CN115698329A - 包括偶联至电极的颗粒的装置及其制造和使用方法 - Google Patents

Abstract

在一些示例中，一种装置包括：第一电极和第二电极，该第一电极和该第二电极通过空间彼此分离；颗粒，该颗粒经由第一多个键偶联至该第一电极，并且经由第二多个键偶联至该第二电极；以及聚合酶，该聚合酶偶联至该颗粒。在一些示例中，一种组合物包含：第一电极和第二电极，该第一电极和该第二电极通过空间彼此分离；流体，该流体包含长度至少与该空间的长度一样长的第一导电标签；以及检测电路系统，该检测电路系统用于响应于使用该第一导电标签瞬态形成在该第一电极与该第二电极之间的第一导电桥而生成第一信号。

Description

包括偶联至电极的颗粒的装置及其制造和使用方法

相关申请的交叉引用

本申请要求以下申请的权益，这些申请中的每个申请的全部内容以引用方式并入本文中：

于2020年5月11日提交并且名称为“包括偶联至电极的颗粒的装置及其制造和使用方法(Devices Including Particles Coupled to Electrodes,and Methods ofMaking and Using the Same)”的美国临时专利申请号63/022,990；和

于2020年5月11日提交并且名称为“包括在电极之间瞬态形成或选择性完成桥的标签的组合物(Compositions Including Labels That Transiently Form orSelectively Complete Bridges Between Electrodes)”的美国临时专利申请号63/023,001。

背景技术

大量的学术和公司时间和能量已被投入对多核苷酸，诸如DNA进行测序。一些测序系统使用“边合成边测序”(SBS)技术和基于荧光的检测。然而，基于荧光的检测可能需要光学部件，诸如激发光源、成像装置等，这可能是复杂的、操作耗时的并且昂贵的。此外，许多测序策略限于DNA区段的集成聚类的短读段。实现单个DNA分子的长读段的技术对于改进测序的总体准确性来说非常重要。

发明内容

本文提供了包括电极之间的基于颗粒的桥的装置。公开了制造此类装置的方法，以及使用此类装置来经由每个碱基(A、T、C、或G)的不同电信号对多核苷酸进行电子测序的组合物和方法。装置可以包括通过空间彼此分离的第一电极和第二电极、颗粒、和聚合酶。该颗粒可以经由多个键偶联至该第一电极，并且经由多个键偶联至该第二电极。该聚合酶可以偶联至该颗粒。

在本文的一些示例中提供了一种装置，该装置包括通过空间彼此分离的第一电极和第二电极。该装置包括经由多个键偶联至该第一电极并且经由多个键偶联至该第二电极的颗粒。该装置包括偶联至该颗粒的聚合酶。

在一些示例中，该颗粒形成该第一电极与该第二电极之间的导电桥的至少一部分。

在一些示例中，该颗粒是不导电的。

在一些示例中，该颗粒包含具有三级结构的聚合物。在一些示例中，具有三级结构的聚合物包括多核苷酸或多肽。在一些示例中，多核苷酸或多肽被折叠并且交联成具有中心收缩部的三级结构。该中心收缩部可以形成第一电极与第二电极之间的导电桥的一部分。

在一些示例中，该颗粒包括纳米颗粒，该纳米颗粒具有将纳米颗粒键合至第一电极和第二电极的官能团。在一些示例中，该纳米颗粒是无机的。

另外或替代地，在一些示例中，该颗粒的直径为空间长度的至少约10％。

另外或替代地，在一些示例中，该颗粒包括通过接头彼此偶联的一对纳米颗粒。

在本文的一些示例中提供了一种制造装置的方法。该方法包括将溶液沉积到彼此分离的第一电极和第二电极上。该溶液包含在液体中的颗粒，每个颗粒偶联至相应聚合酶。该方法包括将这些颗粒中的一个颗粒从溶液输送到与该第一电极和该第二电极相邻的空间。该方法包括将这些颗粒中的该一个颗粒键合至第一电极和第二电极中的每一者。

在一些示例中，该输送包括在第一电极和第二电极处介电电泳地或磁性地捕集颗粒中的该一个颗粒。

另外或替代地，在一些示例中的键合包括在第一电极与这些颗粒中的该一个颗粒之间形成第一多个键，并且在第二电极与这些颗粒中的该一个颗粒之间形成第二多个键。

另外或替代地，在一些示例中，该方法进一步包括使用这些颗粒中的该一个颗粒从与该第一电极和该第二电极相邻的空间在空间上排除其他颗粒。

在一些示例中，该颗粒形成该第一电极与该第二电极之间的导电桥的至少一部分。

在一些示例中，该颗粒是不导电的。

在一些示例中，该颗粒包含具有三级结构的聚合物。在一些示例中，具有三级结构的聚合物包括多核苷酸或多肽。在一些示例中，该多核苷酸或多肽被折叠并交联成具有中心收缩部的三级结构，该中心收缩部形成在该第一电极与该第二电极之间的导电桥的一部分。

在一些示例中，该颗粒包括纳米颗粒，该纳米颗粒具有将纳米颗粒键合至第一电极和第二电极的官能团。在一些示例中，该纳米颗粒是无机的。

另外或替代地，在一些示例中，该颗粒的直径为空间长度的至少约10％。

在本文的一些示例中提供了一种装置阵列，该装置阵列包括固体基底和设置在该固体基底上的多个电极对。每个电极对的电极通过相应空间彼此分离。该装置阵列包括多个颗粒，每个颗粒键合至相应电极对的电极。这些电极对中的大部分电极对分别键合至颗粒中的单一颗粒。该装置阵列包括多种聚合酶，每种聚合酶偶联至颗粒中的相应一个颗粒。

在一些示例中，相应空间在颗粒分别键合至的电极对之间变化。

在本文的一些示例中提供了一种制造装置阵列的方法，该方法包括将溶液沉积到固体基底上，该固体基底具有设置在其上的多个电极对。每个电极对的电极通过相应空间彼此分离。该溶液包含在液体中的颗粒。每个颗粒偶联至相应的聚合酶。该方法包括将颗粒从溶液输送到空间中的相应空间，以及将颗粒中的一个颗粒键合至每个电极对的电极。这些电极对中的大部分电极对分别键合至颗粒中的恰好一个颗粒。

在一些示例中，输送包括在电极对中的相应一个电极对的电极处介电电泳地或磁性地捕集颗粒中的该一个颗粒。

另外或替代地，在一些示例中键合包括在颗粒中的该一个颗粒与电极对中的相应一个电极对的电极中的每个电极之间形成多个键。

另外或替代地，在一些示例中，该方法进一步包括使用这些颗粒中的该一个颗粒在空间上排除任何其他颗粒接触电极对中的相应一个电极对的电极。

在本文的一些示例中提供了一种组合物，该组合物包含通过空间彼此分离的第一电极和第二电极。该组合物包含经由多个键偶联至该第一电极并且经由多个键偶联至该第二电极的颗粒。该组合物包含第一多核苷酸和第二多核苷酸。该组合物包含多个核苷酸，每个核苷酸偶联至对应标签。该组合物包含偶联至颗粒并且至少使用第二多核苷酸的序列将核苷酸添加至第一多核苷酸的聚合酶。该组合物包含检测电路系统，该检测电路系统用于使用至少第一电极与第二电极之间的电流变化来检测至第一多核苷酸的核苷酸添加的序列。该变化响应于与那些核苷酸对应的标签。

在一些示例中，该颗粒形成该第一电极与该第二电极之间的导电桥的至少一部分，并且这些标签通过桥改变该第一电极与该第二电极之间的电流。

在一些示例中，该颗粒是不导电的，并且这些标签分别形成电流流经的在该第一电极与该第二电极之间的瞬态导电桥。

在一些示例中，该颗粒包含具有三级结构的聚合物。作为另一选项，具有三级结构的聚合物包括DNA或多肽。另外或替代地，该三级结构在第一电极与第二电极之间形成导电桥，并且其中这些标签通过与导电桥杂交来改变第一电极与第二电极之间的电流。

在一些示例中，该颗粒包括纳米颗粒，该纳米颗粒具有将纳米颗粒键合至第一电极和第二电极的官能团。

在一些示例中，纳米颗粒是不导电的。这些标签分别可以形成电流流经的在第一电极与第二电极之间的瞬态导电桥。在一些示例中，标签中的至少一个标签选自由以下组成的组：碳点、导电聚合物、π缀合的小分子、纳米管和富勒烯。另外或替代地，在一些示例中，纳米颗粒和官能团形成在第一电极与第二电极之间的导电桥的至少一部分。标签通过与官能团杂交来改变第一电极与第二电极之间的电流。

在一些示例中，颗粒包括通过接头彼此偶联的一对纳米颗粒。标签通过与接头杂交来改变第一电极与第二电极之间的电流。

在本文的一些示例中提供了一种用于对多核苷酸进行测序的方法。该方法包括至少使用第二多核苷酸的序列，使用聚合酶将核苷酸添加至第一多核苷酸中。该方法包括使用分别偶联至核苷酸的标签来改变第一电极与第二电极之间的电流。颗粒经由多个键偶联至第一电极并且经由多个键偶联至第二电极。该方法包括至少使用使用与那些核苷酸对应的标签引起的电流的变化来检测序列，在该序列中聚合酶将核苷酸添加至第一多核苷酸。

在一些示例中，该颗粒形成该第一电极与该第二电极之间的导电桥的至少一部分，并且这些标签通过桥改变该第一电极与该第二电极之间的电流。

在一些示例中，该颗粒是不导电的，并且这些标签分别形成电流流经的在该第一电极与该第二电极之间的瞬态导电桥。

在一些示例中，该颗粒包含具有三级结构的聚合物。在一些示例中，具有三级结构的聚合物包括DNA或多肽。另外或替代地，三级结构在第一电极与第二电极之间形成导电桥。标签通过与导电桥杂交来改变第一电极与第二电极之间的电流。

在一些示例中，该颗粒包括纳米颗粒，该纳米颗粒具有将纳米颗粒键合至第一电极和第二电极的官能团。在一些示例中，纳米颗粒是不导电的。这些标签分别形成电流流经的在第一电极与第二电极之间的瞬态导电桥。在一些示例中，标签中的至少一个标签选自由以下组成的组：碳点、导电聚合物、π缀合的小分子、纳米管和富勒烯。另外或替代地，在一些示例中，纳米颗粒和官能团形成在第一电极与第二电极之间的导电桥的至少一部分。标签通过与官能团杂交来改变第一电极与第二电极之间的电流。

在一些示例中，颗粒包括通过接头彼此偶联的一对纳米颗粒，并且其中标签通过与接头杂交来改变第一电极与第二电极之间的电流。

本文提供了包括电极之间的桥的装置。公开了制造此类装置的方法，以及使用此类装置来经由每个碱基(A、T、C、或G)的不同电信号对多核苷酸进行电子测序的组合物和方法。装置可以包括通过空间彼此分离的第一电极和第二电极，和聚合酶。使用标签，第一电极与第二电极之间的桥可以被完成，或者可以瞬态形成。

在本文的一些示例中提供了一种组合物，该组合物包含通过空间彼此分离的第一电极和第二电极。该组合物包含流体，该流体包含长度至少与该空间的长度一样长的第一导电标签。该组合物包含检测电路系统，该检测电路系统用于响应于使用第一导电标签瞬态形成在第一电极与第二电极之间的第一导电桥而生成第一信号。

在一些示例中，第一导电标签包括碳点、导电聚合物、π缀合的小分子、纳米管或富勒烯。

另外地或替代地，在一些示例中，该流体进一步包含第二导电标签，该第二导电标签的长度至少与空间的长度一样长。该检测电路系统用于响应于使用第二导电标签瞬态形成在第一电极与第二电极之间的第二导电桥而生成第二信号。在一些示例中，该检测电路系统进一步用于至少使用第一信号与第二信号之间的差异来区分第一导电桥与第二导电桥的形成。

在一些示例中，第一导电标签瞬态键合至第一电极和第二电极中的每一者以形成第一导电桥。在一些示例中，第一导电标签包含第一反应性基团以瞬态键合至第一电极；并且包含第二反应性基团以瞬态键合至第二电极。在一些示例中，第一反应性基团和第二反应性基团选自由以下组成的组：胺、异硫氰酸酯、膦、羧基、硒基、吡啶和甲基硫化物。另外或替代地，在一些示例中，检测电路系统进一步用于在第一导电桥上施加偏置电压，该偏置电压破坏第一反应性基团与第一电极之间的瞬态键或第二反应性基团与第二电极之间的瞬态键。在一些示例中，偏置电压破坏第一反应性基团与第一电极之间的瞬态键和第二反应性基团与第二电极之间的瞬态键。

在一些示例中，组合物进一步包含与第一电极和第二电极相邻偶联的聚合酶，以及与第一导电标签偶联的核苷酸。第一导电标签响应于使用聚合酶作用于核苷酸而形成第一导电桥。在一些示例中，组合物包含偶联至第一电极和第二电极并且偶联至聚合酶的颗粒。在一些示例中，该颗粒是不导电的。

在本文的一些示例中提供了一种用于测序的方法。该方法包括至少使用第二多核苷酸的序列，使用聚合酶将核苷酸添加至第一多核苷酸中。该方法包括使用分别偶联至核苷酸的导电标签瞬态形成在第一电极与第二电极之间的导电桥。该方法包括至少使用导电桥的瞬态形成来检测序列，在该序列中聚合酶将核苷酸添加至第一多核苷酸。在一些示例中，导电标签独立地包括碳点、导电聚合物、π缀合的小分子、纳米管或富勒烯中的一者或多者。另外或替代地，在一些示例中，序列是至少使用导电桥上的电导率差异来检测的。

在一些示例中，导电标签瞬态键合至第一电极和第二电极中的每一者以形成导电桥。在一些示例中，每个导电标签包含第一反应性基团以瞬态键合至第一电极；并且包含第二反应性基团以瞬态键合至第二电极。在一些示例中，第一反应性基团和第二反应性基团选自由以下组成的组：胺、异硫氰酸酯、膦、羧基、硒基、吡啶和甲基硫化物。另外或替代地，在一些示例中，该方法进一步包括在导电桥上施加偏置电压，该偏置电压破坏第一反应性基团与第一电极之间的瞬态键或第二反应性基团与第二电极之间的瞬态键。在一些示例中，偏置电压破坏第一反应性基团与第一电极之间的瞬态键和第二反应性基团与第二电极之间的瞬态键。

在一些示例中，该方法进一步包括使用与第一电极和第二电极相邻偶联的聚合酶作用于偶联至导电标签中的一个导电标签的核苷酸。该导电标签响应于使用聚合酶作用于核苷酸而形成导电桥中的一个导电桥。在一些示例中，颗粒偶联至第一电极和第二电极并且偶联至聚合酶。在一些示例中，该颗粒是不导电的。

在本文的一些示例中提供了一种组合物，该组合物包含通过空间彼此分离的第一电极和第二电极。桥跨越第一电极与第二电极之间的空间。该组合物包含流体，该流体包含以形成导电桥的方式瞬态键合至桥的标签。该组合物包含检测电路系统以响应于导电桥的形成而生成信号，并且以生成偏置电压，该偏置电压经选择为在该信号生成之后破坏该导电桥。

在本文的一些示例中提供了一种用于检测的方法。该方法包括使用标签与跨越第一电极与第二电极之间的空间的桥的瞬态键合来形成导电桥。该方法包括检测导电桥的形成。该方法包括响应于偏置电压的施加而随后破坏瞬态键合。

在本文的一些示例中提供了一种组合物，该组合物包含通过空间彼此分离的第一电极和第二电极。该组合物包含跨越在第一电极与第二电极之间的空间的第一桥和第二桥。第一桥包含第一聚合物链，并且第二桥包含与第一聚合物链不同的第二聚合物链。该组合物包含流体，该流体包含第一寡聚物，该第一寡聚物与第一聚合物链杂交而不与第二聚合物链杂交。该组合物包含检测电路系统，该检测电路系统被配置为响应于第一寡聚物与第一聚合物链的杂交而生成第一信号。

在一些示例中，流体进一步包含第二寡聚物，该第二寡聚物与第二聚合物链杂交而不与第一聚合物链杂交。该检测电路系统用于响应于第二寡聚物与第二聚合物链的杂交而生成第二信号。在一些示例中，该检测电路系统进一步用于至少使用第一信号与第二信号之间的差异，来区分第一寡聚物与第一聚合物链的杂交和第二寡聚物与第二聚合物链的杂交。

在一些示例中，第一聚合物链和第二聚合物链包含三级结构的不同部分。在一些示例中，三级结构包括多核苷酸或多肽三级结构。第一聚合物链和第二聚合物链分别可包括第一单链DNA序列和第二单链DNA序列。第一寡聚物和第二寡聚物分别可包括第三单链DNA序列和第四单链DNA序列，该第三单链DNA序列和该第四单链DNA序列分别补充第一单链DNA序列和第二单链DNA序列。

在一些示例中，三级结构包括多肽。

在本文的一些示例中提供了一种用于测序的方法。该方法包括至少使用第二多核苷酸的序列，使用聚合酶将核苷酸添加至第一多核苷酸中。该方法包括响应于聚合酶将核苷酸中的第一核苷酸添加至第一多核苷酸，而使偶联至该核苷酸的第一标签与跨越第一电极与第二电极之间的空间的桥的第一聚合物链杂交。该方法包括使偶联至核苷酸中的第二核苷酸的第二标签与跨越第一电极与第二电极之间的空间的桥的第二聚合物链顺序地杂交。该方法包括至少使用响应于第一标签与第一聚合物链和第二标签与第二聚合物链之间的相应杂交而通过桥的电流变化来检测序列，在该序列中聚合酶将核苷酸中的第一核苷酸和核苷酸中的第二核苷酸添加至第一多核苷酸。

在一些示例中，第一标签不与第二聚合物链杂交，并且第二标签不与第一聚合物链杂交。

在一些示例中，第一标签和第二标签包含相应聚合物。

在一些示例中，第一聚合物链和第二聚合物链包含三级结构的不同部分。

在一些示例中，三级结构包括多核苷酸或多肽三级结构。第一聚合物链和第二聚合物链分别可包括第一单链DNA序列和第二单链DNA序列。第一标签和第二标签分别可包括第三单链DNA序列和第四单链DNA序列，该第三单链DNA序列和该第四单链DNA序列分别补充第一单链DNA序列和第二单链DNA序列。

在一些示例中，三级结构包括多肽。

应当理解的是，如本文所述的本公开的每个方面的任何相应特征/示例可以以任何合适的组合一起实施，并且来自这些方面中的任何一个或多个方面的任何特征/示例可以与如本文所述的其他方面的任何特征一起以任何组合实施以实现如本文所述的有益效果。

附图说明

图1A至图1B示意性地示出了包括电极之间的基于颗粒的桥的示例性装置。

图2示意性地示出了包括电极之间的三级聚合物结构的示例性装置。

图3A至图3D示意性地示出了包括电极之间的基于纳米颗粒的桥的示例性装置。

图4示出了用于制造图1A至图1B、图2或图3A至图3D的装置的方法中的操作的示例性流程。

图5示意性地示出了图4的方法中的示例性操作。

图6A至图6B示意性地示出了包括图1、图2、或图3A至图3D的多个装置的示例性装置阵列。

图7示出了用于制造图6A至图6B的装置阵列的方法中的操作的示例性流程。

图8A至图8B示意性地示出了用于对包含在电极之间的基于颗粒的桥的多核苷酸进行测序的示例性组合物。

图9A至图9B示意性地示出了用于对包含在电极之间的基于颗粒的桥的多核苷酸进行测序的其他示例性组合物。

图10示出了使用图8A至图8B或图9A至图9B的组合物中的任何组合物对多核苷酸进行测序的方法中的操作的示例性流程。

图11A示出了用于制备如图3B所示的装置的方法中的操作的示例性流程。

图11B示出了图11A所示的操作的示例性结果。

图11C示出了用于制备如图3B所示的装置的方法中的附加操作的示例性流程。

图11D示出了图11C所示的操作的示例性结果。

图12A示出了用于制备如图3C所示的装置的方法中的操作的示例性流程。

图12B示出了图12A所示的操作的示例性结果。

图13示意性地示出了用于磁性吸引颗粒的示例性装置。

图14示意性地示出了包含电极之间的瞬态桥的示例性组合物。

图15示意性地示出了包含电极之间的瞬态桥的示例性组合物。

图16A至图16C示意性地示出了具有可以选择性地完成的桥的示例性组合物。

具体实施方式

本文所提供的示例涉及使用电极之间的基于颗粒的桥对多核苷酸进行电子测序。公开了用于执行电子测序的组合物和方法，以及包含基于颗粒的桥的装置和形成此类装置的方法，以及此类装置的阵列。

更具体地，本发明组合物、装置和方法可适当地用于以稳健、可再现、灵敏且具有高通量的方式对多核苷酸进行测序。例如，本发明装置可以包括偶联至第一电极和第二电极的颗粒。该颗粒可以促进测量那些电极之间的电流变化。在一些示例中，可以至少使用那些改变来对多核苷酸进行测序。更具体地，可以使用对由在核苷酸掺入事件期间核苷酸与电极桥的相互作用引起的电导率的瞬态变化的检测，来对多核苷酸进行测序。这些核苷酸中的一个或多个核苷酸(并且在一些示例中，所有核苷酸)分别偶联至引起电极之间的电流的不同变化的标签，基于所述变化可以鉴定出相应的核苷酸。用标签修饰的核苷酸可以经由多种分子间相互作用改变桥的电导率，这些分子间相互作用包括但不限于氢键、π-π堆积和静电相互作用。在一些示例中，标签分别可以与电极之间的多核苷酸桥杂交，并且此类杂交分别可以以对于每种特定核苷酸唯一的水平改变通过桥的电流。在其他示例中，标签可以通过DNA嵌入机制与桥相互作用。在其他示例中，标签可以通过DNA沟区结合机制与桥相互作用。颗粒可以但不一定需要形成这种桥的一部分。在一些示例中，标签可以形成电极之间的瞬态桥，并且此类桥可以提供彼此不同的电流，核苷酸分别可基于这些电流鉴定出。在这些和其他示例中，聚合酶可以偶联至颗粒并且可以将核苷酸添加至生长中的互补多核苷酸。

本发明的基于颗粒的装置、组合物和方法可以稳健地制造和使用。例如，由于组装分子组分(例如，执行桥接两个电极的有机分子的自下而上自组装)的概率性质，包含有机分子(诸如DNA、π缀合的聚合物等)而不是颗粒的电子装置可能难以制造。本公开尤其提供了一种用于使用在相应电极之间定位颗粒的湿化学技术在溶液中组装基于颗粒的电子装置的方法。这种方法允许在相应的电子装置内可控地放置颗粒和偶联至这些颗粒的任何官能团。例如，在一些示例中在将颗粒偶联至电极之前，颗粒可以包含或偶联至具有电功能性(例如，多核苷酸，诸如DNA、π缀合的聚合物等)或生物化学功能性(例如，酶、抗原等)的官能团。这些装置可以用作传感器，例如，在一些示例中可以用于以单分子灵敏度进行多核苷酸的实时测序的生物传感器。例如，官能团可以经由装置的电极之间的电导率变化来促进单分子分析物检测。

如下文更详细描述的，一些示例提供可以使用“被动”吸附将颗粒定位在相应装置内，在该“被动”吸附中例如至少使用颗粒与电极之间的表面相互作用将单个颗粒捕获在电极之间的空间内或附近。一些示例提供可以使用“活性”吸附将颗粒定位在相应装置内，该“活性”吸附在本文中可以被称为双电泳捕集，在该双电泳捕集中跨电极施加直流(DC)或交流(AC)电偏置以加速在那些电极之间的空间内或附近的单个颗粒的捕集。在其他示例中，颗粒可以包括磁性或铁磁材料，并且可以通过施加磁场来定位在相应装置内。

在一些示例中，颗粒可以分别共价键合至电极的一个或多个表面，在一些示例中经由颗粒与装置的电极中的每个电极之间的多个键共价键合至电极的一个或多个表面。颗粒与电极之间的键可以是直接的，或者可以经由中间结构(例如，官能团)为间接的，诸如本文其他地方所述。例如，金属(例如，金)纳米颗粒可以包括官能团，诸如具有外周反应性基团(诸如二硫化物或硫醇基团)的导电多核苷酸(例如，DNA)双链体，这些外周反应性基团可以共价键合至电极(例如，金电极)以在电极之间提供导电桥。

将简要解释本文所用的一些术语。然后，将描述用于对多核苷酸进行电子测序的一些示例性组合物和示例性方法。

术语

除非另有定义，否则本文所用的所有技术和科学术语的含义与本领域的普通技术人员通常理解的含义相同。术语“包括”以及其他形式(诸如“包括(include/includes/included)”)的使用不是限制性的。术语“具有”以及其他形式(诸如“具有(have/has/had)”)的使用不是限制性的。如本说明书中所用，无论是在过渡短语中还是在权利要求的正文中，术语“包含(comprise(s))”和“包含(comprising)”都将被解释为具有开放式含义。即，上述术语应与短语“至少具有”或“至少包括”同义地解释。例如，当在过程的上下文中使用时，术语“包含”表示该过程至少包括所列举的步骤，但是也可包括额外步骤。当在化合物、组合物或设备的上下文中使用时，术语“包含”是指该化合物、组合物或设备至少包含所列举的特征或组分，但是也可包含额外特征或组分。

在本说明书通篇中使用的术语“基本上”、“大约”和“约”用于描述和说明小的波动，诸如由于处理中的变化所引起的小的波动。例如，它们可以指小于或等于±5％，诸如小于或等于±2％，诸如小于或等于±1％，诸如小于或等于±0.5％，诸如小于或等于±0.2％，诸如小于或等于±0.1％，诸如小于或等于±0.05％。

如本文所用，术语“颗粒”旨在表示这样的结构，该结构由大量原子(例如，大于约100个原子)构成并且具有三维结构，其中至少一个外部尺寸大于约5nm。在一些示例中，颗粒具有三维结构，其中至少两个外部尺寸大于约5nm。在一些示例中，颗粒具有三维结构，其中所有三个外部尺寸大于约5nm。

在一些示例中，颗粒可以充当关于其在流体中的平移传输特性的单个单元。例如，颗粒的第一部分的平移运动引起颗粒的其他部分在流体中同时平移移动。相比之下，细长、柔性、二维结构(诸如缺乏三级结构的聚合物)可能不一定充当关于其在流体中的平移传输特性的单个单元。例如，此类结构的第一端的平移移动可能不会引起此类结构的第二端的平移移动。

本文中的一些颗粒可包含或可由单个分子，例如具有三级结构的聚合物组成。如本文所用，具有“三级结构”的颗粒旨在表示被折叠成三维三级结构的颗粒，该三维三级结构具有将折叠保持在适当位置的内部交联。相比之下，具有一级结构(例如，连接在一起的特定单体序列)和二级结构(例如，局部结构)但没有将折叠保持在适当位置的内部交联的聚合物将不会被认为是具有作为如本文所用的术语的三级结构，该聚合物也不会被视为作为如本文所用的术语的颗粒。例如，具有一级结构(每条链中的特定碱基序列)和二级结构(例如，双螺旋)但不被折叠和交联成三级结构的双链多核苷酸(例如，dsDNA)、单链多核苷酸(例如，ssDNA)、或部分双链(例如，部分dsDNA和部分ssDNA)不会被视为作为如本文所用的术语的“颗粒”。相比之下，具有三级结构的单链、双链或部分双链多核苷酸或具有三级结构的多肽链可被视为作为如本文所用的术语的“颗粒”。

本文的颗粒可以包含或可以由彼此附接(例如，彼此键合)的离散原子或分子的集合组成。这种颗粒的示例是纳米颗粒。纳米颗粒具有在约5nm至约100nm范围内的一个或多个外部尺寸，或在约5nm至约100nm范围内的两个或更多个外部尺寸，并且在一些示例中具有在约5nm至约100nm范围内的所有外部尺寸。“外部尺寸”意指在一个方向上颗粒的外表面之间的距离。纳米颗粒可以是球形的，或者可以是非球形的。球形或大致球形的纳米颗粒可以具有约5nm至约100nm的直径。非球形纳米颗粒可以是规则形状的，例如可以是细长的，或者可以是不规则形状的。非球形纳米颗粒可以被称为具有直径，即使它们不是球形的。非球形颗粒的直径可以指颗粒的至少一个尺寸的平均值，并且在一些示例中可以指颗粒的所有尺寸的平均值。细长纳米颗粒可以具有约5nm至约100nm的直径和大于约100nm的长度。

颗粒可以是导电的、半导体的或非导电的(例如，可以是电绝缘体)。颗粒可以包含任何合适的材料或材料组合。导电颗粒可以包含例如金、铂、碳、银、钯等。半导体颗粒可以包含一种或多种材料，包括例如镉、锌、钛、汞、锰、硫、硒、碲、碳等。非导电颗粒可以包含例如氧化硅、氧化铁、氧化铝、有机聚合物、蛋白质等。

颗粒可以包含官能团，或可以偶联至官能团。“官能团”意指这样的分子部分，该分子部分的一个端部键合至颗粒的表面，并且另一端部远离分子的表面延伸，该另一端部可以键合至另一结构。

如本文所用，术语“电极”旨在表示导电的固体结构。电极可以包含任何合适的导电材料，诸如金、铂或钯。

如本文所用，术语“桥”旨在表示在两个其他结构之间延伸并且附接至其他结构的结构。桥可以跨越其他结构之间的空间。除了桥附接至其他结构的位置之外，桥可以在该空间内是至少部分无支撑的。桥可包括多个部件，该多个部件以在其他结构之间延伸并共同连接至其他结构的方式彼此附接。桥可以经由化学键，例如经由共价键、氢键、离子键、偶极-偶极键、伦敦分散力或它们的任何合适的组合连接至另一个结构，诸如电极。

如本文所用，“瞬态”旨在意指临时或不是永久性的。

如本文所用，元件“邻近”于另一元件旨在意味着足够接近以直接或间接与该另一元件相互作用。

如本文所用，“聚合物”是指包含许多彼此偶联并且可以被称为单体的亚基的链的分子。亚基可以重复，或者可以彼此不同。聚合物可以是生物聚合物或合成聚合物。合适地可以被包含在桥或标签内的示例性生物聚合物包括多核苷酸、多肽、多糖、多核苷酸类似物和多肽类似物。适用于桥或标签的示例性多核苷酸和多核苷酸类似物包括DNA、对映体DNA、RNA、PNA(肽-核酸)、吗啉代和LNA(锁核酸)。聚合物可以包含间隔物亚磷酰胺，该亚磷酰胺可以偶联至多核苷酸但该多核苷酸缺乏核碱基，诸如可从弗吉尼亚州斯特林的格伦研究公司(Glen Research(Sterling,VA))商购获得。示例性合成多肽可以包含带电或中性的氨基酸以及亲水性和疏水性残基。合适地可以被包含在桥或标签内的示例性合成聚合物包括PEG(聚乙二醇)、PPG(聚丙二醇)、PVA(聚乙烯醇)、PE(聚乙烯)、LDPE(低密度聚乙烯)、HDPE(高密度聚乙烯)、聚丙烯、PVC(聚氯乙烯)、PS(聚苯乙烯)、尼龙(脂肪族聚酰胺)、

(四氟乙烯)、热塑性聚氨酯、聚醛、聚烯烃、聚(环氧乙烷)、聚(ω-链烯酸酯)、聚(甲基丙烯酸烷基酯)和其他聚合的化学和生物接头。合成聚合物可以是导电的、半导体的或绝缘的。

如本文所用，“杂交”旨在表示经由核苷酸碱基的特定氢键配对沿着那些多核苷酸的长度将第一多核苷酸非共价附接至第二多核苷酸。第一多核苷酸与第二多核苷酸之间的附接的强度随着那些聚合物内的单体单元的序列之间的长度和的互补性而增加。例如，第一多核苷酸与第二多核苷酸之间的附接的强度随着那些多核苷酸内的核苷酸序列之间的互补性而增加，并且随着所述互补性的长度而增加。

如本文所用，术语“核苷酸”旨在表示包含糖和至少一个磷酸基团，并且在一些示例中还包含核碱基的分子。缺乏核碱基的核苷酸可以被称为“无碱基”。核苷酸包括脱氧核糖核苷酸、经修饰的脱氧核糖核苷酸、核糖核苷酸、经修饰的核糖核苷酸、肽核苷酸、经修饰的肽核苷酸、经修饰的磷酸糖主链核苷酸，以及它们的混合物。核苷酸的示例包括腺苷一磷酸(AMP)、腺苷二磷酸(ADP)、腺苷三磷酸(ATP)、胸苷一磷酸(TMP)、胸苷二磷酸(TDP)、胸苷三磷酸(TTP)、胞苷一磷酸(CMP)、胞苷二磷酸(CDP)、胞苷三磷酸(CTP)、鸟苷一磷酸(GMP)、鸟苷二磷酸(GDP)、鸟苷三磷酸(GTP)、尿苷一磷酸(UMP)、尿苷二磷酸(UDP)、尿苷三磷酸(UTP)、脱氧腺苷一磷酸(dAMP)、脱氧腺苷二磷酸(dADP)、脱氧腺苷三磷酸(dATP)、脱氧胸苷一磷酸(dTMP)、脱氧胸苷二磷酸(dTDP)、脱氧胸苷三磷酸(dTTP)、脱氧胞苷二磷酸(dCDP)、脱氧胞苷三磷酸(dCTP)、脱氧鸟苷一磷酸(dGMP)、脱氧鸟苷二磷酸(dGDP)、脱氧鸟苷三磷酸(dGTP)、脱氧尿苷一磷酸(dUMP)、脱氧尿苷二磷酸(dUDP)和脱氧尿苷三磷酸(dUTP)。

如本文所用，术语“核苷酸”还旨在涵盖任何核苷酸类似物，该核苷酸类似物是与天然存在的核苷酸相比包含经修饰的核碱基、糖和/或磷酸部分的核苷酸类型。示例性经修饰的核碱基包括肌苷、黄嘌呤、次黄嘌呤、异胞嘧啶、异鸟嘌呤、2-氨基嘌呤、5-甲基胞嘧啶、5-羟甲基胞嘧啶、2-氨基腺嘌呤、6-甲基腺嘌呤、6-甲基鸟嘌呤、2-丙基鸟嘌呤、2-丙基腺嘌呤、2-硫尿嘧啶、2-硫胸腺嘧啶、2-硫胞嘧啶、15-卤尿嘧啶、15-卤胞嘧啶、5-丙炔基尿嘧啶、5-丙炔基胞嘧啶、6-偶氮尿嘧啶、6-偶氮胞嘧啶、6-偶氮胸腺嘧啶、5-尿嘧啶、4-硫尿嘧啶、8-卤代腺嘌呤或鸟嘌呤、8-氨基腺嘌呤或鸟嘌呤、8-巯基腺嘌呤或鸟嘌呤、8-硫代烷基腺嘌呤或鸟嘌呤、8-羟基腺嘌呤或鸟嘌呤、5-卤代尿嘧啶或胞嘧啶、7-甲基鸟嘌呤、7-甲基腺嘌呤、8-氮杂鸟嘌呤、8-氮杂腺嘌呤、7-脱氮鸟嘌呤、7-脱氮腺嘌呤、3-脱氮鸟嘌呤、3-脱氮腺嘌呤等。如本领域已知的，某些核苷酸类似物无法掺入多核苷酸中，例如核苷酸类似物，诸如腺苷5'-磷酰硫酸。

如本文所用，术语“多核苷酸”是指包含彼此结合的核苷酸序列的分子。多核苷酸是聚合物的一个非限制性示例。多核苷酸的示例包括脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)以及它们的类似物。多核苷酸可以是核苷酸的单链序列，诸如RNA或单链DNA；核苷酸的双链序列，诸如双链DNA或双链RNA；或者可以包含核苷酸的单链序列和双链序列的混合物。双链DNA(dsDNA)包括基因组DNA，以及PCR和扩增产物。可以将单链DNA(ssDNA)转化为dsDNA，并且反之亦然。多核苷酸可以包括非天然存在的DNA，诸如对映体DNA。多核苷酸中的核苷酸的精确序列可以是已知的或未知的。以下是多核苷酸的示例性示例：基因或基因片段(例如，探针、引物、表达的序列标签(EST)或序列分析基因表达(SAGE)标签)、基因组DNA、基因组DNA片段、外显子、内含子、信使RNA(mRNA)、转移RNA、核糖体RNA、核酶、cDNA、重组多核苷酸、合成多核苷酸、分支多核苷酸、质粒、载体、任何序列的分离DNA、任何序列的分离的RNA、核酸探针、引物或前述任一者的扩增拷贝。

如本文所用，“聚合酶”旨在表示具有通过将核苷酸聚合至多核苷酸中来组装多核苷酸的活性位点的酶。聚合酶可以结合引发的单链多核苷酸模板，并且可以向生长中的引物中顺序地添加核苷酸以形成具有与模板的序列互补的序列的多核苷酸。

如本文所用，术语“引物”被定义为具有有游离3'OH基团的单链的多核苷酸。引物还可以在5'末端处具有修饰，以允许偶联反应或者将引物偶联至另一部分。引物长度可以是任何数目的碱基长度并且可包括多种非天然核苷酸。引物可以在3'末端处被阻断以抑制聚合，直至去除嵌段为止。

如本文所用，术语“标签”旨在表示引起两个电极之间的电导率变化的结构。标签可以以这样的方式附接至两个电极之间的桥，以使该桥的电导率变化，基于该电导率变化可以鉴定出核苷酸。例如，标签可与此类桥内的聚合物链杂交，并且该杂交可引起电导率变化。或者，标签可以以引起那些电极之间的电导率变化的方式附接至两个电极中的每个电极。在本文所提供的示例中，标签可以附接至核苷酸。

如本文所用，术语“基底”是指用作本文所述的组合物的载体的材料。示例性基底材料可包括玻璃、二氧化硅、塑料、石英、金属、金属氧化物、有机硅酸盐(例如，多面体有机倍半硅氧烷(POSS))、聚丙烯酸酯、氧化钽、互补金属氧化物半导体(CMOS)，或它们的组合。POSS的示例可以是Kehagias等人在Microelectronic Engineering 86(2009)第776-778页中所述的POSS，该文献以引用方式全文并入。在一些示例中，本申请中使用的基底包括基于二氧化硅的基底，诸如玻璃、熔融二氧化硅或其他含二氧化硅的材料。在一些示例中，基于硅石的基底可以包含硅、二氧化硅、氮化硅或硅氧烷氢化物。在一些示例中，本申请中使用的基底包含塑料材料或组分，诸如聚乙烯、聚苯乙烯、聚(氯乙烯)、聚丙烯、尼龙、聚酯、聚碳酸酯和聚(甲基丙烯酸甲酯)。示例性塑料材料包括聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯和环状烯烃聚合物基底。在一些示例中，基底是或包含基于硅石的材料或塑料材料，或它们的组合。在特定示例中，基底具有包含玻璃或硅基聚合物的至少一个表面。在一些示例中，基底可包含金属。在一些此类示例中，金属是金。在一些示例中，基底具有包含金属氧化物的至少一个表面。在一个示例中，基底包含氧化钽或氧化锡。丙烯酰胺、烯酮或丙烯酸酯也可以用作基底材料或组分。其他基底材料可以包括但不限于砷化镓、磷化铟、铝、陶瓷、聚酰亚胺、石英、树脂、聚合物和共聚物。在一些示例中，基底和/或基底表面可以是或包含石英。在一些其他示例中，基底和/或基底表面可以是或包含半导体，诸如GaAs或ITO。前述列表旨在说明但不限于本申请。基底可包含单一材料或多种不同材料。基底可以是复合材料或层压件。在一些示例中，基底包括有机硅酸盐材料。

基底可以是平坦的、圆形的、球形的、杆状的或任何其他合适的形状。基底可以是刚性的或柔性的。在一些示例中，基底是珠粒或流通池。

基底可以在基底的一个或多个表面上是非图案化的、纹理化的或图案化的。在一些示例中，基底是图案化的。此类图案可包括柱、垫、孔、脊、通道、或其他三维凹形或凸形结构。图案在基底的整个表面上可以是规则的或不规则的。例如，可以通过纳米压印光刻或通过使用例如在非金属表面上形成特征的金属垫来形成图案。

在一些示例中，本文所述的基底形成流通池的至少一部分或位于流通池中或偶联至流通池。流通池可以包括分成多个泳道或多个扇区的流动室。示例性流通池以及用于制造可以在本文所阐述的方法和组合物中使用的流通池的基底包括但不限于可从加利福尼亚州圣地亚哥的因美纳公司(Illumina,Inc.(San Diego,CA))商购获得的那些。

用于对多核苷酸进行测序的示例性组合物和方法

图1A至图1B示意性地示出了包括电极之间的基于颗粒的桥的示例性装置。在图1A所示的示例中，装置100包括第一电极102、第二电极103、颗粒120和聚合酶105。聚合酶105可以偶联至颗粒120。例如，在一个示例中，聚合酶105可以以如本领域已知的方式经由接头106偶联至颗粒120。聚合酶105至颗粒120的附接可以例如经由多种化学反应来实现，该多种化学反应包括但不限于炔烃/叠氮化物单击、胺/醛席夫碱、胺/环氧化物、spy标签/spy捕集器、生物素/链霉亲和素、硫醇/烯烃、无铜点击化学反应(即环辛炔/叠氮化物)、Ni/NTA。在另一个示例中，聚合酶105与颗粒120的附接可以经由非共价相互作用来实现，该非共价相互作用包括静电键合或氢键合。

在此示例中，基底101可以支撑第一电极102和第二电极103。第一电极102和第二电极103可以通过空间(例如，如图1A所示的长度L的空间)彼此分离。在一些示例中，L的值可以是约5nm至约1μm，例如约5nm至约100nm，例如约5nm至约50nm，例如约20nm至约50nm。第一电极102和第二电极103可具有任何合适的形状，并且不限于图1A中表明的大致矩形形状。例如，图1A中所示的第一电极102和第二电极103的侧壁可以是，但不一定必须是彼此竖直或平行的，并且不一定必须以直角与此类电极的顶表面相交。例如，第一电极102和第二电极103可以是不规则形状的，可以是弯曲的，或者包括任何合适数量的钝角或锐角。在另一示例中，电极102和103可以与基底101共面。在另一示例中，电极可以彼此竖直堆叠，并且它们之间的空间可以由厚度L的合适绝缘层限定。值L可以指第一电极102和第二电极103与彼此的最接近点之间的间距(长度)。第一电极102和第二电极103的相应宽度(例如，在进出图1A所示的平面的维度中)可以不同于长度L。因此，电极102、103之间的空间的宽度可以不同于L。例如，第一电极102和第二电极103的相应宽度在第一电极102和第二电极103与彼此的最接近点处可以小于L，并且因此电极之间的空间的宽度可以小于电极之间的空间的长度。例如，宽度可以是约1nm至约1μm，例如约1nm至约100nm，例如约2nm至约50nm，例如约4nm至约50nm。

在图1A所示的示例中，颗粒120被至少部分地设置，并且在一些示例中被完全设置在第一电极102与第二电极103之间的空间内。在一个示例中，颗粒120在第一电极102与第二电极103之间的空间中接触基底101。颗粒120可以具有任何合适的直径。例如，在颗粒120被至少部分地设置在第一电极102与第二电极103之间的空间内的配置中，颗粒120可以具有小于L的直径D。例如，颗粒120可以具有为L的至少约10％的直径D、为L的至少约20％的直径D、为L的至少约30％的直径D、为L的至少约40％的直径D、为L的至少约50％的直径D、为L的至少约60％的直径D、为L的至少约70％的直径D、为L的至少约80％的直径D、为L的至少约90％的直径D、为L的至少约95％的直径D、或者小于L的约100％的直径D。直径D可以例如在L的约10％至约90％的范围内，或者在L的约20％至约90％的范围内，或者在L的约50％至约90％的范围内，或者在L的约60％至约80％的范围内。在一些示例中，颗粒120可以具有小于第一电极102与第二电极103之间的空间的宽度的直径D。例如，颗粒120可以具有为宽度的至少约10％的直径D、为宽度的至少约20％的直径D、为宽度的至少约30％的直径D、为宽度的至少约40％的直径D、为宽度的至少约50％的直径D、为宽度的至少约60％的直径D、为宽度的至少约70％的直径D、为宽度的至少约80％的直径D、为宽度的至少约90％的直径D、为宽度的至少约95％的直径D、或者小于宽度的约100％的直径D。直径D可以例如在宽度的约10％至约90％的范围内，或者在宽度的约20％至约90％的范围内，或者在宽度的约50％至约90％的范围内，或者在宽度的约60％至约80％的范围内。

颗粒120可以具有任何合适的组成。例如，颗粒120可以是导电的，例如，可以形成第一电极102与第二电极103之间的导电桥的至少一部分，例如以诸如参考图2或图3B至图3D所描述的方式形成。或者，例如，颗粒102可以是半导电的或非导电的，例如以诸如参考图3A所述的方式。本文其他地方提供了适用于本发明颗粒的导电和非导电材料的示例。

颗粒120可以具有任何合适的形状。例如，在图1A中，颗粒120被表明为非球形的，颗粒120替代地可以是球形或大致球形的。本文其他地方提供了适用于本发明颗粒的形状的示例。

颗粒120可以经由多个键111偶联至第一电极102，该多个键在一些示例中包括在颗粒120的第一部分与第一电极102之间延伸的第一官能团；并且经由多个键112偶联至第二电极103，该多个键在一些示例中包括在颗粒120的第二部分与第二电极103之间延伸的第二官能团。尽管图1A中所示的示例表明，所有的键111和键112分别附接到电极102和103的竖直表面(在一些示例中经由第一官能团和第二官能团)，但是应当理解的是，替代地可以将任何合适数量的此类键附接至电极的相应顶表面(在一些示例中经由第一官能团和第二官能团)。颗粒120、键111、键112和偶联至这些颗粒的任何官能团可以跨越第一电极102与第二电极103之间的空间。键111可以包括任何合适的键或键组合。键112可以包括任何合适的键或键组合。例如，键111和键112各自并且彼此独立地可包括选自由以下组成的组的键：共价键、氢键、离子键、偶极-偶极键、伦敦分散力，和它们的任何合适的组合。键111和键112可以是或包括颗粒120与相应电极之间的直接键，诸如参考图2、图3A和图3D所例示，或者可以包括经由一个或多个中间结构(诸如官能团)的间接键，例如，如参考图3B至图3C所例示。

在本发明颗粒(例如，颗粒120或本文所述的其他颗粒)直接或间接地经由多个键偶联至第一电极并且直接或间接地经由多个键偶联至第二电极的示例中，该装置可以是电子稳健的。例如，如果电流经由单键从电极传递至颗粒中并且经由单键从颗粒传递至另一个电极中，则此类电流可能导致那些键中的任一个或两个键变热并且可能断裂，从而损坏装置。相比之下，将电流经由多个键从电极传递至颗粒，并且经由多个键从颗粒传递至另一电极，该多个键可以以如图1A中所示的方式分布在颗粒的表面上方，可以在那些键之间分配电流，从而抑制这些键的过热并抑制否则这种过热可能导致的对装置的损坏。

在图1B所示的示例中，装置100'包括第一电极102、第二电极103、颗粒120'和聚合酶105。聚合酶可以偶联至颗粒120'，在一些示例中经由接头106偶联。在此示例中，基底101可以支撑第一电极102和第二电极103，该第一电极和该第二电极可以以诸如参考图1A所述的方式通过空间彼此分离。在图1B所示的示例中，颗粒120'被至少部分地设置，并且在一些示例中被完全设置在第一电极102与第二电极103上方的空间内。例如，颗粒120'可以设置在基底101上方的高度H处。在一些示例中，H的值可以是约1nm至约100nm，例如约1nm至约50nm，例如约10nm至约50nm。在一些示例中，H的值可以大于电极102、103中的一者或两者的高度(这些高度可以是但不一定必须彼此大致相同)，使得颗粒120没有部分竖直位于电极之间。

图1B中所示的颗粒120'可以具有类似于参考图1A针对颗粒120所述的组成和形状，但是可以与颗粒120类似地或不同地设定大小。例如，在颗粒120'至少部分地设置在第一电极102和第二电极103上方的空间内的配置中，颗粒120可以具有小于L的直径D，或者可以具有大于L的直径D。例如，颗粒120'可具有为L的至少约10％的直径D、为L的至少约20％的直径D、为L的至少约30％的直径D、为L的至少约40％的直径D、为L的至少约50％的直径D、为L的至少约60％的直径D、为L的至少约70％的直径D、为L的至少约80％的直径D、为L的至少约90％的直径D、为L的至少约95％的直径D、或者为L的至少约100％的直径D、或者为L的至少约110％的直径D，或者为L的至少约120％的直径D、或者为L的至少约130％的直径D、或者为L的至少约150％的直径D、或者为L的至少约200％的直径D、或者为L的至少约300％的直径D、或者为L的至少约400％的直径D、或者为L的至少约500％的直径D。直径D可以例如在L的约10％至约500％的范围内，或者在L的约20％至约400％的范围内，或者在L的约50％至约300％的范围内，或者在L的约60％至约200％的范围内，或者在L的约70％至约100％的范围内。

颗粒120'可以经由多个键111'偶联至第一电极102(在包括第一官能团的一些示例中)，并且经由多个键112'偶联至第二电极103(在包括第二官能团的一些示例中)。在图1B所示的示例中，键111'和键112'中的一个或多个键，并且在一些示例中，所有键111'和112'分别附接至电极102和103的相应顶(水平)表面。颗粒120'、键111'和键112'可以跨越第一电极102与第二电极103之间的空间。在一些示例中，颗粒120'接触第一电极102和第二电极103中的一者或两者，并且直接键合至该第一电极和该第二电极，而在其他示例中，颗粒120'经由诸如官能团的中间结构间接键合至第一电极102和第二电极103。

在一些示例中，图1A所示的颗粒120或图1B所示的颗粒120'包含具有三级结构的聚合物。图2示意性地示出了包括电极之间的三级聚合物结构的示例性装置200。在图2所示的示例中，装置200包括第一电极202、第二电极203、三级聚合物结构220和聚合酶205。聚合酶205可以偶联至三级聚合物结构220。例如，在一些示例中，聚合酶205可以以诸如本领域已知的方式经由接头206偶联至三级聚合物结构220。例如，聚合酶205可以经由多种化学反应附接至三级聚合物结构206，该多种化学反应包括但不限于炔烃/叠氮化物点击、胺/醛席夫碱、胺/环氧化物、spy标签/spy捕集器、生物素/链霉亲和素、硫醇/烯烃、无铜点击反应(即环辛炔/叠氮化物)、Ni/NTA。或者，聚合酶205至三级聚合物结构206的附接可以经由非共价相互作用来实现，该非共价相互作用包括静电键合或氢键合。

在此示例中，基底201可以支撑第一电极202和第二电极203。第一电极202和第二电极203可以通过空间(例如，如图2所示的长度L的空间)彼此分离，并且可以具有诸如参考图1A更详细地描述的任何合适的形状。L的值在一些示例中可以是约5nm至约1μm，例如约10nm至约100nm，例如约10nm至约50nm，例如约20nm至约50nm。在图2所示的示例中，以诸如参考图1A所述的方式，三级聚合物结构220至少部分地设置，并且在一些示例中完全设置在第一电极202与第二电极203之间的空间内。在一些示例中，三级聚合物结构220在第一电极202与第二电极203之间的空间中接触基底201。以诸如参考图1B所述的方式，三级聚合物结构220可以至少部分地设置，并且在一些示例中完全设置在第一电极202与第二电极203之间的空间上方。也就是说，三级聚合物结构220可以具有在基底201上方的任何合适的高度，并且可以具有任何合适的直径，诸如参考图1A至图1B所例示的那些。

三级聚合物结构220可以具有任何合适的组成。在一些示例中，三级聚合物结构包括多核苷酸(诸如DNA)或多肽。在图2所示的非限制性示例中，多核苷酸或多肽可以折叠并交联成具有中心收缩部290的三级结构，该中心收缩部为例如分别在多个点处附接至电极202、203的较宽区域之间的相对较窄区域。在一些示例中，中心收缩部290形成第一电极与第二电极之间的导电桥的一部分。例如，三级聚合物结构220可以是导电的，例如，可以形成第一电极202与第二电极203之间的导电桥的至少一部分。在一些示例中，通过中心收缩部290的桥的电导率可以例如以诸如参考图9B所述的方式调制。在一种非限制性配置中，三级聚合物结构220包含单个分子或由单个分子组成。

三级聚合物结构220可以经由多个键211偶联至第一电极202，并且经由多个键212偶联至第二电极203。尽管图2中所示的示例表明，键211和键212的混合物分别附接至电极202和203的竖直或水平表面，但是应当理解的是，此类键的任何合适的组合可以替代地附接至相应电极的顶表面或竖直表面。三级聚合物结构220、键211和键212可以跨越第一电极202与第二电极203之间的空间。键211可以包括任何合适的键或键组合。键212可以包括任何合适的键或键组合。例如，键211和键212各自彼此独立地可包括选自由以下组成的组的键：共价键、氢键、离子键、偶极-偶极键、伦敦分散力，和它们的任何合适的组合。键211和212可以是或包括三级聚合物结构220与相应电极之间的直接键。例如，三级聚合物结构可以包含官能团以将结构键合至相应电极。通过使用具有根据电极之间的空间的特定长度定制的大小和形状的三级聚合物结构(诸如DNA折纸)，此类空间可以用恰好一个此类结构来官能化。一旦三级聚合物结构在合适的位置，就可以由于空间或几何排除而抑制任何另外的三级聚合物结构进入空间。

在一些配置中，三级聚合物结构220的聚合物是或包括DNA。在一些示例中，“DNA折纸”意指具有预期三级结构的DNA可以通过将单个长DNA分子(其可以被称为“模板”)与短互补序列(其可以被称为“缝钉”)混合来构建。每个缝钉可以与长DNA分子内的特定区域结合并且将长DNA分子拉至期望的形状，该期望的形状的非限制性示例在图2中示出。每个缝钉可以具有独特的序列，并且可以在最终三级结构中的明确限定的位置中结束。因为每个缝钉可以独立于其他缝钉的任何官能化单独地官能化，这允许将特定功能元件确切地放置在三级结构上，该特定功能元件为诸如可用于偶联聚合酶的功能元件，或可用于键合至电极的功能元件。可以被包含在一个或多个缝钉中或附接至该一个或多个缝钉的示例性功能元件包括但不限于纳米颗粒、酶、化学接头、分子线(诸如碳纳米管)、肽、或其他DNA折纸或DNA序列。相对较大的DNA折纸结构可以由多个较小的DNA折纸结构形成。有关DNA折纸设计和制备的进一步细节，参阅以下参考文献，该参考文献的全部内容以引用方式并入本文：Wang等人，“DNA折纸的美丽和实用性(The Beauty and Utility of DNA Origami)”，Chem 2:359-382(2017)。

在一个非限制性示例中，可以将功能元件定位在DNA折纸上的高精度可以提供许多可以促进多核苷酸测序的不同应用。例如，具有选定大小和组成的金属纳米颗粒可以设置在DNA折纸上良好限定的位置处。在彼此相距几纳米的距离处，金属纳米颗粒可表现出纳米等离子激元效应，诸如纳米颗粒之间的近场偶联。有关金属纳米颗粒的纳米等离子激元效应的更多细节，参阅以下参考文献，该参考文献的全部内容以引用方式并入本文中：Danckwerts等人，“偶联金纳米颗粒处的光混频(Optical frequency mixing at coupledgold nanoparticles)”，Phys.Rev.Lett.98:026104(2007)。本发明装置可以与任何合适类型的颗粒一起使用。例如，图3A至图3D示意性地示出了包括电极之间的基于纳米颗粒的桥的示例性装置。在图3A所示的示例中，装置300包括第一电极302、第二电极303、纳米颗粒320和聚合酶305。聚合酶305可以偶联至纳米颗粒320。例如，聚合酶305可以经由接头306偶联至纳米颗粒320，或者如图3A中所时直接偶联至该纳米颗粒。在此示例中，基底301可以支撑第一电极302和第二电极303。第一电极302和第二电极303可以通过空间(例如，长度L的空间)彼此分离，并且可以具有例如诸如参考图1A更详细地描述的任何合适的形状。在一些示例中，L的值可以是约5nm至约1μm，例如约10nm至约100nm，例如约10nm至约50nm，例如约30nm至约50nm。在图3A所示的示例中，以诸如参考图1A所述的方式，纳米颗粒320至少部分地设置，并且在一些示例中完全设置在第一电极302与第二电极303之间的空间内。在图3A所示的示例中，纳米颗粒320在第一电极302与第二电极303之间的空间中接触基底301。然而，应当理解的是，以诸如参考图1B所述的方式，纳米颗粒320可以至少部分地设置，并且在一些示例中完全设置在第一电极302与第二电极303之间的空间上方。也就是说，纳米颗粒320可以具有在基底301上方的任何合适的高度，并且可以具有任何合适的直径，诸如参考图1A至图1B所例示的那些。在图3A具体示出的示例中，纳米颗粒320的直径可以约等于电极302、303之间的空间的长度。

纳米颗粒320可以经由多个键311偶联至第一电极302，并且经由多个键312偶联至第二电极303。尽管图3A中所示的示例表明，键311和键312附接至电极302和303的竖直表面，但是应当理解的是，此类键的任何合适的组合可以替代地附接至相应电极的顶表面或竖直表面。纳米颗粒320、键311和键312可以跨越第一电极302与第二电极303之间的空间。键311可以包括任何合适的键或键组合。键312可以包括任何合适的键或键组合。例如，键311和键312各自并且彼此独立地可包括选自由以下组成的组的键：共价键、氢键、离子键、偶极-偶极键、伦敦分散力，和它们的任何合适的组合。在图3A所示的示例中，键311和312是或包括纳米颗粒320与相应电极之间的直接键。例如，纳米颗粒320包含用于将结构键合至相应电极的官能团。

纳米颗粒320可以具有任何合适的组成。在一些示例中，纳米颗粒320是无机的。适用于纳米颗粒的材料(包括无机材料)的示例在本文其他地方提供。在一些示例中，纳米颗粒320可以是不导电的，使得电流基本上不穿过第一电极302与第二电极303之间的纳米颗粒320。本文其他地方提供了适用于本发明颗粒的非导电材料的示例。在一些示例中，以诸如参考图9A所述的方式，诸如标签的结构可以分别用于在第一电极302与第二电极303之间形成导电桥。

在图3B所示的示例中，装置300a包括第一电极302a、第二电极303a、纳米颗粒320a、和以类似于本文其他地方所述的方式偶联至纳米颗粒320的聚合酶(在图3B中未具体示出的聚合酶)。在此示例中，基底301a可以支撑第一电极302a和第二电极303a。第一电极302a和第二电极303a可以通过空间(例如，长度L的空间)彼此分离，并且可以具有例如诸如参考图1A更详细地描述的任何合适的形状。在图3B所示的示例中，以诸如参考图1B所述的方式，纳米颗粒320a至少部分地设置，并且在一些示例中完全设置在第一电极302a与第二电极303a之间的空间上方。也就是说，纳米颗粒320a可以具有在基底301a上方的任何合适的高度，并且可以具有任何合适的直径，诸如参考图1A至图1B所例示的那些。

纳米颗粒320a可以经由多个官能团311a偶联至第一电极302a，并且经由多个官能团312a偶联至第二电极303a。此类官能团的任何合适的组合可以附接至相应电极的顶表面或竖直表面的任何合适的组合。纳米颗粒320a、官能团311a和官能团312a可以跨越第一电极302a与第二电极303a之间的空间。官能团311a可以包括任何合适的键组合。官能团312a可以包括任何合适的键组合。例如，官能团311a和官能团312a各自并且彼此独立地可包括选自由以下组成的组的键：共价键、氢键、离子键、偶极-偶极键、伦敦分散力，和它们的任何合适的组合。在图3B所示的示例中，官能团311a和312a提供纳米颗粒320与相应电极之间的间接键。例如，纳米颗粒320a包含官能团，该官能团包括经由被指定为“X”的基团附接至纳米颗粒的材料的第一寡核苷酸(诸如DNA)，以及与第一寡核苷酸杂交的第二寡核苷酸(诸如DNA)。第二寡核苷酸可包含被指定为“Y”的反应性基团，该反应性基团可以与第一电极302a和第二电极303a中的相应电极反应以便将纳米颗粒320a偶联至电极，从而在一些示例中在电极之间形成导电桥。

图3B中所示的纳米颗粒320a可以具有任何合适的组成。在一些示例中，纳米颗粒320a是无机的。适用于纳米颗粒的材料(包括无机材料)的示例在本文其他地方提供。在一些示例中，纳米颗粒320a可以是导电的，使得电流经由官能团穿过在第一电极302a与第二电极303a之间的纳米颗粒320a。本文其他地方提供了适用于本发明颗粒的导电材料的示例。在一些示例中，电极302a、303a之间的电导率可以以诸如参考图8A至图8B所述的方式调制。

在一个非限制性示例中，纳米颗粒320a(例如，金纳米颗粒)可以偶联至包括DNA双链体311a、312b在内的官能团，这些官能团将纳米颗粒键合至第一电极302a和第二电极303a。此处，DNA可在第一电极302a与第二电极303a之间的电导率方面起作用，因为已知DNA表现出电导率。经由诸如DNA双链体311a、312b的官能团形成纳米颗粒320a与电极302a、303a之间的接合点可以提供经由DNA双链体从一个电极至另一个电极的导电路径。DNA双链体311a、312b的反应性基团“Y”可以提供能够与第一电极302a和第二电极303a反应的电晕，例如，二硫化物或硫醇基团，该二硫化物或硫醇基团直接通过金-二硫化物反应或在经由合适的还原剂裂解成硫醇之后与电极的材料(例如，金)反应以形成硫化物键(例如，Au-S)。这种策略可以通过选择相容基团以形成DNA纳米颗粒键而应用于其他纳米颗粒组合物。

在图3C所示的示例中，装置300b包括第一电极302b、第二电极303b、纳米颗粒320b、和以类似于本文其他地方所述的方式偶联至纳米颗粒320的聚合酶(在图3B中未具体示出的聚合酶)。在此示例中，基底301b可以支撑第一电极302b和第二电极303b。第一电极302b和第二电极303b可以通过空间(例如，长度L的空间)彼此分离，并且可以具有例如诸如参考图1A更详细地描述的任何合适的形状。在图3C所示的示例中，以诸如参考图1B所述的方式，纳米颗粒320b至少部分地设置，并且在一些示例中完全设置在第一电极302b与第二电极303b之间的空间上方。也就是说，纳米颗粒320b可以具有在基底301b上方的任何合适的高度，并且可以具有任何合适的直径，诸如参考图1A至图1B所例示的那些。

纳米颗粒320b可以经由多个官能团311b偶联至第一电极302b，并且经由多个官能团312b偶联至第二电极303b。此类官能团的任何合适的组合可以附接至相应电极的顶表面或竖直表面的任何合适的组合。纳米颗粒320b、官能团311b和官能团312b可以跨越第一电极302b与第二电极303b之间的空间。官能团311b可以包括任何合适的键组合。官能团312b可以包括任何合适的键组合。例如，官能团311b和官能团312b各自并且彼此独立地可包括选自由以下组成的组的键：共价键、氢键、离子键、偶极-偶极键、伦敦分散力，和它们的任何合适的组合。在图3C所示的示例中，官能团311b和312b提供纳米颗粒320与相应电极之间的间接键。例如，纳米颗粒320b包含官能团，包括经由相应的基团(未具体示出)附接至纳米颗粒的材料的第一寡核苷酸(诸如DNA)，并且第一电极302b和第二电极303b附接至与第一寡核苷酸杂交的第二寡核苷酸(诸如DNA)，以便将纳米颗粒320b偶联至电极，从而在一些示例中在电极之间形成导电桥。

图3C中所示的纳米颗粒320b可以具有任何合适的组成。在一些示例中，纳米颗粒320b是无机的。适用于纳米颗粒的材料(包括无机材料)的示例在本文其他地方提供。在一些示例中，纳米颗粒320b可以是导电的，使得电流经由官能团穿过在第一电极302b与第二电极303b之间的纳米颗粒320b。本文其他地方提供了适用于本发明颗粒的导电材料的示例。在一些示例中，电极302b、303b之间的电导率可以以诸如参考图8A至图8B所述的方式调制。

在图3D所示的示例中，装置300c包括第一电极302c、第二电极303c、通过接头330c偶联在一起的一对纳米颗粒320c、321c，以及以类似于本文其他地方所述的方式偶联至纳米颗粒320的聚合酶(在图3B中未具体示出的聚合酶)。在此示例中，基底301c可以支撑第一电极302c和第二电极303c。第一电极302c和第二电极303c可以通过空间(例如，长度L的空间)彼此分离，并且可以具有例如如参考图1A更详细地描述的任何合适的形状。在图3D所示的示例中，以诸如参考图1A所述的方式，纳米颗粒对320c、321c至少部分地设置，并且在一些示例中完全设置在第一电极302c与第二电极303c之间的空间内。也就是说，纳米颗粒对320c、321c可以具有在基底301c上方的任何合适的高度，并且可以具有任何合适的直径，诸如参考图1A至图1B所例示的那些。在图3D中具体示出的示例中，纳米颗粒320c的直径可以是电极302c、303c之间的空间的长度的小于40％，并且纳米颗粒321c的直径可以是电极302c、303c之间的空间的长度的小于40％，使得纳米颗粒320c和320d以及接头330c可以装配在电极之间的空间内。

纳米颗粒320c可以经由第一多个键311c偶联至第一电极302c，并且纳米颗粒321c可以经由第二多个键312c偶联至第二电极303c。此类键的任何合适的组合可以附接至相应电极的顶表面或竖直表面的任何合适的组合。纳米颗粒320c可以经由接头330c连接至纳米颗粒321c，该接头可以包括一个或多个官能团。纳米颗粒320c、纳米颗粒321c、键311c、键312c和接头330c可以跨越第一电极302c与第二电极303c之间的空间。键311c可以包括任何合适的键或键组合。键312c可以包括任何合适的键或键组合。接头330c可以包括任何合适的键或键组合。例如，键311c、键312c和接头330c各自并且彼此独立地可包括选自由以下组成的组的键：共价键、氢键、离子键、偶极-偶极键、伦敦分散力，和它们的任何合适的组合。在图3D所示的示例中，键311c是或包括纳米颗粒320c与电极302c之间的直接键；键312c是或包括纳米颗粒321c与电极303c之间的直接键；并且接头330c包括纳米颗粒320c与纳米颗粒321c之间的间接键。例如，在图3D中，纳米颗粒320c偶联至一个或多个官能团，该一个或多个官能团包括经由相应基团(未具体示出)附接至该纳米颗粒的材料的一个或多个第一寡核苷酸(诸如DNA)，并且纳米颗粒321c偶联至一个或多个官能团，该一个或多个官能团包括经由相应基团(未具体示出)附接至该纳米颗粒的材料的一个或多个第二寡核苷酸(诸如DNA)。该一个或多个第二寡核苷酸与该一个或多个第一寡核苷酸杂交，以便经由接头330c将纳米颗粒320b偶联至纳米颗粒321c，从而在一些示例中形成电极之间的导电桥。

图3D所示的纳米颗粒320c、321c可以具有任何合适的组成。在一些示例中，纳米颗粒320c、321c是无机的。适用于纳米颗粒的材料(包括无机材料)的示例在本文其他地方提供。在一些示例中，纳米颗粒320c、321c可以是导电的，使得电流穿过第一电极302c与第二电极303c之间的纳米颗粒320c和321c。本文其他地方提供了适用于本发明颗粒的导电材料的示例。在一些示例中，电极302c、303c之间的电导率可以以诸如参考图8A至图8B所述的方式调制。

在一个非限制性示例中，金纳米颗粒320c、321c与DNA接头330c形成哑铃形复合物，从而提供纳米颗粒-分子接合装置300c。哑铃形复合物可以经由DNA接头330c上的反应性基团(例如，链霉亲和素，该链霉亲和素用于结合至与聚合酶偶联的生物素)结合至聚合酶(未明确示出)。可以使用诸如在本文其他地方更详细描述的被动或主动操作将复合物定位在电极302c、303c之间的空间内。这种策略允许在溶液中制备装置300c的大部分复杂性。金纳米颗粒320c、321c可以直接接触，并且直接键合至也可以是或包含金的电极302c、303c，并且就此而言，纳米颗粒可以充当电极本身的延伸部。

可以使用任何合适的操作来制造如本文所示的装置。例如，图4示出了用于制造图1、图2或图3A至图3D的装置的方法400中的操作的示例性流程。方法400包括将溶液沉积到彼此分离的第一电极和第二电极上(操作410)。溶液可以包含在液体中的颗粒，每个颗粒偶联至相应聚合酶。例如，图5示意性地示出了图4的方法中的示例性操作，在该操作中将包含偶联至聚合酶505的多个颗粒520的溶液570沉积到第一电极502和第二电极503上，该第一电极和第二电极可以由基底501支撑。在一个非限制性示例中，图3A中所示的纳米颗粒320包含反应性表面基团，例如链霉亲和素，并且例如经由生物素-链霉亲和素结合与聚合酶305结合。纳米颗粒-聚合酶双链体320、305悬浮在合适的溶液中并沉积在电极302、303上方。

图4中所示的方法400包括将这些颗粒中的一个颗粒从溶液输送到与第一电极和第二电极相邻的空间(操作420)。例如，在图5中所示的操作中，将这些颗粒520中的一个颗粒(具有附接至其的聚合酶105)通过溶液570输送到与第一电极502和第二电极503相邻的空间，例如，输送到在第一电极502与第二电极503之间的空间和在该第一电极和该第二电极上方的空间中的一者或两者。在一些示例中，此类输送(由大箭头指示)可以是基于扩散的，例如，可以由至少使用重力和布朗运动的任何合适的组合进行颗粒520通过溶液570的扩散平移输送导致。另外或替代地，在一些示例中，此类传输可以包括“被动”吸附，在该“被动”吸附中例如至少使用颗粒与电极之间的表面相互作用将单个颗粒捕获在电极之间的空间内或附近。这种表面相互作用可以在这种构象中被最大化。另外或替代地，此类输送可以由磁性或介电电泳捕集驱动，该磁性或介电电泳捕集也可以被称为“主动”吸附。在介电电泳捕集中，跨电极施加直流(DC)或交流(AC)电偏置，以加速单个颗粒在那些电极之间的空间内或附近的捕集。

例如，在颗粒520包含诸如参考图2所述的三级聚合物结构的配置中，可以使用介电电泳捕集来加速这些颗粒中的一个颗粒至与电极相邻的空间的输送。或者，例如，在颗粒520包含诸如参考图3A至图3D所述的纳米颗粒的配置中，可以使用介电电泳捕集来将那些颗粒中的一个颗粒输送到与电极相邻的空间。

在磁性捕集的一些示例中，颗粒可以包含磁性或铁磁材料，并且可以通过施加磁场来定位在相应装置内。例如，图13示意性地示出了用于磁性吸引颗粒的示例性装置。装置1300包括第一电极1302、第二电极1303、颗粒1320、第一捕集电极1380、和第二捕集电极1381。第一电极1302和第二电极1303可以与参考图1A至图1B所述的第一电极102和第二电极103类似地配置。颗粒1320可包含磁性或铁磁材料。第一捕集电极1380和第二捕集电极1381可以与第一电极1302和第二电极1303正交地布置，并且可以偶联至控制电路系统以跨此类电极施加偏置，该偏置适合于将颗粒1320磁性地吸引到在第一捕集电极1380与第二捕集电极1381之间的空间，并且因此吸引到在第一电极1302与第二电极1303之间的空间。

再次参考图4，方法400包括将这些颗粒中的一个颗粒键合至第一电极和第二电极(操作430)。该键合可以包括在第一电极与这些颗粒中的该一个颗粒之间形成第一多个键，并且在第二电极与这些颗粒中的该一个颗粒之间形成第二多个键。此类键合可以导致参考图1A所述的装置100或参考图1B所述的装置100'的形成，该装置可以被例示为参考图2所述的装置200、参考图3A所述的装置300、参考图3B所述的装置300a、参考图3C所述的装置300b、或参考图3D所述的装置300c中的任一者。键合可以是直接的，或者可以是经由诸如官能团的中间结构间接的。

需注意，在图4所示的方法400的操作420和430期间，被输送到与第一电极和第二电极相邻的空间的颗粒可以在空间上从与第一电极和第二电极相邻的空间排除其他颗粒。例如，如图5所示，颗粒520可以相对于第一电极502与第二电极503之间的空间足够大，以便从与第一电极和第二电极相邻的空间排除其他颗粒。例如，颗粒520的直径可以为电极之间的空间的长度L的约10％或更大。因此，在那些电极之间或上方的空间中，对于此类颗粒中的多于一个颗粒，空间可能不足。此类排除可以替代地被称为几何排除。

使用诸如参考图4至图5所述的基于溶液的颗粒沉积方法可以提供彼此平行的多个装置的简易制造。例如，图6A至图6B示意性地示出了包括图1、图2、或图3A至图3D的多个装置的示例性装置阵列。图6A中的平面视图中所示的阵列600包括与参考图1A所述的装置100或参考图1B所述的装置100'类似地构造的多个装置，该多个装置可以被例示为参考图2所述的装置200、参考图3A所述的装置300、参考图3B所述的装置300a、参考图3C所述的装置300b、或参考图3D所述的装置300c中的任一者。例如，阵列600的装置可以包括设置在公共基底601上的第一电极602、第二电极603、单个颗粒620和偶联至颗粒的聚合酶(图6A中未具体示出的聚合酶)。在此示例中，每个装置的电极602与603之间的间距可以彼此基本上相同，并且颗粒620可以具有彼此基本上相同的大小并且可以类似地直接或间接地经由多个键与这些电极中的每个电极键合。

然而，应当理解的是，由于真实处理变化，颗粒620可能具有大小分布。另外或替代地，由于真实处理变化，电极602、603的大小和间距可能具有分布，特别是对于较小的电极和较小的间距。例如，对于具有约100nm或更小的间距的“纳米电极”，不同电极对的电极之间的间距可以变化约10％或更多、约20％或更多，或者甚至约30％或更多，即使在共同的制造过程中也如此。

本发明的基于颗粒的桥可以为制造阵列提供特定效率，这些阵列可以具有不规则的电极大小和间距以及粒度变化，诸如在图6B中所示。例如，图6B所示的阵列600'包括设置在公共基底601上的一些具有相对较大间距的电极对602、603、一些具有相对较小间距的电极对602、603、以及其他具有在其间的间距的对602、603。电极大小和间距的此类变化可以例如由制造变化引起。图6B所示的阵列600'包括一些相对较大的颗粒620、一些相对较小的颗粒620、以及一些具有在其间的大小的颗粒620。粒度的此类变化可以例如由制造变化引起。粒度和电极之间的间距的变化可以协同地允许制造其中装置包括恰好一个颗粒的阵列。例如，较大的颗粒可以在空间上从具有较大间距的电极对排除其他颗粒，但是此类颗粒本身可能由于其大小而在空间上被从具有较小间距的电极对排除。较小的颗粒可以在空间上从具有较小间距的电极对排除其他颗粒，并且可以被使用其他较大颗粒在空间上从具有较大间距的电极对排除。相比之下，如果所有颗粒都是相同的大小，则取决于电极间距的变化有多大，可能存在太小而不能容纳颗粒，或者大到足以使空间排斥不适用并由此潜在地允许电极之间有多个颗粒的一些电极对。

图7示出了用于制造图6A至图6B的装置阵列的方法700中的操作的示例性流程。方法700包括将溶液沉积到基底上，该基底具有设置在其上的多个电极对(操作710)。每个电极对的电极可以通过相应空间彼此分离。溶液可以包含在液体中的颗粒，每个颗粒偶联至相应聚合酶。需注意，因为在操作710期间施加的溶液包含已经偶联至聚合酶的颗粒，所以在颗粒键合至电极之前，可以对该溶液进行质量控制，例如以确认颗粒与聚合酶之间的适当偶联，并且以确认聚合酶的活性，并且以采取可能适当的任何补救措施。因此，溶液可以具有相对较高的功能聚合酶产率，该功能聚合酶正确地偶联至相应的颗粒，并且因此可以以相对较高的产率制备阵列的装置。在其他示例中，在将聚合酶偶联至颗粒之前，颗粒替代地键合至电极。

图7中所示的方法700包括将这些颗粒中的一个颗粒从溶液输送到与第一电极和第二电极相邻的空间(操作720)。操作720可以包括诸如参考图4至图5所述的输送方法，例如，可以包括基于扩散的输送、被动吸附、介电电泳捕集和磁性捕集中的一者或多者的任何合适的组合。

再次参考图7，方法700包括将这些颗粒中的一个颗粒键合至每个电极对的电极，其中这些电极对中的大部分电极对分别键合至这些颗粒中的恰好一个颗粒(操作730)。该键合可以包括以与参考图4的操作430所述的方式类似的方式，在该对的该第一电极与这些颗粒中的该一个颗粒之间形成第一多个键，并且在该对的该第二电极与这些颗粒中的该一个颗粒之间形成第二多个键。键合可以是直接的，或者是经由诸如官能团的中间结构间接的。此类键合可以导致参考图1A所述的装置100或参考图1B所述的装置100'的阵列的形成，该装置可以被例示为参考图2所述的装置200、参考图3A所述的装置300、参考图3B所述的装置300a、参考图3C所述的装置300b、或参考图3D所述的装置300c中的任一者。类似地，如参考图4所示的方法400的操作420和430所述，在方法700期间，分别被传输到与电极对相邻的空间的颗粒可以在空间上从与该对的电极相邻的空间排除其他颗粒。如参考图6A至图6B所述，即使电极对的电极之间存在间距变化，本发明颗粒也分别可以被协同地输送至对于那些颗粒具有适当间距的电极对，并且在空间上从这些电极对排除其他颗粒。

相比之下，在没有空间排斥的限制或另一种抑制多于一个颗粒键合至电极对的方式的限制中，阵列的装置可以包括在相应装置的电极之间的多个桥，并且可以包括在相应装置的电极之间的不同数量的桥。在这种限制中，每装置的桥的分布可以遵循泊松分布。装置构造的此类分布可能导致可用装置的不良产率，例如，可能导致由于桥之间的差异，而不是由于与被添加至序列中的核苷酸偶联的标签导致的电导率变化。就此而言，本发明的颗粒可以提供装置制造的亚泊松分布，例如，可以提供大部分具有与每个电极对键合的恰好一个颗粒的装置，例如大于约50％—例如大于约60％、大于约70％、大于约80％、大于约90％、大于约95％、或甚至约100％的具有与每个电极对键合的恰好一个颗粒的装置。即使如图6A至图6B所示的阵列中所表明偶尔制造出缺失颗粒的装置，也可以预期至少使用本发明颗粒的可用装置的产率显著高于泊松分布控制其制造的装置。

本发明装置可以用于任何合适的目的。尽管下面提供的示例描述了本发明装置用于对多核苷酸进行测序的用途，但是应当理解的是装置不限于此。

图8A至图8B示意性地示出了用于对包含在电极之间的基于颗粒的桥的多核苷酸进行测序的示例性组合物。现在参考图8A，组合物800包含基底801；第一电极802；第二电极803；聚合酶804；颗粒820；核苷酸821、822、823和824；分别偶联至那些核苷酸的标签831、832、833和834；第一多核苷酸840；第二聚核苷酸850；以及检测电路系统860。在一些示例中，聚合酶805可以以诸如本领域已知的方式经由接头806偶联至颗粒820。在图8A至图8B所示的示例中，组合物800的组分可以封闭在填充有流体820的流通池(例如，具有壁861、862、862)内，其中核苷酸821、822、823和824(具有相关联的标签)、多核苷酸840、850和合适的试剂可以被携带。

基底801可以支撑第一电极802和第二电极803。第一电极802和第二电极803可以通过空间彼此分离，该空间为例如如图8A所示的长度L的空间，该空间可以具有如参考图1A至图1B所述的尺寸。颗粒820可以经由包含官能团811的第一多个键键合至第一电极802，并且可以经由包含官能团812的第二多个键键合至第二电极803，以便形成跨越第一电极802与第二电极803之间的空间的桥。颗粒820、电极802、803和包含官能团811、812的键的非限制性示例性配置在本文其他地方提供，例如，参考图1A至图1B、图2、和图3A至图3D。

如下面参考图8B更详细解释的，在此示例中，标签831、832、833和834分别可以以调节电极802、803之间的电导率的方式与官能团811、812中的一者或多者杂交，基于该调节可以确定对应核苷酸821、822、823和824的身份。例如，颗粒820和官能团811、812可以形成第一电极802与第二电极803之间的导电桥的至少一部分，并且标签831、832、833和834可以通过与这些官能团中的一个或多个官能团杂交来改变第一电极与第二电极之间的电流。在另一示例中，颗粒包括以诸如参考图3D所述的方式通过接头彼此偶联的一对纳米颗粒，并且标签831、832、833和834可以通过与该接头杂交来改变第一电极与第二电极之间的电流。

例如，图8A中所示的组合物800可以包括偶联到对应标签的任何合适数量的核苷酸，例如一个或多个核苷酸、两个或更多个核苷酸、三个或更多个核苷酸、四个核苷酸、或者五个或更多个核苷酸。例如，在一些示例中，核苷酸821(例示性地，G)可经由接头835偶联至对应标签831。核苷酸822(例示性地，T)可经由接头836偶联至对应标签832。核苷酸823(例示性地，A)可经由接头836偶联至对应标签833。核苷酸824(例示性地，C)可经由接头837偶联至对应标签834。可以使用本领域已知的任何合适方法来提供核苷酸与标签之间的偶联，在一些示例中，经由可包含与标签相同或不同的聚合物的接头。标签831、832、833和834可包括彼此相同类型的聚合物，但在至少一个方面可以彼此不同，例如，可以具有彼此不同的单体单元序列。在一些示例中，标签831、832、833和834在一些示例中可以包含与官能团811、812中相同类型的聚合物。以诸如参考图8B更详细描述的方式，可以分别选择相应标签831、832、833和834内的单体单元的序列，以便当那些标签与官能团811、812中的一个或多个官能团杂交时促进通过颗粒820的可区分电流的生成。

图8A中所示的组合物800包含第一多核苷酸840和第二多核苷酸850，以及聚合酶805，该聚合酶用于使用至少第二多核苷酸850的序列将多个核苷酸821、822、823和824中的核苷酸添加至第一多核苷酸840。对应于那些核苷酸的标签831、832、833和834分别可以以诸如下文参考图8B更详细描述的方式与官能团811、812中的一个或多个官能团杂交。检测电路系统860用于至少使用通过颗粒820的电流的变化来检测聚合酶805分别将核苷酸821、822、823和824(不一定按该次序)添加至第一多核苷酸840的序列，该变化响应于一个或多个官能团811与对应于那些核苷酸的标签831、832、833和834之间的杂交。例如，检测电路系统860可以跨第一电极802和第二电极803施加电压，并且可以例如通过使用跨阻抗放大电路，响应于此类电压而检测流过颗粒820的任何电流。在图8A所示的特定时间，标签831、832、833和834没有与官能团811、812中的任何官能团杂交，并且因此相对较低的电流(或无电流)可以流过颗粒820。尽管核苷酸821、822、823、824可以自由扩散通过流体820并且相应标签831、832、833、834可以由于这种扩散而短暂地与官能团811、812中的一个或多个官能团杂交，但是标签可以快速地去杂交，并且因此预期颗粒820的电导率的任何所得变化都是如此短以至于不能检测到，或者可以清楚地鉴定为不对应于将核苷酸添加至第一多核苷酸840中。

相比之下，图8B示出了聚合酶805至少使用第二多核苷酸850的序列(例如，以便与该序列中的C互补)将核苷酸821(例示性地，G)添加至第一多核苷酸840的时间。因为聚合酶805作用于标签831(在一些示例中经由接头837)附接至的核苷酸821，所以这种动作将标签831维持在足够接近官能团811中的至少一个官能团的位置处持续足够量的时间，以维持与该官能团811的杂交，以使颗粒820的电导率变化长到足以使用检测电路系统860可检测到，从而允许将核苷酸821鉴定为被添加至第一多核苷酸840。例如，标签831可以具有当与官能团811杂交时赋予桥电导率的特性，通过该电导率，检测电路系统860可以将所添加的核苷酸与其他核苷酸中的一个核苷酸相比唯一地鉴定为821(例示性地，G)。类似地，标签832可以具有当与官能团811杂交时赋予桥电导率的特性，通过该电导率，检测电路系统860可以将所添加的核苷酸与其他核苷酸中的一个核苷酸相比唯一地鉴定为822(例示性地，T)。类似地，标签833可以具有当与官能团811杂交时赋予桥电导率的特性，通过该电导率，检测电路系统860可以将所添加的核苷酸与其他核苷酸中的一个核苷酸相比唯一地鉴定为823(例示性地，C)。类似地，标签834可以具有当与官能团811杂交时赋予桥电导率的特性，通过该电导率，检测电路系统860可以将所添加的核苷酸与其他核苷酸中的一个核苷酸相比唯一地鉴定为824(例示性地，C)。

在一个非限制性示例中，标签831、832、833、834包含具有至少部分彼此不同的序列的相应寡核苷酸，并且至少一个官能团811包括在一些示例中具有与那些寡核苷酸相同的长度的多核苷酸(例如，如参考图3B至图3D所述)，使得标签与该官能团811的杂交提供沿着颗粒820的长度的完全双链多核苷酸。标签的相应寡核苷酸序列可以与该官能团811的多核苷酸的序列不同地杂交。例如，标签831内的一个或多个单体可以是彼此相同或不同的核苷酸。其他标签的第一信号单体和第二信号单体可以是与其他标签的对应单体在序列或类型或两者方面不同的核苷酸，使得每个标签831、832、833、834具有对应单体的独特序列。每个标签的那些单体与该官能团811的该多核苷酸之间的相应杂交可以提供通过颗粒820的特定电流。例如，标签831可以具有带有特定碱基对的序列，该特定碱基对杂交以便将桥的电导率调节至第一水平；标签832可以具有带有特定碱基对的序列，该特定碱基对杂交以便将桥的电导率调节至不同于第一水平的第二水平；标签833可以具有带有特定碱基对的序列，该特定碱基对杂交以便将桥的电导率调节至不同于第一水平和第二水平的第三水平；并且标签834可以具有带有特定碱基对的序列，该特定碱基对杂交以便将桥的电导率调节至与第一水平、第二水平和第三水平不同的第四水平。

应当理解的是，与标签杂交的官能团811可以包括任何合适的组合、次序和类型的单体单元(例如，核苷酸)，以允许由不同标签导致的电流被检测到并与彼此区分。类似地，标签831、832、833和834分别可以包含任何合适的组合、次序和类型的单体单元(例如，核苷酸)，以允许来自不同标签的电流被检测到并与彼此区分。在一些示例中，一个或多个其他官能团811、812(并且在一些示例中，所有其他官能团811、812)可以具有不同的组合、次序和类型的单体单元，这些单体单元经选择以抑制与标签的杂交，使得标签不与此类其他官能团811、812杂交。

包含在电极之间的桥内以及偶联至核苷酸的标签内的组分可包括任何合适的材料，诸如本文所例示的。在诸如参考图8A至图8B所描述的某些示例中，这些材料可以包括聚合物，诸如多核苷酸。图9A至图9B示意性地示出了用于对包含在电极之间的基于颗粒的桥的多核苷酸进行测序的其他示例性组合物。图9A示意性地示出了用于对包括基于非导电颗粒的桥的多核苷酸进行测序的示例性组合物900。在图9A所示的示例中，组合物900可以与参考图8A至图8B所述的组合物800类似地配置，例如，包含第一电极902、第二电极903、聚合酶905、和颗粒920，该颗粒经由第一多个键911直接键合至第一电极902，或者经由官能团间接地键合至该第一电极，并且经由第二多个键912直接键合至第二电极903，或者经由官能团间接地键合至该第二电极。聚合酶905可以经由接头偶联至颗粒920，并且可以至少使用第二多核苷酸950的序列将核苷酸(诸如核苷酸921)添加至第一多核苷酸940。组合物900可以包含其他组分，诸如参考图8A至图8B所述，在此处省略。

在图9A所示的示例中，颗粒920可以是不导电的，使得颗粒920和键911、912不提供用于第一电极902与第二电极903之间的电流的路径。偶联至核苷酸921的标签931可以在第一电极902与第二电极903之间形成瞬态导电桥，电流流经该瞬态导电桥。其他核苷酸的其他标签(未具体示出)类似地可以形成瞬态导电桥，该瞬态导电桥以类似于参考图8A至图8B所述的方式提供彼此可区分的相应电流。例如，标签中的一个或多个标签(并且在一些示例中，彼此独立地)可以选自由以下组成的组：碳点、导电聚合物、π缀合的小分子、纳米管、富勒烯和无机纳米颗粒。在一些示例中，标签可以长于电极之间的空间的长度。

图9B示意性地示出了用于对包含基于三级聚合物结构的桥的多核苷酸进行测序的示例性组合物900'。在图9B所示的示例中，组合物900'可以与参考图8A至图8B所述的组合物800类似地配置，例如，包含第一电极902、第二电极903、聚合酶905、和偶联至寡核苷酸标签931'的核苷酸921。三级聚合物结构920'可以以如参考图2所述的方式配置，例如，可以包括多核苷酸(诸如DNA)或多肽。三级聚合物结构920'可以经由第一多个键911直接键合至第一电极902，或者经由官能团间接地键合至该第一电极，并且经由第二多个键912直接键合至第二电极903，或者经由官能团间接地键合至该第二电极。聚合酶905可以经由接头偶联至三级聚合物结构920'，并且可以至少使用第二多核苷酸950的序列将核苷酸(诸如核苷酸921)添加至第一多核苷酸940。组合物900'可以包含其他组分，诸如参考图8A至图8B所述，在此处省略。

在图9B所示的示例中，三级聚合物结构920'可以是导电的，使得三级聚合物结构920'和键911、912(在一些示例中包括官能团)在第一电极902与第二电极903之间形成导电桥。核苷酸921的标签931'可以通过与三级聚合物结构920'的一部分杂交来改变第一电极902与第二电极903之间的电流。其他核苷酸的其他标签(未具体示出)类似地可以与三级聚合物结构920'的一部分杂交，以便以参考图8A至图8B所述的方式类似的方式提供彼此之间可区分的相应电流。

诸如参考图8A至图8B和图9A至图9B所述的组合物可以在用于对多核苷酸进行测序的任何合适的方法中使用。例如，图10示出了使用图8A至图8B或图9A至图9B的组合物中的任何组合物对多核苷酸进行测序的方法1000中的操作的示例性流程。图10中所示的方法1000包括至少使用第二多核苷酸的序列，使用聚合酶将核苷酸添加至第一多核苷酸(操作1010)。例如，参考图8A至图8B所述的聚合酶805可至少使用第二多核苷酸850的序列将核苷酸821、822、823和824中的每一者添加至第一多核苷酸840。或者，例如，参考图9A至图9B所述的聚合酶905可至少使用第二多核苷酸的序列(未具体示出的其他核苷酸以及第一多核苷酸和第二多核苷酸)将核苷酸921和其他核苷酸添加至第一多核苷酸。

图10中所示的方法1000可以包括使用分别偶联至核苷酸的标签改变第一电极与第二电极之间的电流(操作1020)。颗粒可以经由第一多个键偶联至第一电极，并且可以经由第二多个键偶联至第二电极。此类键可以是直接的或间接的(例如，可以包括官能团)。例如，参考图8A至图8B所述的标签831、832、833、834分别可偶联至核苷酸821、822、823和824。当聚合酶805分别将那些核苷酸添加至第一多核苷酸840时，偶联至那些核苷酸的标签分别可以与官能团811杂交，以便改变第一电极802与第二电极803之间的电传导。或者，例如，参考图9A所述的标签931可偶联至核苷酸921，并且其他标签可偶联至其他核苷酸(未具体示出的其他标签和其他核苷酸)。当聚合酶905分别将那些核苷酸添加至第一多核苷酸时，偶联至那些核苷酸的标签分别可以形成在第一电极902与第二电极903之间的瞬态导电桥。或者，例如，参考图9B所述的标签931可偶联至核苷酸921，并且其他标签可偶联至其他核苷酸(未具体示出的其他标签和其他核苷酸)。当聚合酶905分别将那些核苷酸添加至第一多核苷酸940时，偶联至那些核苷酸的标签分别可以与三级聚合物结构的一部分杂交，从而改变第一电极902与第二电极903之间的电流。

再次参考图10，方法1000可以包括至少使用使用与那些核苷酸对应的标签引起的通过桥的电流的变化来检测序列，在该序列中聚合酶将这些核苷酸添加至第一多核苷酸(操作1030)。例如，参考图8A至图8B所述的检测电路系统860可以响应于标签831、832、833和834与官能团811之间的相应杂交而检测通过桥的电流的变化。类似的检测电路系统(未具体示出)可以检测使用标签931(和其他类似标签)形成瞬态导电桥导致的电流的变化，诸如图9A所示。类似的检测电路(未具体示出)可以响应于标签931'(和其他类似标签)与三级聚合物结构920'的一部分之间的相应杂交而检测图9B中所示的通过三级聚合物结构920'的电流的变化。

在另一个非限制性示例中，图3A中所示的纳米颗粒320包含反应性表面基团，例如链霉亲和素，并且例如经由生物素-链霉亲和素结合与聚合酶305结合。核苷酸试剂可以被修改成包含相应的电导率标签，这些标签能够在紧邻电极302、303之间的空间时改变那些电极之间的电导率(或电阻)。检测电路系统可至少使用观察电信号来执行碱基调用(核苷酸检测)，因为第一多核苷酸是至少使用第二多核苷酸的序列延伸的，其中偶联至可区分的电导率标签的核苷酸在核苷酸掺入事件期间产生可区分的电导率瞬态变化。

在另一个非限制性示例中，图3B中所示的纳米颗粒320a可以偶联至DNA双链体311a、312b，这些DNA双链体将纳米颗粒键合至第一电极302a和第二电极303a并且提供经由DNA双链体从一个电极至另一个电极的导电路径。可以经由分析物(诸如偶联至核苷酸的标签)与纳米颗粒320a之间的任何合适的分子相互作用模式来实现对这些分析物的感测，该纳米颗粒具有例如经由氢键合、杂交、嵌入、沟区结合等偶联至其的DNA双链体311a、312b。

在另一个非限制性示例中，图3D中所示的金纳米颗粒320c、321c和DNA接头330c形成哑铃形复合物，从而提供纳米颗粒-分子接合装置300c，在该装置中纳米颗粒可以充当电极本身的延伸部。DNA双链体接头按照其单分子性质可以对例如经由氢键合、杂交、嵌入、沟区结合等的与分析物(诸如偶联至核苷酸的标签)的任何分子间相互作用模式高度灵敏。

诸如参考图9A至图9B所述的组合物的组分不限于在对多核苷酸进行测序中使用，并且实际上不限于与颗粒或聚合酶一起使用。例如，图14示意性地示出了包含电极之间的瞬态桥的示例性组合物1400。组合物1400包含：通过空间彼此分离的第一电极1402和第二电极1403；流体，该流体包含长度至少与该空间的长度一样长的第一导电标签1431；以及检测电路系统(在图14中未具体示出)，该检测电路系统用于响应于使用该第一导电标签瞬态形成在该第一电极与该第二电极之间的第一导电桥而生成第一信号。例示性地，流体可以包含导电标签1431，该导电标签可以与参考图9A所述的导电标签931(例如，长度至少与第一电极1402与第二电极1403之间的空间长度一样长，但不一定必须偶联至核苷酸的标签)类似地配置。与检测电路系统860类似地配置的检测电路系统可以响应于使用导电标签1431在第一电极1402与第二电极1403之间瞬态形成导电桥而生成信号。在一些示例中，导电标签1431可以瞬态键合至第一电极1402和第二电极1403中的每一者，以形成第一导电桥。流体可以包含任何合适数量的导电标签，例如，至少第二导电标签(未具体示出)，该第二导电标签的长度至少与空间的长度一样长，并且检测电路系统可以响应于使用该第二导电标签在第一电极1402与第二电极1403之间瞬态形成第二导电桥而生成第二信号。检测电路系统可以进一步至少使用第一信号与第二信号之间的差异来区分第一导电桥与第二导电桥的形成，例如，以与检测电路系统860如何区分不同标签的方式类似的方式。

在一些示例中，导电标签1431包含第一反应性基团以瞬态键合至第一电极1402，并且包含第二反应性基团以瞬态键合至第二电极1403。在一些非限制性示例中，第一反应性基团和第二反应性基团可以选自由以下组成的组：硫醇、胺、异硫氰酸酯、膦、羧基、硒基、吡啶和甲基硫化物。检测电路系统可以进一步在第一导电桥上施加偏置电压，该偏置电压破坏第一反应性基团与第一电极之间的瞬态键和第二反应性基团与第二电极之间的瞬态键。对于可以经由此类反应性基团瞬态键合至电极的分子的示例，可以使用适当的偏置电压的施加来破坏该瞬态键，参阅以下参考文献，该参考文献的全部内容以引用方式并入本文：Li等人，“单分子接合中的电场击穿(Electric field breakdown in single moleculejunctions)”，J.Am.Chem.Soc.137(15):5028-5033(2015)。诸如在Li中所述的示例性分子可以以诸如本文所述的方式用作标签。此类示例的有用特征是在标签至电极的键合被破坏之后，电极之间的电流被破坏，并且电极立即准备好接受与另一此类标签的瞬态键。另外，可以至少使用施加偏置电压以破坏瞬态键的时序来控制相应标签瞬态键合至电极的时间量。

在一些示例中，每个导电标签1431包含可以在高于特定阈值电压时被破坏的一种相应类型的反应性基团。在一些非限制性示例中，反应性基团可以选自由以下组成的组：硫醇、胺、异硫氰酸酯、膦、羧基、硒基、吡啶和甲基硫化物。标签标识可以以瞬态桥的电导率编码。例如，瞬态桥可以包含彼此不同的聚合物序列，这些彼此不同的聚合物序列可以提供电极之间的不同电导率，基于这些不同电导率可以鉴定出相应标签。可以通过改变标签的物理或化学特性来设置或调谐此电导率。在此类示例中，因为每种类型的标签可以包含彼此相同类型的反应性基团，因此相对于针对每种类型的标签提供不同的反应性基团，可以简化制备和实施。

图15示意性地示出了包含电极之间的瞬态桥的示例性组合物1500。组合物1500不限于在对多核苷酸进行测序中使用，并且实际上不限于与颗粒或聚合酶一起使用，而在一些示例中可以用于以类似于参考图9B所述的组合物900'的方式对多核苷酸进行测序。组合物1500包含通过空间彼此分离的第一电极1502和第二电极1503，以及跨越第一电极与第二电极之间的空间的桥1520。桥1520可以包含聚合物链(诸如多核苷酸)或其他合适的结构，该聚合物链或该结构在一些示例中可以以包含诸如在图15中示出的构造1590的三级结构提供，或可以以诸如在图3B至图3D示出的官能团提供。导电标签1531可以以在第一电极1502与第二电极1503之间提供导电桥的方式瞬态键合至桥1520，该标签标识可以基于该导电桥确定。在一个非限制性示例中，标签(例如，标签1531)可以包括寡核苷酸。例如，合适的检测电路系统可以响应于导电桥的形成而生成信号。检测电路系统可以进一步在所得导电桥施加偏置电压，该偏置电压在信号生成之后破坏标签1531与桥1520之间的瞬态键。标签1531瞬态键合至桥1520的速率可以被称为接通速率(on rate)。在此类瞬态键合之后，例如在已经收集足够的数据以用于高置信度碱基调用之后，标签1531可以被留在适当位置持续所需时间量，从而在施加去除偏置电压时产生选定和受控的关断速率(off rate)。标签标识可以以相应标签1531之间的电导率差异编码，或者使用标签的破裂性质(例如，标签响应于所施加的偏置电压而分别从桥解离时所处的电压或时间)来编码。在一些示例中，桥1520和标签的聚合物链各自包含多核苷酸，诸如DNA、RNA、PNA等。在一个非限制性示例中，桥的聚合物链包括ssDNA，标签中的至少一个标签包括与桥杂交以提供A形dsDNA的ssDNA，并且标签中的至少一个标签包括与桥杂交以提供B形dsDNA的ssDNA。所得A形dsDNA和B形dsDNA可以具有彼此不同的电导率，基于这些彼此不同的电导率可以鉴定出所得核苷酸。偏置电压的施加可以使标签解离，例如，基于标签与桥的聚合物链之间的相应杂交比桥本身更不稳定。

图16A至图16C示意性地示出了具有可以选择性地完成的桥的示例性组合物1600。组合物1600不限于在对多核苷酸进行测序中使用，并且实际上不限于与颗粒或聚合酶一起使用，而在一些示例中可以用于以类似于参考图9B所述的组合物900'的方式对多核苷酸进行测序。组合物1600包含通过空间彼此分离的第一电极1602和第二电极1603，以及跨越第一电极与第二电极之间的空间的第一桥和第二桥。第一桥可以包含第一聚合物链，并且第二桥可以包含与第一聚合物链不同的第二聚合物链。例如，在图16A至图16C所示的非限制性配置中，诸如参考图2或图9B所述的三级聚合物结构1620可以包含单个聚合物分子，该单个聚合物分子折叠多次并且交联，以形成可区分的聚合物链1621、1622，这些聚合物链中的每个聚合物链对应于可以选择性地完成的桥。例如，流体可以包含与第一聚合物链1621而不与第二聚合物链1622杂交的第一寡聚物1631。例如，第一寡聚物1631可以与参考图8A所述的标签831类似地配置，但不一定必须偶联至核苷酸，并且可以具有这样的序列，基于该序列，寡聚物1631将以诸如在图16B中示出的方式与第一聚合物链1621而不与第二聚合物链1622杂交。与检测电路系统860类似的检测电路系统可以响应于第一寡聚物1631与第一聚合物链的杂交而生成第一信号。

流体可以包含分别与三级聚合物结构1620的任何一个或多个合适的聚合物链杂交的任何合适数量的寡聚物。例示性地，流体可以进一步包含第二寡聚物1632，该第二寡聚物可以以诸如在图16C中示出的方式与第二聚合物链1622并且不与第一聚合物链1631杂交，并且检测电路系统可以响应于第二寡聚物1632与第二聚合物链的杂交而生成第二信号。以类似于本文其他地方所述的方式，检测电路系统可以进一步至少使用第一信号与第二信号之间的差异，例如至少使用第一聚合物链1621和第二聚合物链1622的不同序列或至少使用第一寡聚物1631和第二寡聚物1632的不同序列，来区分第一寡聚物1631与第一聚合物链1621的杂交和第二寡聚物1632与第二聚合物链1622的杂交。就此而言，可以认为第一寡聚物1631和第二寡聚物1632在三级聚合物结构1620内选择性地完整桥。类似地，流体可以包含第三寡聚物和第四寡聚物，该第三寡聚物和该第四寡聚物可以选择性地与三级结构1620的第三聚合物链和第四聚合物链杂交，以便在电极1602、1603之间提供不同的电导率。三级结构的示例包括多核苷酸三级结构(例如，DNA折纸)或多肽三级结构，诸如参考图2和图9B所述。例如，在一些示例中，第一聚合物链1621和第二聚合物链1622(以及任何附加的聚合物链(如果提供的话))可以包含相应的单链DNA序列，并且第一寡核苷酸1631和第二寡核苷酸1632(以及任何附加的寡核苷酸(如果提供的话))分别包含与这些单链DNA序列中的一个单链DNA序列互补和选择性地杂交的单链DNA序列。在一些示例中，聚合物链(例如，1621、1622)中的每个聚合物链可以跨越收缩部1690的至少一部分。在一些示例中，可以通过以诸如参考图15所述的方式施加偏置电压来去除第一寡核苷酸1631和第二寡核苷酸1632。

因此，本文所述的装置、组合物和方法可以以相对较少的部件提供对电子装置的制造的增强控制。本发明的装置、组合物和方法可以与任何合适的颗粒一起使用，在一些示例中，这些颗粒可以包含官能团。此类官能团可以包括例如多核苷酸(诸如DNA)、小有机分子、聚合物、或π缀合的材料。本发明的装置、组合物和方法的另一示例性特征可以包括适应电极之间的空间的可变性的能力，因为不同大小的颗粒可以被容易地制备并且因此可以针对不同大小的空间定制。例如，具有大小分布的纳米颗粒的单一溶液可以用于针对阵列中的每个相应装置自动选择适当大小的颗粒，并且因此可以适应该阵列内的电极之间的空间的可变性，例如以诸如参考图6A至图6B和图7所述的方式。本发明的装置、组合物和方法的另一示例性特征可以包括易于质量控制，因为可以使用标准显微镜技术(诸如扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等)对颗粒、聚合酶和电极的相应组件进行成像。

非限制性工作示例

以下示例仅是例示性的，并且不旨在是限制性的。

图11A示出了用于制备如图3B所示的装置的方法中的操作的示例性流程。在图11A所示的非限制性示例中，在过程(a)中，使约20nm的金纳米颗粒与经5'-修饰的30-聚体寡核苷酸(标称长度为10nm)的末端处的硫醇基团反应。在过程(b)处，然后将经5'-修饰的寡核苷酸与在其面向外的末端处具有二硫化物基团的经5'-修饰的互补30-聚体寡核苷酸杂交，从而提供由具有反应性二硫化物电晕(由图11A中的“Y”基团表示)的DNA双链体包围的金纳米颗粒。图11B示出了图11A所示的方法的示例性结果。更具体地，在图11B中，示出了在将单链寡核苷酸接枝到纳米颗粒(1101)之后以及在将这些单链寡核苷酸与互补寡核苷酸杂交(1102)之后每颗粒的寡核苷酸的数量的荧光测定表征。

图11C示出了用于制备如图3B所示的装置的方法中的附加操作的示例性流程。使用参考图11A描述的操作(a)和(b)来制备由具有反应性二硫化物电晕(由图11C中的“DS”基团表示)的DNA双链体包围的金纳米颗粒，并且然后将这些所制备的金纳米颗粒偶联至电极。更具体地，在过程(c)处，将官能化纳米颗粒溶于液体中，并且将该液体施加至彼此间隔开约50-60nm的一对金电极。将液体中的单个颗粒输送至金电极并且键合至这些电极。图11D示出了图11C所示的操作的示例性结果。图11D的图像(a)是在图11C的过程(c)之前的裸金电极的SEM图像。可以看到电极彼此间隔开小于100nm，在此处为约30nm。图11D的图像(b)是按照图11C的过程(c)的金电极的SEM图像，其中可以看出，单个金纳米颗粒设置在金电极之间。图11D的图像(c)是设置在金电极之间的单个金纳米颗粒的放大SEM图像。可以从图11D的图像(c)理解到，金纳米颗粒的直径小于电极之间的间距，并且纳米颗粒大致均匀地与这些电极中的每个电极间距开。这种方法以约5-10％的产率产生单纳米颗粒装置。可以通过使用由相应电极对施加的AC或DC电场主动捕集单个颗粒来预期更高的产率。

图12A示出了用于制备如图3C所示的装置的方法中的操作的示例性流程。在图12A所示的非限制性示例中，在过程(a)处，使与参考图11A至图11D所述的那些裸金电极类似的裸金电极与经5'-修饰的30-聚体寡核苷酸的末端处的硫醇基团在缓冲溶液中反应。在过程(b)处，然后使经5'-修饰的寡核苷酸与经5'-修饰的互补30-聚体寡核苷酸杂交，该经5'-修饰的互补30-聚体寡核苷酸附接至约20nm的金纳米颗粒，该金纳米颗粒已经使用图11A的过程(a)产生。结果是由单链DNA包围的金纳米颗粒，该单链DNA与偶联至彼此间隔开约50-60nm的金电极形成双链体。图12B示出了图12A所示的操作的示例性结果。更具体地，图12B是按照图12A的过程(b)的金电极的SEM图像，其中可以看出，单个金纳米颗粒设置在金电极之间。这种方法以约5-10％的产率产生单纳米颗粒装置。可以通过使用由相应电极对施加的AC或DC电场主动捕集单个颗粒来预期更高的产率。

虽然上文描述了各种例示性示例，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的情况下可以在其中进行各种改变和修改。所附权利要求旨在涵盖落入本发明的真实精神和范围内的所有此类改变和修改。

Claims (87)

1.一种装置，所述装置包括：

第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极通过空间彼此分离；

颗粒，所述颗粒经由第一多个键偶联至所述第一电极，并且经由第二多个键偶联至所述第二电极；以及

聚合酶，所述聚合酶偶联至所述颗粒。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述颗粒形成所述第一电极与所述第二电极之间的导电桥的至少一部分。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述颗粒是不导电的。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述颗粒包含具有三级结构的聚合物。

5.根据权利要求4所述的装置，其中具有所述三级结构的所述聚合物包括多核苷酸或多肽。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述多核苷酸或多肽被折叠并交联成具有中心收缩部的三级结构，所述中心收缩部形成在所述第一电极与所述第二电极之间的导电桥的一部分。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述颗粒包括纳米颗粒，所述纳米颗粒具有将所述纳米颗粒键合至所述第一电极和所述第二电极的官能团。

8.根据权利要求7所述的装置，其中所述纳米颗粒是无机的。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其中所述颗粒的直径为所述空间的长度的至少约10％。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其中所述颗粒包括通过接头彼此偶联的一对纳米颗粒。

11.一种制造装置的方法，所述方法包括：

将溶液沉积到彼此分离的第一电极和第二电极上，

所述溶液包含在液体中的颗粒，每个颗粒偶联至相应的聚合酶；

将所述颗粒中的一个颗粒从所述溶液输送到与所述第一电极和所述第二电极相邻的空间；以及

将所述颗粒中的所述一个颗粒键合至所述第一电极和所述第二电极中的每一者。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述输送包括在所述第一电极和所述第二电极处介电电泳地或磁性地捕集所述颗粒中的所述一个颗粒。

13.根据权利要求11至12中任一项所述的方法，其中所述键合包括在所述第一电极与所述颗粒中的所述一个颗粒之间形成第一多个键，并且在所述第二电极与所述颗粒中的所述一个颗粒之间形成第二多个键。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，所述方法进一步包括使用所述颗粒中的所述一个颗粒从与所述第一电极和所述第二电极相邻的所述空间在空间上排除其他颗粒。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中所述颗粒形成所述第一电极与所述第二电极之间的导电桥的至少一部分。

16.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中所述颗粒是不导电的。

17.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中所述颗粒包含具有三级结构的聚合物。

18.根据权利要求17所述的方法，其中具有所述三级结构的所述聚合物包括多核苷酸或多肽。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述多核苷酸或多肽被折叠并交联成具有中心收缩部的三级结构，所述中心收缩部形成在所述第一电极与所述第二电极之间的导电桥的一部分。

20.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中所述颗粒包括纳米颗粒，所述纳米颗粒具有将所述纳米颗粒键合至所述第一电极和所述第二电极的官能团。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述纳米颗粒是无机的。

22.根据权利要求11至21中任一项所述的方法，其中所述颗粒的直径为所述空间的长度的至少约10％。

23.一种装置阵列，所述装置阵列包括：

固体基底；

多个电极对，所述多个电极对设置在所述固体基底上，每个电极对的电极通过相应的空间彼此分离；

多个颗粒，每个颗粒键合至相应电极对的电极，

其中所述电极对中的大部分电极对分别键合至所述颗粒中的单一颗粒；以及

多种聚合酶，每种聚合酶偶联至所述颗粒中的相应一个颗粒。

24.根据权利要求23所述的装置阵列，其中所述相应空间在所述颗粒分别键合至的所述电极对之间变化。

25.一种制造装置阵列的方法，所述方法包括：

将溶液沉积到固体基底上，所述固体基底具有设置在其上的多个电极对，每个电极对的电极通过相应的空间彼此分离，

所述溶液包含在液体中的颗粒，每个颗粒偶联至相应的聚合酶；

将所述颗粒从所述溶液输送到所述空间中的相应空间；以及

将所述颗粒中的一个颗粒键合至每个电极对的电极，

其中所述电极对中的大部分电极对分别键合至所述颗粒中的恰好一个颗粒。

26.根据权利要求25所述的方法，其中所述输送包括在所述电极对中的所述相应一个电极对的所述电极处介电电泳地或磁性地捕集所述颗粒中的所述一个颗粒。

27.根据权利要求25或权利要求26所述的方法，其中所述键合包括在所述颗粒中的所述一个颗粒与所述电极对中的所述相应一个电极对的所述电极中的每个电极之间形成多个键。

28.根据权利要求25至27中任一项所述的方法，所述方法进一步包括使用所述颗粒中的所述一个颗粒在空间上排除任何其他颗粒接触所述电极对中的所述相应一个电极对的所述电极。

29.一种组合物，所述组合物包含：

第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极通过空间彼此分离；

颗粒，所述颗粒经由第一多个键偶联至所述第一电极，并且经由第二多个键偶联至所述第二电极；以及

第一多核苷酸和第二多核苷酸；

多个核苷酸，每个核苷酸偶联至对应的标签；以及

聚合酶，所述聚合酶偶联至所述颗粒并且至少使用所述第二多核苷酸的序列将所述核苷酸添加至所述第一多核苷酸；以及

检测电路系统，所述检测电路系统用于至少使用所述第一电极与所述第二电极之间的电流变化来检测至所述第一多核苷酸的所述核苷酸的所述添加的序列，所述变化响应于与那些核苷酸对应的所述标签。

30.根据权利要求29所述的组合物，其中所述颗粒形成所述第一电极与所述第二电极之间的导电桥的至少一部分，并且其中所述标签通过所述桥改变所述第一电极与所述第二电极之间的所述电流。

31.根据权利要求29所述的组合物，其中所述颗粒是不导电的，并且其中所述标签分别形成所述电流流经的在所述第一电极与所述第二电极之间的瞬态导电桥。

32.根据权利要求29所述的组合物，其中所述颗粒包含具有三级结构的聚合物。

33.根据权利要求32所述的组合物，其中具有所述三级结构的所述聚合物包括DNA或多肽。

34.根据权利要求32所述的组合物，其中所述三级结构在所述第一电极与所述第二电极之间形成导电桥，并且其中所述标签通过与所述导电桥杂交来改变所述第一电极与所述第二电极之间的所述电流。

35.根据权利要求29所述的组合物，其中所述颗粒包括纳米颗粒，所述纳米颗粒具有将所述纳米颗粒键合至所述第一电极和所述第二电极的官能团。

36.根据权利要求35所述的组合物，其中所述纳米颗粒是不导电的，并且其中所述标签分别形成所述电流流经的在所述第一电极与所述第二电极之间的瞬态导电桥。

37.根据权利要求36所述的组合物，其中所述标签中的至少一个标签选自由以下组成的组：碳点、导电聚合物、π缀合的小分子、纳米管和富勒烯。

38.根据权利要求35至37中任一项所述的组合物，其中所述纳米颗粒和所述官能团形成在所述第一电极与所述第二电极之间的导电桥的至少一部分，并且其中所述标签通过与所述官能团杂交来改变所述第一电极与所述第二电极之间的所述电流。

39.根据权利要求29所述的组合物，其中所述颗粒包括通过接头彼此偶联的一对纳米颗粒，并且其中所述标签通过与所述接头杂交来改变所述第一电极与所述第二电极之间的所述电流。

40.一种用于测序的方法，所述方法包括：

至少使用第二多核苷酸的序列，使用聚合酶将核苷酸添加至第一多核苷酸；

使用分别偶联至所述核苷酸的标签来改变第一电极与第二电极之间的电流，其中颗粒经由第一多个键偶联至所述第一电极并且经由第二多个键偶联至所述第二电极；以及

至少使用使用与那些核苷酸对应的所述标签引起的所述电流的变化来检测序列，在所述序列中所述聚合酶将所述核苷酸添加至所述第一多核苷酸。

41.根据权利要求40所述的方法，其中所述颗粒形成所述第一电极与所述第二电极之间的导电桥的至少一部分，并且其中所述标签通过所述桥改变所述第一电极与所述第二电极之间的所述电流。

42.根据权利要求40所述的方法，其中所述颗粒是不导电的，并且其中所述标签分别形成所述电流流经的在所述第一电极与所述第二电极之间的瞬态导电桥。

43.根据权利要求40所述的方法，其中所述颗粒包含具有三级结构的聚合物。

44.根据权利要求43所述的方法，其中具有所述三级结构的所述聚合物包括DNA或多肽。

45.根据权利要求44所述的方法，其中所述三级结构在所述第一电极与所述第二电极之间形成导电桥，并且其中所述标签通过与所述导电桥杂交来改变所述第一电极与所述第二电极之间的所述电流。

46.根据权利要求40所述的方法，其中所述颗粒包括纳米颗粒，所述纳米颗粒具有将所述纳米颗粒键合至所述第一电极和所述第二电极的官能团。

47.根据权利要求46所述的方法，其中所述纳米颗粒是不导电的，并且其中所述标签分别形成所述电流流经的在所述第一电极与所述第二电极之间的瞬态导电桥。

48.根据权利要求47所述的方法，其中所述标签中的至少一个标签选自由以下组成的组：碳点、导电聚合物、π缀合的小分子、纳米管和富勒烯。

49.根据权利要求46至48中任一项所述的方法，其中所述纳米颗粒和所述官能团形成在所述第一电极与所述第二电极之间的导电桥的至少一部分，并且其中所述标签通过与所述官能团杂交来改变所述第一电极与所述第二电极之间的所述电流。

50.根据权利要求40所述的方法，其中所述颗粒包括通过接头彼此偶联的一对纳米颗粒，并且其中所述标签通过与所述接头杂交来改变所述第一电极与所述第二电极之间的所述电流。

51.一种组合物，所述组合物包含：

第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极通过空间彼此分离；

流体，所述流体包含长度至少与所述空间的长度一样长的第一导电标签；以及

检测电路系统，所述检测电路系统用于响应于使用所述第一导电标签瞬态形成在所述第一电极与所述第二电极之间的第一导电桥而生成第一信号。

52.根据权利要求51所述的组合物，其中所述第一导电标签包括碳点、导电聚合物、π缀合的小分子、纳米管或富勒烯。

53.根据权利要求51或权利要求52所述的组合物，其中：

所述流体进一步包含第二导电标签，所述第二导电标签的长度至少与所述空间的长度一样长；以及

所述检测电路系统用于响应于使用所述第二导电标签瞬态形成在所述第一电极与所述第二电极之间的第二导电桥而生成第二信号。

54.根据权利要求53所述的组合物，其中所述检测电路系统进一步用于至少使用所述第一信号与所述第二信号之间的差异来区分所述第一导电桥与所述第二导电桥的形成。

55.根据权利要求51至54中任一项所述的组合物，其中所述第一导电标签瞬态键合至所述第一电极和所述第二电极中的每一者以形成所述第一导电桥。

56.根据权利要求55所述的组合物，其中所述第一导电标签包含第一反应性基团以瞬态键合至所述第一电极；并且包含第二反应性基团以瞬态键合至所述第二电极。

57.根据权利要求56所述的组合物，其中所述第一反应性基团和第二反应性基团选自由以下组成的组：胺、异硫氰酸酯、膦、羧基、硒基、吡啶和甲基硫化物。

58.根据权利要求56或权利要求57所述的组合物，其中所述检测电路系统进一步用于在所述第一导电桥上施加偏置电压，所述偏置电压破坏所述第一反应性基团与所述第一电极之间的瞬态键或所述第二反应性基团与所述第二电极之间的瞬态键。

59.根据权利要求58所述的组合物，其中所述偏置电压破坏所述第一反应性基团与所述第一电极之间的所述瞬态键和所述第二反应性基团与所述第二电极之间的所述瞬态键。

60.根据权利要求51至59中任一项所述的组合物，所述组合物进一步包含：

聚合酶，所述聚合酶与所述第一电极和所述第二电极相邻偶联；以及

核苷酸，所述核苷酸偶联至所述第一导电标签，

其中所述第一导电标签响应于使用所述聚合酶作用于所述核苷酸而形成所述第一导电桥。

61.根据权利要求60所述的组合物，所述组合物进一步包含偶联至所述第一电极和所述第二电极并且偶联至所述聚合酶的颗粒。

62.根据权利要求61所述的组合物，其中所述颗粒是不导电的。

63.一种用于测序的方法，所述方法包括：

至少使用第二多核苷酸的序列，使用聚合酶将核苷酸添加至第一多核苷酸；

使用分别偶联至所述核苷酸的导电标签瞬态形成在第一电极与第二电极之间的导电桥；以及

至少使用所述导电桥的所述瞬态形成来检测序列，在所述序列中所述聚合酶将所述核苷酸添加至所述第一多核苷酸。

64.根据权利要求63所述的方法，其中所述导电标签独立地包括碳点、导电聚合物、π缀合的小分子、纳米管或富勒烯中的一者或多者。

65.根据权利要求63或权利要求64所述的方法，其中所述序列是至少使用所述导电桥上的电导率差异来检测的。

66.根据权利要求63至65中任一项所述的方法，其中所述导电标签瞬态键合至所述第一电极和所述第二电极中的每一者以形成所述导电桥。

67.根据权利要求66所述的方法，其中每个导电标签包含第一反应性基团以瞬态键合至所述第一电极；并且包含第二反应性基团以瞬态键合至所述第二电极。

68.根据权利要求67所述的方法，其中所述第一反应性基团和第二反应性基团选自由以下组成的组：胺、异硫氰酸酯、膦、羧基、硒基、吡啶和甲基硫化物。

69.根据权利要求67或权利要求68所述的方法，所述方法进一步包括在所述导电桥上施加偏置电压，所述偏置电压破坏所述第一反应性基团与所述第一电极之间的瞬态键或所述第二反应性基团与所述第二电极之间的瞬态键。

70.根据权利要求69所述的方法，其中所述偏置电压破坏所述第一反应性基团与所述第一电极之间的所述瞬态键和所述第二反应性基团与所述第二电极之间的所述瞬态键。

71.根据权利要求67至70中任一项所述的方法，所述方法进一步包括使用与所述第一电极和所述第二电极相邻偶联的聚合酶作用于偶联至所述导电标签中的一个导电标签的核苷酸，

其中所述导电标签中的所述一个导电标签响应于使用所述聚合酶作用于所述核苷酸而形成所述导电桥中的一个导电桥。

72.根据权利要求71所述的方法，其中颗粒偶联至所述第一电极和所述第二电极并且偶联至所述聚合酶。

73.根据权利要求72所述的方法，其中所述颗粒是不导电的。

74.一种组合物，所述组合物包含：

第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极通过空间彼此分离；

桥，所述桥跨越所述第一电极和所述第二电极之间的所述空间；

流体，所述流体包含以形成导电桥的方式瞬态键合至所述桥的标签；以及

检测电路系统，所述检测电路系统用于响应于所述导电桥的形成而生成信号，并且用于生成偏置电压，所述偏置电压经选择为在所述信号生成之后破坏所述导电桥。

75.一种用于检测的方法，所述方法包括：

使用标签与跨越第一电极与第二电极之间的空间的桥的瞬态键合来形成导电桥；

检测所述导电桥的形成；以及

响应于偏置电压的施加而随后破坏所述瞬态键合。

76.一种组合物，所述组合物包含：

第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极通过空间彼此分离；

第一桥和第二桥，所述第一桥和所述第二桥跨越在所述第一电极与所述第二电极之间的所述空间，

所述第一桥包含第一聚合物链，

所述第二桥包含不同于所述第一聚合物链的第二聚合物链；

流体，所述流体包含第一寡聚物，所述第一寡聚物与所述第一聚合物链杂交而不与所述第二聚合物链杂交；以及

检测电路系统，所述检测电路系统用于响应于所述第一寡聚物与所述第一聚合物链的杂交而生成第一信号。

77.根据权利要求76所述的组合物，其中：

所述流体进一步包含第二寡聚物，所述第二寡聚物与所述第二聚合物链杂交而不与所述第一聚合物链杂交；以及

所述检测电路系统用于响应于所述第二寡聚物与所述第二聚合物链的杂交而生成第二信号。

78.根据权利要求77所述的组合物，其中所述检测电路系统进一步用于至少使用所述第一信号与所述第二信号之间的差异，来区分所述第一寡聚物与所述第一聚合物链的杂交和所述第二寡聚物与所述第二聚合物链的杂交。

79.根据权利要求76至78中任一项所述的组合物，其中所述第一聚合物链和所述第二聚合物链包含三级结构的不同部分。

80.根据权利要求79所述的组合物，其中：

所述三级结构包括多核苷酸或多肽三级结构；

所述第一聚合物链和所述第二聚合物链分别包含第一单链DNA序列和第二单链DNA序列；以及

所述第一寡聚物和所述第二寡聚物分别包括第三单链DNA序列和第四单链DNA序列，所述第三单链DNA序列和所述第四单链DNA序列分别补充所述第一单链DNA序列和所述第二单链DNA序列。

81.根据权利要求79或权利要求80所述的组合物，其中所述三级结构包括多肽。

82.一种用于测序的方法，所述方法包括：

至少使用第二多核苷酸的序列，使用聚合酶将核苷酸添加至第一多核苷酸；

响应于所述聚合酶将所述核苷酸中的第一核苷酸添加至所述第一多核苷酸，而使偶联至所述核苷酸的第一标签与跨越第一电极与第二电极之间的空间的桥的第一聚合物链杂交；

使偶联至所述核苷酸中的第二核苷酸的第二标签与跨越所述第一电极与所述第二电极之间的所述空间的所述桥的第二聚合物链顺序地杂交；以及

至少使用响应于所述第一标签与所述第一聚合物链和所述第二标签与所述第二聚合物链之间的相应杂交而通过所述桥的电流变化来检测所述序列，在所述序列中所述聚合酶将所述核苷酸中的所述第一核苷酸和所述核苷酸中的所述第二核苷酸添加至所述第一多核苷酸。

83.根据权利要求82所述的方法，其中所述第一标签不与所述第二聚合物链杂交，并且其中所述第二标签不与所述第一聚合物链杂交。

84.根据权利要求82或权利要求83所述的方法，其中所述第一标签和所述第二标签包含相应的聚合物。

85.根据权利要求82至84中任一项所述的方法，其中所述第一聚合物链和所述第二聚合物链包含三级结构的不同部分。

86.根据权利要求82至85中任一项所述的方法，其中：

所述三级结构包括多核苷酸或多肽三级结构；

所述第一聚合物链和所述第二聚合物链分别包含第一单链DNA序列和第二单链DNA序列；以及

所述第一标签和所述第二标签分别包括第三单链DNA序列和第四单链DNA序列，所述第三单链DNA序列和所述第四单链DNA序列分别补充所述第一单链DNA序列和所述第二单链DNA序列。

87.根据权利要求85或权利要求86所述的方法，其中所述三级结构包括多肽。

Images