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特表2024-518699フローセル

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-05-02

(54)【発明の名称】フローセル

(51)【国際特許分類】

C12Q 1/6869 20180101AFI20240424BHJP

C12Q 1/686 20180101ALI20240424BHJP

C12M 1/00 20060101ALI20240424BHJP

C12M 1/34 20060101ALI20240424BHJP

【ＦＩ】

C12Q1/6869 Z

C12Q1/686 Z ZNA

C12M1/00 A

C12M1/34 Z

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023561699

(86)(22)【出願日】2022-04-22

(85)【翻訳文提出日】2023-11-28

(86)【国際出願番号】 US2022026041

(87)【国際公開番号】W WO2022231984

(87)【国際公開日】2022-11-03

(31)【優先権主張番号】63/179,794

(32)【優先日】2021-04-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】500358711

【氏名又は名称】イルミナインコーポレイテッド

(71)【出願人】

【識別番号】502279294

【氏名又は名称】イルミナケンブリッジリミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100106518

【弁理士】

【氏名又は名称】松谷道子

(74)【代理人】

【識別番号】100132263

【弁理士】

【氏名又は名称】江間晴彦

(74)【代理人】

【識別番号】100221501

【弁理士】

【氏名又は名称】式見真行

(72)【発明者】

【氏名】ブラック，ヘイデン

(72)【発明者】

【氏名】フォンハッテン，ゼイビア

【テーマコード（参考）】

4B029

4B063

【Ｆターム（参考）】

4B029AA07

4B029AA23

4B029DC04

4B029DC05

4B029FA12

4B063QA01

4B063QA13

4B063QQ42

4B063QR08

4B063QR42

4B063QR56

4B063QR62

4B063QS25

4B063QX01

(57)【要約】

例示的な方法は、フローチャネルに少なくとも部分的に露出した表面を有する作用電極を含むフローセルのフローチャネルに第１の流体を導入することであって、該表面は、遷移金属錯体結合対の第１のメンバーで修飾されていないか、又は修飾されており、それによって、第１の流体中に存在する複合体の連結部分が、該複合体を表面に化学的に付着させて、作用電極の一時的に修飾された表面を形成する、ことと、一時的に修飾された表面の複合体を伴うセンシング動作を行うことと、連結部分の脱離電圧を作用電極に印加し、それによって連結部分を脱着し、表面を再生することと、を含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

方法であって、
フローチャネルに少なくとも部分的に露出した表面を有する作用電極を含むフローセルの前記フローチャネルに第１の流体を導入することであって、前記表面は、遷移金属錯体結合対の第１のメンバーで修飾されていないか又は修飾されており、それによって、前記第１の流体中に存在する複合体の連結部分が、前記複合体を前記表面に化学的に付着させて、前記作用電極の一時的に修飾された表面を形成する、ことと、
前記一時的に修飾された表面の複合体を伴うセンシング動作を行うことと、
前記連結部分の脱離電圧を前記作用電極に印加し、それによって、前記連結部分を脱着し、前記表面を再生することと
を含む、方法。

【請求項2】

請求項１に記載の方法であって、
前記表面は修飾されておらず、
前記複合体は、前記連結部分と、前記修飾されていない表面に付着しない直交する官能基とを含み、
前記センシング動作を行う前に、前記方法は、ｉ）複数のプライマーが付着され、ｉｉ）前記直交する官能基と反応性である反応性官能基が付着されたヒドロゲルを含む第２の流体を前記フローチャネルに導入することを更に含む、方法。

【請求項3】

請求項２に記載の方法であって、前記センシング動作が、
前記複数のプライマーを使用して鋳型核酸鎖を増幅して、鋳型核酸鎖のクラスターを生成することと、
複数の光学的に標識されたヌクレオチドを含む第３の流体を前記フローチャネルに導入することと、
前記複数の光学的に標識されたヌクレオチドのうちのそれぞれ１つの、前記鋳型核酸鎖のうちの少なくともいくつかに沿った新生鎖への組み込み事象を光学的に検出することと
を伴う、方法。

【請求項4】

請求項１に記載の方法であって、
前記表面は修飾されておらず、
前記複合体は、前記連結部分と、前記修飾されていない表面に付着しない直交する官能基とを含み、
前記センシング動作を行う前に、前記方法は、ｉ）鋳型核酸鎖のクラスターが付着され、ｉｉ）前記直交する官能基と反応性である反応性官能基が付着された粒子を含む第２の流体を前記フローチャネルに導入することを更に含む、方法。

【請求項5】

請求項１に記載の方法であって、
前記表面は修飾されておらず、
前記複合体が、前記連結部分と、前記連結部分に付着した捕捉オリゴヌクレオチドとを含み、
前記センシング動作を行う前に、前記方法は、ｉ）鋳型核酸鎖のクラスターが付着され、ｉｉ）前記捕捉オリゴヌクレオチドに相補的なオリゴヌクレオチドが付着された粒子を含む第２の流体を前記フローチャネルに導入することを更に含む、方法。

【請求項6】

請求項４又は５のいずれか一項に記載の方法であって、前記センシング動作が、
複数の光学的に標識されたヌクレオチドを含む第３の流体を前記フローチャネルに導入することと、
前記複数の光学的に標識されたヌクレオチドのうちのそれぞれ１つの、前記鋳型核酸鎖のうちの少なくともいくつかに沿った新生鎖への組み込み事象を光学的に検出することと
により、
前記鋳型核酸鎖のクラスターの配列決定を伴う、方法。

【請求項7】

請求項１に記載の方法であって、
前記表面は修飾されておらず、
前記複合体は、ｉ）前記連結部分が付着され、ｉｉ）複数のプライマーが付着されたヒドロゲルを含む、方法。

【請求項8】

請求項１に記載の方法であって、
前記表面は修飾されておらず、
前記複合体は、ｉ）前記連結部分が付着され、ｉｉ）鋳型核酸鎖のクラスターが付着された粒子を含む、方法。

【請求項9】

請求項８に記載の方法であって、前記センシング動作が、
複数の光学的に標識されたヌクレオチドを含む第２の流体を前記フローチャネルに導入することと、
前記複数の光学的に標識されたヌクレオチドのうちのそれぞれ１つの、前記鋳型核酸鎖のうちの少なくともいくつかに沿った新生鎖への組み込み事象を光学的に検出することと
により、
前記鋳型核酸鎖のクラスターの配列決定を伴う、方法。

【請求項10】

請求項１に記載の方法であって、
前記表面は、前記遷移金属錯体結合対の第１のメンバーで修飾されており、
前記遷移金属錯体結合対の第１のメンバーは遷移金属錯体であり、
前記連結部分は配位子であり、前記配位子は前記遷移金属錯体結合対の第２のメンバーであり、
前記複合体は、ｉ）配位子及びｉｉ）鋳型核酸鎖のクラスターを有するヒドロゲルで官能化された金属ナノ粒子を含む、方法。

【請求項11】

請求項１に記載の方法であって、
前記表面は、前記遷移金属錯体結合対の第１のメンバーで修飾されており、
前記遷移金属錯体結合対の第１のメンバーは配位子であり、
前記連結部分は遷移金属錯体であり、前記遷移金属錯体は、前記遷移金属錯体結合対の第２のメンバーであり、
前記複合体は、ｉ）前記遷移金属錯体が付着され、ｉｉ）複数のプライマーが付着されたヒドロゲルを含む、方法。

【請求項12】

前記脱離電圧を印加することが、前記作用電極に負バイアスを印加することを伴う、請求項１に記載の方法。

【請求項13】

前記脱離電圧を印加することが、前記作用電極に正バイアスを印加することを伴う、請求項１に記載の方法。

【請求項14】

前記脱離電圧が印加された後に、洗浄流体を前記フローチャネルに導入することを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項15】

請求項１に記載の方法であって、
前記フローセルが、
基材と、
前記基材上に位置付けられた作用電極と、
前記作用電極の上に位置付けられたパターン形成された絶縁材料であって、間隙領域によって分離された凹部を画定し、前記修飾されていない表面が前記凹部の各々で露出している、パターン形成された絶縁材料と、
前記間隙領域の上に位置付けられた第２の作用電極と
を備え、
前記方法は、前記第１の流体が導入されるときに前記連結部分の前記脱離電圧を前記第２の作用電極に印加し、それによって、前記間隙領域から複合体を反発させることを更に含む、方法。

【請求項16】

前記センシング動作の後に、前記連結部分の前記脱離電圧を前記第２の作用電極に印加することを更に含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

方法であって、
フローチャネルに少なくとも部分的に露出した基材の表面を含むフローセルの前記フローチャネルに第１の流体を導入することであって、前記表面は、遷移金属錯体結合対の可視光応答性の第１のメンバーで修飾されており、それによって、前記第１の流体中に存在する複合体の連結部分が、前記複合体を前記表面に化学的に付着させて、前記基材の一時的に修飾された表面を形成する、ことと、
前記一時的に修飾された表面の複合体を伴うセンシング動作を行うことと、
前記一時的に修飾された表面を可視光に曝露し、それによって、前記連結部分を脱着させ、前記表面を再生することと
を含む、方法。

【請求項18】

請求項１７に記載の方法であって、
前記連結部分がチオエーテルであり、
前記複合体は、ｉ）前記チオエーテルが付着され、ｉｉ）複数のプライマーが付着されたヒドロゲルである、方法。

【請求項19】

請求項１７に記載の方法であって、
前記連結部分がチオエーテルであり、
前記複合体は、ｉ）前記チオエーテルが付着され、ｉｉ）鋳型核酸鎖のクラスターが付着されたヒドロゲルである、方法。

【請求項20】

方法であって、
フローチャネルに少なくとも部分的に露出した修飾されていない表面を有する作用電極を含むフローセルの前記フローチャネルに第１の流体を導入し、それによって、前記第１の流体中に存在する複合体の連結部分が、前記複合体を前記修飾されていない表面に化学的に付着させて、前記作用電極の一時的に修飾された表面を形成する、ことと、
前記一時的に修飾された表面の複合体を伴うセンシング動作を行うことと、
前記フローセルに電解質溶液を導入することと、
前記電解質溶液の存在下で前記作用電極に電圧を印加し、それによって、前記作用電極の層を除去し、前記表面を再生することと
を含む、方法。

【請求項21】

請求項２０に記載の方法であって、
前記表面は修飾されておらず、
前記複合体は、前記連結部分と、前記修飾されていない表面に付着しない直交する官能基とを含み、
前記センシング動作を行う前に、前記方法は、ｉ）複数のプライマーが付着され、ｉｉ）前記直交する官能基と反応性である反応性官能基が付着されたヒドロゲルを含む第２の流体を前記フローチャネルに導入することを更に含む、方法。

【請求項22】

請求項２１に記載の方法であって、前記センシング動作が、
前記複数のプライマーを使用して鋳型核酸鎖を増幅して、鋳型核酸鎖のクラスターを生成することと、
複数の光学的に標識されたヌクレオチドを含む第３の流体を前記フローチャネルに導入することと、
前記複数の光学的に標識されたヌクレオチドのうちのそれぞれ１つの、前記鋳型核酸鎖のうちの少なくともいくつかに沿った新生鎖への組み込み事象を光学的に検出することと
を伴う、方法。

【請求項23】

請求項２０に記載の方法であって、
前記表面は修飾されておらず、
前記複合体は、前記連結部分と、前記修飾されていない表面に付着しない直交する官能基とを含み、
前記センシング動作を行う前に、前記方法は、ｉ）鋳型核酸鎖のクラスターが付着され、ｉｉ）前記直交する官能基と反応性である反応性官能基が付着された粒子を含む第２の流体を前記フローチャネルに導入することを更に含む、方法。

【請求項24】

請求項２０に記載の方法であって、
前記表面は修飾されておらず、
前記複合体が、前記連結部分と、前記連結部分に付着した捕捉オリゴヌクレオチドとを含み、
前記センシング動作を行う前に、前記方法は、ｉ）鋳型核酸鎖のクラスターが付着され、ｉｉ）前記捕捉オリゴヌクレオチドに相補的なオリゴヌクレオチドが付着された粒子を含む第２の流体を前記フローチャネルに導入することを更に含む、方法。

【請求項25】

請求項２３は２４のいずれか一項に記載の方法であって、前記センシング動作が、
複数の光学的に標識されたヌクレオチドを含む第３の流体を前記フローチャネルに導入することと、
前記複数の光学的に標識されたヌクレオチドのうちのそれぞれ１つの、前記鋳型核酸鎖のうちの少なくともいくつかに沿った新生鎖への組み込み事象を光学的に検出することと
により、
前記鋳型核酸鎖のクラスターの配列決定を伴う、方法。

【請求項26】

請求項２０に記載の方法であって、
前記表面は修飾されておらず、
前記複合体は、ｉ）前記連結部分が付着され、ｉｉ）複数のプライマーが付着されたヒドロゲルを含む、方法。

【請求項27】

請求項２０に記載の方法であって、
前記表面は修飾されておらず、
前記複合体は、ｉ）前記連結部分が付着され、ｉｉ）鋳型核酸鎖のクラスターが付着された粒子を含む、方法。

【請求項28】

請求項２７に記載の方法であって、前記センシング動作が、
複数の光学的に標識されたヌクレオチドを含む第２の流体を前記フローチャネルに導入することと、
前記複数の光学的に標識されたヌクレオチドのうちのそれぞれ１つの、前記鋳型核酸鎖のうちの少なくともいくつかに沿った新生鎖への組み込み事象を光学的に検出することと
により、
前記鋳型核酸鎖のクラスターの配列決定を伴う、方法。

【請求項29】

前記電圧が印加された後に、洗浄流体を前記フローチャネルに導入することを更に含む、請求項２０に記載の方法。

【請求項30】

キットであって、
前記フローセルが、
フローチャネルと、
前記フローチャネルに少なくとも部分的に露出した表面を有する作用電極であって、前記表面は、遷移金属錯体結合対の第１のメンバーで修飾されていないか又は修飾されている、作用電極と、
前記作用電極に電気的に接続された対電極と、
フローセル表面化学流体であって、
液体キャリアと、
修飾されていない表面又は前記遷移金属錯体結合対の第１のメンバーに化学的に付着し、脱離電圧に曝露されたときに前記修飾されていない表面又は前記遷移金属錯体結合対の第１のメンバーから脱離する連結部分を含む複合体と
を含む、フローセル表面化学流体と
を備える、キット。

【請求項31】

請求項３０に記載のキットであって、
前記表面は修飾されておらず、
前記複合体は、前記連結部分と、前記修飾されていない表面に付着しない直交する官能基とを含み、
前記キットは、ｉ）複数のプライマーが付着され、ｉｉ）前記直交する官能基と反応性である反応性官能基が付着されたヒドロゲルを含む第２の流体を更に備える、キット。

【請求項32】

請求項３０に記載のキットであって、
前記表面は修飾されておらず、
前記複合体は、前記連結部分と、前記修飾されていない表面に付着しない直交する官能基とを含み、
前記キットは、ｉ）鋳型核酸鎖のクラスターが付着され、ｉｉ）前記直交する官能基と反応性である反応性官能基が付着された粒子を含む第２の流体を更に備える、キット。

【請求項33】

請求項３０に記載のキットであって、
前記表面は修飾されておらず、
前記複合体が、前記連結部分と、前記連結部分に付着した捕捉オリゴヌクレオチドとを含み、
前記キットは、ｉ）鋳型核酸鎖のクラスターが付着され、ｉｉ）前記捕捉オリゴヌクレオチドに相補的なオリゴヌクレオチドが付着された粒子を含む第２の流体を更に備える、キット。

【請求項34】

複数の光学的に標識されたヌクレオチドを含む第３の流体を更に備える、請求項３２又は３３のいずれか一項に記載のキット。

【請求項35】

請求項３０に記載のキットであって、
前記表面は修飾されておらず、
前記複合体は、ｉ）前記連結部分が付着され、ｉｉ）鋳型核酸鎖のクラスターが付着された粒子を含む、キット。

【請求項36】

複数の光学的に標識されたヌクレオチドを含む第２の流体を更に備える、請求項３５に記載のキット。

【請求項37】

請求項３０に記載のキットであって、
前記表面は修飾されておらず、
前記複合体は、ｉ）前記連結部分が付着され、ｉｉ）複数のプライマーが付着されたヒドロゲルを含む、キット。

【請求項38】

請求項３０に記載のキットであって、前記フローセルが、
基材と、
前記基材上に位置付けられた作用電極と、
前記作用電極の上に位置付けられたパターン形成された絶縁材料であって、間隙領域によって分離された凹部を画定し、前記表面が前記凹部の各々で露出している、パターン形成された絶縁材料と、
前記間隙領域の上に位置付けられた第２の作用電極と、
前記作用電極及び前記第２の作用電極の各々に電気的に接続された対電極と、
前記作用電極及び前記第２の作用電極に電気的に接続された第１のコントローラと
を備える、キット。

【請求項39】

請求項３０に記載のキットであって、
前記フローセルは、基材を備え、
前記作用電極は、間隙領域によって分離された凹部を画定するように前記基材上にパターン形成されており、
前記作用電極の表面は、前記凹部の各々で露出しており、
前記フローセルは、
前記間隙領域の上に位置付けられたパターン形成された絶縁材料と、
前記パターン形成された絶縁材料の上に位置付けられた第２のパターン形成された作用電極と、
前記作用電極及び前記第２の作用電極の各々に電気的に接続された対電極と、
前記作用電極及び前記第２の作用電極に電気的に接続されたコントローラと
を更に備える、キット。

【請求項40】

請求項３０に記載のキットであって、
前記作用電極は、炭素系電極、酸化インジウムスズ、白金、パラジウム、及び金からなる群から選択され、
前記連結部分は、チオール、ジアゾニウム、アルキン、カルベン、アデノシンオリゴヌクレオチド、ジチオエステル、イソニトリル、イソチオシアネート、カルボキシル、アミン、ニトリル、ニトロ、及びトリアルキルシリルからなる群から選択される、キット。

【請求項41】

請求項３０に記載のキットであって、
前記表面は、前記遷移金属錯体結合対の第１のメンバーで修飾されており、
前記遷移金属錯体結合対の第１のメンバーは遷移金属錯体であり、
前記連結部分は配位子であり、前記配位子は前記遷移金属錯体結合対の第２のメンバーであり、
前記複合体は、ｉ）配位子及びｉｉ）鋳型核酸鎖のクラスターを有するヒドロゲルで官能化された金属ナノ粒子を含む、キット。

【請求項42】

請求項３０に記載のキットであって、
前記表面は、前記遷移金属錯体結合対の第１のメンバーで修飾されており、
前記遷移金属錯体結合対の第１のメンバーは配位子であり、
前記連結部分は遷移金属錯体であり、前記遷移金属錯体は、前記遷移金属錯体結合対の第２のメンバーであり、
前記複合体は、ｉ）前記遷移金属錯体が付着され、ｉｉ）複数のプライマーが付着されたヒドロゲルを含む、キット。

【請求項43】

キットであって、
前記フローセルが、
フローチャネルと
前記フローチャネルに少なくとも部分的に露出した表面を有する基材であって、前記表面は、遷移金属錯体結合対の可視光応答性の第１のメンバーで修飾されている、基材と、
フローセル表面化学流体であって、
液体キャリアと、
前記可視光応答性の第１のメンバーに化学的に付着し、可視光に曝露されたときに前記可視光応答性の第１のメンバーから脱離する連結部分を含む複合体と
を含むフローセル表面化学流体と
を備える、キット。

【請求項44】

請求項４３に記載のキットであって、
前記連結部分がチオエーテルであり、
前記複合体は、ｉ）前記チオエーテルが付着され、ｉｉ）複数のプライマーが付着されたヒドロゲルである、キット。

【請求項45】

請求項４３に記載のキットであって、
前記連結部分がチオエーテルであり、
前記複合体は、ｉ）前記チオエーテルが付着され、ｉｉ）鋳型核酸鎖のクラスターが付着されたヒドロゲルである、キット。

【請求項46】

フローセルであって、
基材と、
前記基材上に位置付けられた第１の作用電極と、
第１の作用電極の上に位置付けられたパターン形成された絶縁材料であって、前記パターン形成された絶縁材料は、間隙領域によって分離された凹部を画定し、前記第１の作用電極の表面は、前記凹部の各々で露出され、前記表面は、修飾されていないか、又は遷移金属錯体結合対の第１のメンバーで修飾されている、パターン形成された絶縁材料と、
前記間隙領域の上に位置付けられた第２の作用電極と、
前記第１の作用電極及び前記第２の作用電極の各々に電気的に接続された対電極と、
前記第１の作用電極の表面及び前記第２の作用電極と流体連通するフローチャネルと、
前記第１の作用電極、前記第２の作用電極、及び前記対電極に電気的に接続されたコントローラと
を備える、フローセル。

【請求項47】

前記対電極が、前記フローチャネルの表面を形成する透明な対電極である、請求項４６に記載のフローセル。

【請求項48】

前記基材に接続され、前記フローチャネルの表面を形成する透明な蓋を更に備える、請求項４７に記載のフローセル。

【請求項49】

フローセルであって、
基材と、
前記基材上に位置付けられた第１のパターン形成された作用電極であって、前記第１のパターン形成された作用電極は、間隙領域によって分離された凹部を画定し、前記第１のパターン形成された作用電極の表面は、前記凹部の各々において露出され、前記表面は、修飾されていないか、又は遷移金属錯体結合対の第１のメンバーで修飾されている、第１のパターン形成された作用電極と、
前記間隙領域の上に位置付けられたパターン形成された絶縁材料と、
前記パターン形成された絶縁材料の上に位置付けられた第２のパターン形成された作用電極と、
前記第１のパターン形成された作用電極及び前記第２のパターン形成された作用電極の各々に電気的に接続された対電極と、
前記第１のパターン形成された作用電極の表面及び前記パターン形成された第２の作用電極と流体連通するフローチャネルと、
前記第１のパターン形成された作用電極、前記第２のパターン形成された作用電極、及び対電極に電気的に接続されたコントローラと
を備える、フローセル。

【請求項50】

前記対電極が、前記フローチャネルの表面を形成する透明な対電極である、請求項４９に記載のフローセル。

【請求項51】

前記基材に接続され、前記フローチャネルの表面を形成する透明な蓋を更に備える、請求項５０に記載のフローセル。

【請求項52】

配列決定システムであって、
電気化学的に又は可視光曝露を介して配列決定準備完了状態から配列決定準備未完了状態に切り替え可能な再生可能な表面を含むフローセルと、
流体を前記フローセルに送達するための送達フルイディクスを含む流体制御システムと、
前記再生可能な表面を照明するように位置付けられた照明システムと、
前記再生可能な表面の画像を取り込むように位置付けられた検出システムと、
コントローラであって、
前記フローセルの電極を配列決定準備未完了状態に誘導させるか、
又は
前記照明システムに、前記フローセルを可視光に曝露させる、コントローラと
を備える、配列決定システム。

【請求項53】

請求項５２に記載の配列決定システムであって、
前記再生可能な表面は、作用電極表面であり、
前記作用電極表面は、配列決定準備未完了状態の遷移金属錯体結合対の第１のメンバーで修飾されている、配列決定システム。

【請求項54】

請求項５２に記載の配列決定システムであって、
前記再生可能な表面は、作用電極表面であり、
前記作用電極表面は、配列決定準備未完了状態で修飾されていない、配列決定システム。

【請求項55】

請求項５２に記載の配列決定システムであって、
前記再生可能な表面は、基材表面であり、
前記基材表面は、配列決定準備未完了状態の遷移金属錯体結合対の可視光応答性の第１のメンバーで修飾されている、配列決定システム。

【請求項56】

請求項５２に記載の配列決定システムであって、
送達フルイディクスに流体接続されたリザーバと、
前記リザーバに収容された前記流体と
を更に備え、前記流体は、複合体を前記再生可能な表面に化学的に付着させる連結部分を有する複合体を含む、配列決定システム。

【請求項57】

前記複合体が複数のプライマーを更に含む、請求項５６に記載の配列決定システム。

【請求項58】

前記複合体が、鋳型核酸鎖のクラスターを更に含む、請求項５６に記載の配列決定システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年４月２６日に出願された米国仮特許出願第６３／１７９，７９４号の利益を主張するものであり、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

【0002】

配列表の参照
ＥＦＳ－Ｗｅｂを介して提出された配列表は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。ファイルの名称はＩＬＩ２１６ＢＰＣＴ＿ＩＰ－２１１７－ＰＣＴ＿Ｓｅｑｕｅｎｃｅ＿Ｌｉｓｔｉｎｇ＿ＳＴ２５．ｔｘｔであり、ファイルのサイズは８１２バイトであり、ファイルの作成日は２０２２年４月８日である。

【背景技術】

【0003】

フローセルは、遺伝子配列決定、遺伝子型決定などの様々な方法及び用途において使用される。核酸分析のために、フローセルの表面は、行われる反応に応じて、プライマー、ポリメラーゼなどの特定の表面化学（surface chemistry）で官能化され得る。多くの場合、表面化学はフローセル表面に共有結合される。共有結合は、様々な使用中にフローセルの寿命を通して、フローセルの活性領域における表面化学を維持するために望ましくあり得る。

【発明の概要】

【0004】

本明細書に開示されるフローセルは、複数回使用され得る。核酸分析のためのフローセル表面化学は、分析の初期サイクル（例えば、シーケンシングラン）を実行する前に、リアルタイムで導入され、表面に付着される。フローセル表面化学はまた、例えば、電気化学的に誘導された脱離又は可視光により誘導された解離を介して除去可能である。脱離又は解離の際に、洗浄サイクルによりフローセルから表面化学が除去され、表面が別の核酸分析で使用するための新しい表面化学を導入できる状態になる。

【図面の簡単な説明】

【0005】

本開示の例の特徴は、以下の詳細な説明及び図面を参照することにより明らかになろう。図面において、同様の参照番号は、類似なものではあるが、おそらく同一ではない構成要素に対応している。簡潔にするために、前述の機能を有する参照番号又は特徴は、それらが現れる他の図面と関連させて記載されてもよく、記載されなくてもよい。

【図1】フローセルの一例の上面図である。

【図2A】電気化学的に再生可能な表面を有するフローセルの一例の、図１の線２Ａ－２Ａに沿った断面図である。

【図2B】電気化学的に再生可能な表面を有するフローセルの別の例の、図１の線２Ｂ－２Ｂに沿った断面図である。

【図2C】電気化学的に再生可能な表面を有するフローセルの更に別の例の、図１の線２Ｃ－２Ｃに沿った断面図である。

【図3A】可視光再生可能な表面を有するフローセルの一例の、図１の線３Ａ－３Ａに沿った断面図である。

【図3B】可視光再生可能な表面を有するフローセルの別の例の、図１の線３Ｂ－３Ｂに沿った断面図である。

【図4A】本明細書に開示されるフローセルの例に除去可能な表面化学を導入するために使用することができる複合体の異なる例を概略的に示す。

【図4B】本明細書に開示されるフローセルの例に除去可能な表面化学を導入するために使用することができる複合体の異なる例を概略的に示す。

【図4C】本明細書に開示されるフローセルの例に除去可能な表面化学を導入するために使用することができる複合体の異なる例を概略的に示す。

【図4D】本明細書に開示されるフローセルの例に除去可能な表面化学を導入するために使用することができる複合体の異なる例を概略的に示す。

【図4E】本明細書に開示されるフローセルの例に除去可能な表面化学を導入するために使用することができる複合体の異なる例を概略的に示す。

【図5】フローセル表面の電気化学的再生を含む、本明細書に開示される方法の一例を示す概略的なフロー図である。

【図6】フローセル表面の電気化学的再生を含む、本明細書に開示される方法の別の例を示す概略的なフロー図である。

【図7】フローセル表面の電気化学的再生を含む、本明細書に開示される方法の更に別の例を示す概略的なフロー図である。

【図8】フローセル表面の電気化学的再生を含む、本明細書に開示される方法の更に別の例を示す概略的なフロー図である。

【図9】フローセル表面の可視光再生を含む、本明細書に開示される方法の一例を示す概略的なフロー図である。

【図10】本明細書に開示される配列決定システムの概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0006】

本明細書では、複数回使用され得るフローセルが開示される。初期フローセル表面は、修飾されていないか、又は遷移金属錯体結合対の第１のメンバー（member）で修飾されている。核酸分析のための表面化学をフローセルに導入し、フローセル表面に付着させて、一時的に修飾された表面を生成する。所望の分析が行われた後、表面化学は、フローセルから除去可能である。表面化学の除去により、修飾されていないか又は修飾された初期表面が再生され、その後の核酸分析のための新しい表面化学を受け取るようにフローセル表面が準備される。

【0007】

フローセルの再利用性は、それが、消耗品セットの一部とは対照的に、シーケンシング機器の一部であることを可能にし得る。

【0008】

定義
本明細書で使用される用語は、別段の指定がない限り、関連する技術分野における通常の意味を取るものと理解されたい。本明細書で使用されるいくつかの用語及びそれらの意味は、以下に記載される。

【0009】

単数形「１つの（a）」、「１つの（an）」、及び「その（the）」は、文脈上明確に別段の指示がない限り、複数の指示対象を含む。

【0010】

含む（comprising）、含む（including）、含有する（containing）という用語、及びこれらの用語の様々な形態は、互いに同義であり、等しく広義であることを意味する。

【0011】

フローセル及び／又はフローセルの様々な構成要素を説明するために、本明細書では、上（top）、下（bottom）、下方（lower）、上方（upper）、上（on）などの用語が使用される。これらの方向を示す用語は、特定の配向を示すことを意味するものではなく、構成要素間の相対的な配向を指定するために使用されることを理解されたい。方向を示す用語の使用は、本明細書に開示される例を任意の特定の配向に制限すると解釈されるものではない。

【0012】

第１、第２などの用語はまた、特定の配向又は順序を示すことを意味するものではなく、むしろ１つの構成要素を別の構成要素から区別するために使用される。

【0013】

本明細書に提供される範囲は、そのような値又は部分範囲が明示的に列挙されているかのように、示される範囲及びその示される範囲内の任意の値又は部分範囲を含むことを理解されたい。例えば、約４００ｎｍ～約１μｍ（１０００ｎｍ）の範囲は、約４００ｎｍ～約１μｍの明示的に引用された制限を含むだけでなく、個別の値、例えば約７０８ｎｍ、約９４５．５ｎｍなど、及び部分範囲、例えば約４２５ｎｍ～約８２５ｎｍ、約５５０ｎｍ～約９４０ｎｍなどもまた含むと解釈されなければならない。更に、「約」及び／又は「実質的に」が値を説明するために使用される場合、これらは、記載した値の微小な変化（最大±１０％）を包含することを意味する。

【0014】

「アクリルアミド」は、構造

【0015】

【化1】

を有する官能基であり、式中、各Ｈは、代替的に、アルキル、アルキルアミノ、アルキルアミド、アルキルチオ、アリール、グリコール、及びそれらの任意選択で置換された別種であってもよい。

【0016】

本明細書で使用されるとき、「アルキル」は、完全に飽和している（すなわち、二重結合又は三重結合を含有しない）直鎖又は分岐鎖炭化水素鎖を指す。アルキル基は、１～２０個の炭素原子を有し得る。例示的なアルキル基としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、三級ブチル、ペンチル、ヘキシルなどが挙げられる。例として、表記「Ｃ１～Ｃ６アルキル」は、アルキル鎖に１～６個の炭素原子が存在すること、すなわち、アルキル鎖が、メチル、エチル、プロピル、イソ－プロピル、ｎ－ブチル、イソブチル、ｓｅｃ－ブチル、ｔ－ブチル、ペンチル、及びヘキシルからなる群から選択されることを示す。

【0017】

本明細書で使用されるとき、「アルキルアミノ」は、水素原子のうちの１つ以上がアミノ基で置換されているアルキル基を指し、アミノ基は、－ＮＲ_ａＲ_ｂ基を指し、Ｒ_ａ及びＲ_ｂは、それぞれ独立して、Ｃ１～Ｃ６アルキル、Ｃ２～Ｃ６アルケニル、Ｃ２～Ｃ６アルキニル、Ｃ３～Ｃ７炭素環、Ｃ６～Ｃ１０アリール、５～１０員ヘテロアリール、及び５～１０員複素環から選択される。

【0018】

本明細書で使用されるとき、「アルキルアミド」は、水素原子のうちの１つ以上が、Ｃ－アミド基又はＮ－アミド基で置換されているアルキル基を指す。「Ｃ－アミド」基は、「－Ｃ（＝Ｏ）Ｎ（Ｒ_ａＲ_ｂ）」基を指し、式中、Ｒ_ａ及びＲ_ｂは、独立して、アルキル、アルケニル、アルキニル、シクロアルキル、シクロアルケニル、シクロアルキニル、アリール、ヘテロアリール、ヘテロ脂環（heteroalicycle）、アラルキル、又は（ヘテロ脂環）アルキルからなる群から選択され得る。「Ｎ－アミド」基は、「ＲＣ（＝Ｏ）Ｎ（Ｒ_ａ）－」基を指し、式中、Ｒ及びＲ_ａは、独立して、アルキル、アルケニル、アルキニル、シクロアルキル、シクロアルケニル、シクロアルキニル、アリール、ヘテロアリール、ヘテロ脂環、アラルキル、又は（ヘテロ脂環）アルキルからなる群から選択され得る。任意のアルキルアミドは、置換されていてもよく、又は非置換であってもよい。

【0019】

本明細書で使用されるとき、「アルキルチオ」は、ＲＳ－を指し、式中、Ｒは、アルキルである。アルキルチオは、置換されていてもよく、又は非置換であってもよい。

【0020】

本明細書で使用されるとき、「アルケン」又は「アルケニル」は、１つ以上の二重結合を含有する直鎖又は分岐鎖炭化水素鎖を指す。アルケニル基は、２～２０個の炭素原子を有し得る。例示的なアルケニル基としては、エテニル、プロペニル、ブテニル、ペンテニル、ヘキセニルなどが挙げられる。

【0021】

本明細書で使用されるとき、「アルキン」又は「アルキニル」は、１つ以上の三重結合を含有する直鎖又は分岐鎖炭化水素鎖を指す。アルキニル基は、２～２０個の炭素原子を有し得る。

【0022】

本明細書で使用されるとき、「アラルキル」及び「アリール（アルキル）」は、低級アルキレン基を介して置換基として結合されたアリール基を指す。アラルキルの低級アルキレン基及びアリール基は、置換されていてもよく、又は非置換であってもよい。例としては、ベンジル、２－フェニルアルキル、３－フェニルアルキル、及びナフチルアルキルが挙げられるが、これらに限定されない。

【0023】

「アリール」という用語は、環骨格中に炭素のみを含有する芳香族環又は環系（すなわち、２つの隣接する炭素原子を共有する２つ以上の縮合環）を指す。アリールが環系である場合、系内の全ての環は芳香環である。アリール基は、６～１８個の炭素原子を有し得る。アリール基の例としては、フェニル、ナフチル、アズレニル、及びアントラセニルが挙げられる。任意のアリールは、環骨格中に、少なくとも１つのヘテロ原子、すなわち、炭素以外の元素（例えば、窒素、酸素、硫黄など）を有するヘテロアリールであってもよい。

【0024】

本明細書で使用されるとき、「付着した（attached）」という用語は、２つのものが、直接的又は間接的のいずれかで、互いに、接合、締結、接着、接続、又は結合されている状態を指す。例えば、核酸は、共有結合又は非共有結合によって官能化ポリマーに付着され得る。共有結合は、原子間の電子対の共有によって特徴付けられる。非共有結合は、電子対の共有を伴わない物理結合であり、例えば、水素結合、イオン結合、ファンデルワールス力、親水性相互作用、及び疎水性相互作用を挙げることができる。

【0025】

「アジド（azide）」又は「アジド（azido）」官能基は、－Ｎ_３を指す。

【0026】

本明細書で使用されるとき、「炭素環」は、環系骨格に炭素原子のみを含有する非芳香族環式環又は環系を意味する。炭素環が環系である場合、２つ以上の環が、縮合、架橋、又はスピロ結合方式で一緒に接合され得る。炭素環は、環系内の少なくとも１つの環が芳香族ではないことを条件として、任意の飽和度を有し得る。したがって、炭素環には、シクロアルキル、シクロアルケニル、及びシクロアルキニルが含まれる。炭素環基は、３～２０個の炭素原子を有し得る。炭素環式環の例としては、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘキセニル、２，３－ジヒドロ－インデン、ビシクロ［２．２．２］オクタニル、アダマンチル、及びスピロ［４．４］ノナニルが挙げられる。炭素環のいずれかは、環骨格に少なくとも１つのヘテロ原子を有する複素環であってもよい。

【0027】

本明細書で使用されるとき、「シクロアルキル」とは、完全に飽和した（二重又は三重結合がない）単環又は多環式炭化水素環系を指す。２つ以上の環から構成される場合、環は、縮合方式で一緒に接合され得る。シクロアルキル基は、環内に３～１０個の原子を含有し得る。いくつかの例では、シクロアルキル基は、環内に３～８個の原子を含有し得る。シクロアルキル基は、非置換であってもよく、又は置換されていてもよい。例示的なシクロアルキル基としては、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、及びシクロオクチルが挙げられる。

【0028】

本明細書で使用されるとき、「シクロアルケニル」又は「シクロアルケン」は、少なくとも１つの二重結合を有する炭素環式環又は環系を意味し、環系内の環は、いずれも芳香族ではない。例としては、シクロヘキセニル又はシクロヘキセン及びノルボルネニル又はノルボルネンが挙げられる。

【0029】

本明細書で使用されるとき、「シクロアルキニル」又は「シクロアルキン」は、少なくとも１つの三重結合を有する炭素環式環又は環系を意味し、環系内の環は、いずれも芳香族ではない。一例は、シクロオクチンである。別の例は、ビシクロノニンである。更に別の例は、ジベンゾシクロオクチン（dibenzocyclooctyne、ＤＢＣＯ）である。

【0030】

本明細書で使用されるとき、「堆積」という用語は、手作業であっても自動であってもよく、いくつかの場合では表面特性の修飾をもたらす、任意の好適な適用技術を指す。一般に、堆積は、蒸着技術、コーティング技術、グラフト技術などを使用して実行され得る。いくつかの特定の例としては、化学蒸着（chemical vapor deposition、ＣＶＤ）、スプレーコーティング（例えば、超音波スプレーコーティング）、スピンコーティング、ダンク又はディップコーティング、ドクターブレードコーティング、液滴分配（puddle dispensing）、フロースルーコーティング、エアロゾル印刷、スクリーン印刷、マイクロコンタクト印刷、インクジェット印刷などが挙げられる。

【0031】

本明細書で使用されるとき、「凹部」という用語は、基材又はパターン形成された材料の間隙領域によって少なくとも部分的に包囲される表面開口部を有する、基材又はパターン形成された材料における不連続の凹状の特徴を指す。凹部は、表面の開口部において、例として、円形、楕円形、正方形、多角形、星形（任意の数の頂点を有する）などの、様々な形状を取ることができる。表面と直交するように取られた凹部の断面は、湾曲形状、正方形、多角形、双曲線、円錐、角のある形状などであることができる。例として、凹部は、ウェル又は２つの相互接続されたウェルであり得る。凹部はまた、尾根、階段状の特徴など、より複雑な構造を有し得る。

【0032】

「各々」という用語は、項目の集合を参照して使用されるとき、集合内の個々の項目を識別することを意図しているが、必ずしも集合内の全ての項目を指すものではない。明示的な開示又は文脈がそうでないことを明確に指示する場合、例外が生じ得る。

【0033】

本明細書で使用されるとき、「フローセル」という用語は、少なくとも１つの修飾されていない表面又は遷移金属錯体結合対の第１のメンバーで修飾された少なくとも１つの表面と流体連通するフローチャネルを有する容器を意味することを意図している。修飾されていないか又は修飾された表面は、核酸分析中に使用される表面化学を付着させることができ、電気化学的に又は可視光への曝露時に表面化学を放出することができる。フローセルはまた、試薬をフローチャネルに送達するための入口と、試薬をフローチャネルから除去するための出口とを含む。フローセルは、表面化学を含む反応の検出を可能にする。例えば、フローセルは１つ以上の透明な表面を含むことができ、これにより、フローチャネル内で、アレイ、光学的に標識された分子などの光学的な検出が可能になる。

【0034】

本明細書で使用されるとき、「フローチャネル」又は「チャネル」は、液体サンプルを選択的に受容することができる、２つの結合された構成要素間に画定される領域であり得る。いくつかの例では、フローチャネルは、パターン形成されているか又はパターン形成されていない構造と蓋との間に画定され得る。他の例では、フローチャネルは、一緒に結合されている２つのパターン形成されているか又はパターン形成されていない構造の間に画定され得る。

【0035】

本明細書で使用されるとき、「ヘテロ脂環式」又は「ヘテロ脂環」は、３員、４員、５員、６員、７員、８員、９員、１０員、最大１８員の単環式、二環式、及び三環式環系を指し、炭素原子は、１～５個のヘテロ原子と一緒になってこの環系を構成する。ヘテロ脂環式環系は、しかしながら、完全に非局在化されたパイ電子系が全ての環全体にわたって起こらないような様式で位置する１つ以上の不飽和結合を、任意選択で含有してもよい。ヘテロ原子は、独立して、酸素、硫黄、及び窒素から選択される。ヘテロ脂環式環系は、その定義がラクタム、ラクトン、環状イミド、環状チオイミド、及び環状カルバメートなどのオキソ系及びチオ系を含めるように、１つ以上のカルボニル又はチオカルボニル官能基を更に含有してもよい。環は、縮合方式で一緒に接合されてもよい。更に、ヘテロ脂環式における任意の窒素を四級化してもよい。ヘテロ脂環又はヘテロ脂環式基は、非置換であってもよく、又は置換されていてもよい。このような「ヘテロ脂環式」又は「ヘテロ脂環」基の例としては、１，３－ジオキシン、１，３－ジオキサン、１，４－ジオキサン、１，２－ジオキソラン、１，３－ジオキソラン、１，４－ジオキソラン、１，３－オキサチアン、１，４－オキサチイン、１，３－オキサチオラン、１，３－ジチオール、１，３－ジチオラン、１，４－オキサチアン、テトラヒドロ－１，４－チアジン、２Ｈ－１，２－オキサジン、マレイミド、スクシンイミド、バルビツール酸、チオバルビツール酸、ジオキソピペラジン、ヒダントイン、ジヒドロウラシル、トリオキサン、ヘキサヒドロ－１，３，５－トリアジン、イミダゾリン、イミダゾリジン、イソオキサゾリン、イソオキサゾリジン、オキサゾリン、オキサゾリジン、オキサゾリジノン、チアゾリン、チアゾリジン、モルホリン、オキシラン、ピペリジンＮ－オキシド、ピペリジン、ピペラジン、ピロリジン、ピロリドン、ピロリジオン、４－ピペリドン、ピラゾリン、ピラゾリジン、２－オキソピロリジン、テトラヒドロピラン、４Ｈ－ピラン、テトラヒドロチオピラン、チアモルホリン、チアモルホリンスルホキシド、チアモルホリンスルホン、及びそれらのベンゾ縮合類似体（例えば、ベンズイミダゾリジノン、テトラヒドロキノリン、３，４－メチレンジオキシフェニル）が挙げられる。

【0036】

「（ヘテロ脂環式）アルキル」は、低級アルキレン基を介して置換基として結合された複素環式又はヘテロ脂環式基を指す。（ヘテロ脂環式）アルキルの低級アルキレン及び複素環、又は複素環は、置換されていてもよく、又は非置換であってもよい。例としては、テトラヒドロ－２Ｈ－ピラン－４－イル）メチル、（ピペリジン－４－イル）エチル、（ピペリジン－４－イル）プロピル、（テトラヒドロ－２Ｈ－チオピラン－４－イル）メチル、及び（１，３－チアジナン－４－イル）メチルが挙げられる。

【0037】

本明細書で使用されるとき、「ヒドロキシ」又は「ヒドロキシル」は、－ＯＨ基を指す。

【0038】

「グリコール」という用語は、末端基－（ＣＨ_２）_ｎＯＨを指し、式中、ｎは、２～１０の範囲である。特定の例として、グリコールは、エチレングリコール末端基－ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ、プロピレングリコール末端基－ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ、又はブチレングリコール末端基－ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨであり得る。

【0039】

本明細書で使用されるとき、「間隙領域」という用語は、凹部を分離する領域、例えば、基材、パターン形成された樹脂、又は他の支持体の領域を指す。例えば、間隙領域は、アレイの１つの凹部を、アレイの別の凹部から分離することができる。互いに分離された２つの凹部は、別個であってもよい、すなわち、互いとの物理的な接触が欠如していてもよい。多くの例では、間隙領域は、連続的であるが、凹部は、例えば、それ以外は連続的である表面に画定される複数の凹部の場合のように、不連続である。他の例では、間隙領域及び特徴部は、例えば、それぞれの間隙領域によって分離される複数のトレンチの場合のように、不連続である。間隙領域によって提供される分離は、部分的又は完全な分離であり得る。間隙領域は、表面に画定される凹部の表面材料とは異なる表面材料を有してもよい。例えば、凹部の表面は電極であってもよく、間隙領域は電気絶縁材料であってもよい。

【0040】

本明細書で使用されるとき、「ヌクレオチド」は、窒素含有複素環式塩基、糖、及び１つ以上のリン酸基を含む。ヌクレオチドは、核酸配列のモノマー単位である。リボ核酸ＲＮＡにおいて、糖はリボースであり、デオキシリボ核酸ＤＮＡにおいて、糖は、デオキシリボース、すなわち、リボースの２’位に存在するヒドロキシル基が欠如している糖である。窒素含有複素環式塩基（すなわち、核酸塩基）は、プリン塩基であってもピリミジン塩基であってもよい。プリン塩基としては、アデニン（Ａ）及びグアニン（Ｇ）、並びにそれらの修飾された誘導体又は類似体が挙げられる。ピリミジン塩基としては、シトシン（Ｃ）、チミン（Ｔ）、及びウラシル（Ｕ）、並びにそれらの修飾された誘導体又は類似体が挙げられる。デオキシリボースのＣ－１原子は、ピリミジンのＮ－１又はプリンのＮ－９に結合される。核酸類似体は、リン酸骨格、糖、又は核酸塩基のいずれかが変化していてもよい。核酸類似体の例としては、例えば、ペプチド核酸（peptide nucleic acid、ＰＮＡ）などのユニバーサル塩基又はリン酸－糖骨格類似体が挙げられる。

【0041】

いくつかの例では、「の上に（over）」という用語は、１つの構成要素又は材料が別の構成要素又は材料の上に直接位置付けられることを意味し得る。一方が他方の上に直接存在する場合、２つは互いに接触している。図２Ａにおいて、作用電極２４Ａは、基材２２Ａ上に直接位置し、かつ接触するように、基材２２Ａ上に適用される。同様に、図２Ａにおいて、作用電極２４Ｂは、基材２２Ｂ上に直接位置し、かつ接触するように、基材２２Ｂ上に適用される。

【0042】

他の例では、「の上に（over）」という用語は、１つの構成要素又は材料が別の構成要素又は材料上に間接的に位置付けられることを意味し得る。間接的にとは、ギャップ又は追加の構成要素又は材料が、２つの構成要素又は材料の間に位置付けられ得ることを意味する。図２Ａにおいて、パターン形成された絶縁層２６Ａは、基材２２Ａ上に、両者が間接的に接触するように位置付けられる。より具体的には、パターン形成された絶縁層２６Ａは、作用電極２４Ａが２つの構成要素２６Ａ、２２Ａの間に位置付けられるので、間接的に基材２２Ａ上にある。

【0043】

本明細書で使用するとき、「プライマー」という用語は、一本鎖核酸配列（例えば、一本鎖ＤＮＡ）として定義される。いくつかのプライマーは、鋳型増幅及びクラスター生成の開始点として機能するプライマーセットの一部である。本明細書において配列決定プライマーと称される他のプライマーは、ＤＮＡ合成の開始点として機能する。プライマーの５’末端は、直交するポリマーのうちの１つの官能基とのカップリング反応を可能にするように修飾され得る。プライマーの長さは、任意の数の塩基の長さであることができ、様々な天然に存在しないヌクレオチドを含むことができる。一例では、配列決定プライマーは、１０～６０塩基、又は２０～４０塩基の範囲の短鎖である。

【0044】

「基材」という用語は、フローセルの様々な構成要素（例えば、電極、遷移金属錯体結合対の第１のメンバーなど）がその上に追加され得る構造を指す。基材は、ウエハ、パネル、長方形シート、ダイ、又は任意の他の好適な構成であってもよい。基材は、概して剛性硬質であり、水性液体に不溶性である。基材は、単層構造又は多層構造（例えば、支持体及び支持体上のパターン形成された材料を含む）であってもよい。好適な基材の例は、本明細書で更に説明される。

【0045】

本明細書で使用されるとき、「テトラジン」及び「テトラジニル」という用語は、４つの窒素原子を含む６員のヘテロアリール基を指す。テトラジンは、任意選択的に置換され得る。

【0046】

「遷移金属錯体結合対」という用語は、互いに付着することができる２つの薬剤（そのうちの１つは遷移金属錯体である）を指す。

【0047】

「透明」という用語は、特定の波長又は波長範囲に対して透明である、例えば、基材、電極又は他の層の形態の材料を指す。例えば、材料は、核酸分析中に使用される励起及び発光波長に対して透明であり得る。発光波長は、核酸分析において使用される蛍光色素に依存し、したがって、使用される透明材料も部分的に蛍光色素に依存する。透明度は、透過率、すなわち、物体に入射する光エネルギーの物体を透過する光エネルギーに対する比を使用して定量化され得る。透明材料の透過率は、材料の厚さ及び光の波長に依存する。本明細書に開示される例では、材料の透過率は、０．２５（２５％）～１（１００％）の範囲であり得る。材料は、得られる基材、電極又は他の層が所望の透過率を可能にする限り、純粋な材料、いくらかの不純物を有する材料、又は材料の混合物であってもよい。追加的に、材料の透過率に応じて、光曝露の時間及び／又は光源の出力電力を増加又は減少させて、透明な材料を通して好適な線量の光エネルギーを送達して、所望の効果（例えば、蛍光標識を励起する）を達成することができる。

【0048】

フローセル
フローセル１０を図１に上面図で示す。フローセル１０は、互いに接合された２つのパターン形成された構造（例えば、図２Ａ及び図３Ａ参照）、互いに接合された２つのパターン形成されていない構造（例えば、図２Ｃ及び図３Ｂ参照）、又は蓋に接合された１つのパターン形成された若しくはパターン形成されていない構造（例えば、図２Ｂ参照）を含み得る。図１は、フローセル１０の上面図を示し、したがって、基材の表面又は蓋の表面を示す。基材又は蓋は、核酸分析中に使用される励起及び発光波長に対して透明である。

【0049】

２つのパターン形成された若しくはパターン形成されていない構造の間、又は１つのパターン形成された又はパターン形成されていない構造と蓋との間には、フローチャネル１２がある。図１に示される例は、８つのフローチャネル１２を含む。８つのフローチャネル１２が示されているが、任意の数のフローチャネル１２がフローセル１０に含まれ得る（例えば、単一のフローチャネル１２、４つのフローチャネル１２など）ことを理解されたい。各フローチャネル１２は、あるフローチャネル１２内に導入される流体が、隣接するフローチャネル１２内に流入しないように、別のフローチャネル１２から隔離され得る。フローチャネル１２に導入される流体のいくつかの例は、表面化学成分（例えば、ヒドロゲル、捕捉／増幅のためのプライマー、鋳型核酸鎖のクラスターをその上に有する粒子など）、洗浄溶液、デブロッキング剤などを導入し得る。

【0050】

フローチャネル１２は、任意の望ましい形状を有することができる。一例では、フローチャネル１２は、実質的に長方形の構成を有する。フローチャネル１２の長さは、パターン形成された構造又はパターン形成されていない構造がその上に形成される基材のサイズに部分的に依存する。フローチャネル１２の幅は、パターン形成された構造又はパターン形成されていない構造がその上に形成される基材のサイズ、フローチャネル１２の所望の数、隣接するチャネル１２間の所望の空間、及びパターン形成された構造又はパターン形成されていない構造の周囲における所望の空間に部分的に依存する。

【0051】

フローチャネル１２の深さは、マイクロコンタクト、エアロゾル、又はインクジェット印刷を使用して、パターン形成された若しくはパターン形成されていない構造、又はパターン形成された若しくはパターン形成されていない構造及び蓋を取り付ける別個の材料（例えば、スペーサ層２０）を堆積させる場合、単層厚さ程度に小さくすることができる。他の例として、フローチャネル１２の深さは、約１μｍ、約１０μｍ、約５０μｍ、約１００μｍ、又はそれ以上であり得る。一例では、深さは、約１０μｍ～約１００μｍの範囲であり得る。別の例では、深さは、約１０μｍ～約３０μｍの範囲であり得る。更に別の例では、深さは、約５μｍ以下である。フローチャネル１２の深さは、上で指定した値よりも大きくてもよく、それよりも小さくてもよく、又はそれらの間であってもよいことを理解されたい。

【0052】

各フローチャネル１２は、入口１４及び出口１６と流体連通している。図１に示すように、各フローチャネル１２の入口１４及び出口１６は、フローセル１２の対向する端部に位置付けられる。それぞれのフローチャネル１２の入口１４及び出口１６は、望ましい流体の流れを可能にするフローチャネル１２の長さ及び幅に沿った任意の場所に位置付けられてもよい。

【0053】

入口１４は、流体がフローチャネル１２内に導入されることを可能にし、出口１６は、流体がフローチャネル１２から抽出されることを可能にする。入口１４及び出口１６の各々は、流体の導入及び排出を制御する流体制御システム（例えば、リザーバ、ポンプ、バルブ、廃棄物容器などを含む）に流体接続される。

【0054】

図２Ａ～図２Ｃ、図３Ａ及び図３Ｂは、フローチャネル１２内の構造の異なる例を示す。

【0055】

電気化学的に再生可能なフローセル
フローチャネル１２内の構造（architecture）のいくつかは、フローセル表面の電気化学的再生のために設計される。様々な例を図２Ａ～図２Ｃに示す。

【0056】

ここで図２Ａを参照すると、フローチャネル１２内の構造の一例は、互いに取り付けられた２つのパターン形成された構造１８Ａ、１８Ｂを含む。フローチャネル１２は、２つのパターン形成された構造１８Ａ、１８Ｂの間に形成される。別の例（図示せず）では、パターン形成された構造１８Ａは、（図２Ｂに示される例と同様に）蓋に取り付けられてもよい。この他の例では、フローチャネル１２は、パターン形成された構造１８Ａと蓋との間に形成される。

【0057】

パターン形成された構造１８Ａ、１８Ｂ（又はパターン形成された構造１８Ａ及び蓋）は、スペーサ層２０を介して互いに取り付けられてもよい。スペーサ層２０は、パターン形成された構造１８Ａ、１８Ｂの部分を一緒に封止するか、又はパターン形成された構造１８Ａ及び蓋の部分を封止する任意の材料であってもよい。例として、スペーサ層２０は、接着剤、接合を助ける放射線吸収材料などであってもよい。いくつかの例では、スペーサ層２０は、放射線吸収材料、例えば、ＫＡＰＴＯＮ（登録商標）ブラックである。パターン形成された構造１８Ａ、１８Ｂ、又はパターン形成された構造１８Ａ及び蓋は、レーザ接合、拡散接合、陽極接合、共晶接合、プラズマ活性化接合、ガラスフリット接合、又は当該技術分野で公知の他の方法などの任意の好適な技術を使用して接合することができる。

【0058】

パターン形成された構造１８Ａ、１８Ｂの各々は、基材２２Ａ、２２Ｂと、作用電極２４Ａ、２４Ｂと、作用電極２４Ａ、２４Ｂの上に位置付けられたパターン形成された絶縁材料２６Ａ、２６Ｂとを含む。パターン形成された絶縁材料２６Ａ、２６Ｂは、間隙領域３０Ａ、３０Ｂによって分離された凹部２８Ａ、２８Ｂを画定する。この例では、作用電極２４Ａ、２４Ｂの表面３２Ａ、３２Ｂは、凹部２８Ａ、２８Ｂの各々で露出している。

【0059】

この例では、各基材２２Ａ、２２Ｂは単層構造である。各基材２２Ａ、２２Ｂは電気絶縁性であり、いくつかの例では、核酸分析中に使用される励起及び発光波長に対して透明である。例えば、パターン形成された構造１８Ａ、１８Ｂが互いに取り付けられる場合、基材２２Ａ、２２Ｂは電気絶縁性で透明である。代替的に、パターン形成された構造１８Ａが蓋に取り付けられる場合、基材２２Ａは電気絶縁性であるが、蓋は核酸分析中に使用される励起及び発光波長に対して透明であるので、透明であってもなくてもよい。電気絶縁性で透明な基材材料の例としては、エポキシ、シロキサン、ガラス、修飾又は官能化されたガラス、プラスチック（アクリル、ポリスチレン及びスチレンと他の材料とのコポリマーを含む）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、いくつかのポリアミド、シリカ又は酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、溶融シリカ、シリカ系材料、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）又は他の酸化タンタル（ＴａＯ_ｘ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）、無機ガラスなどが挙げられる。

【0060】

各基材２２Ａ、２２Ｂの形態は、ウエハ、パネル、矩形シート、ダイ、又は任意の他の好適な構成であり得る。一例では、各基材２２Ａ、２２Ｂは、約２ｍｍ～約３００ｍｍの範囲の直径を有する円形ウエハ又はパネルであり得る。より具体的な例としては、各基材２２Ａ、２２Ｂは、約２００ｍｍ～約３００ｍｍの範囲の直径を有するウエハである。別の例では、各基材２２Ａ、２２Ｂは、最大約１０フィート（約３メートル）の最大寸法を有する矩形シート又はパネルであり得る。このタイプの大きな基材２２Ａ、２２Ｂは、フローセル１０で使用するためにいくつかのより小さな基材に分割することができる。具体的な例としては、各基材２２Ａ、２２Ｂは、約０．１ｍｍ～約１０ｍｍの範囲の幅を有する矩形のダイである。例示的な寸法を示しているが、任意の好適な寸法を有する基材２２Ａ、２２Ｂを使用してもよいことを理解されたい。

【0061】

図２Ａにおいて、入口１４及び出口１６は、フローチャネル１２の対向する側に示されている。この位置決めは、入口１４及び出口１６がフローチャネル１２の対向する端部にある図１に示されるものとは異なる。したがって、図２Ａの断面図は、図１には示されていない変形例を含む。本明細書に記載されるように、入口１４及び出口１６は、望ましい流体の流れを可能にするフローチャネル１２の長さ及び幅に沿った任意の場所に位置付けられてもよい。

【0062】

図２Ａの入口１４及び出口１６の図は、入口１４及び出口１６が基材２２Ａ、２２Ｂのうちの１つを通してどのように形成され得るかの理解を容易にするために含まれる。入口１４及び出口１６は、フローチャネル１２を入口フルイディクス３６（例えば、チューブ、流体ライン、試薬リザーバなど）及び出口フルイディクス３８（例えば、チューブ、流体ライン、廃棄物容器など）に接続するそれぞれの貫通孔である。入口１４及び出口１６は、同じ基材２２Ａ若しくは２２Ｂに形成されてもよく、又は対向する基材に形成されてもよい（例えば、入口１４が基材２２Ａに形成され、出口１６が基材２２Ｂに形成される）。

【0063】

図２Ａの構造では、作用電極２４Ａ、２４Ｂはそれぞれ基材２２Ａ、２２Ｂ上に位置付けられる。各作用電極２４Ａ、２４Ｂは、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、塩化銀（ＡｇＣｌ）、白金（Ｐｔ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、炭素（例えば、グラフェン、カーボンナノチューブシート）、導電性ポリマー（例えば、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリピロール（ＰＰｙ）、ポリアニリン（ＰＡＮＩ））などの任意の好適な電極材料を含み得る。パターン形成された構造１８Ａ、１８Ｂが互いに取り付けられる場合、作用電極２４Ａ、２４Ｂは、核酸分析中に使用される励起及び発光波長に対して透明であるべきである。透明材料の例としては、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、グラフェン、導電性ポリマー、超薄金属層（例えば、１０ｎｍ以下の厚さ）などが挙げられる。パターン形成された構造１８Ａが蓋に取り付けられる場合、蓋は核酸分析中に使用される励起及び発光波長に対して透明であるため、電極２４Ａは透明であってもなくてもよい。

【0064】

電極２４Ａ、２４Ｂは、任意の好適な厚さを有し得る。例として、各電極２４Ａ、２４Ｂの厚さは、１０ｎｍ以下（例えば、透明性が所望される場合）又は５０ｎｍ以上（例えば、２００ｎｍ、５００ｎｍ、１μｍ、２５μｍなど）であってもよい。より厚い電極２４Ａ、２４Ｂは、より機械的に堅牢であり、化学的安定性を示すことができる。再生プロセスが電極表面の剥離を伴う場合、電極２４Ａ、２４Ｂは各々少なくとも５０μｍの厚さを有する。

【0065】

図２Ａの例では、各電極２４Ａ、２４Ｂはパターン形成されておらず、したがって、それぞれの基材２２Ａ、２２Ｂ上の連続層である。電極２４Ａ、２４Ｂは、好適な堆積技術（例えば、スパッタリング）を使用して基材１２上に堆積されてもよく、又は、例えば接着剤を使用して基材２２Ａ、２２Ｂに取り付けられる予め形成されたシートであってもよい。

【0066】

図２Ａの構造では、各パターン形成された絶縁材料２６Ａ、２６Ｂは、作用電極２４Ａ、２４Ｂの上に位置付けられる。各パターン形成された絶縁材料２６Ａ、２６Ｂは、間隙領域３０Ａ、３０Ｂによって分離された凹部２８Ａ、２８Ｂを画定する。

【0067】

凹部２８Ａ、２８Ｂ及び間隙領域３０Ａ、３０Ｂを形成するために選択的に堆積、又は堆積及びパターン形成することができる任意の電気絶縁材料を、パターン形成された絶縁材料２６Ａ、２６Ｂに使用できることを理解されたい。

【0068】

一例では、パターン形成された絶縁材料２６Ａ、２６Ｂは無機酸化物である。無機酸化物は、蒸着、エアロゾル印刷、又はインクジェット印刷を介して作用電極２４Ａ、２４Ｂに選択的に適用され得る。好適な無機酸化物の例としては、酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化ハフニウムなどが挙げられる。

【0069】

別の例では、パターン形成された絶縁材料２６Ａ、２６Ｂは樹脂である。樹脂は、作用電極２４Ａ、２４Ｂに適用され、次いでパターン形成されてもよい。好適な堆積技術としては、化学蒸着、ディップコーティング、ダンクコーティング（dunk coating）、スピンコーティング、スプレーコーティング、パドルディスペンシング、超音波スプレーコーティング、ドクターブレードコーティング、エアロゾル印刷、スクリーン印刷、マイクロコンタクト印刷などが挙げられる。好適なパターン形成技術としては、フォトリソグラフィ、ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）、スタンピング技術、エンボス加工技術、成形技術、マイクロエッチング技術、印刷技術などが挙げられる。

【0070】

好適な樹脂のいくつかの例としては、多面体オリゴマーシルセスキオキサン系樹脂（例えば、ＨｙｂｒｉｄＰｌａｓｔｉｃｓからのＰＯＳＳ（登録商標））、非多面体オリゴマーシルセスキオキサンエポキシ樹脂、ポリ（エチレングリコール）樹脂、ポリエーテル樹脂（例えば、開環エポキシ）、アクリル樹脂、アクリレート樹脂、メタクリレート樹脂、非晶質フルオロポリマー樹脂（例えば、ＢｅｌｌｅｘからのＣＹＴＯＰ（登録商標））、及びそれらの組み合わせが挙げられる。

【0071】

本明細書で使用されるとき、「多面体オリゴマーシルセスキオキサン」という用語は、シリカ（ＳｉＯ_２）とシリコーン（Ｒ_２ＳｉＯ）との間のハイブリッド中間体（例えば、ＲＳｉＯ_１．５）である化学組成物を指す。多面体オリゴマーシルセスキオキサンの一例は、Ｋｅｈａｇｉａｓｅｔａｌ．，ＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ８６（２００９），ｐｐ．７７６－７７８に記載されているものであり得、これは、参照によりその全体が組み込まれる。一例では、組成物は、化学式［ＲＳｉＯ_３／２］_ｎを有する有機シリコン化合物であり、Ｒ基は同じであっても異なってもよい。多面体オリゴマーシルセスキオキサンの例示的なＲ基としては、エポキシ、アジド（azide）／アジド（azido）、チオール、ポリ（エチレングリコール）、ノルボルネン、テトラジン、アクリレート、及び／若しくはメタクリレート、又は、更に、例えば、アルキル、アリール、アルコキシ、及び／若しくはハロアルキル基を含む。多面体オリゴマーシルセスキオキサン樹脂の例としては、モノマー単位として１つ以上の異なるケージ又はコア構造を挙げることができる。

【0072】

上述したように、パターン形成された絶縁材料２６Ａ、２６Ｂは、凹部２８Ａ、２８Ｂを画定する。規則的、反復的、及び非規則的なパターンを含む、凹部２８Ａ、２８Ｂの多くの異なるレイアウトが想定され得る。一例では、凹部２８Ａ、２８Ｂは、密に充填して密度を向上させるために六角形の格子状に配置される。他のレイアウトは、例えば、長方形のレイアウト、三角形のレイアウトなどを含んでもよい。いくつかの例では、レイアウト又はパターンは、行及び列をなしているｘ－ｙフォーマットであり得る。他のいくつかの例では、レイアウト又はパターンは、凹部２８Ａ、２８Ｂ及び／又は間隙領域３０Ａ、３０Ｂの繰り返し配置であり得る。更に他の例では、レイアウト又はパターンは、凹部２８Ａ、２８Ｂ及び／又は間隙領域３０Ａ、３０Ｂのランダムな配置であり得る。

【0073】

レイアウト又はパターンは、画定された領域内の凹部２８Ａ、２８Ｂの密度（数）に関して特徴付けることができる。例えば、凹部２８Ａ、２８Ｂは、１ｍｍ^２当たりおよそ２００万の密度で存在し得る。例えば、１ｍｍ^２当たり約１００、１ｍｍ^２当たり約１，０００、１ｍｍ^２当たり約１０万、１ｍｍ^２当たり約１００万、１ｍｍ^２当たり約２００万、１ｍｍ^２当たり約５００万、１ｍｍ^２当たり約１０００万、１ｍｍ^２当たり約５０００万、又はそれ以上若しくはそれ以下の密度を含む、異なる密度に調整され得る。密度は、上記の範囲から選択される、下限値のうちの１つと上限値のうちの１つとの間であり得、又は他の密度（所与の範囲外）が使用され得ることを更に理解されたい。例として、高密度アレイは、約１００ｎｍ未満で分離された凹部２８Ａ、２８Ｂを有するものとして特徴付けられ得、中密度アレイは、約４００ｎｍ～約１μｍで分離された凹部２８Ａ、２８Ｂを有するものとして特徴付けられ得、低密度アレイは、約１μｍを超えて分離された凹部２８Ａ、２８Ｂを有するものとして特徴付けられ得る。

【0074】

凹部２８Ａ、２８Ｂのレイアウト若しくはパターンは、平均ピッチ、又は１つの凹部２８Ａ、２８Ｂの中心から隣接する凹部２８Ａ、２８Ｂの中心までの間隔（中心間間隔）、又は１つの凹部２８Ａ、２８Ｂの右縁部から隣接する凹部２８Ａ、２８Ｂの左縁部までの間隔（縁部間間隔）に関して、更に若しくは代替的に特徴付けられてもよい。パターンは、平均ピッチ周辺の変動係数が小さくなるように規則的である場合もあれば、パターンが不規則である場合もあり、その場合、変動係数は比較的大きくなる可能性がある。いずれの場合も、平均ピッチは、例えば、約５０ｎｍ、約０．１μｍ、約０．５μｍ、約１μｍ、約５μｍ、約１０μｍ、又は約１００μｍであってもよい。特定のパターンの平均ピッチは、上記の範囲から選択される、低い方の値のうちの１つと高い方の値のうちの１つとの間であり得る。一例では、凹部２８Ａ、２８Ｂは、約１．５μｍのピッチ（中心間間隔）を有する。平均ピッチ値の例を提供してきたが、他の平均ピッチ値も使用され得ることを理解されたい。

【0075】

各凹部２８Ａ、２８Ｂのサイズは、その容積、開口面積、深さ、及び／又は直径によって特徴付けられ得る。例えば、容積は、約１×１０^－３μｍ^３～約１００μｍ^３の範囲に及び、例えば、約１×１０^－２μｍ^３、約０．１μｍ^３、約１μｍ^３、約１０μｍ^３、又はそれ以上若しくはそれ以下であり得る。別の例では、開口部面積は、約１×１０^－３μｍ^２～約１００μｍ^２の範囲に及び、例えば、約１×１０^－２μｍ^２、約０．１μｍ^２、約１μｍ^２、少なくとも約１０μｍ^２、又はそれ以上若しくはそれ以下であり得る。更に別の例では、深さは、約０．１μｍ～約１００μｍの範囲に及び、例えば、約０．５μｍ、約１μｍ、約１０μｍ、又はそれ以上若しくはそれ以下であり得る。更に別の例では、直径又は長さ及び幅は、約０．１μｍ～約１００μｍの範囲に及び、例えば、約０．５μｍ、約１μｍ、約１０μｍ、又はそれ以上若しくはそれ以下であり得る。

【0076】

図２Ａの構造では、各作用電極２４Ａ、２４Ｂの表面３２Ａ、３２Ｂは、それぞれの凹部２８Ａ、２８Ｂの各々で露出される。

【0077】

いくつかの例では、露出した作用電極表面３２Ａ、３２Ｂは修飾されていない。「修飾されていない」とは、電極材料が官能化されていないか、あるいは非ネイティブな表面基を付加するような処理が施されていないことを意味する。露出した作用電極表面３２Ａ、３２Ｂが修飾されていない場合、参照番号３４Ａ、３４Ｂで破線で示される部分は、パターン形成された構造１８Ａ、１８Ｂに存在しないことを理解されたい。これらの例では、作用電極表面３２Ａ、３２Ｂにおけるネイティブな官能基は、所望の表面化学を含むか、又は所望の表面化学に付着することができる複合体の連結部分に付着することができる。

【0078】

他の例では、露出した作用電極表面３２Ａ、３２Ｂは、遷移金属錯体結合対の一方のメンバー３４Ａ、３４Ｂで修飾される。遷移金属錯体結合対は、遷移金属錯体と、遷移金属錯体に結合することができる別の実体（例えば、追加の配位子）とを含む。遷移金属錯体は、中心原子又はイオン（通常は金属性である）、及び結合分子又はイオンの周囲配列（配位子として知られる）を含む。

【0079】

遷移金属錯体は、それらの配位圏を変化させることができ、酸化の程度に基づいて収容され得る配位子の数が変化する。図２Ａに示される例では使用される遷移金属錯体は、作用電極２４Ａ、２４Ｂを使用して生成される電界に応答して可逆的に酸化及び還元され得る。したがって、遷移金属錯体結合対のこの例は、電気化学的に応答性の遷移金属錯体結合対と称され得る。

【0080】

いくつかの場合では、遷移金属錯体は、露出した作用電極表面３２Ａ、３２Ｂに結合したメンバー３４Ａ、３４Ｂであり、配位子は、表面化学の一部として導入される。一例として、電気化学的に応答性の遷移金属錯体結合対は、フェロセニル－ポリ（プロピレンイミン）デンドリマー（遷移金属錯体）及びβ－シクロデキストリン（配位子）を含み、フェロセニル－ポリ（プロピレンイミン）デンドリマーは、露出した作用電極表面３２Ａ、３２Ｂに結合したメンバー３４Ａ、３４Ｂである。他の例では、配位子は、露出した作用電極表面３２Ａ、３２Ｂに結合したメンバー３４Ａ、３４Ｂであり、遷移金属錯体は、表面化学の一部として導入される。一例として、電気化学的に応答性の遷移金属錯体結合対は、亜鉛ポルフィリン複合体（遷移金属錯体）及びピリジン（配位子）を含み、ピリジンは、露出した作用電極表面３２Ａ、３２Ｂに結合したメンバー３４Ａ、３４Ｂである。

【0081】

露出した作用電極表面３２Ａ、３２Ｂへのメンバー３４Ａ、３４Ｂの付着は、共有結合又は非共有結合を含んでもよい。一例として、ピリジンジアゾニウム又は他の好適な化学的に官能化されたピリジンは、炭素系電極、酸化インジウムスズ電極、白金電極、パラジウム電極、又は金電極の表面基に結合することができる。別の例として、フェロセニル－ポリ（プロピレンイミン）デンドリマーは、チオール、チオレート、アミン、ブロモ、又はヨードリンカーを介して金電極に付着することができる。フェロセニル－ポリ（プロピレンイミン）デンドリマーのイミンはまた、任意の求核性作用電極表面３２Ａ、３２Ｂと反応してもよい。更に、ＩＴＯ作用電極は、メンバー３４Ａ、３４Ｂと反応することができる官能基を有する任意のトリメトキシ、トリエトキシ、又はクロロオルガノシランでコーティングすることができる。一例は、アミノプロピルトリメトキシシラン（ＡＰＴＥＳ）であるが、アミンは、カルボン酸、チオール、アルデヒド、アクリレートなどで置き換えることができる。更に別の例として、ピリジンは、シランリンカーを介して酸化インジウムスズ電極に付着させることができる。特定の例として、作用電極表面３２Ａ、３２Ｂは、第１のメンバー３４Ａ、３４Ｂ及びシランリンカーを含む２－（トリメトキシシリルエチル）ピリジンでコーティングされる。非共有結合（例えば、ビオチン－ストレプトアビジン）を、非共有結合対のいずれのメンバーも、使用される遷移金属錯体の配位子として作用することができない限り、使用することができる。

【0082】

図２Ａの構造では、作用電極２４Ａ、２４Ｂは、対電極４０に電気的に接続される。対電極４０は、作用電極２４Ａ、２４Ｂの露出表面３２Ａ、３２Ｂが流体と接触するのと同時に、（フローチャネル１２に導入された）流体と接触することを可能にする任意の位置にあってもよい。流体は、それぞれの作用電極２４Ａ、２４Ｂを対電極４０にブリッジする。図２Ａに示される例では、対電極４０は、入口フルイディクス３６と流体接触して位置付けられる。例えば、対電極４０は、流体入口１４に動作可能に接続された流体ラインに組み込まれる。この例では、流体はフローチャネル１２を満たし、対電極４０を含む流体ライン内に延びる。他の例では、対電極４０は、それぞれの作用電極２４Ａ、２４Ｂから物理的に分離されるように、基材２２Ａ、２２Ｂのうちの１つの上に位置付けられてもよい。

【0083】

図２Ａに示される例では、単一の対電極４０が、作用電極２４Ａ、２４Ｂの両方に電気的に接続される。この例では、対電極４０と作用電極の一方、例えば２４Ａとの間にバイアスを印加して、露出表面３２Ａにおいて表面化学を付着又は脱着させることができ、次いで、対電極４０と作用電極の他方、例えば２４Ｂとの間にバイアスを印加して、露出表面３２Ｂにおいて表面化学を付着又は剥離させることができる。他の例では、それぞれの対電極は、作用電極２４Ａ、２４Ｂの各々に個別に電気的に取り付けられてもよい。

【0084】

本明細書に開示される表面化学のいくつかは、電気トリガなしで付着され得ることを理解されたい。例えば、金属配位化学又は他の非電気的に誘起された反応を利用する表面化学は、電気的バイアスなしで反応し、次いで、電気的バイアスは、脱離、分解、解離など（例えば、酸化又は還元を介して）を引き起こすために使用される。

【0085】

対電極４０に好適な材料の例としては、白金、銀、金、真鍮、導電性炭素材料（例えば、グラファイト）、銅、チタン、パラジウム、ルテニウム、銀／塩化銀、導電性有機材料などが挙げられる。

【0086】

作用電極２４Ａ、２４Ｂ及び対電極４０は、所望の電気バイアスを選択的に印加するように動作可能なコントローラ（図示せず）に電気的に接続される。コントローラは、（電流及び電圧レベルを読み取るための）ポテンショスタットを含んでもよい。

【0087】

図２Ａに示されるパターン形成された構造１８Ａ、１８Ｂのいくつかの例は、第２の作用電極４２Ａ、４２Ｂを含む。第２の作用電極４２Ａ、４２Ｂは、パターン形成された絶縁材料２６Ａ、２６Ｂの上にそれぞれ位置付けられ、したがって、作用電極２４Ａ、２４Ｂから物理的に隔離される。

【0088】

第２の作用電極４２Ａ、４２Ｂは、作用電極２４Ａ、２４Ｂについて本明細書に記載される材料のいずれかであってもよい。第２の作用電極４２Ａ、４２Ｂは、それぞれの間隙領域３０Ａ、３０Ｂに適用され、露出表面３２Ａ、３２Ｂには適用されない。第２の作用電極４２Ａ、４２Ｂは、選択的堆積プロセスを使用して堆積されてもよく、又はそれらは、例えば接着剤を使用して、それぞれの間隙領域３０Ａ、３０Ｂに取り付けられる予め形成されたパターン形成シートであってもよい。

【0089】

図２Ａに示される例では、対電極４０はまた、第２の作用電極４２Ａ，４２Ｂの両方に電気的に接続される。この例では、対電極４０と作用電極の一方、例えば２４Ａとの間、及び対電極４０と第２の作用電極の対応する一方、例えば４２Ａとの間に、それぞれのバイアスを同時に印加することができる。例えば、作用電極、例えば２４Ａに印加される吸着バイアスは、露出表面３２Ａで表面化学の付着を開始し、一方、第２の作用電極４２Ａに同時に印加される反対のバイアス（脱離バイアス）は、間隙物質（interstitials）３０Ａを清浄に保つために表面化学を反発させる。同様に、それぞれのバイアスは、対電極４０と作用電極の他方、例えば２４Ｂとの間、及び対電極４０と第２の作用電極の対応する一方、例えば４２Ｂとの間に同時に印加することができる。作用電極、例えば２４Ｂに印加される吸着バイアスは、露出表面３２Ｂにおける表面化学の付着を開始し、一方、第２の作用電極４２Ｂに同時に印加される反対のバイアス（脱離バイアス）は、間隙物質３０Ｂを清浄に保つために表面化学を反発させる。表面化学による作用電極２４Ａ、２４Ｂの官能化の間に第２の作用電極４２Ａ、４２Ｂに脱離電圧バイアスを印加することは、間隙領域３０Ａ、３０Ｂが表面化学を含まないままであることを保証するのに役立つ。電極表面３２Ａ、３２Ｂからの表面化学の脱着又は脱離中に、同じ又は同様の脱離バイアスを作用電極２４Ａ、２４Ｂ及び第２の作用電極４２Ａ、４２Ｂに印加することもできる。

【0090】

したがって、図２Ａの例のうちのいくつかでは、フローセルは、基材２２Ａ、２２Ｂ；基材２２Ａ、２２Ｂの上に位置付けられた第１の作用電極２４Ａ、２４Ｂ；第１の作用電極２４Ａ、２４Ｂの上に位置付けられたパターン形成された絶縁材料２６Ａ、２６Ｂであって、パターン形成された絶縁材料２６Ａ、２６Ｂは、間隙領域３０Ａ、３０Ｂによって分離された凹部２８Ａ、２８Ｂを画定し、第１の作用電極２４Ａ、２４Ｂの表面３２Ａ、３２Ｂは、凹部２８Ａ、２８Ｂの各々で露出され、表面３２Ａ、３２Ｂは、修飾されていないか、又は遷移金属錯体結合対の第１のメンバー３４Ａ、３４Ｂで修飾されている、パターン形成された絶縁材料２６Ａ、２６Ｂ；間隙領域３０Ａ、３０Ｂの上に位置付けられた第２の作用電極４２Ａ、４２Ｂ；第１の作用電極２４Ａ，２４Ｂ及び第２の作用電極４２Ａ，４２Ｂの各々に電気的に接続された対電極４０；第１の作用電極２４Ａ、２４Ｂの表面３２Ａ、３２Ｂ及び第２の作用電極４２Ａ、４２Ｂと流体連通するフローチャネル１２；第１の作用電極２４Ａ、２４Ｂ、第２の作用電極４２Ａ、４２Ｂ、及び対電極４０に電気的に接続されたコントローラを含む。

【0091】

ここで図２Ｂを参照すると、フローチャネル１２内の構造の別の例は、蓋４４に取り付けられた１つのパターン形成された構造１８Ｃを含む。この例では、フローチャネル１２は、パターン形成された構造１８Ｃと蓋４４との間に形成される。別の例（図示せず）では、（図２Ａに示される例と同様に）２つのパターン形成された構造１８Ｃが互いに取り付けられてもよい。この他の例では、フローチャネル１２は、２つのパターン形成された構造１８Ｃの間に形成される。

【0092】

蓋４４は、パターン形成された構造１８Ｃに向けられる励起光に対して透明な任意の材料であってもよい。例として、蓋４４は、ガラス（例えば、ホウケイ酸、溶融シリカなど）、プラスチックなどであり得る。好適なホウケイ酸ガラスの市販の例は、ＳｃｈｏｔｔＮｏｒｔｈＡｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．から入手可能なＤ２６３（登録商標）である。好適なプラスチック材料、すなわち、シクロオレフィンポリマーの市販の例は、ＺｅｏｎＣｈｅｍｉｃａｌｓＬ．Ｐ．から入手可能なＺＥＯＮＯＲ（登録商標）製品である。

【0093】

蓋４４は、スペーサ層２０を介してパターン形成された構造１８Ｃに取り付けることができる。スペーサ層２０は、本明細書に記載される材料のいずれかであってもよい。パターン形成された構造１８Ｃ及び蓋は、レーザ結合、拡散結合、陽極結合、共晶結合、プラズマ活性化結合、ガラスフリット結合、又は当該技術分野で知られている他の方法などの任意の好適な技術を使用して結合することができる。この例では、透明な蓋４４は、基材２２Ｄに接続され、フローチャネル１２の表面を形成する。

【0094】

図２Ｂに示す構造では、パターン形成された構造１８Ｃは、基材２２Ｃと、基材２２Ｃ上にパターン形成されて間隙領域３０Ｃによって分離された凹部２８Ｃを画定する作用電極２４Ｃであって、作用電極２４Ｃの表面３２Ｃが凹部２８Ｃの各々で露出されている作用電極２４Ｃと、間隙領域３０Ｃ上に位置付けられたパターン形成された絶縁材料２６Ｃとを含む。

【0095】

この例では、基材２２Ｃは単層構造である。基材２２Ｃは電気絶縁性であり、蓋４４が透明であるため、透明であってもなくてもよい。基材２２Ａ、２２Ｂについて本明細書に記載される例のいずれも、基材２２Ｃに使用することができる。基材２２Ｃの他の好適な例としては、ポリプロピレン、ポリウレタン、環状オレフィン／シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）（例えば、ＺｅｏｎからのＺＥＯＮＯＲ（登録商標）、ポリイミドなど）、セラミック／セラミック酸化物、ケイ酸アルミニウム、シリコン、及び窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）が挙げられる。２つのパターン形成された構造１８Ｃが互いに取り付けられる場合、基材２２Ｃは電気絶縁性で透明である。基材２２Ｃの形態は、本明細書に開示される例のいずれであってもよい。

【0096】

図２Ｂにおいて、入口１４及び出口１６は、フローチャネル１２の対向する側に示されている。この位置決めは、入口１４及び出口１６がフローチャネル１２の対向する端部にある図１に示されるものとは異なる。したがって、図２Ｂの断面図は、図１には示されていない変形例を含む。本明細書に記載されるように、入口１４及び出口１６は、望ましい流体の流れを可能にするフローチャネル１２の長さ及び幅に沿った任意の場所に位置付けられてもよい。

【0097】

図２Ｂの入口１４及び出口１６の図は、入口１４及び出口１６が蓋４４を通してどのように形成され得るかの理解を容易にするために含まれる。入口１４及び出口１６は、フローチャネル１２を入口フルイディクス３６（例えば、チューブ、流体ライン、試薬リザーバなど）及び出口フルイディクス３８（例えば、チューブ、流体ライン、廃棄物容器など）に接続するそれぞれの貫通孔である。入口１４及び出口１６は、両方とも蓋４４又は基材２２Ｃに形成されてもよく、あるいは一方（例えば、入口１４）が蓋４４に形成され、他方（例えば、出口１６）が基材２２Ｃに形成されてもよい。

【0098】

図２Ｂの構造では、作用電極２４Ｃは基材２２Ｃ上に位置付けられる。作用電極２４Ｃは、電極２４Ａ、２４Ｂについて本明細書に記載される電極材料のいずれかであってもよい。パターン形成された構造１８Ｃが蓋４４に取り付けられる場合、作用電極２４Ｃは透明であってもなくてもよい。パターン形成された構造１８Ｃが別のパターン形成された構造１８Ｃに取り付けられる場合、作用電極２４Ｃは、本明細書に記載される透明電極材料のいずれかであるべきである。電極２４Ｃはまた、任意の好適な厚さを有してもよい。

【0099】

図２Ｂの例では、作用電極２４Ｃは、間隙領域３０Ｃによって分離された凹部２８Ｃを画定するようにパターン形成される。パターン形成された作用電極２４Ｃは、例えば接着剤を使用して基材２２Ｃに取り付けられる予め形成されたグリッドであってもよく、又は好適な技術を使用して所望のパターンで基材２２Ｃ上に堆積されてもよい。一例として、パターン形成された作用電極２４Ｃを生成するための付加的な技法は、所望の電極材料のフォトリソグラフィ及びスパッタリングを伴ってもよい。別の例として、パターン形成された作用電極２４Ｃを生成するためのサブトラクティブ技法は、所望の電極材料のブランケット堆積と、それに続くフォトリソグラフィ及びエッチングとを伴ってもよい。パターンは、間隙領域３０Ｃを形成するためのより厚い部分と、間隙領域３０Ｃの間に凹部２８Ｃを形成するためのより薄い部分とを含むことができる。図２Ａの凹部２８Ａ、２８Ｂに関して本明細書に記載されるパターン、レイアウト、及び寸法のいずれも、図２Ｂに示される凹部２８Ｃに使用することができる。

【0100】

図２Ｂの構造では、パターン形成された絶縁材料２６Ｃは、作用電極２４Ｃの間隙領域３０Ｃの上に位置付けられる。間隙領域３０Ｃ上に選択的に堆積させることができるか、又は堆積させてパターン形成することができる（凹部２８Ｃ内の表面３２Ｃ上には堆積させない）任意の電気絶縁材料を、パターン形成された絶縁材料２６Ｃに使用できることを理解されたい。パターン形成された絶縁材料２６Ａ、２６Ｂの材料のいずれも、パターン形成された絶縁材料２６Ｃに使用することができる。

【0101】

図２Ｂの構造では、パターン形成された作用電極２４Ｃの表面３２Ｃは、凹部２８Ｃの各々で露出される。いくつかの例では、露出した作用電極表面３２Ｃは、本明細書に記載されるように修飾されていない。他の例では、露出した作用電極表面３２Ｃは、本明細書に記載される遷移金属錯体結合対の１つのメンバー３４Ｃ（破線で示される）で修飾される。

【0102】

図２Ｂの構造では、パターン形成された作用電極２４Ｃは、対電極４０に電気的に接続される。本明細書で言及されるように、対電極４０に好適な材料の例としては、白金、銀、及び金が挙げられる。対電極４０は、パターン形成された作用電極２４Ｃの露出表面３２Ｃが流体と接触するのと同時に、対電極４０が（フローチャネル１２に導入される）流体と接触することを可能にする任意の位置にあってもよい。流体は、パターン形成された作用電極２４Ｃを対電極４０にブリッジする。図２Ｂに示される例では、対電極４０は、入口フルイディクス３６と流体接触して位置付けられる。この例では、透明な対電極４０は、代替的に、蓋４４上に直接パターン形成され得る。

【0103】

対電極４０とパターン形成された作用電極２４Ｃとの間に印加されるバイアスは、露出表面３２Ｃにおいて表面化学を付着又は脱着させる。

【0104】

フローセル１０が２つの対向するパターン形成された構造１８Ｃ（図２Ａに示される例と同様）を含む場合、単一の対電極４０がそれぞれのパターン形成された構造１８Ｃのパターン形成された作用電極２４Ｃに電気的に接続され得ることを理解されたい。それぞれのパターン形成された構造１８Ｃの露出表面３２Ｃにおいて表面化学を付着又は脱着するために、順次バイアスが印加されてもよい。

【0105】

作用電極２４Ｃ及び対電極４０は、所望の電気バイアスを選択的に印加するように動作可能なコントローラ（図示せず）に電気的に接続される。この例では、コントローラはポテンショスタットを含んでもよい。

【0106】

図２Ｂに示されるパターン形成された構造１８Ｃのいくつかの例は、第２の作用電極４２Ｃを含む。第２の作用電極４２Ｃは、パターン形成された絶縁材料２６Ｃの上に位置付けられ、したがって、パターン形成された作用電極２４Ｃから物理的に隔離される。

【0107】

第２の作用電極４２Ｃは、作用電極２４Ａ、２４Ｂ及びパターン形成された作用電極２４Ｃについて本明細書に記載される材料のいずれかであってもよい。第２の作用電極４２Ｃは、パターン形成された絶縁材料２６Ｃに適用され、露出表面３２Ｃには適用されない。第２の作用電極４２Ｃは、選択的堆積プロセスを使用して堆積されてもよく、又は、例えば接着剤を使用して、パターン形成された絶縁材料２６Ｃに取り付けられる予め形成されたパターン形成されたシートであってもよい。

【0108】

図２Ｂに示される例では、対電極４０はまた、第２の作用電極４２Ｃに電気的に接続される。この例では、対電極４０とパターン形成された作用電極、例えば２４Ｃとの間、及び対電極４０と第２の作用電極、例えば４２Ｃとの間にそれぞれのバイアスを同時に印加することができる。例えば、パターン形成された作用電極、例えば２４Ｃに印加される吸着バイアスは、露出表面３２Ｃで表面化学の付着を開始し、一方、第２の作用電極４２Ｃに同時に印加される反対のバイアス（脱離バイアス）は、間隙物質３０Ｃを清浄に保つために表面化学を反発させる。電極表面３２Ｃからの表面化学の脱着又は脱離中に、同じ又は同様の脱離バイアスを作用電極２４Ｃ及び第２の作用電極４２Ｃに印加することもできる。

【0109】

したがって、図２Ｂの例のうちのいくつかでは、フローセル１０は、基材２２Ｃ；基材２２Ｃ上に位置付けられた第１のパターン形成された作用電極２４Ｃであって、第１のパターン形成された作用電極２４Ｃは、間隙領域３０Ｃによって分離された凹部２８Ｃを画定し、第１のパターン形成された作用電極２４Ｃの表面３２Ｃは、凹部２８Ｃの各々で露出され、表面３２Ｃは、修飾されていないか、又は遷移金属錯体結合対の第１のメンバー３４Ｃで修飾されている、第１のパターン形成された作用電極２４Ｃ；間隙領域３０Ｃの上に位置付けられたパターン形成された絶縁材料２６Ｃ；パターン形成された絶縁材料２６Ｃの上に位置付けられた第２のパターン形成された作用電極４２Ｃ；第１のパターン形成された作用電極２４Ｃ及び第２のパターン形成された作用電極４２Ｃの各々に電気的に接続された対電極４０；第１のパターン形成された作用電極２４Ｃ及び第２のパターン形成された作用電極４２Ｃの表面３２Ｃと流体連通するフローチャネル１２と、第１のパターン形成された作用電極２４Ｃ、第２のパターン形成された作用電極４２Ｃ、及び対電極４０に電気的に接続されたコントローラを含む。

【0110】

ここで図２Ｃを参照すると、フローチャネル１２内の構造の一例は、互いに取り付けられた２つのパターン形成されていない構造４６Ａ、４６Ｂを含む。フローチャネル１２は、２つのパターン形成されていない構造４６Ａ、４６Ｂの間に形成される。別の例（図示せず）では、パターン形成されていない構造４６Ａは、蓋４４に取り付けられてもよい。この他の例では、フローチャネル１２は、パターン形成されていない構造４６Ａと蓋４４との間に形成される。

【0111】

パターン形成されていない構造４６Ａ、４６Ｂの各々は、基材２２Ｄ、２２Ｅと、基材２２Ｄ、２２Ｅの一部の上に位置付けられた作用電極２４Ａ、２４Ｂとを含む。この例では、各作用電極２４Ａ、２４Ｂの表面３２Ａ、３２Ｂ全体が露出している。パターン形成されていない構造４６Ａ、４６Ｂは、間隙領域によって分離された凹部を含まない。

【0112】

基材２２Ｄ、２２Ｅは、単層構造である。各基材２２Ｄ、２２Ｅは電気絶縁性であり、いくつかの例では、核酸分析中に使用される励起及び発光波長に対して透明である。例えば、パターン形成されていない構造４６Ａ、４６Ｂが互いに取り付けられる場合、基材２２Ｄ、２２Ｅは電気絶縁性で透明である。代替的に、パターン形成されていない構造４６Ａが蓋４４に取り付けられる場合、基材２２Ｄは電気絶縁性であるが、蓋４４が透明であるので、透明であってもなくてもよい。基材２２Ａ、２２Ｂの例は、基材２２Ｄ、２２Ｅに使用することができる。各基材２２Ｄ、２２Ｅの形態は、ウエハ、パネル、矩形シート、ダイ、又は任意の他の好適な構成であり得る。

【0113】

図２Ｃに示される例では、基材２２Ｄ、２２Ｅは、エッジ領域５０Ａ、５０Ｂによって囲まれた凹部領域４８Ａ、４８Ｂを有する。凹部領域４８Ａ、４８Ｂは、作用電極２４Ａ、２４Ｂを取り付けることができる指定領域を提供する。エッジ領域５０Ａ、５０Ｂは、２つのパターン形成されていない構造４６Ａ、４６Ｂを互いに取り付けることができる、又は１つのパターン形成されていない構造４６Ａを蓋４４に取り付けることができる結合領域を提供する。

【0114】

パターン形成されていない構造４６Ａ、４６Ｂ（又はパターン形成されていない構造４６Ａ及び蓋４４）は、エッジ領域５０Ａ、５０Ｂにおいてスペーサ層２０を介して互いに取り付けられてもよい。スペーサ層２０は、本明細書に記載される材料のいずれかであってもよい。パターン形成されていない構造４６Ａ、４６Ｂは、レーザ結合、拡散結合、陽極結合、共晶結合、プラズマ活性化結合、ガラスフリット結合、又は当該技術分野で知られている他の方法などの任意の好適な技術を使用して結合することができる。

【0115】

図２Ｃの構造では、作用電極２４Ａ、２４Ｂはそれぞれ、基材２２Ｄ、２２Ｅの凹部領域４８Ａ、４８Ｂ内に位置付けられる。作用電極２４Ａ、２４Ｂは、凹部領域４８Ａ、４８Ｂの底面にわたって延在するパターン形成されていない電極である。作用電極２４Ａ、２４Ｂは、本明細書に記載される任意の例であってもよい。

【0116】

電極２４Ａ、２４Ｂは、好適な堆積技術（例えば、スパッタリング）を使用して基材２２Ｄ、２２Ｅの凹部領域４８Ａ、４８Ｂ内に堆積されてもよく、又は、例えば、接着剤を使用して凹部領域４８Ａ、４８Ｂに取り付けられる予め形成されたシートであってもよい。

【0117】

図２Ｃにおいて、入口１４及び出口１６は、フローチャネル１２の対向する側に示されている。この位置決めは、入口１４及び出口１６がフローチャネル１２の対向する端部にある図１に示されるものとは異なる。したがって、図２Ｃの断面図は、図１には示されていない変形例を含む。本明細書に記載されるように、入口１４及び出口１６は、望ましい流体の流れを可能にするフローチャネル１２の長さ及び幅に沿った任意の場所に位置付けられてもよい。

【0118】

図２Ｃの入口１４及び出口１６の図は、入口１４及び出口１６が基材２２Ｄ、２２Ｅのうちの１つを通してどのように形成され得るかの理解を容易にするために含まれる。入口１４及び出口１６は、フローチャネル１２を入口フルイディクス３６（例えば、チューブ、流体ライン、試薬リザーバなど）及び出口フルイディクス３８（例えば、チューブ、流体ライン、廃棄物容器など）に接続するそれぞれの貫通孔である。入口１４及び出口１６は、同じ基材２２Ｄ又は２２Ｅに形成されてもよく、又は対向する基材に形成されてもよい（例えば、基材２２Ｄにおける入口及び基材２２Ｅにおける出口）。

【0119】

図２Ｃの構造では、各作用電極２４Ａ、２４Ｂの表面３２Ａ、３２Ｂは、フローチャネル１２にわたって露出される。いくつかの例では、露出した作用電極表面３２Ａ、３２Ｂは、本明細書に記載されるように修飾されていない。他の例では、露出した作用電極表面３２Ａ、３２Ｂは、本明細書に記載される遷移金属錯体結合対の一方のメンバー３４Ａ、３４Ｂで修飾される。

【0120】

図２Ｃの構造では、作用電極２４Ａ、２４Ｂは、対電極４０に電気的に接続される。対電極４０は、作用電極２４Ａ、２４Ｂが流体と接触するのと同時に、それがフローチャネル１２に導入される流体と接触することを可能にする任意の位置にあってもよい。流体は、それぞれの作用電極２４Ａ、２４Ｂを対電極４０にブリッジする。図２Ｃに示される例では、対電極４０は、凹部領域４８Ｂの側壁に沿ってフローチャネル１２内に位置付けられている。

【0121】

図２Ｃに示される例では、単一の対電極４０が、作用電極２４Ａ、２４Ｂの両方に電気的に接続される。この例では、対電極４０と作用電極の一方、例えば２４Ａとの間にバイアスを印加して、露出表面３２Ａにおいて表面化学を付着又は脱着させることができ、次いで、対電極４０と作用電極の他方、例えば２４Ｂとの間にバイアスを印加して、露出表面３２Ｂにおいて表面化学を付着又は剥離させることができる。他の例では、それぞれの対電極は、作用電極２４Ａ、２４Ｂの各々に個別に電気的に取り付けられてもよい。

【0122】

対電極４０に好適な材料の例としては、白金、銀、及び金が挙げられる。

【0123】

作用電極２４Ａ、２４Ｂ及び対電極４０は、所望の電気バイアスを選択的に印加するように動作可能なコントローラ（図示せず）に電気的に接続される。コントローラは、ポリヌクレオチドを含み得る。

【0124】

図２Ａから図２Ｃに示される例のいずれにおいても、第２のパターン形成された構造１８Ｂ、蓋４４、又は第２のパターン形成されていない構造４６Ｂは、透明な対電極４０に置き換えられてもよい。この例では、対電極４０は、フローチャネル１２の表面を形成する透明な対電極である。

【0125】

可視光再生可能なフローセル
フローチャネル１２内の構造のいくつかは、フローセル表面の可視光再生のために設計される。２つの例を図３Ａ及び図３Ｂに示す。これらの例では、フローセル１０は、フローチャネル１２と、フローチャネル１２に少なくとも部分的に露出した表面５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄを有する基材２２Ｆ、２２Ｇ、２２Ｈ、２２Ｉとを含み、表面５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄは、遷移金属錯体結合対の可視光応答性の第１のメンバー５４Ａ、５４Ｂで修飾されている。

【0126】

ここで図３Ａを参照すると、フローチャネル１２内の構造の別の例は、互いに取り付けられた２つのパターン形成された構造１８Ｄ、１８Ｅを含む。フローチャネル１２は、２つのパターン形成された構造１８Ｄ、１８Ｅの間に形成される。別の例（図示せず）では、パターン形成された構造１８Ｄは、蓋４４に取り付けられてもよい。この他の例では、フローチャネル１２は、パターン形成された構造１８Ｄと蓋４４との間に形成される。

【0127】

２つのパターン形成された構造１８Ｄ、１８Ｅは、スペーサ層２０を介して取り付けられている。スペーサ層２０は、本明細書に記載される材料のいずれかであってもよい。パターン形成された構造１８Ｄ、１８Ｅは、レーザ結合、拡散結合、陽極結合、共晶結合、プラズマ活性化結合、ガラスフリット結合、又は当該技術分野で知られている他の方法などの任意の好適な技術を使用して結合することができる。

【0128】

パターン形成された構造１８Ｄ、１８Ｅの基材２２Ｆ、２２Ｇは多層構造である。多層構造は、ベース支持体５６Ａ、５６Ｂと、ベース支持体５６Ａ、５６Ｂ上のパターン形成された層５８Ａ、５８Ｂとを含む。パターン形成された構造１８Ｄ、１８Ｅが一緒に接着される場合、多層構造の構成要素は、可視光（表面化学の吸収及び／又は脱離のため、並びに核酸分析のために使用される）に対して透明であるか、又は可視光（表面化学の吸収及び／又は脱離のために使用される）及び紫外光（核酸分析のために使用される）の両方に対して透明であるべきである。パターン形成された構造１８Ｄが蓋４４に接着される場合、蓋４４は可視光及び紫外光の両方に対して透明であるため、多層構造の構成要素は透明であってもなくてもよい。

【0129】

基材２２Ｆ、２２Ｇのベース支持体５６Ａ、５６Ｂの例は、ガラス、ＵＶ溶融シリカ、ＣａＦ_２、ＭｇＦ_２、ＢａＦ_２、石英、サファイア、及びいくつかのセラミックを含む。ベース支持体５６Ａ、５６Ｂの他の好適な材料は、ポリエチレンテレフタレート、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、及びポリカーボネートなどの硬質透明プラスチックを含む。基材２２Ｆ、２２Ｇのパターン形成された層５８Ａ、５８Ｂの例としては、光開始剤及び／又は光酸発生剤の存在下で光硬化性である多面体オリゴマーシルセスキオキサン系樹脂、アクリレート、メタクリレート、チオール、又はエポキシ官能性樹脂、ＵＶ／ＶＩＳ透明セラミック酸化物（例えば、五酸化タンタル）、酸化インジウムスズ（例えば、赤色／緑色系に適している）、並びに凹部２８Ｄ、２８Ｅ及び間隙領域３０Ｄ、３０Ｅを形成するために選択的に堆積され得るか、又は堆積及びパターン形成され得る任意の材料が挙げられる。多層構造（基材２２Ｆ、２２Ｇ）の一例は、ベース支持体５６Ａ、５６Ｂとしてガラスを含み、パターン形成された層５８Ａ、５８Ｂとして酸化タンタル（例えば、五酸化タンタル又は別の酸化タンタル（ＴａＯ_ｘ））又は別のＵＶ／ＶＩＳ透明セラミック酸化物の層を含む。

【0130】

各基材２２Ｆ、２２Ｇの形態は、ウエハ、パネル、矩形シート、ダイ、又は本明細書に開示される任意の他の適切な構成であり得る。

【0131】

図３Ａの例では、パターン形成された層５８Ａ、５８Ｂは、間隙領域３０Ｄ、３０Ｅによって分離された凹部２８Ｄ、２８Ｅを画定するようにパターン形成される。図２Ａの凹部２８Ａ、２８Ｂに関して本明細書に記載されるパターン、レイアウト、及び寸法のいずれも、図３Ａに示される凹部２８Ｄ、２８Ｅに使用することができる。

【0132】

図３Ａの構造では、基材２２Ｆ、２２Ｇのパターン形成された層５８Ａ、５８Ｂは、フローチャネル１２に露出される。凹部２８Ｄ、２８Ｅ及び間隙領域３０Ｄ、３０Ｅ内の表面５２Ａ、５２Ｂは、フローチャネル１２に露出される。

【0133】

この例では、表面５２Ａ、５２Ｂは、遷移金属錯体結合対の可視光応答性の第１のメンバー５４Ａ、５４Ｂで修飾されている。本明細書で言及されるように、遷移金属錯体結合対は、遷移金属錯体と、遷移金属錯体に結合することができる追加の実体（例えば、配位子）とを含む。図３Ａに示される例では、遷移金属錯体は、表面５２Ａ、５２Ｂに付着される可視光応答性の第１のメンバー５４Ａ、５４Ｂであり、追加の配位子は、フローセル１０に導入される表面化学である。追加の配位子は、遷移金属錯体結合対の可視光応答性の第２のメンバーであり、可視光応答性の第１のメンバー５４Ａ、５４Ｂに付着することができ、可視光に曝露されると可視光応答性の第１のメンバー５４Ａ、５４Ｂから切断することができる。

【0134】

この遷移金属錯体結合対の一例としては、可視光応答性の第１のメンバー５４Ａ、５４Ｂとしてルテニウム複合体、及び可視光応答性の第２のメンバーとして官能化チオエーテル配位子が挙げられる。ルテニウム複合体は、一般式［Ｒｕ（ｂｐｙ）_２Ｌ_２］^２＋Ｈ_２Ｏを有し、式中、ｂｐｙは２，２’－ビピリジンであり、Ｌは４－アミノピリジンである。遷移金属錯体結合対の遷移金属は、代替的に、オスミウム、鉄、コバルト、ニッケル、ロジウム、パラジウム、イリジウムなどであってもよい。遷移金属錯体結合対の配位子は、代替的に、フェナントロリン、キノリン、イミダゾール、インドール、及び様々な他の複素環であってもよい。

【0135】

可視光応答性の第１のメンバー５４Ａ、５４Ｂの表面５２Ａ、５２Ｂへの付着は、共有結合又は非共有結合を含み得る。一例として、可視光応答性の第１のメンバー５４Ａ、５４Ｂは、シランリンカー（例えば、（３－アミノプロピル）トリメトキシシラン（ＡＰＴＭＳ）、（３－アミノプロピル）トリエトキシシラン（ＡＰＴＥＳ）、ノルボルネンシランなど）を介して表面５２Ａ、５２Ｂに付着されてもよい。この例では、パターン形成された層５８Ａ、５８Ｂは、プラズマアッシング（－ＯＨ基を生成するため）、シラン化、次いで研磨に曝されて、シランリンカーを表面５２Ａ、５２Ｂに付着させたまま、間隙領域３０Ｄ、３０Ｅからシランリンカーを除去することができる。非共有結合（例えば、ビオチン－ストレプトアビジン）を、非共有結合対のいずれのメンバーも、使用される遷移金属錯体の配位子として作用することができない限り、使用することができる。

【0136】

図３Ａにおいて、入口１４及び出口１６は、フローチャネル１２の対向する側に示されている。この位置決めは、入口１４及び出口１６がフローチャネル１２の対向する端部にある図１に示されるものとは異なる。したがって、図３Ａの断面図は、図１には示されていない変形例を含む。本明細書に記載されるように、入口１４及び出口１６は、望ましい流体の流れを可能にするフローチャネル１２の長さ及び幅に沿った任意の場所に位置付けられてもよい。

【0137】

図３Ａの入口１４及び出口１６の図は、入口１４及び出口１６がパターン形成された構造１８Ｄ、１８Ｅのうちの１つを通してどのように形成され得るかの理解を容易にするために含まれる。入口１４及び出口１６は、フローチャネル１２を入口フルイディクス３６（例えば、チューブ、流体ライン、試薬リザーバなど）及び出口フルイディクス３８（例えば、チューブ、流体ライン、廃棄物容器など）に接続するそれぞれの貫通孔である。入口１４及び出口１６は、同じ基材２２Ｆ若しくは２２Ｇに形成されてもよく、又は図３Ａに示されるように対向する基材に形成されてもよい（例えば、基材２２Ｇにおける入口及び基材２２Ｆにおける出口）。

【0138】

ここで図３Ｂを参照すると、フローチャネル１２内の構造の別の例は、互いに取り付けられた２つのパターン形成されていない構造４６Ｃ、４６Ｄを含む。フローチャネル１２は、２つのパターン形成されていない構造４６Ｃ、４６Ｄの間に形成される。別の例（図示せず）では、パターン形成されていない構造４６Ｃは、蓋４４に取り付けられてもよい。この他の例では、フローチャネル１２は、パターン形成されていない構造４６Ｃと蓋４４との間に形成される。

【0139】

パターン形成されていない構造４６Ｃ、４６Ｄの各々は、基材２２Ｈ、２２Ｉと、基材２２Ｈ、２２Ｉの表面５２Ｃ、５２Ｄの一部に取り付けられた可視光応答性の第１のメンバー５４Ａ、５４Ｂとを含む。パターン形成されていない構造４６Ｃ、４６Ｄは、間隙領域によって分離された凹部を含まない。

【0140】

示される例では、基材２２Ｈ、２２Ｉは、単層構造である。本明細書に開示されるベース支持体５８Ａ、５８Ｂの任意の例は、基材２２Ｈ、２２Ｉに使用することができる。各基材２２Ｈ、２２Ｉの形態は、ウエハ、パネル、矩形シート、ダイ、又は任意の他の好適な構成であり得る。

【0141】

図３Ｂに示される例では、基材２２Ｈ、２２Ｉは、エッジ領域５０Ｃ、５０Ｄによって囲まれた凹部領域４８Ｃ、４８Ｄを有する。凹部領域４８Ｃ、４８Ｄは、可視光応答性の第１のメンバー５４Ａ、５４Ｂを取り付けることができる指定領域を提供する。エッジ領域５０Ｃ、５０Ｄは、２つのパターン形成されていない構造４６Ｃ、４６Ｄを互いに取り付けることができる、又は１つのパターン形成されていない構造４６Ｃを蓋４４に取り付けることができる結合領域を提供する。

【0142】

パターン形成されていない構造４６Ｃ、４６Ｄ（又はパターン形成されていない構造４６Ｃ及び蓋４４）は、エッジ領域５０Ｃ、５０Ｄにおいてスペーサ層２０を介して互いに取り付けられてもよい。スペーサ層２０は、本明細書に記載される材料のいずれかであってもよい。パターン形成されていない構造４６Ｃ、４６Ｄは、レーザ結合、拡散結合、陽極結合、共晶結合、プラズマ活性化結合、ガラスフリット結合、又は当該技術分野で知られている他の方法などの任意の好適な技術を使用して結合することができる。

【0143】

図３Ｂの構造では、基材２２Ｈ、２２Ｉの凹部領域４８Ｃ、４８Ｄは、フローチャネル１２に露出される。凹部領域４８Ｃ、４８Ｄ内の表面５２Ｃ、５２Ｄは、フローチャネル１２に露出される。

【0144】

この例では、表面５２Ｃ、５２Ｄは、遷移金属錯体結合対の可視光応答性の第１のメンバー５４Ａ、５４Ｂで修飾されている。可視光応答性の第１のメンバー５４Ａ、５４Ｂの任意の例及び表面５２Ｃ、５２Ｄへの任意の取付け機構を使用することができる。

【0145】

図３Ｂにおいて、入口１４及び出口１６は、フローチャネル１２の対向する側に示されている。この位置決めは、入口１４及び出口１６がフローチャネル１２の対向する端部にある図１に示されるものとは異なる。したがって、図３Ｂの断面図は、図１には示されていない変形例を含む。本明細書に記載されるように、入口１４及び出口１６は、望ましい流体の流れを可能にするフローチャネル１２の長さ及び幅に沿った任意の場所に位置付けられてもよい。

【0146】

図３Ｂにおける入口１４及び出口１６の図は、入口１４及び出口１６がパターン形成されていない構造４６Ｃ、４６Ｄのうちの１つを通してどのように形成され得るかの理解を容易にするために含まれる。入口１４及び出口１６は、フローチャネル１２を入口フルイディクス３６（例えば、チューブ、流体ライン、試薬リザーバなど）及び出口フルイディクス３８（例えば、チューブ、流体ライン、廃棄物容器など）に接続するそれぞれの貫通孔である。入口１４及び出口１６は、同じ基材２２Ｈ、２２Ｉに形成されてもよく、又は図３Ｂに示されるように対向する基材に形成されてもよい（例えば、基材２２Ｉにおける入口及び基材２２Ｈにおける出口）。

【0147】

表面化学複合体
本明細書に開示されるフローセル５０は、核酸配列決定のために表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、５２Ａ、５２Ｂを一時的に官能化する表面化学を受容し付着させることができる。表面化学は、電気化学的に、又は可視光への曝露を介して除去可能である。表面化学の例をここで説明する。

【0148】

表面化学の各例は、複合体を含む。複合体の各例は、作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、５２Ａ、５２Ｂのうちの１つ以上に付着することができる連結部分を含む。いくつかの場合では、複合体は、核酸分析に関与し得る他の表面化学のためのリンカーとして機能する。他の例において、複合体は、核酸分析に関与することができる更なる表面化学を含む。好適な複合体の例を、図４Ａ～図４Ｅに示す。

【0149】

複合体６０Ａの一例を図４Ａに示す。この複合体６０Ａは、電気化学的に除去可能であり、修飾されていない作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃと共に使用することができる。複合体６０Ａは、修飾されていない作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃに付着し、そこから脱着することができる連結部分６２Ａと、修飾されていない作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃに付着しない直交する官能基６４とを含む。

【0150】

連結部分６２Ａは、修飾されていない作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃに付着し、そこから脱着することができるので、連結部分６２Ａは、電極材料及び電極材料のネイティブな官能基に依存する。作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃが、炭素系電極、酸化インジウムスズ、白金、パラジウム、及び金からなる群から選択される場合、連結部分６２Ａは、チオール、ジアゾニウム、アルキン、カルベン、アデノシンオリゴヌクレオチド、ジチオエステル、イソニトリル、イソチオシアネート、カルボキシル、アミン、ニトリル、ニトロ、及びトリアルキルシリルからなる群から選択される。これらの連結部分６２Ａは、好適な反応条件に曝露されたときに、修飾されていない作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃのネイティブな官能基に結合することができ、脱離バイアスに曝露されると、修飾されていない作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃから脱離することができる。反応条件は、連結部分６２Ａ及び作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃに依存し、いくつかの場合では、反応は、連結部分６２Ａを導入するために使用される流体中で自発的である。いくつかの例では、これらの連結部分６２Ａは、ｉ）第１のバイアスの非存在下で、又はｉｉ）第１のバイアスに曝露されたときに、修飾されていない作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃのネイティブな官能基に結合することができ、ｉ）バイアスに曝露されたときに、又はｉｉ）第１のバイアスと反対の第２のバイアスに曝露されたときに、修飾されていない作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃから脱着することができる。付着又は脱着のために印加されるバイアスは、０Ｖ～＋／－３Ｖ（０はバイアスの非存在である）の範囲であり得、使用される連結部分６２Ａに依存する。一例として、負バイアスを印加して、ジアゾニウム基（連結部分６２Ａとして）を作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃに付着させることができ、正バイアス又はより負のバイアスを脱着に使用することができる。他の例として、連結部分６２Ａは、バイアスなし（０Ｖが印加される）で電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃと自発的に反応することができ、正バイアス又は負バイアスのいずれかで脱着することができる。

【0151】

直交する官能基６４は、その反応性が連結部分６２Ａに対して直交性であり、したがって、修飾されていない作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃのネイティブな官能基と反応しないように選択される。直交する官能基６４はまた、修飾されていない作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃに付加される追加の表面化学の反応性官能基と反応性であるように選択される。直交する官能基６４が付着する追加の表面化学は、プライマー官能化ヒドロゲル若しくは粒子又は予めプレクラスター化されたヒドロゲル若しくは粒子であってもよい。例として、直交する官能基６４は、追加の表面化学のアルキン（例えば、ジアルキン、歪みアルキン）若しくはテトラジンに共有結合するアジドであってもよく、又は、直交する官能基６４は、追加の表面化学の遊離アミン基に共有結合するエポキシであり、又は、直交する官能基６４は、活性化されたカルボキシレート（例えば、Ｎ－ヒドロキシスクシンイミドエステル）であり、これは、追加の表面化学の遊離アミン基に共有結合し、又は、直交する官能基６４は、追加の表面化学のヒドラジンに共有結合するアルデヒドであり、又は直交する官能基６４は、追加の表面化学のチオエーテルに共有結合するホスホロアミダイトであり、又は、直交する官能基６４は、追加の表面化学のチオエーテルに共有結合するアルキル化試薬である。直交する官能基６４は、追加の表面化学の反応性官能基と非共有結合を形成することもできる。例えば、直交する官能基６４は、追加の表面化学のストレプトアビジンに非共有結合するビオチンであり、又は、直交する官能基６４は、追加の表面化学のｓｐｙタグに非共有結合するｓｐｙキャッチャーである。

【0152】

別の例示的な複合体６０Ｂを図４Ｂに示す。この複合体６０Ｂは、電気化学的に除去可能であり、修飾されていない作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃと共に使用することができる。複合体６０Ｂは、修飾されていない作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃに付着し、そこから脱着することができる連結部分６２Ａと、捕捉オリゴヌクレオチド６６とを含む。

【0153】

連結部分６２Ａの任意の例が、複合体６０Ｂにおいて使用され得る。

【0154】

捕捉オリゴヌクレオチド６６は、修飾されていない作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃに付加されることになる追加の表面化学の相補的オリゴヌクレオチドにハイブリダイズすることができる一本鎖核酸配列である。捕捉オリゴヌクレオチド６６は、約１０ヌクレオチド～約１００ヌクレオチド、又は約１２ヌクレオチド～約６０ヌクレオチド、又は約１５ヌクレオチド～約５０ヌクレオチドの範囲の長さを有し得る。

【0155】

更に他の複合体６０Ｃ、６０Ｃ’、６０Ｃ’’を図４Ｃに示す。

【0156】

一例では、複合体６０Ｃは、電気化学的に除去可能であり、修飾されていない作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃと共に使用することができる。複合体６０Ｃのこの例は、修飾されていない作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃに付着し、そこから脱着することができる連結部分６２Ａと、ｉ）連結部分６２Ａが付着され、ｉｉ）複数のプライマー７０、７０’が付着されたヒドロゲル６８とを含む。

【0157】

別の例では、複合体６０Ｃ’は電気化学的に除去可能であり、電気化学的に応答性の遷移金属錯体結合対の一方のメンバー３４Ａ、３４Ｂで修飾された作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃと共に使用することができる。複合体６０Ｃ’のこの例は、連結部分６２Ｂとして（電気化学的に応答性の遷移金属錯体結合対の）配位子又は遷移金属錯体のいずれかと、ｉ）連結部分６２Ｂが付着され、ｉｉ）複数のプライマー７０、７０’が付着されたヒドロゲル６８とを含む。

【0158】

更に別の例では、複合体６０Ｃ’’は、可視光曝露によって除去可能であり、可視光応答性の遷移金属錯体結合対の一方のメンバー５４Ａ、５４Ｂで修飾された基材表面５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄと共に使用することができる。複合体６０Ｃ’’のこの例は、連結部分６２Ｃとして（可視光応答性の遷移金属錯体結合対の）チオエーテル配位子又は遷移金属錯体のいずれかと、ｉ）連結部分６２Ｃが付着され、ｉｉ）複数のプライマー７０、７０’が付着されたヒドロゲル６８とを含む。

【0159】

連結部分６２Ａの任意の例が、複合体６０Ｃにおいて使用され得る。連結部分６２Ａは、ヒドロゲル６８の官能基のいずれかに結合され得る。

【0160】

ヒドロゲル６８は、液体が吸収される場合に膨潤し、例えば乾燥によって液体が除去される場合に収縮することができる任意のゲル材料であり得る。一例では、ポリマーヒドロゲルは、アクリルアミドコポリマーを含む。アクリルアミドコポリマーのいくつかの例は、以下の構造（Ｉ）によって表される：

【0161】

【化2】

式中、
Ｒ^Ａは、アジド、任意選択で置換アミノ、任意選択で置換アルケニル、任意選択で置換アルキン、ハロゲン、任意選択で置換ヒドラゾン、任意選択で置換ヒドラジン、カルボキシル、ヒドロキシ、任意選択で置換テトラゾール、任意選択で置換テトラジン、ニトリルオキシド、ニトロン、硫酸塩、及びチオールからなる群から選択され、
Ｒ^ＢはＨ又は任意選択で置換アルキルであり、
Ｒ^Ｃ、Ｒ^Ｄ、及びＲ^Ｅは各々、Ｈ及び任意選択で置換アルキルからなる群から独立して選択され、
－（ＣＨ_２）_ｐ－の各々は、任意選択で置換され得、
ｐは１～５０の範囲の整数であり、
ｎは１～５０，０００の範囲の整数であり、かつ
ｍは、１～１００，０００の範囲の整数である。

【0162】

構造（Ｉ）によって表されるアクリルアミドコポリマーの一具体例は、ポリ（Ｎ－（５－アジドアセトアミジルペンチル）アクリルアミド－コ－アクリルアミド、ＰＡＺＡＭ）である。

【0163】

当業者は、構造（Ｉ）における繰り返される「ｎ」及び「ｍ」個の特徴の配置が代表的なものであり、モノマーサブユニットがポリマー構造（例えば、ランダム、ブロック、パターン形成、又はそれらの組み合わせ）中に任意の順序で存在し得ることを認識する。

【0164】

アクリルアミドコポリマーの分子量は、約５ｋＤａ～約１５００ｋＤａ又は約１０ｋＤａ～約１０００ｋＤａの範囲であり得るか、あるいは特定の例では、約３１２ｋＤａであり得る。

【0165】

いくつかの例では、アクリルアミドコポリマーは、線状ポリマーである。他のいくつかの例では、アクリルアミドコポリマーは、軽度に架橋されたポリマーである。

【0166】

他の例では、ゲル材料は、構造（Ｉ）の変形であり得る。一例では、アクリルアミドユニットはＮ，Ｎ－ジメチルアクリルアミド

【0167】

【化3】

で置き換えられ得る。この例では、構造（Ｉ）のアクリルアミドユニットは、

【0168】

【化4】

で置き換えられ得、式中、Ｒ^Ｄ、Ｒ^Ｅ、及びＲ^Ｆは、各々Ｈ又はＣ１～Ｃ６アルキルであり、Ｒ^Ｇ及びＲ^Ｈは、各々Ｃ１～Ｃ６アルキルである（アクリルアミドの場合のようにＨではない）。この例では、ｑは、１～１００，０００の範囲の整数であってもよい。別の例では、アクリルアミドユニットに加えて、Ｎ，Ｎ－ジメチルアクリルアミドが使用され得る。この例では、構造（Ｉ）は、繰り返される「ｎ」及び「ｍ」個の特徴に加えて、

【0169】

【化5】

を含み得、式中、Ｒ^Ｄ、Ｒ^Ｅ、及びＲ^Ｆは、各々Ｈ又はＣ１～Ｃ６アルキルであり、Ｒ^Ｇ及びＲ^Ｈは、各々Ｃ１～Ｃ６アルキルである。この例では、ｑは、１～１００，０００の範囲の整数であってもよい。

【0170】

高分子ヒドロゲルの別の例として、構造（Ｉ）における繰り返される「ｎ」個の特徴は、構造（ＩＩ）を有する複素環アジド基を含むモノマーで置換され得、

【0171】

【化6】

式中、Ｒ^１は、Ｈ又はＣ１～Ｃ６アルキルであり、Ｒ_２は、Ｈ又はＣ１～Ｃ６アルキルであり、Ｌは、炭素、酸素、及び窒素からなる群から選択される２～２０個の原子を含む線状鎖を含むリンカーであり、その鎖中の炭素原子及び任意の窒素原子上に１０個の任意選択の置換基を含み、Ｅは、炭素、酸素、及び窒素からなる群から選択される１～４個の原子を含む線状鎖であり、その鎖中の炭素原子及び任意の窒素原子上に任意選択の置換基を含み、Ａは、Ｈ又はＣ１～Ｃ４アルキルがＮに付着したＮ置換アミドであり、Ｚは、窒素含有複素環である。Ｚの例としては、単環構造又は縮合構造として存在する５～１０炭素含有環員が挙げられる。Ｚのいくつかの具体的な例としては、ピロリジニル、ピリジニル、又はピリミジニルが挙げられる。

【0172】

更に別の例として、ゲル材料は、構造（ＩＩＩ）及び（ＩＶ）の各々の繰り返し単位を含み得、

【0173】

【化7】

式中、Ｒ^１ａ、Ｒ^２ａ、Ｒ^１ｂ及びＲ^２ｂの各々は、水素、任意選択で置換アルキル又は任意選択で置換フェニルから独立して選択され、Ｒ^３ａ及びＲ^３ｂの各々は、水素、任意選択で置換アルキル、任意選択で置換フェニル、又は任意選択で置換Ｃ７～Ｃ１４アラルキルから独立して選択され、Ｌ^１及びＬ^２の各々は、任意選択で置換アルキレンリンカー又は任意選択で置換ヘテロアルキレンリンカーから独立して選択される。

【0174】

更に別の例では、アクリルアミドコポリマーは、ニトロキシド媒介重合を使用して形成され、したがって、コポリマー鎖の少なくともいくつかは、アルコキシアミン末端基を有する。コポリマー鎖において、「アルコキシアミン末端基」という用語は、休眠種－ＯＮＲ_１Ｒ_２を指し、式中、Ｒ_１及びＲ_２の各々は、同じであっても異なっていてもよく、独立して、直鎖若しくは分枝鎖アルキル、又は環構造であってもよく、酸素原子は、コポリマー鎖の残りに結合している。一部の例では、アルコキシアミンはまた、繰り返しアクリルアミドモノマーの一部に、例えば、構造（Ｉ）のＲ^Ａ位に導入されてもよい。したがって、一例では、構造（Ｉ）は、アルコキシアミン末端基を含み、別の例では、構造（Ｉ）は、アルコキシアミン末端基と、側鎖の少なくともいくつかにアルコキシアミン基とを含む。

【0175】

所望の化学、例えば、リンカー分子６２Ａ及びプライマー７０、７０’で官能化され得る限り、他の分子を使用してヒドロゲル６８を形成してもよいことを理解されたい。好適なヒドロゲル６８材料のいくつかの例としては、ノルボルネンシラン、アジドシラン、アルキン官能化シラン、アミン官能化シラン、マレイミドシラン、又は所望の化学、例えば、リンカー分子６２Ａ及びプライマー７０、７０’をそれぞれ付着させることができる官能基を有する任意の他のシランなどの官能化シランが挙げられる。好適なヒドロゲル６８材料の他の例としては、アガロースなどのコロイド構造、又はゼラチンなどのポリマーメッシュ構造、又はポリアクリルアミドポリマー及びコポリマー、シランフリーアクリルアミド（silane free acrylamide、ＳＦＡ）、又はアジド分解バージョンのＳＦＡなどの架橋ポリマー構造を有するものが挙げられる。好適なポリアクリルアミドポリマーの例は、アクリルアミドとアクリル酸若しくはビニル基を含むアクリル酸とから、又は［２＋２］光付加環化反応を形成するモノマーから合成され得る。好適なヒドロゲル６８材料の更に他の例としては、アクリルアミドとアクリレートとの混合コポリマーが挙げられる。本明細書に開示される実施例では、デンドリマー（例えばマルチアーム若しくは星型ポリマー）、星状又は星型ブロックポリマーなどを含む分岐ポリマーなど、アクリルモノマー（例えば、アクリルアミド、アクリレートなど）を含む様々なポリマー構造が利用され得る。例えば、モノマー（例えば、アクリルアミド、触媒を含有するアクリルアミドなど）は、ランダムに又はブロックで、デンドリマーの分岐（アーム）中に組み込まれてもよい。

【0176】

ヒドロゲル６８は、ニトロキシド媒介重合（ＮＭＰ）、可逆的付加開裂連鎖移動（ＲＡＦＴ）重合などの任意の好適な共重合プロセスを使用して形成されてもよい。

【0177】

プライマー７０、７０’は、任意のフォワード増幅プライマー及び／又はリバース増幅プライマーであり得る。プライマー７０、７０’は共に、プライマー７０、７０’に相補的な末端アダプターを有するライブラリー鋳型の増幅を可能にする。一例として、プライマー７０、７０’は、Ｐ５及びＰ７プライマーを含む。Ｐ５及びＰ７プライマーの例は、例えばＨＩＳＥＱ（商標）、ＨＩＳＥＱＸ（商標）、ＭＩＳＥＱ（商標）、ＭＩＳＥＱＤＸ（商標）、ＭＩＮＩＳＥＱ（商標）、ＮＥＸＴＳＥＱ（商標）、ＮＥＸＴＳＥＱＤＸ（商標）、ＮＯＶＡＳＥＱ（商標）、ＩＳＥＱ（商標）、ＧＥＮＯＭＥＡＮＡＬＹＺＥＲ（商標）及び他の装置プラットフォーム上での配列決定のためにＩｌｌｕｍｉｎａＩｎｃ．により販売されている市販のフローセルの表面上で使用される。

【0178】

一例では、Ｐ５プライマーは、
Ｐ５：５’→３’
ＡＡＴＧＡＴＡＣＧＧＣＧＡＣＣＡＣＣＧＡＧＡＵＣＴＡＣＡＣ（配列番号１）
Ｐ７プライマーは、以下のいずれかであり得る：
Ｐ７＃１：５’→３’
ＣＡＡＧＣＡＧＡＡＧＡＣＧＧＣＡＴＡＣＧＡｎＡＴ（配列番号２）
Ｐ７＃２：５’→３’
ＣＡＡＧＣＡＧＡＡＧＡＣＧＧＣＡＴＡＣｎＡＧＡＴ（配列番号３）
ここで、「ｎ」は、各配列中の８－オキソグアニンである。

【0179】

プライマー７０、７０’は、５’末端において、ヒドロゲル６８の官能基との単一点共有結合が可能な官能基で終端され得る。使用可能な末端プライマーの例としては、アルキン末端プライマー、テトラジン末端プライマー、アジド末端プライマー、アミノ末端プライマー、エポキシ又はグリシジル末端プライマー、チオホスフェート末端プライマー、チオール末端プライマー、アルデヒド末端プライマー、ヒドラジン末端プライマー、ホスホロアミダイト末端プライマー、及びトリアゾリンジオン末端プライマーが挙げられる。いくつかの具体例では、スクシンイミジル（ＮＨＳ）エステル末端プライマーを、ヒドロゲル６８のアミンと反応させてもよいか、アルデヒド末端プライマーを、ヒドロゲル６８のヒドラジンと反応させてもよいか、又は、アルキン末端プライマーを、ヒドロゲル６８のアジドと反応させてもよいか、又は、アジド末端プライマーを、ヒドロゲル６８のアルキン若しくはＤＢＣＯ（dibenzocyclooctyne、ジベンゾシクロオクチン）と反応させてもよいか、又は、アミノ末端プライマーを、ヒドロゲル６８の活性化カルボキシレート基若しくはＮＨＳエステルと反応させてもよいか、又は、チオール末端プライマーを、ヒドロゲル６８のアルキル化反応物質（例えば、ヨードアセトアミド若しくはマレイミド）と反応させてもよいか、又は、ホスホロアミダイト末端プライマーを、ヒドロゲル６８のチオエーテルと反応させてもよい。いくつかの例を提供してきたが、プライマー７０、７０’に付着することができ、ヒドロゲル６８の官能基に付着することができる官能基を使用してもよいということを理解されたい。

【0180】

上記のように、複合体６０Ｃ’は、ヒドロゲル６８、プライマー７０、７０’、及び連結部分６２Ａの代わりに連結部分６２Ｂを含む。ヒドロゲル６８及びプライマー７０、７０’の任意の例を使用することができる。電気化学的に応答性の遷移金属錯体結合対の配位子又は遷移金属錯体のいずれかを、連結部分６２Ｂとして使用することができる。連結部分６２Ｂは、ヒドロゲル６８の官能基のいずれかに結合され得る。

【0181】

また、上記のように、複合体６０Ｃ’’は、ヒドロゲル６８、プライマー７０、７０’、及び連結部分６２Ａの代わりに連結部分６２Ｃを含む。ヒドロゲル６８及びプライマー７０、７０’の任意の例を使用することができる。連結部分６２Ｃとして、可視光応答性の遷移金属錯体結合対の配位子又は遷移金属錯体のいずれかを使用してもよい。連結部分６２Ｃは、ヒドロゲル６８の官能基のいずれかに結合され得る。一具体例では、連結部分６２Ｃはチオエーテルであり、複合体６０Ｃ’’は、ｉ）チオエーテルが付着され、ｉｉ）複数のプライマー７０、７０’が付着されたヒドロゲル６８である。

【0182】

更に他の複合体６０Ｄ、６０Ｄ’、６０Ｄ’’を図４Ｄに示す。

【0183】

一例では、複合体６０Ｄは、電気化学的に除去可能であり、修飾されていない作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃと共に使用することができる。複合体６０Ｄのこの例は、修飾されていない作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃに付着し、そこから脱着することができる連結部分６２Ａと、ｉ）連結部分６２Ａが付着され、ｉｉ）鋳型核酸鎖７４のクラスターが付着された粒子７２とを含む。

【0184】

別の例では、複合体６０Ｄ’は電気化学的に除去可能であり、電気化学的に応答性の遷移金属錯体結合対の一方のメンバー３４Ａ、３４Ｂで修飾された作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃと共に使用することができる。複合体６０Ｄ’のこの例は、連結部分６２Ｂとして（電気化学的に応答性の遷移金属錯体結合対の）配位子又は遷移金属錯体のいずれかと、ｉ）連結部分６２Ｂが付着され、ｉｉ）鋳型核酸鎖７４のクラスターが付着された粒子７２とを含む。

【0185】

更に別の例では、複合体６０Ｄ’’は、可視光曝露によって除去可能であり、可視光応答性の遷移金属錯体結合対の一方のメンバー５４Ａ、５４Ｂで修飾された基材表面５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄと共に使用することができる。複合体６０Ｄ’’のこの例は、連結部分６２Ｃとして（可視光応答性遷移金属錯体結合対の）チオエーテル配位子又は遷移金属錯体のいずれかと、ｉ）連結部分６２Ｂが付着され、ｉｉ）鋳型核酸鎖７４のクラスターが付着された粒子７２とを含む。

【0186】

連結部分６２Ａの任意の例が、複合体６０Ｄにおいて使用され得る。連結部分６２Ａは、粒子７２の官能基のいずれかに結合され得る。

【0187】

粒子７２は、鋳型核酸鎖７４のクラスターを生成するために使用される連結部分６２Ａ及びプライマー７０、７０’を付着させることができる官能基を含む任意の好適な材料であってもよい。代替的に、粒子７２は、鋳型核酸鎖７４のクラスターを生成するために使用される連結部分６２Ａ及びプライマー７０、７０’を付着させることができる官能基を含むヒドロゲル６８でコーティングされ得る。

【0188】

粒子７２に有用な材料の例としては、タンパク質足場；ガラス（例えば、制御された細孔ガラスビーズ）；プラスチック、例えば、アクリル、ポリスチレン、又はスチレンと別の材料とのコポリマー、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブチレン、ポリウレタン又はポリテトラフルオロエチレン（ＣｈｅｍｏｕｒｓからのＴＥＦＬＯＮ（登録商標））；多糖類又は架橋多糖類、例えば、アガロース又は（ＣｙｔｉｖａＢｉｏｐｒｏｃｅｓｓからのＳＥＰＨＡＲＯＳＥ（登録商標））；ナイロン；ニトロセルロース；シリコン及び変性シリコンを含むシリカ又はシリカ系材料；常磁性ビーズ；炭素繊維；金属（例えば、金、銀、スズ、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金、銅、アルミニウムなど）；ドープされた半金属（例えば、ドープされたシリコン）；直接バンドギャップ半導体（例えば、ガリウムヒ素）；金属複合材（上記金属のうちの２つ以上）；又は本明細書に開示されるヒドロゲル６８が挙げられる。一例では、粒子７２は、シリカ、本明細書に開示されるヒドロゲル６８の任意の例、ヒドロゲル６８でコーティングされた金属ナノ粒子、又はタンパク質足場からなる群から選択される。

【0189】

粒子７２は、例えば、球体、楕円形、微小球、又は規則的若しくは不規則な寸法を有するかどうかに関わらず他の認識された粒子形状として特徴付けられる形状を有することができる。

【0190】

図４Ｄには示されていないが、粒子７２は最初に、表面に付着したプライマー７０、７０’を有する。この例では、プライマー７０、７０’は、５’末端において、粒子７２の官能基との単一点共有結合が可能な官能基で終端され得る。プライマー７０、７０’は、図４Ｄに示される鋳型核酸鎖７４のクラスターを生成するために使用される。

【0191】

粒子７２上に鋳型核酸鎖７４のクラスターを生成するために、ライブラリー鋳型は、最初に任意の核酸サンプル（例えば、ＤＮＡサンプル又はＲＮＡサンプル）から調製され得る。ＤＮＡ核酸サンプルは、同様にサイズ決定された（例えば、１０００ｂｐ未満の）一本鎖ＤＮＡ断片に断片化されてもよい。ＲＮＡ核酸サンプルは、相補的ＤＮＡ（ｃＤＮＡ）を合成するために使用することができ、ｃＤＮＡは、同様にサイズ決定された（例えば、１０００ｂｐ未満の）一本鎖ｃＤＮＡ断片に断片化されてもよい。調製中に、アダプターが、断片のいずれかの末端に追加され得る。還元サイクル増幅により、粒子７２上のプライマー７０、７０’に相補的な配列決定プライマー結合部位、インデックス、及び領域などの異なるモチーフがアダプターに導入され得る。いくつかの例では、単一の核酸サンプルからの断片は、断片に追加された同じアダプターを有する。最終的なライブラリー鋳型は、ＤＮＡ又はｃＤＮＡ断片と、両端にアダプターと、を含む。ＤＮＡ又はｃＤＮＡ断片は、配列決定しようとする最終ライブラリー鋳型の一部分を表す。

【0192】

複数のライブラリー鋳型を粒子懸濁液に導入することができ、この粒子懸濁液は、液体キャリアと、プライマー７０、７０’が付着された粒子７２とを含む。複数のライブラリー鋳型は、例えば、２種類のプライマー７０、７０’のうちの１つにハイブリダイズする。

【0193】

粒子７２上の鋳型核酸鎖の増幅を開始して、鋳型鎖７４のクラスターと複合体６０Ｄを形成することができる。一例では、増幅はクラスター生成を含む。クラスター生成の一例では、ライブラリー鋳型は、高忠実度ＤＮＡポリメラーゼを使用して３’伸長によって、ハイブリダイズされたプライマーからコピーされる。元のライブラリー鋳型は変性され、粒子７２の全周にコピーを固定したままにする。固定化されたコピーを増幅するために、等温ブリッジ増幅又は他の何らかの形態の増幅が使用され得る。例えば、コピーされた鋳型は、ループオーバーして隣接する相補的なプライマーにハイブリダイズし、ポリメラーゼは、コピーされた鋳型をコピーして二本鎖ブリッジ構造を形成し、当該構造は、変性して２本の一本鎖を形成する。これらの２本の鎖は、ループオーバーして隣接する相補的なプライマーにハイブリダイズし、再度伸長して、２つの新しい二本鎖ループを形成する。このプロセスを、等温変性及び増幅のサイクルによって各鋳型コピーに対して繰り返して、粒子７２上の密集したクローンクラスターを作り出す。二本鎖ブリッジ構造の各クラスターが変性される。一例では、逆鎖は、特異的塩基切断によって除去され、順方向鋳型鎖を残す。クラスター化は、粒子７２上に固定されたいくつかの鋳型鎖７４の形成をもたらす。このクラスター化の例はブリッジ増幅と称され、この増幅は実行できる増幅の１つの例である。他の増幅技術が使用され得るということを理解されたい。

【0194】

上記のように、複合体６０Ｄ’は、粒子７２、鋳型鎖７４、及び連結部分６２Ａの代わりに連結部分６２Ｂを含む。粒子７２及び鋳型鎖７４の任意の例を使用することができる。電気化学的に応答性の遷移金属錯体結合対の配位子又は遷移金属錯体のいずれかを、連結部分６２Ｂとして使用することができる。連結部分６２Ｂは、粒子７２の表面の官能基を介して粒子７２に結合してもよい。

【0195】

また、上記のように、複合体６０Ｄ’は、粒子７２、鋳型鎖７４、及び連結部分６２Ａの代わりに連結部分６２Ｃを含む。ヒドロゲル６８及びプライマー７０、７０’の任意の例を使用することができる。連結部分６２Ｃとして、可視光応答性の遷移金属錯体結合対の配位子又は遷移金属錯体のいずれかを使用してもよい。連結部分６２Ｃは、ヒドロゲル６８の官能基のいずれかに結合され得る。一具体例では、連結部分６２Ｃはチオエーテルであり、複合体６０Ｄ’は、ｉ）チオエーテルが付着され、ｉｉ）鋳型核酸鎖７４のクラスターが付着されたヒドロゲル粒子７２である。

【0196】

更に別の複合体６０Ｅを図４Ｅに示す。複合体６０Ｅは、可視光曝露によって除去可能であり、可視光応答性の遷移金属錯体結合対の一方のメンバー５４Ａ、５４Ｂで修飾された基材表面５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄと共に使用することができる。複合体６０Ｅのこの例は、連結部分６２Ｃとして（可視光応答性遷移金属錯体結合対の）チオエーテル配位子と、ｉ）配位子及びｉｉ）複数のプライマー７０、７０’が付着されたヒドロゲル６８’で官能化された金属ナノ粒子７３とを含む。

【0197】

この例では、金属ナノ粒子７３は、金、銀、スズ、ロジウム、ルテニウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金、銅、アルミニウムなどであってもよく、ヒドロゲル６８’は、本明細書に記載されるヒドロゲル６８の任意の例であってもよく、プライマー７０、７０’は、本明細書に記載される任意の例であってもよい。

【0198】

付着したプライマー７０、７０’と共に示される複合体６０Ｃ～６０Ｅのいずれも、フローセル１０に導入される前に、フローセル外でクラスター化されるか、又は部分的にクラスター化されて、鋳型核酸鎖７４を生成し得ることを理解されたい。部分的なクラスター化により、金属ナノ粒子７３が鋳型核酸鎖７４で完全に覆われないように増幅サイクルが制御される。同様に、鋳型鎖７４と共に示される複合体６０Ｃ～６０Ｅのいずれかは、代わりにプライマー７０、７０’を含み得る。これらの例は、鋳型核酸鎖７４を生成するためにフローセル上でクラスター化され得る。

【0199】

なお更に、複合体６０Ａ～６０Ｅのいずれにもポリメラーゼが付着していてもよい。付着したポリメラーゼは、単一分子センシング動作において望ましい場合がある。任意の好適なポリメラーゼ及び連結分子が、これらの例において使用され得る。

【0200】

フローセル表面を電気化学的に再生する方法
図２Ａ～図２Ｃに示されるフローセル１０の例のいずれも、作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃが、本明細書に開示される複合体６０の一例を使用して一時的に修飾され、電気化学を使用して再生可能である方法において使用され得る。

【0201】

一例では、本方法は、一般に、フローチャネル１２に少なくとも部分的に露出した表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを有する作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃを含むフローセル１０のフローチャネル１２に第１の流体を導入することを含み、表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは、修飾されていないか、又は遷移金属錯体結合対の第１のメンバー３４Ａ、３４Ｂで修飾されており、それによって、第１の流体中に存在する複合体６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｃ’、６０Ｄ、６０Ｄ’の連結部分６２Ａ、６２Ｂは、複合体６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｃ’、６０Ｄ、６０Ｄ’を表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃに化学的に付着させて、作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃの一時的に修飾された表面を形成することと、一時的に修飾された表面の複合体６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｃ’、６０Ｄ、６０Ｄ’を伴うセンシング動作を行うことと、連結部分６２Ａ、６２Ｂの脱離電圧を作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃに印加し、それによって連結部分６２Ａ、６２Ｂを脱離し、表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを再生することと、を含む。この方法の例は、図５～図８を参照して示され、説明される。

【0202】

この方法の一例を図５に概略的に示す。図５は、フローチャネル１２と、フローチャネル１２に少なくとも部分的に露出される表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを有する作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃとを含むフローセル１０の一部を示す。この例では、作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは修飾されていない。

【0203】

この例示的な方法では、複合体６０Ａは、第１の流体７６に存在する。第１の流体７６は、水及び緩衝剤を含んでもよい。好適な緩衝剤の例としては、ＴＲＩＳ（トリス（ヒドロキシメチル）アミノメタン又はＴｒｉｚｍａ（登録商標））、ビス－トリスメタン緩衝剤、ＡＤＡ緩衝剤（双性イオン性緩衝剤）、ＭＥＳ（２－エタンスルホン酸）、ＭＯＰＳ（３－（Ｎ－モルホリノ）プロパンスルホン酸）、又は別の酸性緩衝剤が挙げられる。代替的に、第１の流体７６は、ハロゲン化テトラアルキルアンモニウムなどの任意の有機可溶性電解質を有する有機溶媒から構成されてもよい。

【0204】

第１の流体７６は、流体制御システムを使用して、入口フルイディクス３６を通してフローチャネル１２に導入される。一例では、第１の流体７６は、貯蔵リザーバから流体ラインを通って、流体入口１４を通ってフローチャネル１２内に圧送される（図５には図示せず）。

【0205】

フローチャネル１２内で、複合体６０Ａの連結部分６２Ａは、修飾されていない表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃと反応する。使用される反応条件は、連結部分６２Ａ及び修飾されていない表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃに依存する。上述したように、反応は、第１の流体７６の存在下で自発的であってもよく、又は印加バイアスの存在下で起こってもよい（例えば、ジアゾニウムは、０Ｖ～－２Ｖの負バイアスを印加することによって電極に付着されてもよい）。修飾されていない表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃへの複合体６０Ａの付着は、一時的に修飾された表面３２Ａ’、３２Ｂ’、３２Ｃ’の一例を生成する。

【0206】

複合体６０Ａが付着されると、センシング動作を行う前に、この例示的な方法は、センシング動作で使用される追加の表面化学８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃを含む第２の流体７８をフローチャネル１２に導入することを更に含む。

【0207】

図５に示す方法の一例では、作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは修飾されておらず、複合体６０Ａは、連結部分６２Ａと、修飾されていない表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃに付着しない直交する官能基６４とを含み、センシング動作を行う前に、本方法は、ｉ）複数のプライマー７０、７０’が付着され、ｉｉ）直交する官能基６４と反応性である反応性官能基８２が付着されたヒドロゲル６８を含む追加の表面化学８０Ａを含む第２の流体７８をフローチャネル１２に導入することを更に含む。

【0208】

追加の表面化学８０Ａのヒドロゲル６８及びプライマー７０、７０’は、本明細書に開示される例のいずれかであり得る。

【0209】

反応性官能基８２は、複合体６０Ａの直交する官能基６４と反応性であるように選択される。例として、反応性官能基８２は、アジド直交する官能基６４に共有結合したアルキン（例えば、ジアルキン、歪みアルキン）又はテトラジンであってもよい。代替的に、反応性官能基８２は、エポキシ直交する官能基６４に共有結合する遊離アミンであってもよい。代替的に、反応性官能基８２は、活性化カルボキシレート直交する官能基６４に共有結合した遊離アミンであってもよく、又は、反応性官能基８２は、アルデヒド直交する官能基６４に共有結合したヒドラジンであってもよく、又は、反応性官能基８２は、ホスホロアミダイト直交する官能基６４に共有結合したチオエーテルであってもよく、又は、反応性官能基８２は、アルキル化試薬直交する官能基６４に共有結合したチオエーテルであってもよい。反応性官能基８２は、複合体６０Ａの直交する官能基６４と非共有結合を形成することもできる。例えば、反応性官能基８２は、ビオチンに非共有結合するストレプトアビジンであってもよく、又は、反応性官能基８２は、ｓｐｙキャッチャーに非共有結合するｓｐｙタグであってもよい。

【0210】

反応性官能基８２と官能基６４との反応は、追加の表面化学８０Ａを一時的に修飾された表面３２Ａ’、３２Ｂ’、３２Ｃ’に付着させ、一時的に修飾された表面３２Ａ’、３２Ｂ’、３２Ｃ’をセンシング動作の準備が整った状態にする（図５において＃１として示される）。

【0211】

詳細は図５に示されていないが、この例示的な方法におけるセンシング動作は、複数のプライマー７０、７０’を使用して鋳型核酸鎖７４を増幅して、一時的に修飾された表面３２Ａ’、３２Ｂ’、３２Ｃ’上に鋳型核酸鎖７４のクラスターを生成することと、複数の光学的に標識されたヌクレオチドを含む第３の流体をフローチャネル１２に導入することと、複数の光学的に標識されたヌクレオチドのうちのそれぞれ１つの、鋳型核酸鎖７４のうちの少なくともいくつかに沿った新生鎖への組み込み事象を光学的に検出することと、を伴う。

【0212】

一時的に修飾された表面３２Ａ’、３２Ｂ’、３２Ｃ’上でのクラスター生成は、ライブラリー鋳型及びプライマー７０、７０’を使用して、本明細書に記載されるように行われ得る。この例では、試薬はフローセル１０に導入され、増幅サイクルは追加の表面化学８０Ａのプライマー７０、７０’を用いて実行される。

【0213】

次いで、配列決定プライマーが、フローセル１０に導入され得る。配列決定プライマーは、一時的に修飾された表面３２Ａ’、３２Ｂ’、３２Ｃ’上の鋳型核酸鎖７４にハイブリダイズする。この配列決定プライマーは、鋳型鎖７４を配列決定可能な状態にする。

【0214】

次いで、標識ヌクレオチドを含む組み込み混合物を、例えば、入口ポート１４を介してフローセル１０へと導入してもよい。標識ヌクレオチドに加えて、組み込み混合物は、水、緩衝液、及びポリメラーゼを含み得る。組み込み混合物がフローセル１０に導入されると、その混合物は、フローチャネル１２に入り、固定されかつ配列決定準備の整った鋳型鎖７４と接触する。

【0215】

組み込み混合物をフローセル１０内でインキュベートし、標識ヌクレオチド（光学標識を含む）を、鋳型鎖７４に沿ってそれぞれのポリメラーゼによって新生鎖に組み込む。組み込み中、標識ヌクレオチドのうちの１つは、それぞれのポリメラーゼにより、１つの配列決定プライマーを伸長して鋳型鎖のうちの１つに相補的である１つの新生鎖に組み込まれる。組み込みは、鋳型鎖依存的様式で実施され、したがって、新生鎖に添加された標識ヌクレオチドの順序及びタイプの検出を使用して、鋳型鎖７４の配列を決定することができる。組み込みは、単一の配列決定サイクル中に、一時的に修飾された表面３２Ａ’、３２Ｂ’、３２Ｃ’を横切る鋳型鎖７４の少なくともいくつかで起こる。

【0216】

組み込まれた標識ヌクレオチドは、標識ヌクレオチドが付加されると更なる配列決定プライマー伸長を終結させる３’ＯＨブロッキング基の存在に起因する、可逆的終結特性を含み得る。インキュベーション及び組み込みの所望の時間の後、組み込まれていない標識ヌクレオチドを含む組み込み混合物は、洗浄サイクル中にフローセル１０から除去され得る。洗浄サイクルは、例えば、ポンプ又は他の好適な機構によって、洗浄溶液（例えば、緩衝液）が、フローチャネル１２内に導かれて通り、次いでフローチャネル１２から出る、フロースルー技術を含み得る。

【0217】

更なる組み込みが行われることなく、直近で組み込まれた標識ヌクレオチドを、イメージング事象を通して検出することができる。イメージング事象中、照明システムが、フローセル１０に励起光を提供してもよい。組み込まれた標識ヌクレオチドの光学標識は、励起光に応答して光学信号を放出する。これらの光信号は、イメージング装置を使用して取り込むことができる。

【0218】

イメージングを行った後、次いで切断混合物をフローセル１０に導入することができる。一例では、切断混合物は、（ｉ）組み込まれたヌクレオチドから３’ＯＨブロッキング基を除去することができ、（ｉｉ）組み込まれたヌクレオチドから光学標識を切断することができる。切断混合物中の３’ＯＨブロッキング基及び好適な脱ブロッキング剤／成分の例としては、塩基加水分解によって除去することができるエステル部分；Ｎａｌ、クロロトリメチルシラン及びＮａ_２Ｓ_２Ｏ_３で又はアセトン／水中のＨｇ（ＩＩ）で除去することができるアリル部分；トリス（２－カルボキシエチル）ホスフィン（ＴＣＥＰ）又はトリ（ヒドロキシプロピル）ホスフィン（ＴＨＰ）などのホスフィンで切断することができるアジドメチル；酸性条件で切断することができるｔｅｒｔ－ブトキシ－エトキシなどのアセタール；ＬｉＢＦ_４及びＣＨ_３ＣＮ／Ｈ_２Ｏで切断することができるＭＯＭ（－ＣＨ_２ＯＣＨ_３）部分；チオフェノール及びチオサルフェートなどの求核剤で切断することができる２，４－ジニトロベンゼンスルフェニル；Ａｇ（Ｉ）又はＨｇ（ＩＩ）で切断することができるテトラヒドロフラニルエーテル；並びにホスファターゼ酵素（例えば、ポリヌクレオチドキナーゼ）によって切断され得る３’ホスフェート、が挙げられ得る。切断混合物中の好適な光学標識切断剤／成分の例としては、隣接ジオールを切断することができる過ヨウ素酸ナトリウム；アジドメチル結合を切断することができる、トリス（２－カルボキシエチル）ホスフィン（ＴＣＥＰ）又はトリ（ヒドロキシプロピル）ホスフィン（ＴＨＰ）などのホスフィン；アリルを切断することができるパラジウム及びＴＨＰ；エステル部分を切断することができる塩基；又は任意の他の好適な切断剤が挙げられ得る。

【0219】

次いで、鋳型鎖７４が配列決定されるまで、更なる配列決定サイクルが行われ得る。

【0220】

センシング動作が完了すると、連結部分６２Ａの脱離電圧が作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃに印加される（図５の＃２）。電解質溶液は、作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ及び対電極４０（図５には図示せず）と接触するように、フローセル１０に導入される。電解質溶液は、電気化学を駆動するのに十分な塩を有する水性又は有機性の任意の溶液であってもよい。広範囲の塩濃度、例えば、１ｍＭ＜塩＜３Ｍを使用することができる。電解質溶液の例としては、ナトリウム塩（例えば、塩化ナトリウム）、カリウム塩、マグネシウム塩、マンガン塩などの水溶液、又はアセトニトリル若しくは炭酸プロピレンに溶解されたテトラフルオロホウ酸テトラエチルアンモニウム（ＴＥＡＢＦ_４）が挙げられる。アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、プロピレンカーボネート、塩化メチレン又はクロロホルムを含む有機溶媒中のハロゲン化テトラアルキルアンモニウムなどの有機電解質も使用することができる。

【0221】

脱離電圧は、複合体６０Ａに付着した連結部分６２Ａ及び追加の表面化学８０Ａを脱着し、したがって、表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを再生する。脱離電圧は、使用される連結部分６２Ａに依存する。いくつかの例では、脱離電圧を印加することは、作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃに負バイアスを印加することを伴う。十分に大きな負バイアス（例えば、－２Ｖ～－３Ｖ）は、大部分の連結部分６２Ａ（例えば、アセチレンなど）を除去するはずである。他の例では、脱離電圧を印加することは、作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃに正バイアスを印加することを伴う。十分に大きい正バイアス（例えば、＋２Ｖ～＋３Ｖ）もまた、大部分の連結部分６２Ａ（例えば、ジアゾニウムなど）を除去するのに好適であり得る。

【0222】

この例示的な方法は、脱離電圧が印加された後にフローチャネル１２に洗浄流体を導入することを更に含み得る。これは、脱着された表面化学の全てがフローセル１０から除去されることを確実にするのに役立つ。

【0223】

図５に示す方法の別の例では、作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは修飾されておらず、複合体６０Ａは、連結部分６２Ａと、修飾されていない表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃに付着しない直交する官能基６４とを含み、センシング動作を行う前に、本方法は、ｉ）鋳型核酸鎖７４のクラスターが付着され、ｉｉ）直交する官能基６４と反応性である反応性官能基８２が付着されたヒドロゲル６８を含む追加の表面化学８０Ｂを含む第２の流体７８をフローチャネル１２に導入することを更に含む。

【0224】

追加の表面化学８０Ｂのヒドロゲル６８は、本明細書に開示される例のいずれかであってもよく、核酸鎖７４の鋳型は、本明細書に記載されるように（例えば、図４Ｄを参照して）フローセル１０の外側で生成されてもよい。追加の表面化学８０Ｂの反応性官能基８２はまた、複合体６０Ａの直交する官能基６４と反応性である任意の基であってもよい。

【0225】

図５は、一時的に修飾された表面３２Ａ’、３２Ｂ’、３２Ｃ’に付着した追加の表面化学８０Ａを示すが、この例では、反応性官能基８２と官能基６４との反応によって、一時的に修飾された表面３２Ａ’、３２Ｂ’、３２Ｃ’に追加の表面化学８０Ｂが付着することを理解されたい。追加の表面化学８０Ｂの付着は、一時的に修飾された表面３２Ａ’、３２Ｂ’、３２Ｃ’をセンシング動作の準備が整った状態にする。

【0226】

詳細は図５に示されていないが、この例示的な方法におけるセンシング動作は、複数の光学的に標識されたヌクレオチドを含む第３の流体をフローチャネル１２に導入することと、複数の光学的に標識されたヌクレオチドのうちのそれぞれ１つの、鋳型核酸鎖７４のうちの少なくともいくつかに沿った新生鎖への組み込み事象を光学的に検出することと、により鋳型核酸鎖７４のクラスターを配列決定することを伴う。組み込み事象の配列決定及び光学的検出は、本明細書に記載されるように行われ得る。

【0227】

センシング動作が完了すると、連結部分６２Ａの脱離電圧が作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃに印加される。電解質溶液は、作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ及び対電極４０（図５には図示せず）と接触するように、フローセル１０に導入される。脱離電圧は、複合体６０Ａに付着した連結部分６２Ａ及び追加の表面化学８０Ｂを脱着し、したがって、表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを再生する。

【0228】

【0229】

図５に示す方法の更に別の例では、作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは修飾されておらず、複合体６０Ａは、連結部分６２Ａと、修飾されていない表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃに付着しない直交する官能基６４とを含み、センシング動作を行う前に、本方法は、ｉ）鋳型核酸鎖７４のクラスターが付着され、ｉｉ）直交する官能基６４と反応性である反応性官能基８２が付着された粒子７２’を含む追加の表面化学８０Ｃを含む第２の流体７８をフローチャネル１２に導入することを更に含む。

【0230】

追加の表面化学８０Ｃの粒子７２’は、本明細書に開示される粒子７２の任意の例であってもよく、核酸鎖７４の鋳型は、本明細書に記載されるように（例えば、図４Ｄを参照して）フローセル１０の外側で生成されてもよい。追加の表面化学８０Ｃの反応性官能基８２はまた、複合体６０Ａの直交する官能基６４と反応性である任意の基であってもよい。

【0231】

図５は、一時的に修飾された表面３２Ａ’、３２Ｂ’、３２Ｃ’に付着した追加の表面化学８０Ａを示すが、この例では、反応性官能基８２と官能基６４との反応によって、一時的に修飾された表面３２Ａ’、３２Ｂ’、３２Ｃ’に追加の表面化学８０Ｃが付着することを理解されたい。追加の表面化学８０Ｃの付着は、一時的に修飾された表面３２Ａ’、３２Ｂ’、３２Ｃ’をセンシング動作の準備が整った状態にする。

【0232】

【0233】

センシング動作が完了すると、連結部分６２Ａの脱離電圧が作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃに印加される。電解質溶液は、作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ及び対電極４０（図５には図示せず）と接触するように、フローセル１０に導入される。脱離電圧は、複合体６０Ａに付着した連結部分６２Ａ及び追加の表面化学８０Ｃを脱着し、したがって、表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを再生する。

【0234】

【0235】

方法の別の例を図６に概略的に示す。図６は、フローチャネル１２と、フローチャネル１２に少なくとも部分的に露出した表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを有する作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃとを含むフローセル１０の一部を示す。この例では、作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは修飾されていない。

【0236】

この例示的な方法では、複合体６０Ｂは、第１の流体７６に存在する。第１の流体７６の任意の例を使用してもよい。第１の流体７６は、流体制御システムを使用して、入口フルイディクス３６を通してフローチャネル１２に導入される。一例では、第１の流体７６は、貯蔵リザーバから流体ラインを通って、流体入口１４を通ってフローチャネル１２内に圧送される（図６には図示せず）。

【0237】

フローチャネル１２内で、複合体６０Ｂの連結部分６２Ａは、修飾されていない表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃと反応する。上述したように、使用される反応条件は、連結部分６２Ａ及び修飾されていない表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃに依存する。いくつかの例では、反応条件は、修飾されていない表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃへの連結部分６２Ａの付着を開始するバイアス電圧の印加を含む。修飾されていない表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃへの複合体６０Ｂの付着は、一時的に修飾された表面３２Ａ’’、３２Ｂ’’、３２Ｃ’’の別の例を生成する。

【0238】

複合体６０Ｂが付着されると、センシング動作を行う前に、この例示的な方法は、センシング動作で使用される追加の表面化学８０Ｄ、８０Ｅ、８０Ｆを含む第２の流体７８をフローチャネル１２に導入することを更に含む。

【0239】

図６に示される方法の一例では、作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは修飾されておらず、複合体６０Ｂは連結部分６２Ａ及び連結部分６２Ａに付着した捕捉オリゴヌクレオチド６６を含み、センシング動作を行う前に、本方法は、ｉ）鋳型核酸鎖７４のクラスターに付着され、ｉｉ）捕捉オリゴヌクレオチド６６に相補的なオリゴヌクレオチド８４に付着された粒子７２’を含む追加の表面化学８０Ｄを含む第２の流体７８をフローチャネル１２に導入することを更に含む。

【0240】

追加の表面化学８０Ｄの粒子７２’は、本明細書に開示される粒子７２の任意の例であってもよく、核酸鎖７４の鋳型は、本明細書に記載されるように（例えば、図４Ｄを参照して）フローセル１０の外側で生成されてもよい。

【0241】

オリゴヌクレオチド８４は、修飾された作用電極表面３２Ａ’’、３２Ｂ’’、３２Ｃ’’に付着された複合体６０Ｂの相補的捕捉オリゴヌクレオチド６６にハイブリダイズすることができる一本鎖核酸配列である。オリゴヌクレオチド８４は、使用される捕捉オリゴヌクレオチド６６に依存して、約１０ヌクレオチド～約１００ヌクレオチド、又は約１２ヌクレオチド～約６０ヌクレオチド、又は約１５ヌクレオチド～約５０ヌクレオチドの範囲の長さを有し得る。

【0242】

追加の表面化学８０Ｄは、オリゴヌクレオチド８４を捕捉オリゴヌクレオチド６６にハイブリダイズさせるのに適した温度でフローセル１０内でインキュベートされる。ハイブリダイゼーションの結果として、追加の表面化学８０Ｄを一時的に修飾された表面３２Ａ’’、３２Ｂ’’、３２Ｃ’’に付着させ、一時的に修飾された表面３２Ａ’’、３２Ｂ’’、３２Ｃ’’をセンシング動作の準備が整った状態にする（図６において＃１として示される）。

【0243】

詳細は図６に示されていないが、この例示的な方法におけるセンシング動作は、複数の光学的に標識されたヌクレオチドを含む第３の流体をフローチャネル１２に導入することと、複数の光学的に標識されたヌクレオチドのうちのそれぞれ１つの、鋳型核酸鎖７４のうちの少なくともいくつかに沿った新生鎖への組み込み事象を光学的に検出することと、により鋳型核酸鎖７４のクラスターを配列決定することを伴う。組み込み事象の配列決定及び光学的検出は、本明細書に記載されるように行われ得る。

【0244】

センシング動作が完了すると、連結部分６２Ａの脱離電圧が作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃに印加される。電解質溶液は、作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ及び対電極４０（図６には図示せず）と接触するように、フローセル１０に導入される。脱離電圧は、複合体６０Ｂに付着した連結部分６２Ａ及び追加の表面化学８０Ｄを脱着し、したがって、表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを再生する。

【0245】

【0246】

図６に示される方法の別の例では、作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは修飾されておらず、複合体６０Ｂは連結部分６２Ａ及び連結部分６２Ａに付着した捕捉オリゴヌクレオチド６６を含み、センシング動作を行う前に、方法は、ｉ）複数のプライマー７０、７０’が付着され、ｉｉ）捕捉オリゴヌクレオチド６６に相補的なオリゴヌクレオチド８４に付着されたヒドロゲル６８を含む追加の表面化学８０Ｅを含む第２の流体７８をフローチャネル１２に導入することを更に含む。

【0247】

追加の表面化学８０Ｅのヒドロゲル６８及びプライマー７０、７０’は、本明細書に開示される例のいずれかであり得る。上記のように、オリゴヌクレオチド８４は、修飾された作用電極表面３２Ａ’’、３２Ｂ’’、３２Ｃ’’に付着された複合体６０Ｂの相補的捕捉オリゴヌクレオチド６６にハイブリダイズすることができる一本鎖核酸配列である。

【0248】

図６は、一時的に修飾された表面３２Ａ’’、３２Ｂ’’、３２Ｃ’’に付着した追加の表面化学８０Ｄを示すが、この例では、一時的に修飾された表面３２Ａ’’、３２Ｂ’’、３２Ｃ’’に追加の表面化学８０Ｅが付着することを理解されたい。更に、詳細は図６に示されていないが、この例示的な方法におけるセンシング動作は、複数のプライマー７０、７０’を使用して鋳型核酸鎖７４を増幅して、一時的に修飾された表面３２Ａ’’、３２Ｂ’’、３２Ｃ’’上に鋳型核酸鎖７４のクラスターを生成することと、複数の光学的に標識されたヌクレオチドを含む第３の流体をフローチャネル１２に導入することと、複数の光学的に標識されたヌクレオチドのうちのそれぞれ１つの、鋳型核酸鎖７４のうちの少なくともいくつかに沿った新生鎖への組み込み事象を光学的に検出することと、を伴う。

【0249】

一時的に修飾された表面３２Ａ’’、３２Ｂ’’、３２Ｃ’’上でのクラスター生成は、ライブラリー鋳型及びプライマー７０、７０’を使用して、本明細書に記載されるように行われ得る。この例では、試薬はフローセル１０に導入され、増幅サイクルは追加の表面化学８０Ｅのプライマー７０、７０’を用いて実行される。

【0250】

組み込み事象の配列決定及び光学的検出は、この場合、本明細書に記載されるように行われ得る。

【0251】

センシング動作が完了すると、連結部分６２Ａの脱離電圧が作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃに印加される。電解質溶液は、作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ及び対電極４０（図６には図示せず）と接触するように、フローセル１０に導入される。脱離電圧は、複合体６０Ｂに付着した連結部分６２Ａ及び追加の表面化学８０Ｅを脱着し、したがって、表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを再生する。

【0252】

【0253】

図６に示される方法の別の例では、作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは修飾されておらず、複合体６０Ｂは連結部分６２Ａ及び連結部分６２Ａに付着した捕捉オリゴヌクレオチド６６を含み、センシング動作を行う前に、本方法は、ｉ）鋳型核酸鎖７４のクラスターに付着され、ｉｉ）捕捉オリゴヌクレオチド６６に相補的なオリゴヌクレオチド８４に付着されたヒドロゲル６８を含む追加の表面化学８０Ｆを含む第２の流体７８をフローチャネル１２に導入することを更に含む。

【0254】

追加の表面化学８０Ｆのヒドロゲル６８は、本明細書に開示される例のいずれかであってもよく、核酸鎖７４の鋳型は、本明細書に記載されるように（例えば、図４Ｄを参照して）フローセル１０の外側で生成されてもよい。上記のように、オリゴヌクレオチド８４は、修飾された作用電極表面３２Ａ’’、３２Ｂ’’、３２Ｃ’’に付着された複合体６０Ｂの相補的捕捉オリゴヌクレオチド６６にハイブリダイズすることができる一本鎖核酸配列である。

【0255】

図６は、一時的に修飾された表面３２Ａ’’、３２Ｂ’’、３２Ｃ’’に付着した追加の表面化学８０Ｄを示すが、この例では、オリゴヌクレオチド８４と捕捉オリゴヌクレオチド６６とのハイブリダイゼーションにより、一時的に修飾された表面３２Ａ’、３２Ｂ’、３２Ｃ’に追加の表面化学８０Ｆが付着することを理解されたい。追加の表面化学８０Ｆの付着は、一時的に修飾された表面３２Ａ’’、３２Ｂ’’、３２Ｃ’’をセンシング動作の準備が整った状態にする。

【0256】

【0257】

センシング動作が完了すると、連結部分６２Ａの脱離電圧が作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃに印加される。電解質溶液は、作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ及び対電極４０（図６には図示せず）と接触するように、フローセル１０に導入される。脱離電圧は、複合体６０Ｂに付着した連結部分６２Ａ及び追加の表面化学８０Ｆを脱着し、したがって、表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを再生する。

【0258】

【0259】

方法の更に別の例を図７に概略的に示す。図７は、フローチャネル１２と、フローチャネル１２に少なくとも部分的に露出した表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを有する作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃとを含むフローセル１０の一部を示す。この例では、作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは修飾されていない。

【0260】

この例示的な方法では、複合体６０Ｃ又は６０Ｄは、第１の流体７６に存在する。本明細書に開示される第１の流体７６の任意の例が使用されてもよい。第１の流体７６は、流体制御システムを使用して、入口フルイディクス３６を通してフローチャネル１２に導入される。一例では、第１の流体７６は、貯蔵リザーバから流体ラインを通って、流体入口１４を通ってフローチャネル１２内に圧送される（図７には図示せず）。

【0261】

フローチャネル１２内で、複合体６０Ｃ又は６０Ｄの連結部分６２Ａは、修飾されていない表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃと反応する。使用される反応条件は、連結部分６２Ａ及び修飾されていない表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃに依存する。いくつかの例では、反応条件は、修飾されていない表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃへの連結部分６２Ａの付着を開始するバイアス電圧の印加を含む。修飾されていない表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃへの複合体６０Ｃ又は６０Ｄの付着は、一時的に修飾された表面３２Ａ’’’、３２Ｂ’’’、３２Ｃ’’’の別の例を生成する。

【0262】

複合体６０Ｃ又は６０Ｄが付着されると、センシング動作が行われてもよい（図７の＃１）。センシング動作は、使用される複合体６０Ｃ、６０Ｄに依存して変化する。

【0263】

一例では、作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは修飾されておらず、複合体６０Ｃは、ｉ）連結部分６２Ａが付着され、ｉｉ）複数のプライマー７０、７０’が付着されたヒドロゲル６８を含む。この例では、ヒドロゲル６８、プライマー７０、７０’、及び連結部分６２Ａは、本明細書に開示される例のいずれかであり得る。

【0264】

詳細は図７に示されていないが、この例示的な方法におけるセンシング動作は、複数のプライマー７０、７０’を使用して鋳型核酸鎖７４を増幅して、一時的に修飾された表面３２Ａ’’’、３２Ｂ’’’、３２Ｃ’’’上に鋳型核酸鎖７４のクラスターを生成することと、複数の光学的に標識されたヌクレオチドを含む第２の流体をフローチャネル１２に導入することと、複数の光学的に標識されたヌクレオチドのうちのそれぞれ１つの、鋳型核酸鎖７４のうちの少なくともいくつかに沿った新生鎖への組み込み事象を光学的に検出することと、を伴う。

【0265】

一時的に修飾された表面３２Ａ’’’、３２Ｂ’’’、３２Ｃ’’’上でのクラスター生成は、ライブラリー鋳型及びプライマー７０、７０’を使用して、本明細書に記載されるように行われ得る。この例では、試薬はフローセル１０に導入され、増幅サイクルは複合体６０Ｃのプライマー７０、７０’を用いて行われる。

【0266】

組み込み事象の配列決定及び光学的検出は、この場合、本明細書に記載されるように行われ得る。

【0267】

センシング動作が完了すると、連結部分６２Ａの脱離電圧が作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃに印加される。電解質溶液は、作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ及び対電極４０（図７には図示せず）と接触するように、フローセル１０に導入される。脱離電圧は、連結部分６２Ａと、複合体６０Ｃに付着した表面化学とを脱着する。これにより、修飾されていない作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃが再生される。

【0268】

【0269】

別の例では、作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは修飾されておらず、複合体６０Ｄは、ｉ）連結部分６２Ａが付着され、ｉｉ）複数のプライマー７０、７０’が付着されたヒドロゲル６８を含む。この例では、ヒドロゲル６８、プライマー７０、７０’、及び連結部分６２Ａは、本明細書に開示される例のいずれかであり得る。

【0270】

一例では、作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは修飾されておらず、複合体６０Ｄは、ｉ）連結部分６２Ａが付着され、ｉｉ）鋳型鎖７４のクラスターが付着された粒子７２を含む。この例では、ヒドロゲル６８及び連結部分６２Ａは、本明細書に開示される例のいずれかであり得る。核酸鎖７４の鋳型は、本明細書に記載されるように（例えば、図４Ｄを参照して）、フローセル１０の外側で生成され得る。

【0271】

詳細は図７に示されていないが、この例示的な方法におけるセンシング動作は、複数の光学的に標識されたヌクレオチドを含む第２の流体をフローチャネル１２に導入することと、複数の光学的に標識されたヌクレオチドのうちのそれぞれ１つの、鋳型核酸鎖７４のうちの少なくともいくつかに沿った新生鎖への組み込み事象を光学的に検出することと、により鋳型核酸鎖７４のクラスターを配列決定することを伴う。組み込み事象の配列決定及び光学的検出は、この場合、本明細書に記載されるように行われ得る。

【0272】

センシング動作が完了すると、連結部分６２Ａの脱離電圧が作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃに印加される。電解質溶液は、作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ及び対電極４０（図７には図示せず）と接触するように、フローセル１０に導入される。脱離電圧は、連結部分６２Ａと、複合体６０Ｄに付着した表面化学とを脱着する。これにより、修飾されていない作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃが再生される。

【0273】

【0274】

方法の更に別の例を図８に概略的に示す。図８は、フローチャネル１２と、フローチャネル１２に少なくとも部分的に露出した表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを有する作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃとを含むフローセル１０の一部を示す。この例では、作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは、電気化学的に可逆的な遷移金属結合対の一方のメンバー３４Ａ、３４Ｂで修飾される。

【0275】

この例示的な方法では、連結部分６２Ｂを含む複合体６０Ｃ’又は６０Ｄ’が使用される。図４Ｃ及び図４Ｄを参照して本明細書に記載されるように、連結部分６２Ｂは、メンバー３４Ａ、３４Ｂに結合することができる、電気化学的に可逆的な遷移金属結合対の他方のメンバーを含む。

【0276】

複合体６０Ｃ’又は６０Ｄ’は、第１の流体７６中に存在し、第１の流体７６は、本明細書に開示される例のいずれかであり得る。複合体６０Ｃ’又は６０Ｄ’を含有する第１の流体７６は、本明細書に説明されるような流体制御システムを使用して、入口フルイディクス３６を通してフローチャネル１２に導入される。

【0277】

フローチャネル１２内で、複合体６０Ｃ’又は６０Ｄ’の連結部分６２Ｂは、メンバー３４Ａ、３４Ｂに結合する。使用される反応条件は、遷移金属結合対に依存する。いくつかの例では、反応条件は、連結部分６２Ｂのメンバー３４Ａ、３４Ｂへの付着を開始するバイアス電圧の印加を含む。複合体６０Ｃ’又は６０Ｄ’の連結部分６２Ｂのメンバー３４Ａ、３４Ｂへの付着は、一時的に修飾された表面３２Ａ’’’’、３２Ｂ’’’’、３２Ｃ’’’’の更に別の例を生成する。

【0278】

一時的に修飾された表面３２Ａ’’’’、３２Ｂ’’’’、３２Ｃ’’’’上に結合対が形成されると、センシング動作が行われ得る（図８の＃１）。センシング動作は、使用される複合体６０Ｃ’、６０Ｄ’に依存して変化する。

【0279】

複合体６０Ｃ’を含む一例では、作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは、遷移金属錯体結合対の第１のメンバー３４Ａ、３４Ｂで修飾され、遷移金属錯体結合対の第１のメンバー３４Ａ、３４Ｂは配位子であり、連結部分６２Ｂは遷移金属錯体であり、遷移金属錯体は遷移金属錯体結合対の第２のメンバーであり、複合体６０Ｃ’は、ｉ）遷移金属錯体が付着され、ｉｉ）複数のプライマー７０、７０’が付着されたヒドロゲル６８を含む。

【0280】

この例では、作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃに付着した遷移金属錯体結合対の第１のメンバー３４Ａ、３４Ｂはピリジンであってもよく、ヒドロゲル６８に付着した遷移金属錯体（すなわち、連結部分６２Ｂ）は亜鉛ポルフィリン複合体であってもよい。この例では、ピリジン複合体が亜鉛ポルフィリン複合体の亜鉛を錯化するとき、複合体６０Ｃ’は表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを官能化する。

【0281】

詳細は図８に示されていないが、この例示的な方法におけるセンシング動作は、複数のプライマー７０、７０’を使用して鋳型核酸鎖７４を増幅して、一時的に修飾された表面３２Ａ’’’’、３２Ｂ’’’’、３２Ｃ’’’’上に鋳型核酸鎖７４のクラスターを生成することと、複数の光学的に標識されたヌクレオチドを含む第２の流体をフローチャネル１２に導入することと、複数の光学的に標識されたヌクレオチドのうちのそれぞれ１つの、鋳型核酸鎖７４のうちの少なくともいくつかに沿った新生鎖への組み込み事象を光学的に検出することと、を伴う。

【0282】

一時的に修飾された表面３２Ａ’’’’、３２Ｂ’’’’、３２Ｃ’’’’上でのクラスター生成は、ライブラリー鋳型及びプライマー７０、７０’を使用して、本明細書に記載されるように行われ得る。この例では、試薬はフローセル１０に導入され、増幅サイクルは複合体６０Ｃ’のプライマー７０、７０’を用いて行われる。

【0283】

組み込み事象の配列決定及び光学的検出は、この場合、本明細書に記載されるように行われ得る。

【0284】

センシング動作が完了すると、連結部分６２Ｂの脱離電圧が作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃに印加される。電解質溶液は、作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ及び対電極４０（図８には図示せず）と接触するように、フローセル１０に導入される。脱離電圧は、使用される連結部分６２Ｂに依存する。いくつかの例では、脱離電圧を印加することは、作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃに負バイアスを印加することを伴う。他の例では、脱離電圧を印加することは、作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃに正バイアスを印加することを伴う。ピリジンと亜鉛ポルフィリン錯体の結合対の例では、脱離電圧は、亜鉛１を亜鉛０に還元する電圧である。

【0285】

脱離電圧は、連結部分６２Ｂを第１のメンバー３４Ａ、３４Ｂから脱着させる。したがって、連結部分６２Ｂを介して付着した表面化学が除去される。これにより、第１のメンバー３４Ａ、３４Ｂによって修飾された作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃが再生される。

【0286】

【0287】

複合体６０Ｄを伴う別の例では、作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは、遷移金属錯体結合対の第１のメンバー３４Ａ、３４Ｂで修飾され、遷移金属錯体結合対の第１のメンバー３４Ａ、３４Ｂは遷移金属錯体であり、連結部分６２Ｂは配位子であり、配位子は遷移金属錯体結合対の第２のメンバーであり、複合体６０Ｄ’は、ｉ）配位子（連結部分６２Ｂ）、及びｉｉ）鋳型核酸鎖７４のクラスターが付着されたヒドロゲル６８で官能化された金属ナノ粒子を含む。

【0288】

この例では、作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃに付着した遷移金属錯体結合対の第１のメンバー３４Ａ、３４Ｂは、フェロセニル－ポリ（プロピレンイミン）デンドリマーであってもよく、ヒドロゲル６８に付着した配位子（すなわち、連結部分６２Ｂ）は、β－シクロデキストリンであってもよい。この例では、複合体６０Ｄ’は、フェロセニル末端基の電気化学的還元を用いて表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを官能化する。

【0289】

詳細は図８に示されていないが、この例示的な方法におけるセンシング動作は、複数の光学的に標識されたヌクレオチドを含む第２の流体をフローチャネル１２に導入することと、複数の光学的に標識されたヌクレオチドのうちのそれぞれ１つの、鋳型核酸鎖７４のうちの少なくともいくつかに沿った新生鎖への組み込み事象を光学的に検出することと、により鋳型核酸鎖７４のクラスターを配列決定することを伴う。組み込み事象の配列決定及び光学的検出は、この場合、本明細書に記載されるように行われ得る。

【0290】

センシング動作が完了すると、連結部分６２Ｂの脱離電圧が作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃに印加される。電解質溶液は、作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ及び対電極４０（図８には図示せず）と接触するように、フローセル１０に導入される。脱離電圧は、連結部分６２Ｂを第１のメンバー３４Ａ、３４Ｂから脱着させる。したがって、連結部分６２Ｂを介して付着した表面化学が除去される。これにより、第１のメンバー３４Ａ、３４Ｂによって修飾された作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃが再生される。フェロセニル－ポリ（プロピレンイミン）デンドリマー及びβ－シクロデキストリン結合対を有する例では、脱離電圧は、フェロセニル末端基を酸化する電圧である。いくつかの例では、脱離電圧は、連結部分６２Ｂを第１のメンバー３４Ａ、３４Ｂから脱着し、第１のメンバー３４Ａ、３４Ｂを作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃから脱着する。これらの例では、第１のメンバー３４Ａ、３４Ｂは、追加の表面化学がフローセル１０に加えられるときに、作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃに導入されて付着されてもよい（例えば、シランリンカーなどを介して）。

【0291】

【0292】

化学洗浄方法（例えば、強酸又は強塩基の導入など）とは異なり、図５～図８を参照して説明される電気化学的脱離方法は、作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ上のバルク材料を劣化させず、むしろ、作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃと表面化学との間の界面（例えば、連結部分６２Ａ、６２Ｂ）を劣化させる。これらの例のいずれにおいても、脱離バイアスの印加中に表面から反発され得る正味電荷を有する表面化学を利用することによって、表面化学の除去をより効率的にすることもできる。

【0293】

電気化学的再生を含む方法の更に別の例は、フローチャネル１２に少なくとも部分的に露出される修飾されていない表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを有する作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃを含むフローセル１０のフローチャネル１２に第１の流体７６を導入し、それによって、第１の流体７６中に存在する複合体６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄの連結部分６２Ａが、複合体６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄを表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃに化学的に付着させて、作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃの一時的に修飾された表面（例えば、３２Ａ’、３２Ａ’’、３２Ａ’’’）を形成することと、一時的に修飾された表面（例えば、３２Ａ’、３２Ａ’’、３２Ａ’’’）の複合体６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄを含むセンシング動作を行うことと、フローセル１０に電解質溶液を導入することと、電解質溶液の存在下で作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃに電圧を印加し、それによって、作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃの層を除去し、修飾されていない表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを再生することと、を含む。

【0294】

複合体６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄを修飾されていない表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃに付着させる方法は、図５～図７を参照して本明細書で説明したように行うことができる。

【0295】

この追加の例では、作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃと表面化学との間の界面（例えば、連結部分６２Ａ、６２Ｂ）を劣化させるのではなく、作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃの薄層を腐食除去することによって、表面結合基を電気化学的に除去することができる。作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃの薄層を腐食させるために印加されるバイアスは、特定の金属及び溶液中の塩濃度に依存する。いくつかの場合では、腐食は０バイアスで起こり得るか、又は０～＋１Ｖのいくらかの正バイアスの印加を必要とする場合がある。腐食が０バイアスで自発的に発生する場合、表面化学が導入され利用されるときに表面化学を保存するために、センシング動作中に腐食保護のために負バイアスが印加されてもよい。

【0296】

これにより、作用電極表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃにおいて表面化学に結合した金属がイオンとして表面から離れるため、表面化学が除去される。

【0297】

この例では、フローセル１０は、作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃの初期厚さ及び洗浄サイクルごとの厚さの損失に関連する特定の寿命を有する。

【0298】

フローセル１０が第２の作用電極４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃを含む場合、いずれの方法も、第２の作用電極４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃに電圧を印加して、表面化学の導入中に表面化学が付着しないように反発させることも含み得る。したがって、本方法のいくつかの例は、第１の流体７６が導入されるときに、連結部分６２Ａ、６２Ｂの脱離電圧を第２の作用電極４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃに印加し、それによって、間隙領域３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃから複合体６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｃ’、６０Ｄ、６０Ｄ’を反発させることを伴う。フローセル１０が第２の作用電極４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃを含む場合、いずれの方法も、第２の作用電極４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃに電圧を印加して、表面化学の脱離中に第２の作用電極４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃの洗浄を助けることを含み得る。したがって、本方法のいくつかの例は、センシング動作の後に、連結部分６２Ａ、６２Ｂの脱離電圧を第２の作用電極４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃに印加することを伴う。

【0299】

フローセル表面を可視光で再生する方法
図３Ａ及び図３Ｂに示されるフローセル１０の例のいずれも、基材表面５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄが、本明細書に開示される複合体６０Ｃ’’、６０Ｄ’’、６０Ｅの一例を使用して一時的に修飾され、可視光曝露を使用して再生可能である方法において使用され得る。

【0300】

一例では、本方法は、概して、フローチャネル１２に少なくとも部分的に露出した基材２２Ｆ、２２Ｇ、２２Ｈ、２２Ｉの表面５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄを含むフローセル１０のフローチャネル１２に第１の流体７６を導入することを含み、表面５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄは、遷移金属錯体結合対の可視光応答性の第１のメンバー５４Ａ、５４Ｂで修飾され、それによって、第１の流体７６中に存在する複合体６０Ｃ’’、６０Ｄ’’、６０Ｅの連結部分６２Ｃは、複合体６０Ｃ’’、６０Ｄ’’、６０Ｅを表面５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄに化学的に付着させて、基材２２Ｆ、２２Ｇ、２２Ｈ、２２Ｉの一時的に修飾された表面を形成することと、一時的に修飾された表面の複合体６０Ｃ’’、６０Ｄ’’、６０Ｅを含むセンシング動作を行うことと、一時的に修飾された表面を可視光に曝露し、それによって連結部分６２Ｃを脱着し、表面５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄを再生することと、を含む。この方法の例は、図９を参照して示され、説明される。

【0301】

図９は、フローチャネル１２と、フローチャネル１２に少なくとも部分的に露出した表面５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄを有する基材２２Ｆ、２２Ｇ、２２Ｈ、２２Ｉとを含むフローセル１０の一部を示す。この例では、基材表面５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄは、可視光応答性の遷移金属結合対の一方のメンバー５４Ａ、５４Ｂで修飾される。

【0302】

この例示的な方法では、連結部分６２Ｃを含む複合体６０Ｃ’’又は６０Ｄ’’又は６０Ｅが使用される。図４Ｃ～図４Ｅを参照して本明細書に記載されるように、連結部分６２Ｃは、メンバー５４Ａ、５４Ｂに結合することができる可視光応答性の遷移金属結合対の他方のメンバーを含む。

【0303】

複合体６０Ｃ’’又は６０Ｄ’’又は６０Ｅは、第１の流体７６中に存在し、第１の流体７６は、本明細書に開示される例のいずれかであり得る。複合体６０Ｃ’’又は６０Ｄ’’又は６０Ｅを含有する第１の流体７６は、本明細書に説明されるような流体制御システムを使用して、入口フルイディクス３６を通してフローチャネル１２に導入される。

【0304】

フローチャネル１２内で、複合体６０Ｃ’’又は６０Ｄ’’又は６０Ｅの連結部分６２Ｃは、メンバー５４Ａ、５４Ｂに結合する。使用される反応条件は、遷移金属結合対に依存する。一例では、反応は、クロロホルム中で約２０分～約３０分の光曝露を用いて行われ得る。複合体６０Ｃ’’又は６０Ｄ’’又は６０Ｅの連結部分６２Ｃのメンバー５４Ａ、５４Ｂへの付着は、一時的に修飾された表面５２Ａ’、５２Ｂ’、５２Ｃ’、５２Ｄ’の一例を生成する。これらの例のいずれにおいても、第１のメンバー５４Ａ、５４Ｂは加水分解ルテニウム複合体であってもよく、連結部分６２Ｃはチオエーテルであってもよい。これらの例では、加水分解されたルテニウム複合体がチオエーテル連結部分６２Ｃのチオールと複合体を形成する場合、複合体６０Ｃ’’又は６０Ｄ’’又は６０Ｅは、基材表面５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄを官能化する。

【0305】

一時的に修飾された表面５２Ａ’、５２Ｂ’、５２Ｃ’、５２Ｄ’上に結合対が形成されると、センシング動作が行われ得る（図９の＃１）。センシング動作は、使用される複合体６０Ｃ’’、６０Ｄ’’、６０Ｅに依存して変化する。

【0306】

複合体６０Ｃ’’を含む例では、連結部分６２Ｃはチオエーテルであり、複合体６０Ｃ’’は、ｉ）チオエーテルが付着され、ｉｉ）複数のプライマー７０、７０’が付着されたヒドロゲル６８である。

【0307】

ヒドロゲル６８及びプライマー７０、７０’は、本明細書に開示される例のいずれかであり得る。チオエーテルは、ヒドロゲル６８の好適な官能基に付着され得る。

【0308】

詳細は図９に示されていないが、この例示的な方法におけるセンシング動作は、複数のプライマー７０、７０’を使用して鋳型核酸鎖７４を増幅して、一時的に修飾された表面５２Ａ’、５２Ｂ’、５２Ｃ’、５２Ｄ’上に鋳型核酸鎖７４のクラスターを生成することと、複数の光学的に標識されたヌクレオチドを含む第２の流体をフローチャネル１２に導入することと、複数の光学的に標識されたヌクレオチドのうちのそれぞれ１つの、鋳型核酸鎖７４のうちの少なくともいくつかに沿った新生鎖への組み込み事象を光学的に検出することと、を伴う。

【0309】

一時的に修飾された表面５２Ａ’，５２Ｂ’，５２Ｃ’，５２Ｄ’上でのクラスター生成は、ライブラリー鋳型及びプライマー７０、７０’を使用して、本明細書に記載されるように行われ得る。この例では、試薬はフローセル１０に導入され、増幅サイクルは複合体６０Ｃ’’のプライマー７０、７０’を用いて行われる。

【0310】

組み込み事象の配列決定及び光学的検出は、この場合、本明細書に記載されるように行われ得る。

【0311】

センシング動作が完了すると、一時的に修飾された表面５２Ａ’、５２Ｂ’、５２Ｃ’、５２Ｄ’は可視光に曝露され得る。可視光曝露は、チオエーテル連結部分６２Ｃ、したがって複合体６０Ｃ’’の解離を誘導する波長を放射する光源（例えば、レーザ）を使用して行われ得る。可視光曝露の時間は、光源の出力に依存し得る。より高い出力の光源は、より短い露光時間を伴い得、より低い出力の光源は、より長い露光時間を伴い得る。

【0312】

可視光は、連結部分６２Ｃを第１のメンバー５４Ａ、５４Ｂから解離させる。したがって、連結部分６２Ｃを介して付着した表面化学が除去される。これにより、第１のメンバー５４Ａ、５４Ｂによって修飾された基材表面５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄが再生される。

【0313】

この例示的な方法は、可視光曝露後にフローチャネル１２に洗浄流体を導入することを更に含んでもよい。これは、脱着された表面化学の全てがフローセル１０から除去されることを確実にするのに役立つ。

【0314】

複合体６０Ｄ’を伴う例では、連結部分６２Ｃはチオエーテルであり、複合体６０Ｄ’は、ｉ）チオエーテルが付着され、ｉｉ）鋳型鎖７４のクラスターが付着されたヒドロゲル６８である。

【0315】

ヒドロゲル６８は、本明細書に開示される例のいずれかであってもよく、核酸鎖７４の鋳型は、本明細書に記載されるように（例えば、図４Ｄを参照して）フローセル１０の外側で生成されてもよい。

【0316】

詳細は図９に示されていないが、この例示的な方法におけるセンシング動作は、複数の光学的に標識されたヌクレオチドを含む第２の流体をフローチャネル１２に導入することと、複数の光学的に標識されたヌクレオチドのうちのそれぞれ１つの、鋳型鎖７４のうちの少なくともいくつかに沿った新生鎖への組み込み事象を光学的に検出することと、により鋳型核酸鎖７４のクラスターを配列決定することを伴う。組み込み事象の配列決定及び光学的検出は、この場合、本明細書に記載されるように行われ得る。

【0317】

センシング動作が完了すると、一時的に修飾された表面５２Ａ’、５２Ｂ’、５２Ｃ’、５２Ｄ’は可視光に曝露され得る。可視光曝露は、連結部分６２Ｃ、したがって複合体６０Ｄ’’の解離を誘導する波長を放射する光源（例えば、レーザ）を使用して行われ得る。可視光曝露の時間は、光源の出力に依存し得る。

【0318】

【0319】

【0320】

複合体６０Ｅを含む例では、連結部分６２Ｃはチオエーテルであり、複合体６０Ｅは、ｉ）付着されたチオエーテル及びｉｉ）複数のプライマー７０、７０’で官能化された金属ナノ粒子７３である。

【0321】

金属ナノ粒子７３及び複数のプライマー７０、７０’は、本明細書に開示される任意の例であり得る。チオエーテルは、ヒドロゲル６８の好適な官能基に付着され得る。

【0322】

【0323】

一時的に修飾された表面５２Ａ’，５２Ｂ’，５２Ｃ’，５２Ｄ’上でのクラスター生成は、ライブラリー鋳型及びプライマー７０、７０’を使用して、本明細書に記載されるように行われ得る。この例では、試薬はフローセル１０に導入され、増幅サイクルは複合体６０Ｅのプライマー７０、７０’を用いて行われる。

【0324】

組み込み事象の配列決定及び光学的検出は、この場合、本明細書に記載されるように行われ得る。

【0325】

センシング動作が完了すると、一時的に修飾された表面５２Ａ’、５２Ｂ’、５２Ｃ’、５２Ｄ’は可視光に曝露され得る。可視光曝露は、連結部分６２Ｃ、したがって複合体６０Ｅの解離を誘導する波長を放射する光源（例えば、レーザ）を使用して行われ得る。可視光曝露の時間は、光源の出力に依存し得る。

【0326】

【0327】

【0328】

キット
本明細書に開示されるフローセル１０の任意の例は、キットの一部としてフローセル表面化学流体と共に含まれてもよい。キットの一例は、ｉ）フローセル１０であって、フローチャネル１２と、フローチャネル１２に少なくとも部分的に露出した表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを有する作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃであって、表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは、修飾されていないか、又は遷移金属錯体結合対の第１のメンバー３４Ａ、３４Ｂで修飾されている、作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃと、作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃに電気的に接続された対電極４０と、を含むフローセル１０と、ｉｉ）フローセル表面化学流体であって、液体キャリア（例えば、流体７６）と、修飾されていない表面又は遷移金属錯体結合対の第１のメンバー３４Ａ、３４Ｂに化学的に付着し、脱離電圧に曝露されたときに修飾されていない表面又は遷移金属錯体結合対の第１のメンバー３４Ａ、３４Ｂから脱離する連結部分６２Ａ、６２Ｂを含む複合体６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｃ’、６０Ｄ、６０Ｄ’と、を含む、フローセル表面化学流体と、を含む。このキットにおけるフローセル１０の例はまた、本明細書に記載される構成のいずれかにおける第２の作用電極４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃと、本明細書に記載される構成のいずれかにおける対電極４０と、本明細書に記載される構成のいずれかにおけるコントローラと、を含み得る。

【0329】

このキットの一例では、表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは修飾されておらず、複合体６０Ａは、連結部分６２Ａと、修飾されていない表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃに付着しない直交する官能基６４とを含み、キットは、ｉ）複数のプライマー７０、７０’が付着され、ｉｉ）直交する官能基６４と反応性である反応性官能基８２が付着されたヒドロゲル６８を含む第２の流体（例えば、流体７８）を更に備える。この例示的なキットはまた、複数の光学的に標識されたヌクレオチドを含む第３の流体を備え得る。

【0330】

このキットの別の例では、表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは修飾されておらず、複合体６０Ａは、連結部分６２Ａと、修飾されていない表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃに付着しない直交する官能基６４とを含み、キットは、ｉ）鋳型鎖７４のクラスターが付着され、ｉｉ）直交する官能基６４と反応性である反応性官能基８２が付着された粒子７２を含む第２の流体（例えば、流体７８）を更に備える。この例示的なキットはまた、複数の光学的に標識されたヌクレオチドを含む第３の流体を備え得る。

【0331】

このキットの更に別の例では、表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは修飾されておらず、複合体６０Ｂは、連結部分６２Ａと、連結部分６２Ａに付着した捕捉オリゴヌクレオチド６６とを含み、キットは、ｉ）鋳型鎖７４のクラスターが付着され、ｉｉ）捕捉オリゴヌクレオチド６６に相補的なオリゴヌクレオチド８４が付着された粒子７２を含む第２の流体（例えば、流体７８）を更に備える。この例示的なキットはまた、複数の光学的に標識されたヌクレオチドを含む第３の流体を備え得る。

【0332】

このキットの更に別の例では、表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは修飾されておらず、複合体６０Ｃは、ｉ）連結部分６２Ａが付着され、ｉｉ）複数のプライマー７０、７０’が付着された粒子７２を含む。この例示的なキットはまた、鋳型鎖７４を生成するための試薬を有する第２の流体と、複数の光学的に標識されたヌクレオチドを含む第３の流体と、を備え得る。

【0333】

このキットの更に別の例では、表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは修飾されておらず、複合体６０Ｄは、ｉ）連結部分６２Ａが付着され、ｉｉ）鋳型核酸鎖７４のクラスターが付着された粒子７２を含む。この例示的なキットはまた、複数の光学的に標識されたヌクレオチドを含む第２の流体を備え得る。

【0334】

このキットの別の例では、表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは、遷移金属錯体結合対の第１のメンバー３４Ａ、３４Ｂで修飾されている。遷移金属錯体結合対の第１のメンバー３４Ａ、３４Ｂは配位子であり、連結部分は遷移金属錯体であり、遷移金属錯体は遷移金属錯体結合対の第２のメンバーであり、複合体６０Ｃ’は、ｉ）遷移金属錯体（例えば、連結部分６２Ｂ）が付着され、ｉｉ）複数のプライマー７０、７０’が付着されたヒドロゲル６８を含む。

【0335】

このキットの更なる例では、表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃは、遷移金属錯体結合対の第１のメンバー３４Ａ、３４Ｂで修飾されている。遷移金属錯体結合対の第１のメンバー３４Ａ、３４Ｂは遷移金属錯体であり、連結部分６２Ｂは配位子であり、配位子は遷移金属錯体結合対の第２のメンバーであり、複合体６０Ｄ’は、ｉ）配位子（例えば、連結部分６２Ｂ）、及びｉｉ）鋳型核酸鎖７４のクラスターが付着されたヒドロゲル６８で官能化された金属ナノ粒子７２を含む。

【0336】

キットの別の例は、ｉ）フローチャネル１２と、フローチャネル１２に少なくとも部分的に露出した表面５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄを有する基材２２Ｅ、２２Ｆ、２２Ｇ、２２Ｈと、を含むフローセル１０であって、表面５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄは、遷移金属錯体結合対の可視光応答性の第１のメンバー５４Ａ、５４Ｂで修飾されている、フローセル１０と、ｉｉ）フローセル表面化学流体であって、液体キャリア（例えば、流体７６）と、可視光応答性の第１のメンバー５４Ａ、５４Ｂに化学的に付着し、可視光に曝露されたときに可視光応答性の第１のメンバー５４Ａ、５４Ｂから脱離する連結部分６２Ｃを含む複合体６０Ｃ’’、６０Ｄ’’、６０Ｆと、を含むフローセル表面化学流体と、を含む。

【0337】

配列決定システム
本明細書に記載されるフローセル１０の任意の例は、配列決定システムの一部であってもよい。例示的な配列決定システム９０を図１０に概略的に示す。配列決定システム９０は、配列決定準備完了状態から配列決定準備未完了状態に電気化学的に又は可視光曝露によって切り替え可能な再生可能な表面（例えば、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄ）を含むフローセル１０と、流体をフローセル１０に送達するための送達フルイディクスを含む流体制御システム９２と、再生可能な表面（例えば、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄ）を照明するように位置付けられた照明システム９４と、再生可能な表面（例えば、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄ）の画像を取り込むように位置付けられた検出システム９６と、フローセル１０の電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃを配列決定準備未完了状態に誘導させるか、又は、照明システム９４に、フローセル１０を可視光に曝露させるコントローラ１０２とを備える。

【0338】

「配列決定準備完了状態」は、表面化学が付着して、一時的に修飾された表面の任意の例を形成する状態である。換言すれば、この状態は、所望の核酸分析のための表面化学が表面に付着されたときのフローセル１０の状態を指す。配列決定準備完了状態では、フローセル１０は、配列決定動作又は別の核酸分析において使用することができる。「配列決定準備未完了状態」は、表面化学が再生可能な表面（例えば、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄ）に付着していない状態である。換言すれば、この状態は、所望の核酸分析のための表面化学が表面に付着していないときのフローセル１０の状態を指す。配列決定準備未完了状態では、フローセル１０は、好適な表面化学の欠如に起因して、配列決定動作又は別の核酸分析において使用することができない。

【0339】

流体制御システム９２は、本明細書に記載される入口フルイディクス３６及び出口フルイディクス３８を含む。入口フルイディクス３６は、流体リザーバ又は流体カートリッジ９８と、所望の流体、例えば７６、７８、洗浄流体などを入口１４を通してフローセル１０に供給する流体ラインと、を含み得る。出口フルイディクス３８は、廃液リザーバ１００と、流体、例えば７６、７８、洗浄流体などをフローセル１０から出口１６を通して除去する流体ラインと、を含み得る。流体制御システム９２は、コントローラ１０２からのコマンドに応答して望ましい方法で流体を移動させるためのポンプ、バルブなどを含み得る。配列決定システム９０の一具体例は、送達フルイディクスに流体接続されたリザーバと、リザーバ内に含まれる流体（例えば、第１の流体７６）と、を含み、該流体は、複合体６０Ａ、６０Ｂなどを含み、複合体６０Ａ、６０Ｂなどを再生可能な表面に化学的に付着させるための連結部分６２Ａ、６２Ｂなどを有する。

【0340】

照明システム９４は、核酸分析のための励起波長（例えば、紫外光）を放射することができる任意の光源（例えば、レーザ）であってもよい。いくつかの例では、照明システム９４は、基材表面５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄの再生を開始するための可視光を放射することができる別の光源を含む。照明システムは、コントローラ１０２からのコマンドに応答して動作可能である。

【0341】

検出システム９６は、核酸分析から生じる放出光子を記録することができ、記録可能な出力を生成する任意の検出器であってもよい。いくつかの例では、検出システム９６はデジタルイメージングシステムである。検出システム９６は、コントローラ１０２からのコマンドに応答して動作する。

【0342】

コントローラ１０２は、マイクロコントローラ、低減命令セットコンピュータ（Reduced Instruction Set Computer、ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、論理回路、及び本明細書に記載される機能を実行することができる任意の他の回路又はプロセッサを使用するシステムを含む、任意のプロセッサベース又はマイクロプロセッサベースのシステムを含み得る。いくつかの例を提供してきたが、これらは、システムコントローラという用語の定義及び／又は意味を決して限定することを意図していないことを理解されたい。一例では、システムコントローラ１０２は、本明細書に記載される例に従って、流体を送達し、電圧バイアスを印加し、照明システム９４を動作させ、検出システム９６を動作させるなどのために、１つ以上の記憶素子、メモリ、又はモジュールに記憶された命令セットを実行する。電気化学的に再生可能な表面３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを含む例では、コントローラ１０２はまた、作用電極２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃと対電極４０との間、及び／又は第２の作用電極４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃと対電極４０との間の所望のバイアスを制御するために、ポテンショスタットを含んでもよい。

【0343】

配列決定システム９０の一例では、再生可能な表面は、作用電極表面２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃであり、作用電極表面２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃは、配列決定準備未完了状態の遷移金属錯体結合対の第１のメンバー３４Ａ、３４Ｂで修飾されている。

【0344】

配列決定システム９０の別の実施例では、再生可能な表面は、作用電極表面２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃであり、作用電極表面２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃは、配列決定準備未完了状態において修飾されていない。

【0345】

配列決定システム９０の別の例では、再生可能な表面は、基材表面５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃであり、基材表面５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃは、配列決定準備未完了状態の遷移金属錯体結合対の可視光応答性の第１のメンバー５４Ａ、５４Ｂで修飾されている。

【0346】

追記事項
本明細書に記載される例の任意の特徴は、例えばフローセルを得ることを含む、本開示に記載される利点を達成するために任意の望ましい方法で一緒に組み合わされてもよいことを理解されたい。

【0347】

また、以下により詳細に考察される、前述の概念及び更なる概念の全ての組み合わせが、（かかる概念が相互に矛盾しなければ）本明細書に開示される発明の主題の一部であると企図されることを理解されたい。具体的には、本開示の終わりに現れる特許請求される主題の全ての組み合わせは、本明細書に開示される発明の主題の一部であると企図される。本明細書で明示的に用いられ、また参照により組み込まれる任意の開示においても出現し得る用語は、本明細書で開示される特定の概念と最も一致する意味が与えられるべきであることも理解されたい。

【0348】

「一例（one example）」、「別の例」、「一例（an example）」などへの本明細書全体を通じての言及は、例に関連して記載されている特定の要素（例えば、特徴、構造、及び／又は特性）が、本明細書に記載されている少なくとも1つの例に含まれており、他の例に存在していても、存在していなくてもよいことを意味している。加えて、文脈上明確に別段の指示がない限り、任意の例に関する記載の要素は、様々な例において任意の好適な様式で組み合わせられ得ることを理解されたい。

【0349】

いくつかの実施例を詳細に説明してきたが、開示された例は修正され得ることを理解されたい。したがって、これまでの説明は非限定的なものであると考えるべきである。

【図1】