびシステムを使用した基質上の合成ポリヌクレオチドのエラー率は、約１，０００分の１未満である。いくつかの例では、本明細書に記載される方法およびシステムを使用した基質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、本明細書に記載される方法およびシステムを使用した基質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、本明細書に記載される方法およびシステムを使用した基質上の合成ポリヌクレオチドのエラー率は、約５０００分の１未満である。エラー率の個々の種類は、基質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／または置換を含む。用語「エラー率」とは、合成オリゴヌクレオチドの総量と、予め決められたポリヌクレオチド配列の集合体との比較を指す。いくつかの例では、本明細書に開示される合成ポリヌクレオチドは、１２～２５の塩基のテザーを含む。いくつかの例では、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、４３、４４、４５、４６、４７、４８、４９、５０、またはそれ以上の塩基を含む。
【0102】
本開示の基質上のポリヌクレオチド合成のための適切な方法は、ホスホラミダイトビルディングブロックと基質に結合されるヌクレオシドとの間のホスファイトトリエステル結合を形成するカップリング工程における、成長しているポリヌクレオチド鎖へのホスホラミダイトビルディングブロック（つまり、ヌクレオシドホスホラミダイト）の制御された添加を含む、ホスホラ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質に提供される。いくつかの例では、ヌクレオシドホスホラミダイトはアクチベーターを有する基質に提供される。いくつかの例では、ヌクレオシドホスホラミダイトは、基質結合ヌクレオシドよりも、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倍の過剰量、またはそれより多い過剰量で基質に提供される。いくつかの例では、ヌクレオシドホスホラミダイトの添加は、無水環境において、例えば、無水アセトニトリルにおいて実行される。カップリング工程で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、基質は随意に洗浄される。いくつかの例では、カップリング工程は、随意に、基質へのヌクレオシドホスホラミダイトの追加の間の洗浄工程を伴って、さらに１回以上繰り返される。
【0103】
核酸アセンブリ
【0104】
ポリヌクレオチドは、情報をコードする予め決められた配列の大きな領域に集合的に及ぶように設計され得る。いくつかの例では、より大きいポリヌクレオチドが連結反応によって生成されて、合成ポリヌクレオチドを連結する。連結反応の一実施例は、ポリメラーゼ鎖アセンブリ（ＰＣＡ）である。いくつかの例では、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ための基質である追加領域を含むように設計される。ＰＣＡ反応について、あらかじめ合成されたポリヌクレオチドは、互いの重複を含む（例えば、重複配列を有する４、２０、４０、またはそれ以上の塩基）。ポリメラーサイクル中に、ポリヌクレオチドは相補的な断片アニーリングし、次に、ポリメラーゼによって充填される。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つけるかに無作為に依存して、様々な断片の長さを増加させる。断片間の相補性により、二本鎖ＤＮＡの完全な大スパンを形成することができる。いくつかの例では、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誤り訂正工程が行なわれ、配列中のミスマッチを取り除く。一旦標的配列のより大きい断片が生成されると、それらは増幅され得る。例えば、いくつかの例では、５’および３’末端アダプター配列を含む標的配列は、アダプター配列をハイブリダイズする修飾されたプライマーを含むポリメラーゼ連鎖反応（ＰＣＲ）において増幅される。いくつかの例では、修飾されたプライマーは１以上のウラシル塩基を含む。修飾されたプライマーの使用は、修飾塩基および／または断片からの修飾塩基対を切断する酵素によって残されたギャップを標的とすることに集中する酵素反応を介して、プライマーの除去を可能にする。残っているものは、アダプター配列の残りを欠く二本鎖の増幅産物である。このように、多数の増幅産物は、二本鎖ＤＮＡの異なる断片を生成するために、同じセットのプライマーと平行して生成され得る。
【0105】
誤り訂正は、合成されたポリヌクレオチドおよび／または構築された産物上で行われる場合がある。誤り訂正のための例示的戦略は、重複伸長ＰＣＲによる部位特異的変異導入して誤差を修正することを含み、それは、２以上のラウンドのクローニングおよび配列決定と随意に組み合わせられる。ある例では、ミスマッチ、バルジおよび小さなループ、化学的に変更された塩基、および／または他のヘテロ二本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。いくつかの例では、誤り訂正は、一本鎖あるいは二本鎖の切断を作成するか、または鎖転移転位事象を始めるために、二本鎖核酸内のミスマッチの塩基または不対塩基を認識し、かつそれらに結合するか、あるいはそれらの隣に結合する、タンパク質／酵素を使用して行なわれる。誤り訂正のためのタンパク質／酵素の非限定的な例は、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、細胞、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、リゾルバーゼ、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を含む。特定の誤り訂正酵素の例は、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、クリベース、ＣＥＬＩ、およびＨＩＮＦ１を含む。いくつかの例では、ＤＮＡミスマッチ結合タンパク質ＭｕｔＳ（テルムス・アクウァーティクス）は、合成した生成物の集団から失敗生成物（ｆａｉｌｕｒｅ ｐｒｏｄｕｃｔｓ）を除去するために使用される。いくつかの例では、誤り訂正は、酵素Ｃｏｒｒｅｃｔａｓｅを使用して行なわれる。いくつかの例では、誤り訂正は、ＳＵＲＶＥＹＯＲエンドヌクレアーゼ（Ｔｒａｎｓｇｅｎｏｍｉｃ）、既知の突然変異および知られていない突然変異を走査するミスマッチ特異的ＤＮＡエンドヌクレアーゼ、およびヘテロニ本鎖ＤＮＡの多型を使用して行なわれる。
【0106】
コンピュータシステム
【0107】
様々な態様において、本明細書に記載されるシステムのいずれも、コンピュータに動作可能に連結され、ローカルまたはリモートのいずれかのコンピュータを介して随意に自動化される。様々な例では、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、ならびにその使用をさらに含む。従って、材料堆積装置の動作、分配行為、及び減圧の作動を編成及び同期するなど、分配／減圧／再充填の機能を同期するためのコンピュータ制御は、本発明の範囲内にある。いくつかの例では、コンピュータシステムは、ユーザーに指定された塩基配列と材料堆積装置の位置との間で相互作用するようにプログラムされ、基質の指定された領域に正確な試薬を送達する。
【0108】
図９に示されるコンピュータシステム（９００）は、サーバー（９０９）に随意に接続され得る媒体（９１１）及び／又はネットワークポート（９０５）から命令を読み出すことが可能な、論理的な装置として理解され得る。図９に示されるようなシステムは、ＣＰＵ（９０１）、ディスクドライブ（９０３）、キーボード（９１５）および／またはマウス（９１６）などの随意の入力装置、ならびに随意のモニター（９０７）を含み得る。データ通信は、示された通信媒体を介して局所位置または遠隔位置のサーバーに到達され得る。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み得る。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。そのような接続は、ワールド・ワイド・ウェブ上での通信を提供することができる。本開示に関連するデータは、当事者（９２２）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あるいは接続部を介して送信され得ることが想定される。
【0109】
図１０は、本発明の例と関連して使用可能なコンピュータシステム（１０００）の第１の例のアーキテクチャを例証するブロック図である。図１０に表されるように、例示的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（１００２）を含み得る。プロセッサの非限定的な例は、以下を含む：Ｉｎｔｅｌ Ｘｅｏｎ（商標）プロセッサ、ＡＭＤ Ｏｐｔｅｒｏｎ（商標）プロセッサ、Ｓａｍｓｕｎｇ ３２－ｂｉｔ ＲＩＳＣ ＡＲＭ １１７６ＪＺ（Ｆ）－Ｓ ｖ１．０（商標）プロセッサ、ＡＲＭ Ｃｏｒｔｅｘ－Ａ８ Ｓａｍｓｕｎｇ Ｓ５ＰＣ１００（商標）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、あるいは機能的に同等なプロセッサ。実行の複数のスレッドが並列処理に使用可能である。いくつかの例において、複数のプロセッサ、または複数のコアを持つプロセッサはまた、単一のコンピュータシステム中であろうと、クラスタの中であろうと使用可能であり、あるいは、複数のコンピュータ、携帯電話、および／または個人用携帯情報端末装置を含むネットワーク上のシステムにわたって分布可能である。
【0110】
図１０に示されるように、高速キャッシュ（１００４）は、プロセッサ（１００２）に接続されるか、あるいはその中に組み込まれ、プロセッサ（１００２）により近年使用されてきた、または頻繁に使用されている命令あるいはデータのための高速メモリを提供することができる。プロセッサ（１００２）は、プロセッサバス（１００８）によりノースブリッジ（１００６）に接続される。ノースブリッジ（１００６）は、メモリバス（１０１２）によりランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）（１０１０）に接続され、プロセッサ（１００２）によりＲＡＭ（１０１０）へのアクセスを管理する。ノースブリッジ（１００６）はまた、チップセットバス（１０１６）により、サウスブリッジ（１０１４）に接続される。サウスブリッジ（１０１４）は、周辺バス（１０１８）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。ノースブリッジ及び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、周辺バス（１０１８）上でプロセッサと、ＲＡＭと、周辺コンポーネントとの間のデータ転送を管理する。いくつかの代替的なアーキテクチャにおいて、ノースブリッジの機能性は、別個のノースブリッジチップを使用する代わりにプロセッサに組み込まれ得る。
【0111】
いくつかの例においては、システム（１０００）は、周辺バス（１０１８）に取り付けられるアクセラレータカード（１０２２）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促進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、適応データの再構成のために、または拡張された設定処理に使用される代数式を評価するために使用され得る。
【0112】
ソフトウェアならびにデータは、外部ストレージ（１０２４）に記憶され、プロセッサにより使用されるＲＡＭ（１０１０）および／またはキャッシュ（１００４）へとロードされ得る。システム（１０００）は、システムリソースの管理のためのオペレーティングシステムを含み；オペレーティングシステムの非限定的な例は、Ｌｉｎｕｘ（登録商標）、Ｗｉｎｄｏｗｓ（商標）、ＭＡＣＯＳ（商標）、ＢｌａｃｋＢｅｒｒｙ ＯＳ（商標）、ｉＯＳ（商標）、及び他の機能的に同等なＯＳ、ならびに、本発明の典型的な例に従ってデータ記憶を管理し、最適化するためのオペレーティングシステム上で実行するアプリケーションソフトウェアを含む。
【0113】
この例において、システム（１０００）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、及び分散並列処理に使用され得る他のコンピュータシステムに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るネットワークインターフェースカード（ＮＩＣ）（１０２０）及び（１０２１）を含む。
【0114】
図１１は、複数のコンピュータシステム（１１０２ａ）および（１１０２ｂ）、複数の携帯電話および個人用携帯情報端末（１１０２ｃ）、ならびに、ネットワーク接続ストレージ（ＮＡＳ）（１１０４ａ）および（１１０４ｂ）を含む、ネットワーク（１１００）を示す略図である。例において、システム（１１０２ａ）、（１１０２ｂ）、および（１１０２ｃ）は、データ記憶を管理し、ネットワーク接続ストレージ（ＮＡＳ）（１１０４ａ）および（１１０４ｂ）に記憶されたデータに対するデータアクセスを最適化することができる。数学モデルをこのデータに使用し、コンピュータシステム（１１０２ａ）及び（１１０２ｂ）、並びに携帯電話及び個人用携帯情報端末システム（１１０２ｃ）にわたって分散並列処理を使用して評価することができる。コンピュータシステム（１１０２ａ）及び（１１０２ｂ）、ならびに携帯電話及び個人用携帯情報端末システム（１１０２ｃ）はまた、ネットワーク接続ストレージ（ＮＡＳ）（１１０４ａ）及び（１１０４ｂ）に記憶されたデータの適応データ再構築のために、並列処理を提供することができる。図１１は一例を示しているにすぎず、様々な他のコンピュータのアーキテクチャ及びシステムが、本発明の様々な例と共に使用され得る。例えば、ブレードサーバーは並列処理を提供するために使用され得る。プロセッサブレードは、並列処理を提供するためにバックプレーンを介して接続可能である。ストレージも、バックプレーンに接続され得るか、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）として接続され得る。
【0115】
いくつかの例において、プロセッサは、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、または他のプロセッサによる並列処理のための他のコネクターを介してデータを伝達することができる。他の例において、プロセッサのいくつかまたは全てが、共有仮想アドレスメモリ空間を使用することができる。
【0116】
図１２は、例示的な実施形態による共有の仮想アドレスメモリ空間を使用した、マルチプロセッサーコンピュータシステム（１２００）のブロック図である。上記システムは、共有メモリサブシステム（１２０４）にアクセス可能な複数のプロセッサ（５０２ａ）－（５０２ｆ）を含む。上記システムは、メモリサブシステム（１２０４）に、複数のプログラマブルハードウェアのメモリアルゴリズムプロセッサ（ＭＡＰ）（５０６ａ）－（５０６ｆ）を組み込む。各ＭＡＰ（１２０６ａ）－（１２０６ｆ）は、メモリ（１２０８ａ）－（１２０８ｆ）及び１以上のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）（１２１０ａ－ｆ）を含み得る。ＭＡＰは設定可能な機能ユニットを提供し、特定のアルゴリズム又はアルゴリズムの一部は、各プロセッサと密接に協働して処理を行うためにＦＰＧＡ（１２１０ａ）－（１２１０ｆ）に提供され得る。例えば、ＭＡＰは、データモデルに関する代数式を評価し、かつ例における適応性のあるデータの再構築を行なうために使用され得る。この例において、各ＭＡＰは、このような目的のためのプロセッサの全てによって世界中からアクセス可能である。ある構成において、各ＭＡＰは、関連するメモリ（１２０８ａ）－（１２０８ｆ）にアクセスするためのダイレクトメモリアクセス（ＤＭＡ）を使用することができ、これにより、各マイクロプロセッサ（１２０２ａ）－（１２０２ｆ）から独立して、およびこれらから非同期的にタスクを実行することが可能となる。この構成において、ＭＡＰは、アルゴリズムのパイプライン処理（ｐｉｐｅｌｉｎｉｎｇ）および並列実行のために、別のＭＡＰに直接結果を供給することができる。
【0117】
上記のコンピュータのアーキテクチャおよびシステムは例にすぎず、様々な他のコンピュータ、携帯電話、および個人用携帯情報端末のアーキテクチャならびにシステムが、一般的なプロセッサ、コプロセッサ、ＦＰＧＡおよび他のプログラム可能論理回路、システムオンチップ（ＳＯＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、および他の処理要素と論理素子の任意の組み合わせを使用するシステムを含む例と関連して使用可能である。いくつかの例において、コンピュータシステムの全てまたは一部は、ソフトウェアまたはハードウェアに実装され得る。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）、および他のローカルまたは分散データ記憶装置およびシステムを含む様々なデータ記憶媒体が、例と関連して使用され得る。
【0118】
以下の例は、当業者に対して本明細書に開示される例の原理および実践をより明白に示すために説明され、任意の請求された例の範囲を制限するものとして解釈されるものではない。他に明示されない限り、全ての部分およびパーセンテージは重量基準である。
【実施例】
【0119】
実施例１：相変化溶媒を利用する温度制御可能な表面上での５０量体の配列ポリヌクレオチドの合成
ポリヌクレオチド合成装置（１０１）（図１を参照）は、温度制御可能なフローセル（図３Ａおよび図３Ｂ）へと組み立てられ、それは、図７で示されるフローセル（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ（ＡＢＩ３９４ ＤＮＡ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）に接続される。ＳｉＯ２でコーティングされたウェル（３０５）（図３Ａおよび図３Ｂ）の底面は、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（Ｇｅｌｅｓｔ， ＣＡＳ Ｎｏ．１５６２１４－８０－１）を用いて均一に機能化され、本明細書に記載されるポリヌクレオチド合成方法を用いて、５０ｂｐ（「５０量体のポリヌクレオチド」）の例示的なポリヌクレオチドを合成するために使用される。５０量体の配列は、ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：１に記載されている通りであり：５’ＡＧＡＣＡＡＴＣＡＡＣＣＡＴＴＴＧＧＧＧＴＧＧＡＣＡＧＣＣＴＴＧＡＣＣＴＣＴＡＧＡＣＴＴＣＧＧＣＡＴ＃＃ＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴ３’（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：１）、ここで、＃は、チミジン－スクシニルヘキサミドＣＥＤホスホラミダイト（ＣｈｅｍＧｅｎｅｓのＣＬＰ－２２４４）を表し、これは、脱保護中に表面からのポリゴヌクレオチドの放出を可能にする切断可能なリンカーである。
ポリヌクレオチド合成装置（１０１）（図１を参照）は、温度制御可能なフローセル（図３Ａおよび図３Ｂ）へと組み立てられ、それは、図７で示されるフローセル（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ（ＡＢＩ３９４ ＤＮＡ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）に接続される。ＳｉＯ２でコーティングされたウェル（３０５）（図３Ａおよび図３Ｂ）の底面は、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（Ｇｅｌｅｓｔ， ＣＡＳ Ｎｏ．１５６２１４－８０－１）を用いて均一に機能化され、本明細書に記載されるポリヌクレオチド合成方法を用いて、５０ｂｐ（「５０量体のポリヌクレオチド」）の例示的なポリヌクレオチドを合成するために使用される。５０量体の配列は、ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：１に記載されている通りであり：５’ＡＧＡＣＡＡＴＣＡＡＣＣＡＴＴＴＧＧＧＧＴＧＧＡＣＡＧＣＣＴＴＧＡＣＣＴＣＴＡＧＡＣＴＴＣＧＧＣＡＴ＃＃ＴＴＴＴＴＴＴＴＴＴ３’（ＳＥＱ ＩＤ ＮＯ：１）、ここで、＃は、チミジン－スクシニルヘキサミドＣＥＤホスホラミダイト（ＣｈｅｍＧｅｎｅｓのＣＬＰ－２２４４）を表し、これは、脱保護中に表面からのポリゴヌクレオチドの放出を可能にする切断可能なリンカーである。
【0120】
表２のプロトコル及びＡＢＩシンセサイザーに従って、標準ＤＮＡ合成化学（カップリング、キャッピング、酸化、及び脱ブロック化）を使用して、修飾を伴う合成を行う。各細胞の化学的なカップリング反応は、温度制御可能な表面を介して制御される（図８を参照）。装置の温度は、低温チャックを有する相変化溶媒の凝固温度より約５°Ｃ下に低下する。カップリング工程中、相変化溶媒は、カップリング試薬の添加直前に加えられ、相変化溶媒が凍結する。個々のウェル中の溶媒を溶かすアドレス可能な加熱要素を介して加熱することによりカップリングするために、ウェルが活性化される。凍った溶媒を有する、残っているウェルは、液体のカップリング試薬と反応せず、不活性である。カップリング工程は繰り返され、各工程は異なるＤＮＡ塩基（例えば、Ａ、Ｔ、Ｇ、Ｃ）を用い、その間、各カップリング反復で活性ウェルを交換する。すべての所望の部位が機能化された後、すべてのウェルは加熱によって活性化され；その後、全体的カップリング、酸化、および脱ブロックが実施される。所望の長さのポリヌクレオチドが合成されるまで、この全過程は反復される。
【0121】
【表2】
【0122】
装置の温度は、低温チャックを有する相変化溶媒の凝固温度より約５°Ｃ下に低下する。カップリング工程中、相変化溶媒は、カップリング試薬の添加直前に加えられ、相変化溶媒が凍結する。個々のウェル中の溶媒を溶かすアドレス可能な加熱要素を介して加熱することによりカップリングするために、ウェルが活性化される。凍った溶媒を有する、残っているウェルは、液体のカップリング試薬と反応せず、カップリング試薬に対して不活性である。カップリング工程は、異なるＤＮＡ塩基（例えば、Ａ、Ｔ、Ｇ、Ｃ）を用いて繰り返され、その間、各カップリング反復で活性ウェルを交換する。すべての所望の部位が機能化された後、すべてのウェルは加熱によって活性化され；その後、全体的カップリング、酸化、および脱ブロックが実施される。所望の長さのポリヌクレオチドが合成されるまで、この全過程は反復される。
【0123】
実施例２：溶媒蒸気泡（ｓｏｌｖｅｎｔ ｖａｐｏｒ ｂｕｂｂｌｅ）を利用する温度制御可能な表面上での５０量体の配列ポリヌクレオチドの合成
ポリヌクレオチド合成装置（１０１）（図１を参照）は、温度制御可能なフローセル（図４Ａ）へと組み立てられ、それは、図７で示されるフローセル（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ（ＡＢＩ３９４ ＤＮＡ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）に接続される。ウェル（４０１）（図４Ａ）の底面は、実施例１の一般的な方法を使用して機能化される。
ポリヌクレオチド合成装置（１０１）（図１を参照）は、温度制御可能なフローセル（図４Ａ）へと組み立てられ、それは、図７で示されるフローセル（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ（ＡＢＩ３９４ ＤＮＡ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）に接続される。ウェル（４０１）（図４Ａ）の底面は、実施例１の一般的な方法を使用して機能化される。
【0124】
表３のプロトコル及びＡＢＩシンセサイザーに従って、標準ＤＮＡ合成化学（カップリング、キャッピング、酸化、及び脱ブロック化）を使用して、修飾を伴う合成を行う。各細胞の化学的なカップリング反応は、温度制御可能な表面を介して制御される（図８を参照）。
【0125】
【表3】
【0126】
個々のウェル中の溶媒を蒸発させるアドレス可能な加熱要素を介して加熱し、気泡（４１７）をつくることにより、ウェルは、カップリングに対してブロックされる。伸長または合成のためにポリヌクレオチド表面（４０７）と接触する液体溶媒を有する、残っているウェルは、液体のカップリング試薬と反応し、活性である。カップリング工程は、異なるＤＮＡ塩基（例えば、Ａ、Ｔ、Ｇ、Ｃ）を用いて繰り返され、その間、各カップリング反復で活性ウェルを交換する。不活性のウェルは、それらのウェルで加熱要素を遮断することにより活性化され、蒸気泡を崩壊させる。すべての所望の部位が機能化された後、すべてのウェルは加熱要素を遮断することによって活性化され；その後、全体的カップリング、酸化、および脱ブロックが実施される。所望の長さのポリヌクレオチドが合成されるまで、この全過程は反復される。
【0127】
実施例３：ナノポストを利用する温度制御可能な表面上での５０量体の配列ポリヌクレオチドの合成
ポリヌクレオチド合成装置（１０１）（図１を参照）は、温度制御可能なフローセル（図４Ｂ）へと組み立てられ、図７で示されるフローセル（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ（ＡＢＩ３９４ ＤＮＡ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）に接続される。ナノポスト（４０７）（図４Ｂ）の上面は、実施例１の一般的な方法を使用して機能化される。
ポリヌクレオチド合成装置（１０１）（図１を参照）は、温度制御可能なフローセル（図４Ｂ）へと組み立てられ、図７で示されるフローセル（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ（ＡＢＩ３９４ ＤＮＡ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）に接続される。ナノポスト（４０７）（図４Ｂ）の上面は、実施例１の一般的な方法を使用して機能化される。
【0128】
表３のプロトコル及びＡＢＩシンセサイザーに従って、標準ＤＮＡ合成化学（カップリング、キャッピング、酸化、及び脱ブロック化）を使用して、修飾を伴う合成を行う。各細胞の化学的なカップリング反応は、実施例２の一般的方法を用いて、温度制御可能な表面経由で制御される（図８を参照）。
【0129】
実施例４：ナノワイヤーを利用する温度制御可能な表面上での５０量体の配列ポリヌクレオチドの合成
ポリヌクレオチド合成装置（１０１）（図１を参照）は、温度制御可能なフローセル（図５）へと組み立てられ、図７で示されるフローセル（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ（ＡＢＩ３９４ ＤＮＡ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）に接続される。ナノロッド（５０２）（図５）の表面は、実施例１の一般的な方法を使用して機能化される。
ポリヌクレオチド合成装置（１０１）（図１を参照）は、温度制御可能なフローセル（図５）へと組み立てられ、図７で示されるフローセル（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ（ＡＢＩ３９４ ＤＮＡ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）に接続される。ナノロッド（５０２）（図５）の表面は、実施例１の一般的な方法を使用して機能化される。
【0130】
表３のプロトコル及びＡＢＩシンセサイザーに従って、標準ＤＮＡ合成化学（カップリング、キャッピング、酸化、及び脱ブロック化）を使用して、修飾を伴う合成を行う。各細胞の化学的なカップリング反応は、実施例２の一般的な方法を用いて、温度制御可能な表面を介して制御される（図８を参照）。
【0131】
実施例５：ナノロッドを含み、かつ相変化溶媒を利用する表面上での５０量体の配列ポリヌクレオチドの合成
ポリヌクレオチド合成装置（１０１）（図１を参照）は、温度制御可能なフローセル（図６）に組み立てられ、それは、図７で示されるフローセル（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ （ＡＢＩ３９４ ＤＮＡ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）に接続される。ナノロッド（６０３）（図６）の表面は、実施例１の一般的な方法を使用して機能化される。
ポリヌクレオチド合成装置（１０１）（図１を参照）は、温度制御可能なフローセル（図６）に組み立てられ、それは、図７で示されるフローセル（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉｏｓｙｓｔｅｍｓ （ＡＢＩ３９４ ＤＮＡ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）に接続される。ナノロッド（６０３）（図６）の表面は、実施例１の一般的な方法を使用して機能化される。
【0132】
表４のプロトコル及びＡＢＩシンセサイザーに従って、標準ＤＮＡ合成化学（カップリング、キャッピング、酸化、及び脱ブロック化）を使用して、修飾を伴う合成を行う。各細胞の化学的なカップリング反応は、温度制御可能な表面を介して制御される（図８を参照）。カップリング工程中、相変化溶媒は、カップリング試薬の添加の直前に加えられる。１つ以上のナノロッドに接続された、アドレス可能な下部接触部（６０１）を介して冷却することによりカップリングするために、ウェルは非活性化され、このことにより、ナノロッドのまわりの溶媒の層を凍結する。液体溶媒を有する、残っているナノロッドは、液体のカップリング試薬と反応し、活性である。カップリング工程は、異なるＤＮＡ塩基（例えば、Ａ、Ｔ、Ｇ、Ｃ）を用いて繰り返され、その間、各カップリング反復で活性ウェルを交換する。すべての所望の部位が機能化された後、すべてのナノロッドは冷却を中断することによって活性化され；その後、全体的カップリング、酸化、および脱ブロックが実施される。所望の長さのポリヌクレオチドが合成されるまで、この全過程は反復される。
【0133】
【表4】
【0134】
本発明の好ましい実施形態が本明細書で示され、かつ記載されてきたが、こうした実施形態がほんの一例として提供されているに過ぎないということは当業者にとって明白である。多くの変更、変化、および置換が、本発明から逸脱することなく、当業者の心に思い浮かぶであろう。本明細書に記載される本発明の実施形態の様々な代案が、本発明の実施において利用され得ることを理解されたい。以下の請求項は本発明の範囲を定義するものであり、この請求項とその均等物の範囲内の方法、および構造体がそれによって包含されるものであるということが意図されている。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【配列表】