JP2023525525A - 電極に連結した粒子を含むデバイス、並びにこれを作製及び使用する方法。 - Google Patents

Abstract

一部の例では、デバイスは、空間によって相互に離隔されている第１の電極及び第２の電極、第１の複数の結合を介して第１の電極に連結され、第２の複数の結合介して第２の電極に連結される粒子、及び粒子に連結されるポリメラーゼを含む。一部の例では、構成は、空間によって相互に離隔されている第１の電極及び第２の電極、空間の長さと少なくとも同じ長さを有する第１の導電性標識を含む流体、並びに第１の導電性標識を使用して、第１の電極と第２の電極との間の第１の導電性ブリッジの一過的形成に応答して第１のシグナルを発生させるための検出回路を含む。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、それらの各々の全内容が参照により本明細書に組み込まれている、以下の出願の利益を主張する：
「Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ Ｃｏｕｐｌｅｄ ｔｏ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ，ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｍａｋｉｎｇ ａｎｄ Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｍｅ」と題する２０２０年５月１１日出願の米国仮特許出願第６３／０２２，９９０号、及び
「Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｌａｂｅｌｓ Ｔｈａｔ Ｔｒａｎｓｉｅｎｔｌｙ Ｆｏｒｍ ｏｒ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｍｐｌｅｔｅ Ｂｒｉｄｇｅｓ Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ」と題する、２０２０年５月１１日出願の米国仮特許出願第６３／０２３，００１号。

ＤＮＡなどのポリヌクレオチドの配列決定に、学術的及び企業による莫大な量の時間及びエネルギーが費やされてきた。一部の配列決定システムは、「合成による配列決定」（sequencing by synthesis：ＳＢＳ）技術及び蛍光をベースとする検出を使用する。しかし、蛍光をベースとする検出は、励起光源、イメージングデバイスなどの光学的構成要素を必要とすることがあり、この検出は、操作が複雑で、時間を浪費し、費用もかかり得る。更に、多数の配列決定戦略には、ＤＮＡセグメントのアンサンブルクラスターの読み取りが短いという制限がある。配列決定の総合的な精度を改善するために、単一ＤＮＡ分子の長い読み取りを可能にする技術が、非常に重要である。

両電極間に粒子ベースのブリッジを含むデバイスが、本明細書において提供される。各塩基（Ａ、Ｔ、Ｃ又はＧ）の区別される電気シグナルにより、ポリヌクレオチドを電気的に配列決定するためのこのようなデバイスを作製する方法、並びに構成、及びこのようなデバイスを使用する方法が開示される。デバイスは、空間によって相互に離隔されている第１の電極及び第２の電極、粒子、並びにポリメラーゼを含むことができる。粒子は、複数の結合を介して第１の電極に連結され得、複数の結合を介して第２の電極に連結され得る。ポリメラーゼは、粒子に連結され得る。

一部の例では、空間によって相互に離隔されている第１の電極及び第２の電極を含むデバイスが、本明細書において提供される。本デバイスは、複数の結合を介して第１の電極に連結され、かつ複数の結合を介して第２の電極に連結された粒子を含む。本デバイスは、粒子に連結されているポリメラーゼを含む。

一部の例では、この粒子は、第１の電極と第２の電極との間に導電性ブリッジの少なくとも一部を形成する。

一部の例では、粒子は、非導電性である。

一部の例では、粒子は、三次構造を有するポリマーを含む。一部の例では、三次構造を有するポリマーは、ポリヌクレオチド又はポリペプチドを含む。一部の例では、ポリヌクレオチド又はポリペプチドは、フォールディングされており、中央狭窄部を有する三次構造に架橋している。中央狭窄部は、第１の電極と第２の電極との間に導電性ブリッジの一部を形成することができる。

一部の例では、粒子は、ナノ粒子であって、このナノ粒子を第１の電極及び第２の電極に結合させる官能基を有する、ナノ粒子を含む。一部の例では、ナノ粒子は、無機物である。

更に又は代替的に、粒子は、一部の例では、空間の長さの少なくとも約１０％の直径を有する。

更に又は代替的に、粒子は、一部の例では、リンカーによって相互に連結した一対のナノ粒子を含む。

一部の例では、デバイスを作製する方法が、本明細書において提供される。本方法は、相互に離隔されている第１の電極及び第２の電極上に溶液を堆積させることを含む。溶液は、液体中に粒子を含み、各粒子は、それぞれのポリメラーゼに連結されている。本方法は、粒子の１つを溶液から第１の電極及び第２の電極に隣接する空間に輸送することを含む。本方法は、第１の電極及び第２の電極の各々に、粒子の１つを結合させることを含む。

一部の例では、輸送は、粒子の１つを第１の電極及び第２の電極において誘導泳動により又は磁気により捕捉することを含む。

更に又は代替的に、結合形成は、一部の例では、第１の電極と粒子の１つとの間に第１の複数の結合を形成すること、及び第２の電極と粒子の１つとの間に第２の複数の結合を形成することを含む。

更に又は代替的に、本方法は、一部の例では、粒子の１つを使用して、第１の電極及び第２の電極に隣接する空間から他の粒子を立体的に排除することを更に含む。

一部の例では、この粒子は、第１の電極と第２の電極との間に導電性ブリッジの少なくとも一部を形成する。

一部の例では、粒子は、非導電性である。

一部の例では、粒子は、三次構造を有するポリマーを含む。一部の例では、三次構造を有するポリマーは、ポリヌクレオチド又はポリペプチドを含む。一部の例では、ポリヌクレオチド又はポリペプチドは、フォールディングされて、中央狭窄部を有する三次構造に架橋されており、中央狭窄部は、第１の電極と第２の電極との間に導電性ブリッジの一部を形成する。

一部の例では、粒子は、ナノ粒子であって、このナノ粒子を第１の電極及び第２の電極に結合させる官能基を有する、ナノ粒子を含む。一部の例では、ナノ粒子は、無機物である。

更に又は代替的に、粒子は、一部の例では、空間の長さの少なくとも約１０％の直径を有する。

一部の例では、固体基板、及びこの固体基板上に配設されている複数の電極対を含む、デバイスアレイが提供される。各電極対の電極は、それぞれの空間によって相互に離隔されている。本デバイスアレイは、複数の粒子を含み、各々は、それぞれの電極対の電極に結合されている。電極対の大部分は、それぞれ、粒子のうちの単一の粒子に結合されている。本デバイスアレイは、複数のポリメラーゼを含んでおり、ポリメラーゼはそれぞれ、粒子のうちのそれぞれ１つに連結されている。

一部の例では、それぞれの空間は、粒子がそれぞれ結合されている電極対の間で変動する。

一部の例では、上部に配設された複数の電極対を有する固体基板上に溶液を堆積させることを含む、デバイスアレイを作製する方法が、本明細書において提供される。各電極対の電極は、それぞれの空間によって相互に離隔されている。溶液は、液体中に粒子を含む。各粒子は、それぞれのポリメラーゼに連結されている。本方法は、空間のうちのそれぞれ１つに溶液から粒子を輸送すること、及び各電極対の電極に粒子の１つを結合させることを含む。電極対の大部分は、それぞれ、粒子の正確に１つに結合される。

一部の例では、輸送は、電極対のうちのそれぞれ１つの電極において、粒子の１つを誘導泳動により又は磁気により捕捉することを含む。

更に又は代替的に、結合形成は、一部の例では、粒子の１つと電極対のうちのそれぞれ１つの電極の各々との間に複数の結合を形成することを含む。

更に又は代替的に、本方法は、一部の例では、粒子の１つを使用して、あらゆる他の粒子が、電極対のうちのそれぞれ１つの電極に接触するのを立体的に排除することを更に含む。

一部の例では、空間によって相互に離隔されている第１の電極及び第２の電極を含む構成が、本明細書において提供される。本構成は、複数の結合を介して第１の電極に連結され、かつ複数の結合を介して第２の電極に連結された粒子を含む。本構成は、第１のポリヌクレオチド及び第２のポリヌクレオチドを含む。本構成は、複数のヌクレオチドを含み、各ヌクレオチドは、対応する標識に連結されている。本構成は、粒子に連結されているポリメラーゼであって、第２のポリヌクレオチドの少なくとも配列を使用して、第１のポリヌクレオチドにヌクレオチドを付加するための、ポリメラーゼを含む。本構成は、第１の電極と第２の電極との間の電流の少なくとも変化を使用して、第１のポリヌクレオチドへのヌクレオチドの付加の配列を検出するための検出回路を含む。その変化は、それらのヌクレオチドに対応する標識に応答する。

一部の例では、粒子は、第１の電極と第２の電極との間に導電性ブリッジの少なくとも一部を形成し、標識は、ブリッジを流れる第１の電極と第２の電極との間の電流を変化させる。

一部の例では、粒子は非導電性であり、標識はそれぞれ、第１の電極と第２の電極との間に一過的な導電性ブリッジを形成し、このブリッジを介して電流が流れる。

一部の例では、粒子は、三次構造を有するポリマーを含む。更なる選択肢として、三次構造を有するポリマーは、ＤＮＡ又はポリペプチドを含む。更に又は代替的に、三次構造は、第１の電極と第２の電極との間に導電性ブリッジを形成し、この場合、標識は、導電性ブリッジへのハイブリダイズによって、第１の電極と第２の電極との間の電流を変化させる。

一部の例では、粒子は、ナノ粒子であって、このナノ粒子を第１の電極及び第２の電極に結合させる官能基を有する、ナノ粒子を含む。

一部の例では、ナノ粒子は、非導電性である。標識はそれぞれ、第１の電極と第２の電極との間に一過的な導電性ブリッジを形成し、このブリッジを介して、電流が流れることができる。一部の例では、標識の少なくとも１つは、カーボンドット、導電性ポリマー、π共役低分子、ナノチューブ、及びフラーレンからなる群から選択される。更に又は代替的に、ナノ粒子及び官能基は、一部の例では、第１の電極と第２の電極との間の導電性ブリッジの少なくとも一部を形成する。標識は、官能基へのハイブリダイズによって、第１の電極と第２の電極との間の電流を変化させる。

一部の例では、粒子は、リンカーによって相互に連結した一対のナノ粒子を含む。標識は、リンカーへのハイブリダイズによって、第１の電極と第２の電極との間の電流を変化させる。

一部の例では、ポリヌクレオチドを配列決定する方法が、本明細書において提供される。本方法は、第２のポリヌクレオチドの少なくとも配列を使用し、ポリメラーゼを使用して、ヌクレオチドを第１のポリヌクレオチドに付加することを含む。本方法は、ヌクレオチドにそれぞれ連結されている標識を使用して、第１の電極と第２の電極との間の電流を変化させることを含む。粒子は、複数の結合を介して第１の電極に連結され、複数の結合を介して第２の電極に連結される。本方法は、ポリメラーゼが第１のポリヌクレオチドにヌクレオチドを付加する、配列を検出することであって、それらのヌクレオチドに対応する標識を使用して誘発された電流の少なくとも変化を使用する、ことを含む。

一部の例では、粒子は、第１の電極と第２の電極との間に導電性ブリッジの少なくとも一部を形成し、標識は、ブリッジを流れる、第１の電極と第２の電極との間の電流を変化させる。

一部の例では、粒子は非導電性であり、標識はそれぞれ、第１の電極と第２の電極との間に一過的な導電性ブリッジを形成し、このブリッジを介して、電流が流れる。

一部の例では、粒子は、三次構造を有するポリマーを含む。一部の例では、三次構造を有するポリマーは、ＤＮＡ又はポリペプチドを含む。更に又は代替的に、三次構造は、第１の電極と第２の電極との間に、導電性ブリッジを形成する。標識は、導電性ブリッジへのハイブリダイズによって、第１の電極と第２の電極との間の電流を変化させる。

一部の例では、粒子は、ナノ粒子であって、このナノ粒子を第１の電極及び第２の電極に結合させる官能基を有する、ナノ粒子を含む。一部の例では、ナノ粒子は、非導電性である。標識はそれぞれ、第１の電極と第２の電極との間に一過的な導電性ブリッジを形成し、このブリッジを介して、電流が流れる。一部の例では、標識の少なくとも１つは、カーボンドット、導電性ポリマー、π共役低分子、ナノチューブ、及びフラーレンからなる群から選択される。更に又は代替的に、一部の例では、ナノ粒子及び官能基は、第１の電極と第２の電極との間の導電性ブリッジの少なくとも一部を形成する。標識は、官能基へのハイブリダイズによって、第１の電極と第２の電極との間の電流を変化させる。

一部の例では、粒子は、リンカーによって相互に連結されている一対のナノ粒子を含み、標識は、リンカーへのハイブリダイズによって、第１の電極と第２の電極との間の電流を変化させる。

電極間にブリッジを含むデバイスもまた、本明細書において提供される。各塩基（Ａ、Ｔ、Ｃ又はＧ）の区別される電気シグナルにより、ポリヌクレオチドを電気的に配列決定するための、このようなデバイスを作製する方法、並びに構成、及びこのようなデバイスを使用する方法が開示される。デバイスは、空間によって相互に離隔されている第１の電極及び第２の電極、並びにポリメラーゼを含むことができる。第１の電極と第２の電極との間のブリッジは、完成していてもよく、又は標識を使用して一過的に形成されていてもよい。

一部の例では、空間によって相互に離隔されている第１の電極及び第２の電極を含む構成が、本明細書において提供される。本構成は、空間の長さと少なくとも同じ長さを有する第１の導電性標識を含む流体を含む。本構成は、第１の導電性標識を使用して、第１の電極と第２の電極との間の第１の導電性ブリッジの一過的形成に応答して、第１のシグナルを発生する検出回路を含む。

一部の例では、第１の導電性標識は、カーボンドット、導電性ポリマー、π共役低分子、ナノチューブ、又はフラーレンを含む。

更に又は代替的に、一部の例では、流体は、空間の長さと少なくとも同じ長さを有する第２の導電性標識を更に含む。検出回路は、第２の導電性標識を使用して、第１の電極と第２の電極との間の第２の導電性ブリッジの一過的形成に応答して、第２のシグナルを発生させるためのものである。一部の例では、検出回路は更に、第１のシグナルと第２のシグナルとの間の少なくとも差異を使用して、第１の導電性ブリッジの形成と第２の導電性ブリッジの形成とを区別するためのものである。

一部の例では、第１の導電性標識は、第１の電極及び第２の電極の各々に一過的に結合して、第１の導電性ブリッジを形成する。一部の例では、第１の導電性標識は、第１の電極に一過的に結合するための第１の反応性基、及び第２の電極に一過的に結合するための第２の反応性基を含む。一部の例では、第１の反応性基及び第２の反応性基は、アミン、イソチオシアニド、ホスフィン、カルボキシル、セレノ、ピリジン、及びメチルスルフィドからなる群から選択される。更に又は代替的に、検出回路は更に、一部の例では、第１の導電性ブリッジ間に、第１の反応性基と第１の電極との間の一過的結合、又は第２の反応性基と第２の電極との間の一過的結合を妨害するバイアス電圧を印加するためのものである。一部の例では、バイアス電圧は、第１の反応性基と第１の電極との間の一過的結合、及び第２の反応性基と第２の電極との間の一過的結合を妨害する。

一部の例では、本構成は、第１の電極及び第２の電極に隣接して連結されているポリメラーゼ、及び第１の導電性標識に連結されているヌクレオチドを更に含む。第１の導電性標識は、ポリメラーゼを使用して、ヌクレオチドに及ぼす作用に応答して第１の導電性ブリッジを形成する。一部の例では、本構成は、第１の電極及び第２の電極、並びにポリメラーゼに連結した粒子を含む。一部の例では、粒子は、非導電性である。

一部の例では、配列決定する方法が、本明細書において提供される。本方法は、第２のポリヌクレオチドの少なくとも配列を使用し、ポリメラーゼを使用して、ヌクレオチドを第１のポリヌクレオチドに付加することを含む。本方法は、ヌクレオチドにそれぞれ連結した導電性標識を使用して、第１の電極と第２の電極との間に導電性ブリッジを一過的に形成することを含む。本方法は、ポリメラーゼが、導電性ブリッジの少なくとも一過的形成を使用して、第１のポリヌクレオチドにヌクレオチドを付加する配列を検出することを含む。一部の例では、導電性標識は、カーボンドット、導電性ポリマー、π共役低分子、ナノチューブ、又はフラーレンのうちの１種以上を独立して含む。更に又は代替的に、一部の例では、配列は、導電性ブリッジ間の導電性の少なくとも差異を使用して検出される。

一部の例では、導電性標識は、第１の電極及び第２の電極のそれぞれに一過的に結合して、導電性ブリッジを形成する。一部の例では、導電性標識はそれぞれ、第１の電極に一過的に結合するための第１の反応性基、及び第２の電極に一過的に結合するための第２の反応性基を含む。一部の例では、第１の反応性基及び第２の反応性基は、アミン、イソチオシアニド、ホスフィン、カルボキシル、セレノ、ピリジン、及びメチルスルフィドからなる群から選択される。更に又は代替的に、本方法は、一部の例では、導電性ブリッジ間に、第１の反応性基と第１の電極との間の一過的結合、又は第２の反応性基と第２の電極との間の一過的結合を妨害するバイアス電圧を印加することを更に含む。一部の例では、バイアス電圧は、第１の反応性基と第１の電極との間の一過的結合、及び第２の反応性基と第２の電極との間の一過的結合を妨害する。

一部の例では、本方法は、第１の電極及び第２の電極に隣接して連結されているポリメラーゼを使用して、導電性標識の１つに連結されているヌクレオチドに作用させることを更に含む。そのような導電性標識は、ポリメラーゼを使用して、ヌクレオチドに及ぼす作用に応答して導電性ブリッジの１つを形成する。一部の例では、粒子は、第１の電極及び第２の電極、並びにポリメラーゼに連結される。一部の例では、粒子は、非導電性である。

一部の例では、空間によって相互に離隔されている第１の電極及び第２の電極を含む構成が、本明細書において提供される。ブリッジは、第１の電極と第２の電極との間の空間に架かる。本構成は、導電性ブリッジを形成するような様式でブリッジに一過的に結合している標識を含む流体を含む。本構成は、導電性ブリッジの形成に応答してシグナルを発生させるための、及びシグナルの発生後に導電性ブリッジを妨害するように選択されたバイアス電圧を発生させるための検出回路を含む。

一部の例では、検出する方法が、本明細書において提供される。本方法は、第１の電極と第２の電極との間の空間に架かるブリッジへの標識の一過的な結合形成を使用して、導電性ブリッジを形成することを含む。本方法は、導電性ブリッジの形成を検出することを含む。本方法は、続いて、バイアス電圧の印加に応答して、一過的な結合形成を妨害することを含む。

一部の例では、空間によって相互に離隔されている第１の電極及び第２の電極を含む構成が、本明細書において提供される。本構成は、第１の電極と第２の電極との間の空間に架かる第１のブリッジ及び第２のブリッジを含む。第１のブリッジは、第１のポリマー鎖を含み、第２のブリッジは、第１のポリマー鎖とは異なる第２のポリマー鎖を含む。本構成は、第１のポリマー鎖にハイブリダイズし、第２のポリマー鎖にハイブリダイズしない第１のオリゴマーを含む流体を含む。本構成は、第１のポリマー鎖への第１のオリゴマーのハイブリダイゼーションに応答して、第１のシグナルを発生するよう構成されている検出回路を含む。

一部の例では、流体は、第２のポリマー鎖にハイブリダイズし、第１のポリマー鎖にハイブリダイズしない、第２のオリゴマーを更に含む。本検出回路は、第２のポリマー鎖への第２のオリゴマーのハイブリダイゼーションに応答して、第２のシグナルを発生させるためのものである。一部の例では、検出回路は更に、第１のシグナルと第２のシグナルとの間の少なくとも差異を使用して、第１のオリゴマーと第１のポリマー鎖とのハイブリダイゼーションと、第２のオリゴマーと第２のポリマー鎖とのハイブリダイゼーションとを区別するためのものである。

一部の例では、第１のポリマー鎖及び第２のポリマー鎖は、三次構造の異なる部分を含む。一部の例では、三次構造は、ポリヌクレオチド又はポリペプチド三次構造を含む。第１のポリマー鎖及び第２のポリマー鎖はそれぞれ、第１の一本鎖ＤＮＡ配列及び第２の一本鎖ＤＮＡ配列を含んでもよい。第１のオリゴマー及び第２のオリゴマーはそれぞれ、第１の一本鎖ＤＮＡ配列及び第２の一本鎖ＤＮＡ配列をそれぞれ相補する、第３の一本鎖ＤＮＡ配列及び第４の一本鎖ＤＮＡ配列を含んでもよい。

一部の例では、三次構造は、ポリペプチドを含む。

一部の例では、配列決定する方法が、本明細書において提供される。本方法は、第２のポリヌクレオチドの少なくとも配列を使用し、ポリメラーゼを使用して、ヌクレオチドを第１のポリヌクレオチドに付加することを含む。本方法は、ポリメラーゼがヌクレオチドの第１のものを第１のポリヌクレオチドに付加したことに応答して、第１の電極と第２の電極との間の空間に架かるブリッジの第１のポリマー鎖に、そのヌクレオチドに連結した第１の標識をハイブリダイズすることを含む。本方法は、第１の電極と第２の電極との間の空間に架かるブリッジの第２のポリマー鎖に、ヌクレオチドの第２のものに連結されている第２の標識を逐次にハイブリダイズすることを含む。本方法は、第１のポリマー鎖を有する第１の標識と第２のポリマー鎖を有する第２の標識との間のそれぞれのハイブリダイゼーションに応答する、ブリッジを流れる電流の少なくとも変化を使用して、ポリメラーゼが、ヌクレオチドの第１のもの及びヌクレオチドの第２のものを第１のポリヌクレオチドに付加する配列を検出することを含む。

一部の例では、第１の標識は、第２のポリマー鎖とハイブリダイズせず、第２の標識は、第１のポリマー鎖とハイブリダイズしない。

一部の例では、第１の標識及び第２の標識は、それぞれのポリマーを含む。

一部の例では、第１のポリマー鎖及び第２のポリマー鎖は、三次構造の異なる部分を含む。

一部の例では、三次構造は、ポリヌクレオチド又はポリペプチド三次構造を含む。第１のポリマー鎖及び第２のポリマー鎖はそれぞれ、第１の一本鎖ＤＮＡ配列及び第２の一本鎖ＤＮＡ配列を含んでもよい。第１の標識及び第２の標識はそれぞれ、第１の一本鎖ＤＮＡ配列及び第２の一本鎖ＤＮＡ配列をそれぞれ相補する第３の一本鎖ＤＮＡ配列及び第４の一本鎖ＤＮＡ配列を含んでもよい。

一部の例では、三次構造は、ポリペプチドを含む。

本明細書に記載されている利益を実現するため、本明細書に記載されている本開示の態様の各々の任意の個々の特徴／例は、任意の好適な組合せで一緒に実施されてもよいこと、及びこれらの態様のいずれか１つ以上からの任意の特徴／例は、任意の好適な組合せで、本明細書に記載されている他の態様の特徴のいずれかと一緒に実施されてもよいことを理解すべきである。

両電極間に粒子ベースのブリッジを含むデバイス例を概略的に例示する図である。 両電極間に粒子ベースのブリッジを含むデバイス例を概略的に例示する図である。 両電極間に三次ポリマー構造体を含むデバイス例を概略的に例示する図である。 両電極間にナノ粒子ベースのブリッジを含むデバイス例を概略的に例示する図である。 両電極間にナノ粒子ベースのブリッジを含むデバイス例を概略的に例示する図である。 両電極間にナノ粒子ベースのブリッジを含むデバイス例を概略的に例示する図である。 両電極間にナノ粒子ベースのブリッジを含むデバイス例を概略的に例示する図である。 図１Ａ～図１Ｂ、図２又は図３Ａ～図３Ｄのデバイスを作製する方法における操作のフロー例を例示する図である。 図４の方法における操作例を概略的に例示する図である。 図１、図２又は図３Ａ～図３Ｄの複数のデバイスを含むデバイスアレイの例を概略的に例示する図である。 図１、図２又は図３Ａ～図３Ｄの複数のデバイスを含むデバイスアレイの例を概略的に例示する図である。 図６Ａ～図６Ｂのデバイスアレイを作製する方法における操作のフロー例を例示する図である。 ポリヌクレオチドを配列決定するための、両電極間に粒子ベースのブリッジを含む構成例を概略的に例示する図である。 ポリヌクレオチドを配列決定するための、両電極間に粒子ベースのブリッジを含む構成例を概略的に例示する図である。 ポリヌクレオチドを配列決定するための、両電極間に粒子ベースのブリッジを含む他の構成例を概略的に例示する図である。 ポリヌクレオチドを配列決定するための、両電極間に粒子ベースのブリッジを含む他の構成例を概略的に例示する図である。 図８Ａ～図８Ｂ又は図９Ａ～図９Ｂの構成のいずれかを使用する、ポリヌクレオチドを配列決定するための方法における、操作のフロー例を例示する図である。 図３Ｂに例示されているようなデバイスを調製する方法における、操作のフロー例を例示する。 図１１Ａに例示されている操作の結果例を例示する図である。 図３Ｂに例示されているようなデバイスを調製する方法における、追加の操作のフロー例を例示する図である。 図１１Ｃに例示されている操作の結果例を例示する図である。 図３Ｃに例示されているようなデバイスを調製する方法における、操作のフロー例を例示する図である。 図１２Ａに例示されている操作の結果例を例示する図である。 磁気により粒子を引き寄せるデバイス例を概略的に例示する図である。 両電極間に一過的ブリッジを含む構成例を概略的に例示する図である。 両電極間に一過的ブリッジを含む構成例を概略的に例示する図である。 選択的に完成させることができるブリッジを備える構成例を概略的に例示する図である。 選択的に完成させることができるブリッジを備える構成例を概略的に例示する図である。 選択的に完成させることができるブリッジを備える構成例を概略的に例示する図である。

本明細書において提供されている例は、両電極間の粒子ベースのブリッジを使用して、ポリヌクレオチドを電子的に配列決定することに関連する。電子的な配列決定を実施するための構成及び方法、並びに粒子ベースのブリッジを含むデバイス、及びこのようなデバイスを形成する方法、及びこのようなデバイスのアレイが開示されている。

より詳細には、本発明の構成、デバイス、及び方法は、ロバストで、再現性のある感度の高い方法で、ポリヌクレオチドを配列決定するために好適に使用することができ、高いスループットを有する。例えば、本デバイスは、第１の電極及び第２の電極に連結される粒子を含むことができる。粒子は、そのような両電極間の電流の変化を測定するのを容易にすることができる。一部の例では、ポリヌクレオチドは、少なくともそのような変化を使用して配列決定することができる。より詳細には、ポリヌクレオチドは、ヌクレオチドの組み込み事象の間の、ヌクレオチドと電極ブリッジとの相互作用から生じる、導電性の一過的変化の検出を使用して配列決定することができる。そのようなヌクレオチドの１つ以上（及び、一部の例では、それらのヌクレオチドのすべて）はそれぞれ、電極間の電流の区別できる変化を引き起こす標識に連結されており、その変化に基づいて個々のヌクレオチドを特定することができる。標識で修飾されているヌクレオチドは、水素結合、π－πスタッキング、及び静電相互作用などであるが、これらに限定されない、いくつかの分子間相互作用を介して、ブリッジの導電性を変化させることができる。一部の例では、標識はそれぞれ、両電極の間のポリヌクレオチドブリッジにハイブリダイズすることができ、このようなハイブリダイゼーションはそれぞれ、特定のヌクレオチドのそれぞれに特有のレベルで、ブリッジを流れる電流を変化させることができる。他の例では、標識は、ＤＮＡインターカレーション機構により、ブリッジと相互作用することができる。他の例では、標識は、ＤＮＡ溝結合機構により、ブリッジと相互作用することができる。粒子は、必ずしも必要としないが、このようなブリッジの一部を形成することができる。一部の例では、標識は、両電極間に一過的ブリッジを形成することができ、このようなブリッジは相互に異なる電流をもたらすことができ、この電流に基づいて、ヌクレオチドのそれぞれが特定され得る。これらの例及び他の例では、ポリメラーゼは、粒子に連結されていてもよく、ヌクレオチドを、成長する相補性ポリヌクレオチドに付加することができる。

本粒子をベースとするデバイス、構成、及び方法は、ロバストに作製及び使用することができる。例えば、粒子の代わりに有機分子（ＤＮＡ、π－コンジュゲートポリマーなど）を含む電子デバイスは、分子構成分が集合する確率的性質により、例えば、２本の電極をブリッジする有機分子がボトムアップ自己集合するため、製造が困難となり得る。本開示は、それぞれの電極間に粒子を局在化させる湿式化学技法を使用して、溶液中で粒子をベースとする電子デバイスをアセンブリする方法をとりわけ提供する。このような手法により、個々の電子デバイス内部に、粒子、及びこの粒子に連結した任意の官能基を制御して留置することが可能となる。例えば、一部の例では電極に粒子を連結する前に、粒子は、電気的な官能基（例えば、ＤＮＡ、π－共役ポリマーなどのポリヌクレオチド）又は生化学官能基（例えば、酵素、抗原など）を有する官能基を含むことができるか、又はこれに連結されることができる。本デバイスは、単一分子感度を有するセンサーとして、例えば、一部の例では、ポリヌクレオチドのリアルタイム配列決定に使用することができるバイオセンサーとして、使用することができる。例えば、官能基は、デバイスの両電極間の導電性の変化により、単一分子の分析対象の検出を容易にすることができる。

以下に一層詳細に記載されているとおり、いくつかの例は、粒子が、「受動的な」吸着を使用して、個々のデバイス内部に局在化され得ることを提示しており、その場合、単一粒子は、例えば、粒子と電極との間の少なくとも表面相互作用を使用して、両電極間の空間内部又はこの空間の隣接部で捕捉される。いくつかの例は、粒子が、本明細書において誘電泳動トラッピングと称される場合がある「能動的な」吸着を使用して、個々のデバイス内部に局在化され得ることを提示しており、その場合、直流電流（ＤＣ）又は交流電流（ＡＣ）の電気バイアスを両電極間に印加して、それらの電極間の空間内部又は隣接部の単一粒子の捕捉を加速する。他の例では、粒子は、磁性材料又は強磁性材料を含んでもよく、磁場を印加することによって個々のデバイス内部で局在化され得る。

一部の例では、粒子はそれぞれ、電極の１つ以上の表面に、一部の例では粒子とデバイスの電極のそれぞれとの間の複数の結合を介して、共有結合により結合してもよい。粒子と電極との間の結合は、直接的であってもよく、又は本明細書の他の箇所に記載されているような中間構造体、例えば官能基を介して間接的であってもよい。例えば、金属（例えば、金）ナノ粒子は、ジスルフィド基又はチオール基などの末端反応性基を有する、導電性ポリヌクレオチド（例えば、ＤＮＡ）二本鎖などの官能基を含むことができ、上記の基は、電極（例えば、金電極）に共有結合により結合して、両電極の間に導電性ブリッジを設けることができる。

本明細書において使用される一部の用語を、手短に説明する。次に、ポリヌクレオチドを電気的に配列決定するための一部の構成例及び方法例を記載する。

用語
別途定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語及び科学用語は、当該技術分野の当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。用語「含むこと（including）」、並びに「含む（include）」、「含む（ncludes）」及び「含まれた（included）」などの他の形態の使用は、限定ではない。用語「有すること（having）」、並びに「有する（have）」、「有すること（has）」及び「有した（had）」などの他の形態の使用は、限定ではない。本明細書で使用されるとき、移行句中か又は請求項の本文中のいずれであっても、用語「含む（comprise）」及び「含む（comprising）」は、オープンエンドの意味を有するものとして解釈されるべきである。すなわち、上記の用語は、語句「少なくとも有する」又は「少なくとも含む」と同義であると解釈されるべきである。例えば、プロセスの文脈において使用される場合、用語「含む（comprising）」は、プロセスが少なくとも列挙された工程を含むが、追加の工程を含み得ることを意味する。化合物、組成物、又はデバイスの文脈で使用される場合、用語「含む（comprising）」は、化合物、組成物、又はデバイスが少なくとも列挙された特徴又は構成要素を含むが、追加の特徴又は構成要素も含み得ることを意味する。

本明細書全体を通して使用される「実質的に」、「およそ（approximately）」及び「約（about）」という用語は、処理のばらつきなどに起因する小さな変動を説明及び考慮するために使用されている。例えば、小さな変動は、±５％以下、例えば±２％以下、例えば±１％以下、例えば±０．５％以下、例えば±０．２％以下、例えば±０．１％以下、例えば±０．０５％以下を指すことができる。

本明細書で使用する場合、用語「粒子」は、多数の原子（例えば、約１００個超の原子）から構成され、かつ少なくとも１つの外部寸法が約５ｎｍよりも大きい三次元構造を有する構造体を意味することが意図されている。一部の例では、粒子は、少なくとも２つの外部寸法が約５ｎｍよりも大きい、三次元構造を有する。一部の例では、粒子は、３つのすべての外部寸法が約５ｎｍよりも大きい、三次元構造を有する。

一部の例では、粒子は、流体中でのその並進輸送特性に関して、単一の単位として作用することができる。例えば、粒子の第１の部分の並進運動は、流体中で、粒子の他の部分に、同時に並進移動を引き起こす。それに対し、細長い可撓性二次元構造体（三次構造を欠くポリマーなど）は、流体中でのその並進輸送特性に関して、単一の単位として必ずしも作用なくてもよい。例えば、このような構造体の第１の端部の並進運動は、このような構造体の第２の端部の並進運動を引き起こさないことがある。

本明細書における一部の粒子は、三次構造を有するポリマーなどの、単一分子を含むことができるか、又は単一分子からなることができる。本明細書で使用する場合、「三次構造」を有する粒子は、三次元の三次構造にフォールディングされている粒子が、所定の位置にフォールディングを保持する内部架橋を有することを意味することが意図される。それに対し、一次構造体（例えば、一緒に連結したモノマーの特定の配列）及び二次構造（例えば、局所構造）を有するが、フォールディングを定位置に保持する内部架橋がないポリマーは、その用語が本明細書に使用されている三次構造を有するとは見なされず、ポリマーが、その用語が本明細書に使用されている粒子であるとも見なされない。例えば、二本鎖ポリヌクレオチド（例えば、ｄｓＤＮＡ）、一本鎖ポリヌクレオチド（例えば、ｓｓＤＮＡ）、又は一次構造（鎖の各々における塩基の特定の配列）及び二次構造（例えば、２本らせん）を有するが、フォールディング及び三次構造への架橋がされていない部分二本鎖（例えば、ｄｓＤＮＡ部分及びｓｓＤＮＡ部分）は、この用語が本明細書において使用されている「粒子」とは見なされない。それに対し、一本鎖、二本鎖、若しく三次構造を有する部分二本鎖ポリヌクレオチド、又は三次構造を有するポリペプチド鎖は、この用語が本明細書に使用されている「粒子」と見なすことができる。

本明細書における粒子は、相互につながった、例えば相互に結合している、個々の原子又は分子のひとまとまりを含むことができるか、又はこれからなることができる。このような粒子の例は、ナノ粒子である。ナノ粒子は、１つ若しくは複数の外側寸法が約５～約１００ｎｍの範囲、又は２つ若しくはそれより多い外側寸法が約５～約１００ｎｍの範囲を有しており、一部の例では、すべての外側寸法が、約５～約１００ｎｍの範囲を有する。「外側寸法」とは、粒子の外側表面間の一方向における距離を意味する。ナノ粒子は、球状であってもよく、又は非球状であってもよい。球状又はほぼ球状のナノ粒子は、約５～約１００ｎｍの直径を有することができる。非球状ナノ粒子は、規則的な形状をしていることがあり、例えば、細長いことがあるか、又は不規則な形状をしていることがある。非球状ナノ粒子は、それらが球状でない場合でさえも、ある直径を有すると称されることがある。非球状粒子の直径は、粒子の少なくとも１つの寸法の平均値を指すことがあり、一部の例では、粒子のすべての寸法の平均値を指すことがある。細長いナノ粒子は、約５～約１００ｎｍの直径、及び約１００ｎｍ超の長さを有することがある。

粒子は、導電性、半導体性、又は非導電性であってもよい（例えば、電気絶縁体であってもよい）。粒子は、任意の好適な物質、又は物質の組合せを含むことができる。導電性粒子は、例えば、金、白金、炭素、銀、パラジウムなどを含むことができる。半導体粒子は、例えば、カドミウム、亜鉛、チタン、水銀、マンガン、硫黄、セレン、テルル、炭素などを含む、１種以上の物質を含むことができる。非導電性粒子は、例えば、酸化ケイ素、酸化鉄、酸化アルミニウム、有機ポリマー、タンパク質などを含むことができる。

粒子は、官能基を含んでもよく、又は官能基に連結していてもよい。「官能基」とは、粒子の表面に結合している一方の末端部を有しており、かつ別の構造に結合することができる分子の表面から離れて延在する、別の末端部を有する分子部分を意味する。

本明細書で使用する場合、用語「電極」は、電気を通す固体構造を意味することが意図されている。電極は、金、白金、又はパラジウムなどの任意の好適な導電性材料を含むことができる。

本明細書で使用する場合、用語「ブリッジ」は、他の構造の間に延在して、これらに結合する構造を意味することが意図される。ブリッジは、他の構造体間の空間に架かり得る。ブリッジは、ブリッジが他の構造体に結合している場所を除き、その空間内部で少なくとも一部が支持されていないことがある。ブリッジは、他の構造体間に延在して、集約して接続するような様式で相互に結合されている複数の構成要素を含むことができる。ブリッジは、化学結合により、例えば、共有結合、水素結合、イオン性結合、双極子－双極子結合、Ｌｏｎｄｏｎ分散力、又はそれらの任意の好適な組合せにより、電極などの別の構造体に結合していてもよい。

本明細書で使用する場合、「一過的な」は、一時的であること、又は永久でないことを意味することが意図されている。

本明細書で使用する場合、ある要素が別の要素に「隣接」しているとは、その他の要素と直接又は間接的に相互作用するように十分に近いことを意味することが意図される。

本明細書で使用する場合、「ポリマー」とは、相互に連結されている多数のサブユニットであって、モノマーと称されることがある多数のサブユニットの鎖を含む分子を指す。サブユニットは、繰り返してもよく、又は相互に異なっていてもよい。ポリマーは、生体ポリマー又は合成ポリマーとすることができる。ブリッジ又は標識内部に好適に含まれ得る、例となる生体ポリマーには、ポリヌクレオチド、ポリペプチド、多糖、ポリヌクレオチドアナログ、及びポリペプチドアナログが含まれる。ブリッジ又は標識に使用するのに好適な、例となるポリヌクレオチド及びポリヌクレオチドアナログは、ＤＮＡ、鏡像異性体ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡ（ペプチド－核酸）、モルホリノ及びＬＮＡ（ロックド核酸）を含む。ポリマーは、Ｇｌｅｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ（Ｓｔｅｒｌｉｎｇ，ＶＡ）から市販されているような、ポリヌクレオチドに連結し得るが核酸塩基のない、スペーサーであるホスホロアミダイトを含んでもよい。例となる合成ポリペプチドは、荷電アミノ酸又は中性アミノ酸、並びに親水性残基及び疎水性残基を含むことができる。ブリッジ又は標識内に好適に含まれ得る、例となる合成ポリマーは、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）、ＰＰＧ（ポリプロピレングリコール）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＬＤＰＥ（低密度ポリエチレン）、ＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）、ポリプロピレン、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＳ（ポリスチレン）、ナイロン（脂肪族ポリアミド）、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）（テトラフルオロエチレン）、熱可塑性ポリウレタン、ポリアルデヒド、ポリオレフィン、ポリ（酸化エチレン）、ポリ（ω－アルケン酸エステル）、ポリ（アルキルメタクリレート）、並びに他のポリマー状の化学リンカー及び生体リンカーを含む。合成ポリマーは、導電性であってもよく、半導電性であってもよく、又は絶縁性であってもよい。

本明細書で使用する場合、「ハイブリダイズする」は、ヌクレオチド塩基の特異的な水素結合対形成により、第１のポリヌクレオチドを第２のポリヌクレオチドに、それらのポリヌクレオチドの長さに沿って非共有結合により結合させることを意味することが意図される。第１のポリヌクレオチドと第２のポリヌクレオチドとの間の結合強度は、それらのポリマー内部のモノマー単位の配列間の長さ及び相補性と共に増大する。例えば、第１のポリヌクレオチドと第２のポリヌクレオチドとの間の結合強度は、それらのポリヌクレオチド内部のヌクレオチドの配列間の相補性及びそのような相補性の長さと共に増大する。

本明細書で使用する場合、用語「ヌクレオチド」は、糖、及び少なくとも１つのホスフェート基を含み、一部の例では、核酸塩基もまた含む分子を意味することが意図される。核酸塩基のないヌクレオチドは、「脱塩基性」と称することができる。ヌクレオチドは、デオキシリボヌクレオチド、修飾デオキシリボヌクレオチド、リボヌクレオチド、修飾リボヌクレオチド、ペプチドヌクレオチド、修飾ペプチドヌクレオチド、修飾ホスフェート糖骨格ヌクレオチド、及びそれらの混合物を含む。ヌクレオチドの例には、アデノシン一リン酸（ＡＭＰ）、アデノシン二リン酸（ＡＤＰ）、アデノシン三リン酸（ＡＴＰ）、チミジン一リン酸（ＴＭＰ）、チミジン二リン酸（ＴＤＰ）、チミジン三リン酸（ＴＴＰ）、シチジン一リン酸（ＣＭＰ）、シチジン二リン酸（ＣＤＰ）、シチジン三リン酸（ＣＴＰ）、グアノシン一リン酸（ＧＭＰ）、グアノシン二リン酸（ＧＤＰ）、グアノシン三リン酸（ＧＴＰ）、ウリジン一リン酸（ＵＭＰ）、ウリジン二リン酸（ＵＤＰ）、ウリジン三リン酸（ＵＴＰ）、デオキシアデノシン一リン酸（ｄＡＭＰ）、デオキシアデノシン二リン酸（ｄＡＤＰ）、デオキシアデノシン三リン酸（ｄＡＴＰ）、デオキシチミジン一リン酸（ｄＴＭＰ）、デオキシチミジン二リン酸（ｄＴＤＰ）、デオキシチミジン三リン酸（ｄＴＴＰ）、デオキシシチジン二リン酸（ｄＣＤＰ）、デオキシシチジン三リン酸（ｄＣＴＰ）、デオキシグアノシン一リン酸（ｄＧＭＰ）、デオキシグアノシン二リン酸（ｄＧＤＰ）、デオキシグアノシン三リン酸（ｄＧＴＰ）、デオキシウリジン一リン酸（ｄＵＭＰ）、デオキシウリジン二リン酸（ｄＵＤＰ）及びデオキシウリジン三リン酸（ｄＵＴＰ）が含まれる。

本明細書で使用する場合、用語「ヌクレオチド」はまた、天然に存在するヌクレオチドと比較して修飾された核酸塩基、糖及び／又はリン酸部分を含むタイプのヌクレオチドである、任意のヌクレオチドアナログを包含することが意図される。例となる修飾核酸塩基の例には、イノシン、キササニン、ヒポキササニン、イソシトシン、イソグアニン、２－アミノプリン、５－メチルシトシン、５－ヒドロキシメチルシトシン、２－アミノアデニン、６－メチルアデニン、６－メチルグアニン、２－プロピルグアニン、２－プロピルアデニン、２－チオウラシル、２－チオチミン、２－チオシトシン、１５－ハロウラシル、１５－ハロシトシン、５－プロピニルウラシル、５－プロピニルシトシン、６－アゾウラシル、６－アゾシトシン、６－アゾチミン、５－ウラシル、４－チオウラシル、８－ハロアデニン又はグアニン、８－アミノアデニン又はグアニン、８－チオールアデニン又はグアニン、８－チオアルキルアデニン又はグアニン、８－ヒドロキシルアデニン又はグアニン、５－ハロ置換ウラシル又はシトシン、７－メチルグアニン、７－メチルアデニン、８－アザグアニン、８－アザアデニン、７－デアザグアニン、７－デアザアデニン、３－デアザグアニン、３－デアザアデニンなどが含まれる。当技術において公知のとおり、ある特定のヌクレオチドアナログは、ポリヌクレオチド、例えば、アデノシン５’－ホスホスルフェートなどのヌクレオチドアナログに組み込まれた状態にはなり得ない。

本明細書で使用する場合、用語「ポリヌクレオチド」とは、相互に結合しているヌクレオチドの配列を含む分子を指す。ポリヌクレオチドは、ポリマーの非限定的な一例である。ポリヌクレオチドの例は、デオキシリボ核酸（ＤＮＡ）、リボ核酸（ＲＮＡ）、及びそれらのアナログを含む。ポリヌクレオチドは、ＲＮＡ又は一本鎖ＤＮＡなどのヌクレオチドの一本鎖配列、二本鎖ＤＮＡ又は二本鎖ＲＮＡなどのヌクレオチドの二本鎖配列とすることができる、又はヌクレオチドの一本鎖配列と二本鎖配列の混合物を含むことができる。二本鎖ＤＮＡ（ｄｓＤＮＡ）は、ゲノムＤＮＡ、及びＰＣＲ及び増幅生成物を含む。一本鎖ＤＮＡ（ｓｓＤＮＡ）は、ｄｓＤＮＡに変換され得、その反対もあり得る。ポリヌクレオチドは、ＤＮＡ鏡像異性体などの天然に存在しないＤＮＡを含むことができる。ポリヌクレオチド中のヌクレオチドの正確な配列は、公知であり得るか、又は未知であり得る。以下が、ポリヌクレオチドの例示的な例である：遺伝子又は遺伝子断片（例えば、プローブ、プライマー、発現配列タグ（ＥＳＴ）又は遺伝子発現のシリアル分析（ＳＡＧＥ）タグ）、ゲノムＤＮＡ、ゲノムＤＮＡ断片、エクソン、イントロン、メッセンジャーＲＮＡ（ｍＲＮＡ）、トランスファーＲＮＡ、リボソームＲＮＡ、リボザイム、ｃＤＮＡ、組換えポリヌクレオチド、合成ポリヌクレオチド、分岐ポリヌクレオチド、プラスミド、ベクター、任意の配列の単離ＤＮＡ、任意の配列の単離ＲＮＡ、核酸プローブ、プライマー、又は上記のいずれかの増幅コピー。

本明細書で使用する場合、「ポリメラーゼ」は、ヌクレオチドをポリヌクレオチドに重合することによってポリヌクレオチドを組み立てる活性部位を有する酵素を意味することが意図される。ポリメラーゼは、プライミングされた一本鎖ポリヌクレオチド鋳型に結合することができ、鋳型の配列に相補的な配列を有するポリヌクレオチドを形成するために、成長プライマーにヌクレオチドを連続的に付加することができる。

本明細書で使用する場合、用語「プライマー」は、遊離３’ＯＨ基を有する一本鎖を有するポリヌクレオチドとして定義される。プライマーはまた、カップリング反応、又は別の部分にプライマーを連結することを可能にする５’末端において修飾部を有することができる。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、さまざまな天然に存在しないヌクレオチドを含むことができる。プライマーは、ブロックが除去されるまで重合を阻止するために、３’末端においてブロックされ得る。

本明細書で使用する場合、用語「標識」は、２つの電極間の導電性の変化を引き起こす構造体を意味することが意図されている。標識は、２つの電極間のブリッジに、そのブリッジの導電性の変化を引き起こす様式で結合することができ、この導電性の変化に基づいてヌクレオチドが特定され得る。例えば、標識は、このようなブリッジ内部のポリマー鎖にハイブリダイズすることができ、このハイブリダイゼーションは、導電性の変化を引き起こし得る。あるいは、標識は、２つの電極間に導電性の変化を引き起こすような様式で、それらの電極の各々に結合してもよい。本明細書において提供される例では、標識は、ヌクレオチドに結合することができる。

本明細書で使用する場合、用語「基板」とは、本明細書に記載されている構成のための支持体として使用される材料を指す。例となる基板材料は、ガラス、シリカ、プラスチック、石英、金属、金属酸化物、オルガノ－シリケート（例えば、多面体有機シルセスキオキサン（ＰＯＳＳ））、ポリアクリレート、酸化タンタル、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）、又はそれらの組合せを含むことができる。ＰＯＳＳの一例は、Ｋｅｈａｇｉａｓら、Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ８６（２００９年）、７７６～７７８頁に記載されているものであり得、当該文献は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。一部の例では、本出願に使用される基板は、ガラス、溶融シリカ、又は他のシリカ含有材料などのシリカベースの基板を含む。一部の例では、シシリカベースの基板は、ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、又はシリコーンヒドリド（silicone hydride）を含むことができる。一部の例では、本出願において使用される基板は、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ（塩化ビニル）、ポリプロピレン、ナイロン、ポリエステル、ポリカーボネート、及びポリ（メタクリル酸メチル）などのブラスチック材料又は構成成分を含む。プラスチック材料の例は、ポリ（メタクリル酸メチル）、ポリスチレン、及び環式オレフィンポリマー基板を含む。一部の例では、基板は、シリカベースの材料若しくはプラスチック材料、又はそれらの組合せであるか、又はそれらを含む。特定の例では、基板は、ガラス又はケイ素ベースのポリマーを含む少なくとも１つの表面を有する。一部の例では、基板は、金属を含むことができる。一部のこのような例では、金属は金である。一部の例では、基板は、金属酸化物を含む少なくとも１つの表面を有する。一例では、表面は、酸化タンタル又は酸化スズを含む。アクリルアミド、エノン、又はアクリレートもまた、基板材料又は構成成分として利用することができる。他の基板材料は、限定するものではないが、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、アルミニウム、セラミック、ポリイミド、石英、樹脂、ポリマー及びコポリマーを含むことができる。一部の例では、基板及び／又は基板表面は、石英であり得るか、又は石英を含むことができる。一部の他の例では、基板及び／又は基板表面は、ＧａＡｓ又はＩＴＯなどの半導体であり得るか、又は当該半導体を含むことができる。上述のリストは、本出願を例示することが意図されているが、本出願を限定するものではない。基板は、単一材料又は複数のさまざまな材料を含むことができる。基板は、複合体又は積層体とすることができる。一部の例では、基板は、オルガノ－シリケート材料を含む。

基板は、水平、円形、球形、ロッド形状、又は任意の他の好適な形状とすることができる。基板は、剛性であってもよく、又は可撓性であってもよい。一部の例では、基板は、ビーズ又はフローセルである。

基板は、基板の１つ又は複数の表面上にパターンを有していなくてもよく、テクスチャード加工を有していてもよく、又はパターンを有していてもよい。一部の例では、基板は、パターン形成されている。このようなパターンは、ポスト、パッド、ウェル、隆起部、チャネル又は他の三次元凹状若しくは凸状構造体を含むことができる。パターンは、基板の表面全体にわたって規則的であってもよく、又は不規則的であってもよい。パターンは、例えば、ナノインプリントリソグラフィーによって、又は例えば、非金属製表面に特徴部を形成する金属パッドの使用によって形成することができる。

一部の例では、本明細書に記載されている基板は、フローセルの少なくとも一部を形成するか、又はフローセル内に位置するか、又はフローセルに連結されている。フローセルは、複数のレーン又は複数のセクターに分割されているフローチャンバを含んでもよい。本明細書において説明されている方法及び構成に使用することができるフローセルの例、及びフローセルを製造するための基板例は、限定するものではないが、Ｉｌｌｕｍｉｎａ、Ｉｎｃ．（Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ，ＣＡ）から市販されているものを含む。

ポリヌクレオチドを配列決定するための例となる構成及び方法
図１Ａ～図１Ｂは、両電極間に粒子ベースのブリッジを含むデバイス例を概略的に例示する。図１Ａに示されている例では、デバイス１００は、第１の電極１０２、第２の電極１０３、粒子１２０、及びポリメラーゼ１０５を含む。ポリメラーゼ１０５は、粒子１２０に連結されていてもよい。例えば、一例では、ポリメラーゼ１０５は、当該技術分野で公知のような方法で、リンカー１０６を介して粒子１２０に連結され得る。ポリメラーゼ１０５の粒子１２０への結合は、例えば、限定するものではないが、アルキン／アジドクリック、アミン／アルデヒドＳｃｈｉｆｆ塩基、アミン／エポキシ、スパイタグ／スパイキャッチャー、ビオチン／ストレプトアビジン、チオール／アルケン、銅不含クリックケミストリー反応（すなわち、シクロオクチン／アジド）、Ｎｉ／ＮＴＡを含めた、いくつかの化学反応により実現することができる。別の例において、ポリメラーゼ１０５の粒子１２０への結合は、静電結合又は水素結合を含めた、非共有結合的相互作用を介して実現することができる。

この例では、基板１０１は、第１の電極１０２及び第２の電極１０３を支持することができる。第１の電極１０２及び第２の電極１０３は、図１Ａに表示されているとおり、空間、例えば、長さＬの空間によって相互に離隔されていてもよい。Ｌの値は、一部の例では、約５ｎｍ～約１μｍ、例えば、約５ｎｍ～約１００ｎｍ、例えば、約５ｎｍ～約５０ｎｍ、例えば、約２０ｎｍ～約５０ｎｍであってもよい。第１の電極１０２及び第２の電極１０３は、任意の好適な形状を有することができ、図１Ａに示唆されているほぼ矩形の形状に限定されない。例えば、図１Ａに例示されている、第１の電極１０２及び第２の電極１０３の側壁は、必ずしも必要としないが、相互に垂直又は平行であってもよく、このような電極の上部表面と直角に接触することを必ずしも必要としない。例えば、第１の電極１０２及び第２の電極１０３は、不規則形状であってもよく、湾曲していてもよく、又は任意の好適な数の鈍角又は鋭角を含んでもよい。別の例において、電極１０２及び１０３は、基板１０１と同一平面にあってもよい。別の例において、電極は、相互の上部に垂直方向に積層されていてもよく、電極間の空間は、厚さＬの好適な絶縁層によって画定されていてもよい。値Ｌは、第１の電極１０２及び第２の電極１０３の相互に対する最も近い点の間の間隔（長さ）を指すことができる。第１の電極１０２及び第２の電極１０３のそれぞれの幅（例えば、図１Ａに例示されている面に出入りする寸法で）は、長さＬとは異なることがある。したがって、電極１０２と電極１０３との間の空間の幅は、Ｌとは異なることがある。例えば、第１の電極１０２及び第２の電極１０３の相互に対する最も近い点における、第１の電極１０２及び第２の電極１０３のそれぞれの幅は、Ｌ未満であってもよく、その結果、電極間の空間の幅は、電極間の空間の長さよりも短いことがある。例えば、幅は、約１ｎｍ～約１μｍ、例えば、約１ｎｍ～約１００ｎｍ、例えば、約２ｎｍ～約５０ｎｍ、例えば、約４ｎｍ～約５０ｎｍとすることができる。

図１Ａに例示されている例では、粒子１２０は、第１の電極１０２と第２の電極１０３との間の空間内部に少なくとも部分的に配置されており、一部の例ではその内部に完全に配置される。一例では、粒子１２０は、第１の電極１０２と第２の電極１０３との間の空間において基板１０１と接触する。粒子１２０は、任意の好適な直径を有してもよい。例えば、粒子１２０が、第１の電極１０２と第２の電極１０３との間の空間内に少なくとも部分的に配置されている構成では、粒子１２０は、Ｌより短い直径Ｄを有してもよい。例えば、粒子１２０は、Ｌの少なくとも約１０％である直径Ｄ、Ｌの少なくとも約２０％である直径Ｄ、Ｌの少なくとも約３０％である直径Ｄ、Ｌの少なくとも約４０％である直径Ｄ、Ｌの少なくとも約５０％である直径Ｄ、Ｌの少なくとも約６０％である直径Ｄ、Ｌの少なくとも約７０％である直径Ｄ、Ｌの少なくとも約８０％である直径Ｄ、Ｌの少なくとも約９０％である直径Ｄ、Ｌの少なくとも約９５％である直径Ｄ、又はＬの約１００％未満である直径Ｄを有することができる。直径Ｄは、例えば、Ｌの約１０％～約９０％の範囲、又はＬの約２０％～約９０％の範囲、又はＬの約５０％～約９０％の範囲、又はＬの約６０％～約８０％の範囲にあることができる。一部の例では、粒子１２０は、第１の電極１０２と第２の電極１０３との間の空間の幅より小さい直径を有してもよい。例えば、粒子１２０は、幅の少なくとも約１０％である直径Ｄ、幅の少なくとも約２０％である直径Ｄ、幅の少なくとも約３０％である直径Ｄ、幅の少なくとも約４０％である直径Ｄ、幅の少なくとも約５０％である直径Ｄ、幅の少なくとも約６０％である直径Ｄ、幅の少なくとも約７０％である直径Ｄ、幅の少なくとも約８０％である直径Ｄ、幅の少なくとも約９０％である直径Ｄ、幅の少なくとも約９５％である直径Ｄ、又は幅の約１００％未満である直径Ｄを有してもよい。直径Ｄは、例えば、幅の約１０％～約９０％の範囲、又は幅の約２０％～約９０％の範囲、又は幅の約５０％～約９０％の範囲、又は幅の約６０％～約８０％の範囲であってもよい。

粒子１２０は、任意の好適な構成を有することができる。例えば、粒子１２０は、導電性であってもよく、例えば、図２又は図３Ｂ～図３Ｄを参照して記載されているような様式で、第１の電極１０２と第２の電極１０３との間の導電性ブリッジの少なくとも一部を形成してもよい。あるいは、例えば、粒子１０２は、例えば、図３Ａを参照して記載されているような様式で、半導電性であってもよく、又は非導電性であってもよい。本粒子中で使用するのに好適な導電性材料及び非導電性材料の例は、本明細書の他の箇所に提供されている。

粒子１２０は、任意の好適な形状を有することができる。例えば、図１Ａでは、粒子１２０は、非球状であることが示唆されており、粒子１２０は、代わりに、球状であってもよく、又はほぼ球状であってもよい。本粒子で使用するのに好適な形状の例は、本明細書の他の箇所に提供されている。

粒子１２０は、一部の例では、粒子１２０の第１の部分と第１の電極１０２との間に延在する第１の官能基を含む複数の結合１１１により第１の電極１０２に連結されていてもよく、一部の例では、粒子１２０の第２の部分と第２の電極１０３との間に延在する第２の官能基を含む複数の結合１１２により第２の電極１０３に連結されていてもよい。図１Ａに示されている例は、結合１１１及び結合１１２のすべてが、それぞれ、電極１０２及び１０３の垂直表面に結合されていることを示唆しているが（一部の例では、第１の官能基及び第２の官能基を介する）、代わりに、このような結合の任意の好適な数が、両電極のそれぞれの上部表面に結合していてもよい（一部の例では、第１の官能基及び第２の官能基を介する）ことが理解されるべきである。粒子１２０、結合１１１、結合１１２、及び粒子に連結されているいずれの官能基も、第１の電極１０２と第２の電極１０３との間の空間に広がることができる。結合１１１は、任意の好適な結合、又は結合の組合せを含むことができる。結合１１２は、任意の好適な結合、又は結合の組合せを含むことができる。例えば、結合１１１及び結合１１２はそれぞれ、及び相互に独立して、共有結合、水素結合、イオン性結合、双極子－双極子結合、Ｌｏｎｄｏｎ分散力、及びそれらの任意の好適な組合せからなる群から選択される結合を含むことができる。結合１１１及び結合１１２は、図２、図３Ａ及び図３Ｄを参照して例示されているように、粒子１２０とそれぞれの電極との間の直接結合であってもよく、又は直接結合を含んでもよい。あるいは、結合１１１及び結合１１２は、例えば、図３Ｂ～図３Ｃを参照して例示されているとおり、官能基などの１つ以上の中間構造体を介する間接結合を含んでもよい。

本粒子（例えば、本明細書に記載されている粒子１２０又は他の粒子）が、複数の結合を介して第１の電極に直接、又は間接的に連結されている例、及び複数の結合を介して第２の電極に直接、又は間接的に連結されている例では、デバイスは、電気的にロバストとなり得る。例えば、電流が、単結合を介して電極から粒子に流れる場合、及び単結合を介して、粒子から別の電極に流れる場合、このような電流は、それらの結合の一方又は両方を加温状態にし、破壊が起こり、こうしてデバイスは故障するおそれがある。それに対し、複数の結合を介して電極から粒子に、及び複数の結合を介して粒子から別の電極に電流を流すこと（これらの複数の結合は、図１Ａに表示されているような様式で、粒子の表面全体に分布され得る）により、それらの結合間に電流が分布し、したがって、結合の過熱が阻止され、過熱が阻止されなければこのような過熱から生じるおそれがあるデバイスへの損傷を阻止することができる。

図１Ｂに示されている例では、デバイス１００’は、第１の電極１０２、第２の電極１０３、粒子１２０’、及びポリメラーゼ１０５を含む。ポリメラーゼは、一部の例では、リンカー１０６を介して、粒子１２０’に連結されていてもよい。この例では、基板１０１は、図１Ａを参照して記載されているような様式で、空間によって相互に離隔され得る第１の電極１０２及び第２の電極１０３を支持することができる。図１Ｂに例示されている例では、粒子１２０’は、第１の電極１０２及び第２の電極１０３の上方の空間内部に少なくとも部分的に配置されており、一部の例ではその内部に完全に配置される。例えば、粒子１２０’は、基板１０１の上方の高さＨの位置に配置され得る。Ｈの値は、一部の例では、約１ｎｍ～約１００ｎｍ、例えば約１ｎｍ～約５０ｎｍ、例えば約１０ｎｍ～約５０ｎｍであってもよい。Ｈの値は、一部の例では、電極１０２、１０３の一方又は両方の高さよりも大きくてもよく（この高さは、相互にほぼ同じであってもよいが、必ずしもそうでなくてもよい）、これにより、粒子１２０のどの部分も電極間に垂直方向に位置しないようになっている。

図１Ｂに例示されている粒子１２０’は、図１Ａを参照して記載されている粒子１２０に関して記載されているものと類似した構成及び形状を有してもよいが、粒子１２０と類似の又は異なるサイズであってもよい。例えば、粒子１２０’が、第１の電極１０２及び第２の電極１０３の上方の空間内部に少なくとも部分的に配置されている構成では、粒子１２０は、Ｌより短い直径Ｄを有してもよく、又はＬよりも長い直径Ｄを有してもよい。例えば、粒子１２０’は、Ｌの少なくとも約１０％である直径Ｄ、Ｌの少なくとも約２０％である直径Ｄ、Ｌの少なくとも約３０％である直径Ｄ、Ｌの少なくとも約４０％である直径Ｄ、Ｌの少なくとも約５０％である直径Ｄ、Ｌの少なくとも約６０％である直径Ｄ、Ｌの少なくとも約７０％である直径Ｄ、Ｌの少なくとも約８０％である直径Ｄ、Ｌの少なくとも約９０％である直径Ｄ、Ｌの少なくとも約９５％である直径Ｄ、又はＬの少なくとも約１００％である直径Ｄ、又はＬの少なくとも約１１０％である直径Ｄ、又はＬの少なくとも約１２０％である直径Ｄ、又はＬの少なくとも約１３０％である直径Ｄ、又はＬの少なくとも約１５０％である直径Ｄ、又はＬの少なくとも約２００％である直径Ｄ、又はＬの少なくとも約３００％の直径、又はＬの少なくとも約４００％の直径、又はＬの少なくとも約５００％の直径を有してもよい。直径Ｄは、例えば、Ｌの約１０％～約５００％の範囲、又はＬの約２０％～約４００％の範囲、又はＬの約５０％～約３００％の範囲、又はＬの約６０％～約２００％の範囲、又はＬの約７０％～約１００％の範囲であることができる。

粒子１２０’は、複数の結合１１１’（一部の例では、第１の官能基を含む）を介して第１の電極１０２に連結していてもよく、複数の結合１１２’（一部の例では、第２の官能基を含む）を介して第２の電極１０３に連結していてもよい。図１Ｂに示されている例では、結合’１１１’及び結合１１２’のうちの１つ以上、及び一部の例では、結合１１１’及び１１２’のすべてが、電極１０２及び１０３の上部（水平）表面のそれぞれに結合している。粒子１２０’、結合１１１’及び結合１１２’は、第１の電極１０２と第２の電極１０３との間の空間に広がってもよい。一部の例では、粒子１２０’は、第１の電極１０２及び第２の電極１０３の一方又は両方に接触し、それらに直接結合するが、他の例では、粒子１２０’は、官能基などの中間構造体を介して、第１の電極１０２及び第２の電極１０３に間接的に結合する。

一部の例では、図１Ａに例示されている粒子１２０又は図１Ｂに例示されている粒子１２０’は、三次構造を有するポリマーを含む。図２は、両電極間に三次ポリマー構造体を含む、デバイス２００の例を概略的に例示する。図２に示されている例では、デバイス２００は、第１の電極２０２、第２の電極２０３、三次ポリマー構造体２２０、及びポリメラーゼ２０５を含む。ポリメラーゼ２０５は、三次ポリマー構造体２２０に連結され得る。例えば、一部の例では、ポリメラーゼ２０５は、当該技術分野で公知のような様式で、リンカー２０６を介して三次ポリマー構造体２２０に連結され得る。例えば、ポリメラーゼ２０５は、限定するものではないが、アルキン／アジドクリック、アミン／アルデヒドＳｃｈｉｆｆ塩基、アミン／エポキシ、スパイタグ／スパイキャッチャー、ビオチン／ストレプトアビジン、チオール／アルケン、銅不含クリック反応（すなわち、シクロオクチン／アジド）、Ｎｉ／ＮＴＡを含めた、いくつかの化学反応により、三次ポリマー構造体２０６に結合されていてもよい。代替として、ポリメラーゼ２０５の三次ポリマー構造体２０６への結合は、静電結合又は水素結合を含めた、非共有結合性相互作用を介して実現することができる。

この例では、基板２０１は、第１の電極２０２及び第２の電極２０３を支持することができる。第１の電極２０２及び第２の電極２０３は、図２に表示されているとおり、空間、例えば、長さＬの空間によって相互に離隔されていてもよく、図１Ａを参照して一層詳細に記載されているような任意の好適な形状を有してもよい。Ｌの値は、一部の例では、約５ｎｍ～約１μｍ、例えば、約１０ｎｍ～約１００ｎｍ、例えば、約１０ｎｍ～約５０ｎｍ、例えば、約２０ｎｍ～約５０ｎｍであってもよい。図２に例示されている例では、三次ポリマー構造体２２０は、図１Ａを参照して記載されているような様式で、第１の電極２０２と第２の電極２０３との間の空間内部に少なくとも部分的に配置されており、一部の例ではその内部に完全に配置される。一部の例では、三次ポリマー構造体２２０は、第１の電極２０２と第２の電極２０３との間の空間において基板２０１と接触する。三次ポリマー構造体２２０は、図１Ｂを参照して記載されているような様式で、第１の電極２０２と第２の電極２０３との間の空間の上方に少なくとも部分的に配置されており、一部の例では、その上方に完全に配置される。すなわち、三次ポリマー構造体２２０は、基板２０１の上方に任意の好適な高さを有することができ、図１Ａ～図１Ｂを参照して例示されているものなどの任意の好適な直径を有することができる。

三次ポリマー構造体２２０は、任意の好適な構成を有することができる。一部の例では、三次ポリマー構造体は、ＤＮＡなどのポリヌクレオチド、又はポリペプチドを含む。図２に例示されている非限定例では、ポリヌクレオチド又はポリペプチドは、フォールディングされて、中央狭窄部２９０、例えば、複数の点において電極２０２、２０３にそれぞれ結合されている幅広領域の間の比較的狭い領域を有する三次構造に架橋されていてもよい。一部の例では、中央狭窄部２９０は、第１の電極と第２の電極との間に導電性ブリッジの一部を形成する。例えば、三次ポリマー構造体２２０は、導電性であってもよく、例えば、第１の電極２０２と第２の電極２０３との間の導電性ブリッジの少なくとも一部を形成してもよい。中央狭窄部２９０を通るブリッジの導電性は、一部の例では、例えば、図９Ｂを参照して記載されているような様式で調節されてもよい。１つの非限定的な構成では、三次ポリマー構造体２２０は、単一分子を含むか、又は単一分子からなる。

三次ポリマー構造体２２０は、複数の結合２１１を介して第１の電極２０２に連結していてもよく、複数の結合２１２を介して第２の電極２０３に連結していてもよい。図２に示されている例は、結合２１１及び結合２１２の混合物は、それぞれ、電極２０２及び２０３の垂直表面又は水平表面に結合されていることを示唆するが、このような結合の任意の好適な組合せが、代わりに、それぞれの電極の上部表面又は垂直表面に結合されていてもよいことを理解すべきである。三次ポリマー構造体２２０、結合２１１、及び結合２１２は、第１の電極２０２と第２の電極２０３との間の空間に広がってもよい。結合２１１は、任意の好適な結合、又は結合の組合せを含むことができる。結合２１２は、任意の好適な結合、又は結合の組合せを含むことができる。例えば、結合２１１及び結合２１２はそれぞれ、相互に独立して、共有結合、水素結合、イオン性結合、双極子－双極子結合、Ｌｏｎｄｏｎ分散力、及びそれらの任意の好適な組合せからなる群から選択される結合を含むことができる。結合２１１及び２１２は、三次ポリマー構造体２２０とそれぞれの電極との間の直接結合であってもよく、又はこれを含んでもよい。例えば、三次ポリマー構造体は、この構造体をそれぞれの電極に結合させるための官能基を含んでもよい。両電極間の空間の特定の長さに合わせて調整されているサイズ及び形状の三次ポリマー構造体（ＤＮＡ折り紙など）を使用することによって、このような空間は、正確に１つのこのような構造体により官能基化されてもよい。三次ポリマー構造体が、一旦、所定の位置に配置されると、立体的又は幾何学的排除により、更なるいずれの三次ポリマー構造体もこの空間に進入することが阻止され得る。

一部の構成では、三次ポリマー構造体２２０のポリマーは、ＤＮＡであるか、又はこれを含む。一部の例では、意図する三次構造を有するＤＮＡを意味する「ＤＮＡ折り紙」は、「鋳型」と称されることがある単一の長いＤＮＡ分子を、「ステープル」と呼ばれることがある短い相補性配列と混合することによって構築することができる。各ステープルは、長いＤＮＡ分子内の特定の領域に結合し、長いＤＮＡ分子を所望の形状に引き寄せることができ、その非限定例は、図２に例示されている。各ステープルは、特有の配列を有してもよく、最後に、最終的な三次構造における十分に規定された位置に納まることができる。各ステープルは、他のステープルの任意の官能基化とは独立して、個々に官能基化され得るので、これによって、ポリメラーゼを連結するために使用することができる官能基要素、又は電極に結合するために使用することができる官能基要素などの具体的な官能基要素を三次構造に対して正確に留置することが可能となる。１つ以上のステープルに含まれ得る、又はこれに結合し得る例となる官能基要素は、限定されるものではないが、ナノ粒子、酵素、化学リンカー、カーボンナノチューブなどの分子ワイヤ、ペプチド、又は他のＤＮＡ折り紙若しくはＤＮＡ配列を含む。比較的大きなＤＮＡ折り紙構造体は、複数の一層小さなＤＮＡ折り紙構造体から形成することができる。ＤＮＡ折り紙の設計及び調製に関する更なる詳細に関しては、その全内容が参照により本明細書に組み込まれる次の参考文献を参照されたい：Ｗａｎｇら、「Ｔｈｅ Ｂｅａｕｔｙ ａｎｄ Ｕｔｉｌｉｔｙ ｏｆ ＤＮＡ Ｏｒｉｇａｍｉ」Ｃｈｅｍ２：３５９～３８２頁（２０１７年）。

一非限定例では、官能基要素をＤＮＡ折り紙に位置付けることができる精度の高さは、ポリヌクレオチド配列決定を容易にすることができる、いくつかの異なる用途をもたらすことができる。例えば、選択されたサイズ及び構成の金属ナノ粒子を、ＤＮＡ折り紙上の十分に明確な位置に配置することができる。相互に数ナノメートルの距離において、金属性ナノ粒子は、ナノ粒子間の近接場連結などのナノプラズモン効果を示すことができる。金属ナノ粒子のナノプラズモン効果に関する更なる詳細に関しては、その全内容が参照により本明細書に組み込まれる次の参照文献を参照されたい：Ｄａｎｃｋｗｅｒｔｓら、「Ｏｐｔｉｃａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｍｉｘｉｎｇ ａｔ ｃｏｕｐｌｅｄ ｇｏｌｄ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ」Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．９８巻：０２６１０４頁（２００７年）。本デバイスは、任意の好適なタイプの粒子と共に使用されてもよい。例えば、図３Ａ～図３Ｄは、両電極間にナノ粒子ベースのブリッジを含むデバイス例を概略的に例示している。図３Ａに示されている例では、デバイス３００は、第１の電極３０２、第２の電極３０３、ナノ粒子３２０、及びポリメラーゼ３０５を含む。ポリメラーゼ３０５は、ナノ粒子３２０に連結されていてもよい。例えば、ポリメラーゼ３０５は、リンカー３０６を介して、又は図３Ａに示唆されているように直接、ナノ粒子３２０に結合されていてもよい。この例では、基板３０１は、第１の電極３０２及び第２の電極３０３を支持することができる。第１の電極３０２及び第２の電極３０３は、空間、例えば、長さＬの空間によって相互に離隔されていてもよく、例えば、図１Ａを参照して一層詳細に記載されているような任意の好適な形状を有してもよい。Ｌの値は、一部の例では、約５ｎｍ～約１μｍ、例えば、約１０ｎｍ～約１００ｎｍ、例えば、約１０ｎｍ～約５０ｎｍ、例えば、約３０ｎｍ～約５０ｎｍであってもよい。図３Ａに例示されている例では、ナノ粒子３２０は、図１Ａを参照して記載されているような様式で、第１の電極３０２と第２の電極３０３との間の空間内部に少なくとも部分的に配置されており、一部の例ではその内部に完全に配置される。図３Ａに例示されている例では、ナノ粒子３２０は、第１の電極３０２と第２の電極３０３との間の空間において基板３０１と接触する。しかし、ナノ粒子３２０は、図１Ｂを参照して記載されているような様式で、第１の電極３０２と第２の電極３０３との間の空間の上方に少なくとも部分的に配置され得ること、及び一部の例ではその上方に完全に配置されることを理解すべきである。すなわち、ナノ粒子３２０は、基板３０１の上方に任意の好適な高さを有することができ、図１Ａ～図１Ｂを参照して例示されている直径などの任意の好適な直径を有することができる。図３Ａに具体的に例示されている例では、ナノ粒子３２０は、電極３０２と電極３０３との間の空間の長さにほぼ等しい直径を有してもよい。

ナノ粒子３２０は、複数の結合３１１を介して第１の電極３０２に連結していてもよく、複数の結合３１２を介して第２の電極３０３に連結していてもよい。図３Ａに示されている例は、結合３１１及び結合３１２は、電極３０２及び３０３の垂直表面に結合されていることを示唆するが、このような結合の任意の好適な組合せが、代わりに、それぞれの電極の上部表面又は垂直表面に結合されていてもよいことが理解されるべきである。ナノ粒子３２０、結合３１１、及び結合３１２は、第１の電極３０２と第２の電極３０３との間の空間に広がってもよい。結合３１１は、任意の好適な結合、又は結合の組合せを含むことができる。結合３１２は、任意の好適な結合、又は結合の組合せを含むことができる。例えば、結合３１１及び結合３１２はそれぞれ、及び相互に独立して、共有結合、水素結合、イオン性結合、双極子－双極子結合、Ｌｏｎｄｏｎ分散力、及びそれらの任意の好適な組合せからなる群から選択される結合を含むことができる。図３Ａに示されている例では、結合３１１及び３１２は、ナノ粒子３２０とそれぞれの電極との間の直接結合であるか、又は直接結合を含む。例えば、ナノ粒子３２０は、この構造体をそれぞれの電極に結合するための官能基を含む。

ナノ粒子３２０は、任意の好適な構成を有することができる。一部の例では、ナノ３２０粒子は、無機物である。無機材料を含めた、ナノ粒子に使用するのに好適な材料の例は、本明細書の他の箇所に提供されている。ナノ粒子３２０は、一部の例では、電流が、第１の電極３０２と第２の電極３０３との間のナノ粒子３２０を実質的に通過しないよう、非導電性であってもよい。本粒子における使用に好適な非導電性材料の例は、本明細書の他の箇所に提供されている。一部の例では、図９Ａを参照して記載されているような様式で、標識などの構造体をそれぞれ、第１の電極３０２と第２の電極３０３との間の導電性ブリッジを形成するために使用することができる。

図３Ｂに示されている例では、デバイス３００ａは、第１の電極３０２ａ、第２の電極３０３ａ、ナノ粒子３２０ａ、及び本明細書の他の箇所に記載されているものと同様の様式でナノ粒子３２０に連結されたポリメラーゼを含む（ポリメラーゼは、図３Ｂに具体的には示されていない）。この例では、基板３０１ａは、第１の電極３０２ａ及び第２の電極３０３ａを支持することができる。第１の電極３０２ａ及び第２の電極３０３ａは、空間、例えば、長さＬの空間によって相互に離隔されていてもよく、例えば、図１Ａを参照して一層詳細に記載されているような任意の好適な形状を有してもよい。図３Ｂに例示されている例では、ナノ粒子３２０ａは、図１Ｂを参照して記載されているような様式で、第１の電極３０２ａと第２の電極３０３ａとの間の空間の上方に少なくとも部分的に配置されており、一部の例ではその上方に完全に配置される。すなわち、ナノ粒子３２０ａは、基板３０１ａの上方に任意の好適な高さを有することができ、図１Ａ～図１Ｂを参照して例示されているものなどの任意の好適な直径を有することができる。

ナノ粒子３２０ａは、複数の官能基３１１ａを介して第１の電極３０２ａに連結していてもよく、複数の官能基３１２ａ介して第２の電極３０３ａに連結していてもよい。このような官能基の任意の好適な組合せは、それぞれの電極の上部表面又は垂直表面の任意の好適な組合せに結合してもよい。ナノ粒子３２０ａ、官能基３１１ａ、及び官能基３１２ａは、第１の電極３０２ａと第２の電極３０３ａとの間の空間に広がってもよい。官能基３１１ａは、結合の任意の好適な組合せを含むことができる。官能基３１２ａは、結合の任意の好適な組合せを含むことができる。例えば、官能基３１１ａ及び官能基３１２ａはそれぞれ、及び相互に独立して、共有結合、水素結合、イオン性結合、双極子－双極子結合、Ｌｏｎｄｏｎ分散力、及びそれらの任意の好適な組合せからなる群から選択される結合を含むことができる。図３Ｂに示されている例において、官能基３１１ａ及び官能基３１２ａは、ナノ粒子３２０とそれぞれの電極との間に間接結合をもたらす。例えば、ナノ粒子３２０ａは、「Ｘ」と指定されている基を介してナノ粒子の材料に結合されている第１のオリゴヌクレオチド（ＤＮＡなど）、及び第１のオリゴヌクレオチドにハイブリダイズされている第２のオリゴヌクレオチド（ＤＮＡなど）を含めた官能基を含む。第２のオリゴヌクレオチドは、「Ｙ」と指定される反応性基を含んでもよく、この反応性基は、ナノ粒子３２０ａを電極に連結して、一部の例では、両電極間に導電性ブリッジを形成するように、第１の電極３０２ａ及び第２の電極３０３ａのうちのそれぞれ１つと反応することができる。

図３Ｂに例示されているナノ粒子３２０ａは、任意の好適な構成を有することができる。一部の例では、ナノ３２０ａ粒子は、無機物である。無機材料を含めた、ナノ粒子に使用するのに好適な材料の例は、本明細書の他の箇所に提供されている。ナノ粒子３２０ａは、一部の例では、電流が、官能基を介して、第１の電極３０２ａと第２の電極３０３ａとの間のナノ粒子３２０ａに流れるように、導電性とすることができる。本粒子において使用するのに好適な導電性材料の例は、本明細書の他の箇所に提供されている。一部の例では、電極３０２ａと電極３０３ａとの間の導電性は、図８Ａ～図８Ｂを参照して記載されているような様式で調節されてもよい。

一非限定例では、ナノ粒子３２０ａ（例えば、金ナノ粒子）は、第１の電極３０２ａ及び第２の電極３０３ａにナノ粒子を結合させる、ＤＮＡ二本鎖３１１ａ、３１２ｂを含む官能基に連結されていてもよい。ここで、ＤＮＡは、導電性を示すことが知られているので、第１の電極３０２ａと第２の電極３０３ａとの間の導電性において役割を果たすことができる。ＤＮＡ二本鎖３１１ａ、３１２ｂなどの官能基を介した、ナノ粒子３２０ａと電極３０２ａ、３０３ａとの間の接合部の形成は、ＤＮＡ二本鎖を介して、一方の電極からもう一方の電極への導電経路をもたらすことができる。ＤＮＡ二本鎖３１１ａ、３１２ｂの反応性基「Ｙ」は、第１の電極３０２ａ及び第２の電極３０３ａと反応することが可能なコロナ、例えば、金－ジスルフィド反応により直接、又は好適な還元剤によりチオールに開裂させた後のどちらか一方で、両電極の材料（例えば、金）と反応してスルフィド結合（例えば、Ａｕ－Ｓ）を形成する、ジスルフィド基又はチオール基をもたらすことができる。このような戦略は、適合可能な基をＤＮＡナノ粒子の結合を形成させるために選択することによって、他のナノ粒子の構成に適用することができる。

図３Ｃに示されている例では、デバイス３００ｂは、第１の電極３０２ｂ、第２の電極３０３ｂ、ナノ粒子３２０ｂ、及び本明細書の他の箇所に記載されているものと同様の様式でナノ粒子３２０に連結されたポリメラーゼを含む（ポリメラーゼは、図３Ｂに具体的には示されていない）。この例では、基板３０１ｂは、第１の電極３０２ｂ及び第２の電極３０３ｂを支持することができる。第１の電極３０２ｂ及び第２の電極３０３ｂは、空間、例えば、長さＬの空間によって相互に離隔されていてもよく、例えば、図１Ａを参照して一層詳細に記載されているような任意の好適な形状を有してもよい。図３Ｃに例示されている例では、ナノ粒子３２０ｂは、図１Ｂを参照して記載されているような様式で、第１の電極３０２ｂと第２の電極３０３ｂとの間の空間の上方に少なくとも部分的に配置されており、一部の例ではその上方に完全に配置される。すなわち、ナノ粒子３２０ｂは、基板３０１ｂの上方に任意の好適な高さを有することができ、図１Ａ～図１Ｂを参照して例示されているものなどの任意の好適な直径を有することができる。

ナノ粒子３２０ｂは、複数の官能基３１１ｂを介して第１の電極３０２ｂに連結していてもよく、複数の官能基３１２ｂ介して第２の電極３０３ｂに連結していてもよい。このような官能基の任意の好適な組合せは、それぞれの電極の上部表面又は垂直表面の任意の好適な組合せに結合していてもよい。ナノ粒子３２０ｂ、官能基３１１ｂ、及び官能基３１２ｂは、第１の電極３０２ｂと第２の電極３０３ｂとの間の空間に広がってもよい。官能基３１１ｂは、結合の任意の好適な組合せを含むことができる。官能基３１２ｂは、結合の任意の好適な組合せを含むことができる。例えば、官能基３１１ｂ及び官能基３１２ｂはそれぞれ、及び相互に独立して、共有結合、水素結合、イオン性結合、双極子－双極子結合、Ｌｏｎｄｏｎ分散力、及びそれらの任意の好適な組合せからなる群から選択される結合を含むことができる。図３Ｃに示されている例では、官能基３１１ｂ及び３１２ｂは、ナノ粒子３２０とそれぞれの電極との間に間接結合をもたらす。例えば、ナノ粒子３２０ｂは、それぞれの基（具体的には例示されていない）を介して、ナノ粒子の材料に結合している第１のオリゴヌクレオチド（ＤＮＡなど）を含む官能基を含んでおり、第１の電極３０２ｂ及び第２の電極３０３ｂは、ナノ粒子３２０ｂを電極に連結させて、一部の例では、両電極間に導電性ブリッジを形成するように、第１のオリゴヌクレオチドにハイブリダイズした第２のオリゴヌクレオチド（ＤＮＡなど）に結合している。

図３Ｃに例示されているナノ粒子３２０ｂは、任意の好適な構成を有することができる。一部の例では、ナノ３２０ｂ粒子は、無機物である。無機材料を含めた、ナノ粒子に使用するのに好適な材料の例は、本明細書の他の箇所に提供されている。ナノ粒子３２０ｂは、一部の例では、電流が、官能基を介して、第１の電極３０２ｂと第２の電極３０３ｂとの間のナノ粒子３２０ｂを流れるように、導電性とすることができる。本粒子における使用に好適な導電性材料の例は、本明細書の他の箇所に提供されている。一部の例では、電極３０２ｂと電極３０３ｂとの間の導電性は、図８Ａ～図８Ｂを参照して記載されているような様式で調節されてもよい。

図３Ｄに示されている例では、デバイス３００ｃは、第１の電極３０２ｃ、第２の電極３０３ｃ、リンカー３３０ｃによって一緒に連結されている一対のナノ粒子３２０ｃ、３２１ｃ、及び本明細書の他の箇所に記載されているものと同様の方法でナノ粒子３２０に連結されたポリメラーゼ（ポリメラーゼは、図３Ｂに具体的には示されていない）を含む。この例では、基板３０１ｃは、第１の電極３０２ｃ及び第２の電極３０３ｃを支持することができる。第１の電極３０２ｃ及び第２の電極３０３ｃは、空間、例えば、長さＬの空間によって相互に離隔されていてもよく、例えば、図１Ａを参照して一層詳細に記載されているような任意の好適な形状を有してもよい。図３Ｄに例示されている例では、一対のナノ粒子３２０ｃ、３２１ｃは、図１Ａを参照して記載されているような様式で、第１の電極３０２ｃと第２の電極３０３ｃとの間の空間内部に少なくとも部分的に配置されており、一部の例ではその内部に完全に配置される。すなわち、一対のナノ粒子３２０ｃ、３２１ｃは、基板３０１ｃの上方に任意の好適な高さを有することができ、図１Ａ～図１Ｂを参照して例示されているものなどの任意の好適な直径を有することができる。図３Ｄに具体的に例示されている例では、ナノ粒子３２０ｃは、電極３０２ｃと電極３０３ｃとの間の空間の長さの４０％未満の直径を有することができ、ナノ粒子３２１ｃは、電極３０２ｃと電極３０３ｃとの間の空間の長さの４０％未満の直径を有することができ、こうして、ナノ粒子３２０ｃ及び３２０ｄ並びにリンカー３３０ｃは、両電極間の空間内部に適合することができる。

ナノ粒子３２０ｃは、第１の複数の結合３１１ｃを介して第１の電極３０２ｃに連結していてもよく、ナノ粒子３２１ｃは、第２の複数の結合３１２ｃ介して第２の電極３０３ｃに連結していてもよい。このような結合の任意の好適な組合せは、それぞれの電極の上部表面又は垂直表面の任意の好適な組合せに結合していてもよい。ナノ粒子３２０ｃは、１つ以上の官能基を含むことができるリンカー３３０ｃを介して、ナノ粒子３２１ｃに連結されていてもよい。ナノ粒子３２０ｃ、ナノ粒子３２１ｃ、結合３１１ｃ、結合３１２ｃ、及びリンカー３３０ｃは、第１の電極３０２ｃと第２の電極３０３ｃとの間の空間に広がってもよい。結合３１１ｃは、任意の好適な結合、又は結合の組合せを含むことができる。結合３１２ｃは、任意の好適な結合、又は結合の組合せを含むことができる。リンカー３３０ｃは、任意の好適な結合、又は結合の組合せを含むことができる。例えば、結合３１１ｃ、結合３１２ｃ、及び官能基３３０ｃはそれぞれ、及び相互に独立して、共有結合、水素結合、イオン性結合、双極子－双極子結合、Ｌｏｎｄｏｎ分散力、及びそれらの任意の好適な組合せからなる群から選択される結合を含むことができる。図３Ｄに示されている例では、結合３１１ｃは、ナノ粒子３２０ｃと電極３０２ｃとの間の直接結合であるか、又は直接結合を含み、結合３１２ｃは、ナノ粒子３２１ｃと電極３０３ｃとの間の直接結合であるか、又は直接結合を含み、リンカー３３０ｃは、ナノ粒子３２０ｃをナノ粒子３２１ｃとの間の間接結合を含む。例えば、図３Ｄでは、ナノ粒子３２０ｃは、それぞれの基（具体的に例示されていない）を介してそのナノ粒子の材料に結合している１つ以上の第１のオリゴヌクレオチド（ＤＮＡなど）を含む、１つ以上の官能基に連結されており、ナノ粒子３２１ｃは、それぞれの基（具体的に例示されていない）を介してそのナノ粒子の材料に結合している１つ以上の第２のオリゴヌクレオチド（ＤＮＡなど）を含む、１つ以上の官能基に連結されている。１つ以上の第２のオリゴヌクレオチドは、リンカー３３０ｃを介して、ナノ粒子３２０ｂをナノ粒子３２１ｃに連結させて、一部の例では、電極間に導電性ブリッジを形成するように、１つ以上の第１のオリゴヌクレオチドにハイブリダイズされている。

図３Ｄに例示されているナノ粒子３２０ｃ、３２１ｃは、任意の好適な構成を有することができる。一部の例では、ナノ粒子３２０ｃ、３２１ｃは、無機物である。無機材料を含めた、ナノ粒子に使用するのに好適な材料の例は、本明細書の他の箇所に提供されている。ナノ粒子３２０ｃ、３２１ｃは、一部の例では、電流が、第１の電極３０２ｃと第２の電極３０３ｃとの間のナノ粒子３２０ｃ及び３２１ｃを流れるように、導電性とすることができる。本粒子における使用に好適な導電性材料の例は、本明細書の他の箇所に提供されている。一部の例では、電極３０２ｃと電極３０３ｃとの間の導電性は、図８Ａ～図８Ｂを参照して記載されているような様式で調節されてもよい。

一非限定例では、金ナノ粒子３２０ｃ、３２１ｃ及びＤＮＡリンカー３３０ｃは、ダンベル形状の複合体を形成し、ナノ粒子－分子接合デバイス３００ｃをもたらす。ダンベル形状の複合体が、ＤＮＡリンカー３３０ｃ上の反応性基（例えば、ポリメラーゼに連結したビオチンに結合させるためのストレプトアビジン）を介して、ポリメラーゼ（明示的に例示されていない）に結合されていてもよい。この複合体は、本明細書の他の箇所に一層詳細に記載されているような受動的又は能動的操作を使用して、電極３０２ｃと電極３０３ｃとの間の空間内部に局在化することができる。このような戦略により、デバイス３００ｃの複雑な点の大部分を溶液中で調製することが可能となる。金ナノ粒子３２０ｃ、３２１ｃは、やはり金であってもよいか、又は金を含むことができる、電極３０２ｃ、３０３ｃに直接接触することができる、及び上記の電極に直接結合することができ、この点で、ナノ粒子は、電極自体の延長部として機能することができる。

本明細書において例示されているようなデバイスは、任意の好適な操作を使用して作製することができる。例えば、図４は、図１、図２又図は３Ａ～図３Ｄのデバイスを作製する方法４００における、操作のフロー例を例示する。方法４００は、相互に離隔されている第１の電極及び第２の電極上に溶液を堆積させることを含む（操作４１０）。溶液は、液体中に粒子を含むことができ、各粒子は、それぞれのポリメラーゼに連結されている。例えば、図５は、図４の方法における操作例を概略的に例示しており、ここでは、ポリメラーゼ５０５に連結されている複数の粒子５２０を含む溶液５７０は、基板５０１によって支持され得る、第１の電極５０２及び第２の電極５０３上に堆積されている。一非限定例では、３Ａに例示されているナノ粒子３２０は、反応性表面基、例えば、ストレプトアビジンを含み、例えば、ビオチン－ストレプトアビジン結合を介して、ポリメラーゼ３０５に結合している。ナノ粒子－ポリメラーゼ二本鎖３２０、３０５は、好適な溶液中に懸濁されて、電極３０２、３０３の上に堆積される。

図４に例示されている方法４００は、粒子の１つを溶液から第１の電極及び第２の電極に隣接する空間に輸送することを含む（操作４２０）。例えば、図５に例示されている操作では、粒子５２０の１つ（それに結合されているポリメラーゼ１０５を有する）は、溶液５７０を通り、第１の電極５０２及び第２の電極５０３に隣接する空間に、例えば、第１の電極５０２と第２の電極５０３との間の空間及び第１の電極５０２及び第２の電極５０３の上方の空間の一方又は両方に輸送される。このような輸送（大きな矢印によって表示）は、一部の例では、拡散に基づくものであってもよく、例えば、重力及びブラウン運動の少なくとも任意の好適な組合せを使用して粒子５２０が溶液５７０を通って拡散並進運動して輸送されることから生じてもよい。更に又は代替的に、このような輸送は、一部の例では、「受動的な」吸着を含むことができ、この場合、単一粒子が、例えば、粒子と電極との間の少なくとも表面相互作用を使用して、両電極間の空間内部に、又はこの空間の隣接部に捕捉される。このような表面相互作用は、このような立体構造において最大化され得る。更に又は代替的に、このような輸送は、磁気トラッピング又は誘電泳動トラッピングによって推進されてもよく、これらはまた、本明細書において、「能動的な」吸着とも称されることがある。誘電泳動トラッピングでは、直流電流（ＤＣ）又は交流電流（ＡＣ）の電気バイアスを両電極間に印加して、それらの電極間の空間内部又は空間の隣接部における、単一粒子の捕捉を加速させる。

例えば、粒子５２０が、図２を参照して記載されているような三次ポリマー構造体を含む構成では、誘電泳動トラッピングは、両電極に隣接する空間への粒子の１つの輸送を加速させるために使用することができる。あるいは、例えば、粒子５２０が、図３Ａ～図３Ｄを参照して記載されているようなナノ粒子を含む構成では、誘電泳動トラッピングは、両電極に隣接する空間にそのような粒子の１つを輸送するために使用することができる。

磁気トラッピングの一部の例では、粒子は、磁性材料又は強磁性材料を含んでもよく、磁場を印加することによって個々のデバイス内部で局在化され得る。例えば、図１３は、磁気により粒子を引き付けるデバイス例を概略的に例示している。デバイス１３００は、第１の電極１３０２、第２の電極１３０３、粒子１３２０、第１の捕捉電極１３８０、及び第２の捕捉電極１３８１を含む。第１の電極１３０２及び第２の電極１３０３は、図１Ａ～図１Ｂを参照して記載されている第１の電極１０２及び第２の電極１０３と同様に構成されてもよい。粒子１３２０は、磁性材料又は強磁性材料を含むことができる。第１の捕捉電極１３８０及び第２の捕捉電極１３８１は、第１の電極１３０２及び第２の電極１３０３に対して直角に配置されていてもよく、第１の捕捉電極１３８０と第２の捕捉電極１３８１との間の空間に、したがって、第１の電極１３０２と第２の電極１３０３の間の空間に、粒子１３２０を磁力によって引き付けるのに好適なバイアスをこのような電極間に適用する制御回路に連結されていてもよい。

図４を再度参照すると、方法４００は、第１の電極及び第２の電極に粒子の１つを結合させることを含む（操作４３０）。結合形成は、第１の電極と粒子の１つとの間に第１の複数の結合を形成することと、第２の電極と粒子の１つとの間に第２の複数の結合を形成することとを含むことができる。このような結合形成は、図１Ａを参照して記載されているデバイス１００、又は図１Ｂを参照して記載されているデバイス１００’の形成をもたらすことができ、これは、図２を参照して記載されているデバイス２００、図３Ａを参照して記載されているデバイス３００、図３Ｂを参照して記載されているデバイス３００ａ、図３Ｃを参照して記載されているデバイス３００ｂ、又は図３Ｄを参照して記載されているデバイス３００ｃのいずれかとして例示することができる。結合形成は、直接的であってもよく、又は官能基などの中間構造体を介して間接的であってもよい。

図４に例示されている方法４００の操作４２０及び４３０の間、粒子が第１の電極及び第２の電極に隣接する空間に輸送されると、他の粒子を第１の電極及び第２の電極に隣接する空間から立体的に排除することができることに留意されたい。例えば、図５に例示されているとおり、粒子５２０は、他の粒子を第１の電極及び第２の電極に隣接する空間から排除するように、第１の電極５０２と第２の電極５０３との間の空間に比べて十分に大きくてもよい。例えば、粒子５２０は、両電極間の空間の長さＬの約１０％以上である直径を有してもよい。したがって、それらの電極の間の空間、又はそれらの電極の上方の空間には、１つ超のこのような粒子には不十分な空間しか存在し得ない。そのような排除は、代替として、幾何学的排除と称されることがある。

図４～図５を参照して記載されているような溶液をベースとする粒子堆積方法を使用することにより、複数のデバイスを相互に並行して製造することが容易になり得る。例えば、図６Ａ～図６Ｂは、図１、図２又は図３Ａ～図３Ｄの複数のデバイスを含むデバイスアレイの例を概略的に例示している。図６Ａの平面図に例示されているアレイ６００は、図１Ａを参照して記載されているデバイス１００、又は図１Ｂを参照して記載されているデバイス１００’と同様に構築された複数のデバイスを含み、これらは、図２を参照して記載されているデバイス２００、図３Ａを参照して記載されているデバイス３００、図３Ｂを参照して記載されているデバイス３００ａ、図３Ｃを参照して記載されているデバイス３００ｂ、又は図３Ｄを参照して記載されているデバイス３００ｃのいずれかとして例示することができる。例えば、アレイ６００のデバイスは、第１の電極６０２、第２の電極６０３、単一粒子６２０及び、共通の基板６０１上に配置されている粒子に連結されているポリメラーゼ（図６Ａに具体的に示されていないポリメラーゼ）を含むことができる。この例では、各デバイスの電極６０２と電極６０３との間の間隔は、相互に実質的に同じであってもよく、粒子６２０は、相互に実質的に同じサイズを有していてもよく、複数の結合を介して電極のそれぞれに同様に直接結合されていてもよく、又は間接的に結合されていてもよい。

しかし、現実世界での加工のばらつきのために、粒子６２０は、サイズのある分布を有することがあることを理解すべきである。更に又は代替的に、現実世界での加工のばらつきのために、電極６０２、６０３のサイズ及び間隔は、特に、より小さな電極及びより小さな間隔に関しては、分布を有することがある。例えば、約１００ｎｍ以下の間隔を有する「ナノ電極」の場合、異なる電極対の電極間の間隔は、共通した製造プロセス内でさえも、約１０％以上、約２０％以上、又は更には約３０％以上変動することがある。

本粒子ベースのブリッジは、図６Ｂに例示されているような、不規則な電極サイズ及び間隔並びに粒子サイズのばらつきを有し得るアレイの製造に対して、特定の効率を実現することができる。例えば、図６Ｂに例示されているアレイ６００’は、共有基板６０１に配設されている、相対的に大きな間隔を有するいくつかの電極対６０２、６０３、相対的に小さな間隔を有するいくつかの電極対６０２、６０３、及びそれらの中間の間隔を有する更に他の対６０２、６０３を含む。電極サイズ及び間隔のこのようなばらつきは、例えば、製造のばらつきに起因することがある。図６Ｂに例示されているアレイ６００’は、相対的に大きないくつかの粒子６２０、相対的に小さないくつかの粒子６２０、及びそれらの中間のサイズを有するいくつかの粒子６２０を含む。粒子サイズのこのようなばらつきは、例えば、製造のばらつきに起因することがある。粒子サイズ及び両電極間の間隔のばらつきにより、デバイスが正確に１つの粒子を含むアレイの製造が相乗的に可能となり得る。例えば、より大きな粒子は、より大きな間隔を有する電極対から他の粒子を立体的に排除することができるが、このような粒子はそれ自体、そのサイズが理由で、より小さな間隔を有する電極対から立体的に排除され得る。より小さな粒子は、より小さな間隔を有する電極対から他の粒子を立体的に排除することができ、他のより大きな粒子を使用して、より大きな間隔を有する電極対から立体的に排除され得る。それに対し、粒子のすべてが同じサイズを有する場合、電極間隔のばらつきがどの程度大きいかに応じて、粒子を収容するには小さすぎるか、又は立体排除が該当しないほど十分に大きい電極対がいくつか存在するので、両電極間に複数の粒子が存在することが潜在的に可能になる。

図７は、図６Ａ～図６Ｂのデバイスアレイを作製する方法７００における、操作のフロー例を例示する。方法７００は、上部に配設された複数の電極対を有する基板上に溶液を堆積させることを含む（操作７１０）。各電極対の電極は、それぞれの空間によって、相互に離隔されていてもよい。溶液は、液体中に粒子を含むことができ、各粒子は、それぞれのポリメラーゼに連結されている。操作７１０の間に適用される溶液は、ポリメラーゼに既に連結されている粒子を含むので、粒子が電極に結合される前に、例えば、粒子とポリメラーゼとの間が適切に連結されていることを確認するため、及びポリメラーゼの活性を確認するため、及び適切となり得る任意の是正行為をとるために、この溶液に品質管理を施すことができる。したがって、溶液は、高い歩留まりで、個々の粒子に正しく連結されている機能性ポリメラーゼを有することができ、したがって、本アレイのデバイスは、比較的高い歩留まりで調製することができる。他の例では、粒子は、代わりに、粒子へのポリメラーゼの連結前に、電極に結合される。

図７に例示されている方法７００は、粒子の１つを溶液から第１の電極及び第２の電極に隣接する空間に輸送することを含む（操作７２０）。操作７２０は、図４～図５を参照して記載されているような輸送方法を含むことができ、例えば、拡散をベースとする輸送、受動的吸着、誘電泳動トラッピング、及び磁気トラッピングのうちの１つ以上の任意の好適な組合せを含むことができる。

図７を再度参照すると、方法７００は、各電極対の電極に粒子の１つを結合させることを含み、電極対の大部分がそれぞれ、粒子の正確に１つに結合される（操作７３０）。結合形成は、図４の操作４３０を参照して記載されている方法と同様の方法で、その対の第１の電極と粒子の１つとの間に第１の複数の結合を形成すること、及びその対の第２の電極と粒子の１つとの間に第２の複数の結合を形成することを含むことができる。結合形成は、直接的であってもよく、又は官能基などの中間構造体を介して間接的であってもよい。このような結合形成は、図１Ａを参照して記載されているデバイス１００、又は図１Ｂを参照して記載されているデバイス１００’のアレイの形成をもたらすことができ、これらは、図２を参照して記載されているデバイス２００、図３Ａを参照して記載されているデバイス３００、図３Ｂを参照して記載されているデバイス３００ａ、図３Ｃを参照して記載されているデバイス３００ｂ、又は図３Ｄを参照して記載されているデバイス３００ｃのいずれかとして例示することができる。同様に、図４に例示されている方法４００の操作４２０及び４３０を参照して記載されているとおり、方法７００の間に、粒子のそれぞれが電極対に隣接する空間に輸送されることにより、その対の電極に隣接する空間から他の粒子が立体的に排除され得る。図６Ａ～図６Ｂを参照して記載されているとおり、電極対の電極間の間隔にばらつきがある場合でさえも、本粒子は、それらの粒子にとって適切な間隔を有する電極対に相乗的に輸送され得る（この電極対から他の粒子を立体的に排除することができる）。

それに対し、１つ超の粒子が電極対に結合するのを阻止するための立体的排除も別の方法も存在しないという制限では、アレイのデバイスは、それぞれのデバイスの電極間に複数のブリッジを含む場合があり、個々のデバイスの両電極間に異なる数のブリッジを含む場合がある。このような制限では、デバイスあたりのブリッジの分布は、ポアソン分布に従うことができる。デバイス構築のこのような分布により、使用可能なデバイスの歩留まりが悪くなる場合があり、例えば、ある配列に付加されているヌクレオチドに連結されている標識に由来するよりも、ブリッジ間の差異に由来する導電性のばらつきを引き起こす可能性がある。この点について、本粒子は、デバイス製造のサブポアソン分布を提供することができ、例えば、大多数が各電極対に正確に１つの粒子が結合したデバイスを、例えば約５０％超で提供することができる。すなわち、例えば約６０％超、約７０％超、約８０％超、約９０％超、約９５％超、又は更には約１００％のデバイスが、各電極対に正確に１つの粒子を結合させる。図６Ａ～図６Ｂに例示されているアレイで示唆されているように粒子のないデバイスが時として製造された場合でさえも、少なくとも本粒子を使用した使用可能なデバイスの歩留まりは、製造がポアソン分布の影響を受けるデバイスの場合よりも、かなり高くなることが期待され得る。

本デバイスは、任意の好適な目的のために使用することができる。以下に提示されている例は、ポリヌクレオチドを配列決定するための本デバイスの使用を記載しているが、このデバイスはそのようなものに限定されないことを理解すべきである。

図８Ａ～図８Ｂは、ポリヌクレオチドの配列決定をするための、両電極間に粒子ベースのブリッジを含む構成例を概略的に例示している。図８Ａをこれより参照すると、構成８００は、基板８０１、第１の電極８０２、第２の電極８０３、ポリメラーゼ８０４、粒子８２０、ヌクレオチド８２１、８２２、８２３及び８２４、それらのヌクレオチドにそれぞれ連結した標識８３１、８３２、８３３及び８３４、第１のポリヌクレオチド８４０、第２のポリヌクレオチド８５０、並びに検出回路８６０を含む。一部の例では、ポリメラーゼ８０５は、当該技術分野で公知のような方法で、リンカー８０６を介して粒子８２０に連結され得る。図８Ａ～図８Ｂに例示されている例では、構成８００の構成要素は、流体８２０を充填したフローセル（例えば、壁８６１、８６２、８６２を有する）の内部に封入されていてもよく、ヌクレオチド８２１、８２２、８２３及び８２４（結合した標識を有する）、ポリヌクレオチド８４０、８５０及び好適な試薬は、流体８２０内で運ばれ得る。

基板８０１は、第１の電極８０２及び第２の電極８０３を支持することができる。第１の電極８０２及び第２の電極８０３は、空間、例えば、図８Ａに表示されているように長さＬの空間によって相互に離隔されていてもよく、図１Ａ～図１Ｂを参照して記載されているような寸法を有してもよい。粒子８２０は、第１の電極８０２と第２の電極８０３との間の空間に架かるブリッジを形成するように、官能基８１１を含む第１の複数の結合を介して第１の電極８０２に結合していてもよく、官能基８１２を含む第２の複数の結合を介して第２の電極８０３に結合していてもよい。粒子８２０、電極８０２、８０３、及び官能基８１１、８１２を含む結合に関する非限定例の構成は、例えば、図１Ａ～図１Ｂ、図２及び図３Ａ～図３Ｄを参照して、本明細書の他の場所で提示されている。

図８Ｂを参照して、以下に一層詳細に説明されているとおり、この例では、標識８３１、８３２、８３３及び８３４はそれぞれ、電極８０２と電極８０３との間の導電性を調節するような様式で、官能基８１１、８１２のうちの１つ以上にハイブリダイズすることができ、この調節に基づいて、対応するヌクレオチド８２１、８２２、８２３及び８２４の特性を決定することができる。例えば、粒子８２０及び官能基８１１、８１２は、第１の電極８０２と第２の電極８０３との間の導電性ブリッジの少なくとも一部を形成することができ、標識８３１、８３２、８３３及び８３４は、官能基の１つ以上にハイブリダイズすることによって、第１の電極と第２の電極との間の電流を変化させることができる。別の例において、粒子は、図３Ｄを参照して記載されているような様式で、リンカーによって相互に連結されている一対のナノ粒子を含み、標識８３１、８３２、８３３及び８３４は、リンカーへのハイブリダイズによって、第１の電極と第２の電極との間の電流を変化させることができる。

例えば、図８Ａに例示されている構成８００は、対応する標識に連結した任意の好適な数のヌクレオチド、例えば、１つ以上のヌクレオチド、２つ以上のヌクレオチド、３つ以上のヌクレオチド、４つのヌクレオチド、又は５つ以上のヌクレオチドを含むことができる。例えば、ヌクレオチド８２１（例示として、Ｇ）は、一部の例では、リンカー８３５を介して、対応する標識８３１に連結していてもよい。ヌクレオチド８２２（例示として、Ｔ）は、一部の例では、リンカー８３６を介して、対応する標識８３２に連結していてもよい。ヌクレオチド８２３（例示として、Ａ）は、一部の例では、リンカー８３６を介して、対応する標識８３３に連結していてもよい。ヌクレオチド８２４（例示として、Ｃ）は、一部の例では、リンカー８３７を介して、対応する標識８３４に連結していてもよい。一部の例では標識と同じ又は異なるポリマーを含むことができるリンカーを介する、ヌクレオチドと標識との間の連結は、当該技術分野において公知の任意の好適な方法を使用して実現することができる。標識８３１、８３２、８３３及び８３４は、相互に同じタイプのポリマーを含んでもよいが、少なくとも１つの点で相互に異なっていてもよく、例えば、モノマー単位の相互に異なる配列を有していてもよい。一部の例では、標識８３１、８３２、８３３及び８３４は、一部の例では、官能基８１１、８１２のような同じタイプのポリマーを含んでもよい。図８Ｂを参照して一層詳細に記載されているような様式では、それぞれの標識８３１、８３２、８３３及び８３４内のモノマー単位の配列は、それらの標識を官能基８１１、８１２の１つ以上とハイブリダイズした場合、粒子８２０を流れる区別可能な電流の発生を容易にするように、それぞれ選択することができる。

図８Ａに例示されている構成８００は、第１のポリヌクレオチド８４０及び第２のポリヌクレオチド８５０、並びに第２のポリヌクレオチド８５０の少なくとも配列を使用して複数のヌクレオチド８２１、８２２、８２３及び８２４のうちのヌクレオチドを第１のポリヌクレオチド８４０に付加するためのポリメラーゼ８０５を含む。それらのヌクレオチドにそれぞれ対応する標識８３１、８３２、８３３及び８３４は、図８Ｂを参照して以下に一層詳細に記載されているような様式で、官能基８１１、８１２の１つ以上にハイブリダイズすることができる。検出回路８６０は、ポリメラーゼ８０５がそれぞれ、粒子８２０を流れる電流の少なくとも変化を使用して、ヌクレオチド８２１、８２２、８２３及び８２４（必ずしもこの順序である必要はない）を第１のポリヌクレオチド８４０にそれぞれ付加する配列を検出するためのものであり、上記の変化は、１つ以上の官能基８１１とそれらのヌクレオチドに対応する標識８３１、８３２、８３３及び８３４との間のハイブリダイゼーションに応答する。例えば、検出回路８６０は、第１の電極８０２及び第２の電極８０３の間に電圧を印加することができ、例えば、トランスインピーダンス（transampedance）増幅回路の使用により、このような電圧に応答して、粒子８２０に流れるあらゆる電流を検出することができる。図８Ａに例示されている特定の時間において、標識８３１、８３２、８３３及び８３４のいずれも官能基８１１、８１２のいずれにもハイブリダイズしておらず、したがって、粒子８２０に比較的少ない電流しか流れることができない（又は、全く流れない）。ヌクレオチド８２１、８２２、８２３、８２４は、流体８２０を通して自由に拡散することができ、個々の標識８３１、８３２、８３３、８３４は、このような拡散の結果として、官能基８１１、８１２の１つ以上に短時間にハイブリダイズすることができるが、これらの標識は、速やかにハイブリダイズ解除し、その結果、粒子８２０の導電性に対する生じた変化のいずれも、検出不可能であるほど短いか、又はヌクレオチドの第１のポリヌクレオチド８４０への付加に応答するほど明確に特定可能ではないことが予期される。

それに対し、図８Ｂは、ポリメラーゼ８０５が、第２のポリヌクレオチド８５０の少なくとも配列を使用して、ヌクレオチド８２１（例示として、Ｇ）を第１のポリヌクレオチド８４０に付加する時を例示している（例えば、その配列中のＣに対して相補的となるよう）。ポリメラーゼ８０５は、標識８３１が（一部の例では、リンカー８３７を介して）結合しているヌクレオチド８２１に作用しているので、このような作用は、官能基８１１とのハイブリダイゼーションを維持するのに十分な時間の間、標識８３１を官能基８１１の少なくとも１つに十分近い位置に維持し、検出回路８６０を使用して検出可能となるのに十分なだけ長い粒子８２０の導電性の変化を引き起こし、こうして、第１のポリヌクレオチド８４０に付加されるものとしてヌクレオチド８２１の同定が可能となる。例えば、標識８３１は、官能基８１１にハイブリダイズされると、ブリッジに導電性を付与する特性を有することができ、このブリッジを介して、検出回路８６０は、他のヌクレオチドの１つと比較して、付加されたヌクレオチドを８２１（例示として、Ｇ）と一意的に同定することができる。同様に、標識８３２は、官能基８１１にハイブリダイズされると、ブリッジに導電性を付与する特性を有することができ、このブリッジを介して、検出回路８６０は、他のヌクレオチドの１つと比較して、付加されたヌクレオチドを８２２（例示として、Ｔ）と一意的に同定することができる。同様に、標識８３３は、官能基８１１にハイブリダイズされると、ブリッジに導電性を付与する特性を有することができる特性を有することができ、このブリッジを介して、検出回路８６０は、他のヌクレオチドの１つと比較して、付加されたヌクレオチドを８２３（例示として、Ｃ）と一意的に同定することができる。同様に、標識８３４は、官能基８１１にハイブリダイズされると、ブリッジに導電性を付与する特性を有することができ、このブリッジを介して、検出回路８６０は、他のヌクレオチドの１つと比較して、付加されたヌクレオチドを８２４（例示として、Ｃ）と一意的に同定することができる。

一非限定例では、標識８３１、８３２、８３３、８３４は、少なくとも部分的に相互に異なる配列を有するそれぞれのオリゴヌクレオチドを含み、少なくとも１つの官能基８１１は、一部の例では、それらのオリゴヌクレオチドと同じ長さを有するポリヌクレオチド（例えば、図３Ｂ～図３Ｄを参照して記載されている）を含み、こうして、標識のその官能基８１１へのハイブリダイゼーションは、粒子８２０の長さに沿った完全な二本鎖ポリヌクレオチドをもたらす。標識のそれぞれのオリゴヌクレオチド配列は、その官能基８１１のポリヌクレオチドの配列とは異なってハイブリダイズすることができる。例えば、標識８３１内の１つ以上のモノマーは、相互に同じ又は異なるヌクレオチドとすることができる。他の標識の第１及び第２のシグナルモノマー（signal monomer）は、他の標識の対応するモノマーとは配列若しくはタイプが異なる、又はそれらの両方が異なるヌクレオチドであってもよく、これにより、各標識８３１、８３２、８３３、８３４は、対応するモノマーの特有の配列を有する。各標識のそのようなモノマーとそのような官能基８１１のポリヌクレオチドとの間のそれぞれのハイブリダイゼーションにより、粒子８２０を流れる特定の電流を得ることができる。例えば、標識８３１は、ブリッジの導電性を第１のレベルに調節するようにハイブリダイズする一対の特定の塩基を有する配列を有することができる。標識８３２は、ブリッジの導電性を第１のレベルとは異なる第２のレベルに調節するようにハイブリダイズする一対の特定の塩基を有する配列を有することができる。標識８３３は、ブリッジの導電性を第１及び第２のレベルとは異なる第３のレベルに調節するようにハイブリダイズする一対の特定の塩基を有する配列を有することができる。標識８３４は、ブリッジの導電性を第１、第２、及びレベルとは異なる第４のレベルに調節するようにハイブリダイズする一対の特定の塩基を有する配列を有することができる。

標識がハイブリダイズする官能基８１１は、異なる標識から生じる電流を検出して相互に区別することが可能となるように、任意の好適な組合せ、順序及びモノマー単位のタイプ（例えば、ヌクレオチド）を含むことができることが理解されよう。同様に、標識８３１、８３２、８３３及び８３４はそれぞれ、異なる標識に由来する電流を検出して相互に区別することが可能となるように、任意の好適な組合せ、順序及びモノマー単位のタイプ（例えば、ヌクレオチド）をそれぞれ含むことができる。一部の例では、１つ以上の他の官能基８１１、８１２（及び、一部の例では、他の官能基８１１、８１２のすべて）は、標識へのハイブリダイゼーションを阻害するよう選択される、モノマー単位のさまざまな組合せ、順序及びタイプを有することができ、これにより、この標識は、このような他の官能基８１１、８１２にハイブリダイズしない。

両電極間のブリッジ内、及びヌクレオチドに連結した標識内に含まれる構成要素は、本明細書において例示されているような任意の好適な材料を含むことができる。図８Ａ～図８Ｂを参照して記載されているようなある種の例では、これらの材料は、ポリヌクレオチドなどのポリマーを含むことができる。図９Ａ～図９Ｂは、ポリヌクレオチドを配列決定するための、両電極間に粒子ベースのブリッジを含む他の構成例を概略的に例示している。図９Ａは、ポリヌクレオチドを配列決定するための、非導電性粒子ベースのブリッジを含む例となる構成９００を概略的に例示する。図９Ａに示されている例では、構成９００は、図８Ａ～図８Ｂを参照して記載された構成８００と同様に構成されていてもよく、例えば、第１の電極９０２、第２の電極９０３、ポリメラーゼ９０５、及び粒子９２０を含み、粒子９２０は、第１の複数の結合９１１を介して直接、又は官能基を介して間接的に第１の電極９０２に結合しており、かつ、第２の複数の結合９１２を介して直接、又は官能基を介して間接的に第２の電極９０３に結合している。ポリメラーゼ９０５は、リンカーを介して粒子９２０に連結していてもよく、第２のポリヌクレオチド９５０の少なくとも配列を使用して、ヌクレオチド９２１などのヌクレオチドを第１のポリヌクレオチド９４０に付加することができる。構成９００は、図８Ａ～図８Ｂを参照して記載されるような他の構成要素を含んでもよいが、ここでは省略されている。

図９Ａに例示されている例では、粒子９２０は、非導電性であってもよく、これにより、粒子９２０及び結合９１１、９１２は、第１の電極９０２と第２の電極９０３との間に電流のための経路をもたらさない。ヌクレオチド９２１に連結された標識９３１は、第１の電極９０２と第２の電極９０３との間に、一過的な導電性ブリッジを形成することができ、このブリッジを介して電流が流れる。他のヌクレオチドの他の標識（具体的に示されていない）も、同様に、図８Ａ～図８Ｂを参照して記載されている様式と同様の様式で、相互に区別可能な個々の電流をもたらす、一過的な導電性ブリッジを形成することができる。例えば、標識の１つ以上（及び、一部の例では、標識のすべてが、相互に独立している）は、カーボンドット、導電性ポリマー、π共役低分子、ナノチューブ、フラーレン及び無機ナノ粒子からなる群から選択され得る。一部の例では、標識は、両電極間の空間の長さよりも長くてもよい。

図９Ｂは、三次ポリマー構造体をベースとするブリッジを含む、ポリヌクレオチドを配列決定するための例となる構成９００’を概略的に例示する。図９Ｂに示されている例では、構成９００’は、図８Ａ～図８Ｂを参照して記載されている構成８００と同様に構成されてもよく、例えば、第１の電極９０２、第２の電極９０３、ポリメラーゼ９０５、及びオリゴヌクレオチド標識９３１’に連結したヌクレオチド９２１を含む。三次ポリマー構造体９２０’は、図２を参照して記載されているような様式で構成されてもよく、例えば、ポリヌクレオチド（ＤＮＡなど）又はポリペプチドを含むことができる。三次ポリマー構造体９２０’は、第１の複数の結合９１１を介して直接、又は官能基を介して間接的に第１の電極９０２に結合していてもよく、第２の複数の結合９１２を介して直接、又は官能基を介して間接的に第２の電極９０３に結合していてもよい。ポリメラーゼ９０５は、リンカーを介して三次ポリマー構造体９２０’に連結していてもよく、第２のポリヌクレオチド９５０の少なくとも配列を使用して、ヌクレオチド９２１などのヌクレオチドを第１のポリヌクレオチド９４０に付加することができる。構成９００’は、図８Ａ～図８Ｂを参照して記載されるような他の構成要素を含んでもよいが、ここでは省略されている。

図９Ｂに例示されている例では、三次ポリマー構造体９２０’は、導電性であってもよく、これにより、三次ポリマー構造体９２０’及び結合９１１、９１２（一部の例では、官能基を含む）は、第１の電極９０２と第２の電極９０３との間に導電性ブリッジを形成する。ヌクレオチド９２１の標識９３１’は、三次ポリマー構造体９２０’の一部分にハイブリダイズすることによって、第１の電極９０２と第２の電極９９０３との間の電流を変化させることができる。他のヌクレオチドの他の標識（具体的に示されていない）も、同様に、図８Ａ～図８Ｂを参照して記載されている様式と同様の様式で、三次ポリマー構造体９２０’の一部にハイブリダイズして、相互に区別可能なそれぞれの電流をもたらすことができる。

図８Ａ～図８Ｂ及び図９Ａ～図９Ｂを参照して記載されているような構成は、ポリヌクレオチドを配列決定するのに好適な任意の方法に使用することができる。例えば、図１０は、図８Ａ～図８Ｂ又は図９Ａ～図９Ｂの構成のいずれかを使用して、ポリヌクレオチドを配列決定するための方法１０００における、操作のフロー例を例示する。図１０に例示されている方法１０００は、第２のポリヌクレオチドの少なくとも配列を使用し、ポリメラーゼを使用して、ヌクレオチドを第１のポリヌクレオチドに付加することを含む（操作１０１０）。例えば、図８Ａ～図８Ｂを参照して記載されているポリメラーゼ８０５は、ヌクレオチド８２１、８２２、８２３及び８２４の各々を、第２のポリヌクレオチド８５０の少なくとも配列を使用して、第１のポリヌクレオチド８４０に付加することができる。又は、例えば、図９Ａ～図９Ｂを参照して記載されているポリメラーゼ９０５は、第２のポリヌクレオチド（他のヌクレオチド、並びに第１のポリヌクレオチド及び第２のポリヌクレオチドは、具体的には示されていない）の少なくとも配列を使用して、ヌクレオチド９２１及び他のヌクレオチドを第１のポリヌクレオチドに付加することができる。

図１０に例示されている方法１０００は、ヌクレオチドにそれぞれ連結した標識を使用して、第１の電極と第２の電極との間の電流を変化させることを含み得る（操作１０２０）。粒子は、第１の複数の結合を介して第１の電極に連結していてもよく、第２の複数の結合を介して第２の電極に連結していてもよい。このような結合は、直接であってもよく、又は間接的であってもよい（例えば、官能基を含むことができる）。例えば、図８Ａ～図８Ｂを参照して記載されている標識８３１、８３２、８３３、８３４はそれぞれ、ヌクレオチド８２１、８２２、８２３及び８２４に連結されていてもよい。ポリメラーゼ８０５はそれぞれ、それらのヌクレオチドを第１のポリヌクレオチド８４０に付加するので、それらのヌクレオチドのそれぞれに連結されている標識は、第１の電極８０２と第２の電極８０３との間の導電を変化させるよう、官能基８１１にハイブリダイズすることができる。あるいは、例えば、図９Ａを参照して記載されている標識９３１は、ヌクレオチド９２１に連結されていてもよく、他の標識が、他のヌクレオチドに連結されていてもよい（他の標識及び他のヌクレオチドは、具体的には示されていない）。ポリメラーゼ９０５はそれぞれ、それらのヌクレオチドを第１のポリヌクレオチドに付加するので、それらのヌクレオチドにそれぞれ連結されている標識は、第１の電極９０２と第２の電極９０３との間に一過的な導電性ブリッジを形成することができる。あるいは、例えば、図９Ｂを参照して記載されている標識９３１’は、ヌクレオチド９２１に連結されていてもよく、他の標識が、他のヌクレオチドに連結されていてもよい（他の標識及び他のヌクレオチドは、具体的には示されていない）。ポリメラーゼ９０５はそれぞれ、それらのヌクレオチドを第１のポリヌクレオチド９４０に付加するので、それらのヌクレオチドにそれぞれ連結されている標識は、三次ポリマー構造体の一部にハイブリダイズし、結果として、第１の電極９０２と第２の電極９０３との間の電流を変化させることができる。

図１０を再度、参照すると、方法１０００は、ポリメラーゼが、ヌクレオチドに対応する標識を使用して誘発されたブリッジを流れる電流の少なくとも変化を使用して、第１のポリヌクレオチドにそれらのヌクレオチドを付加する、配列を検出することを含むことができる（操作１０３０）。例えば、図８Ａ～図８Ｂを参照して記載されている検出回路８６０は、標識８３１、８３２、８３３及び８３４と官能基８１１との間のそれぞれのハイブリダイゼーションに応答してブリッジに流れる電流の変化を検出することができる。同様の検出回路（具体的には、例示されていない）は、図９Ａに例示されているような、標識９３１（及び、他の類似の標識）を使用して、一過的な導電性ブリッジの形成に起因する電流の変化を検出することができる。同様の検出回路（具体的には、例示されていない）は、標識９３１’（及び、他の類似の標識）と三次ポリマー構造体９２０’の一部との間のそれぞれのハイブリダイゼーションに応答して、図９Ｂに例示されている、三次ポリマー構造体９２０’を流れる電流の変化を検出することができる。

別の非限定例では、図３Ａに例示されているナノ粒子３２０は、反応性表面基、例えば、ストレプトアビジンを含み、例えば、ビオチン－ストレプトアビジン結合を介してポリメラーゼ３０５に結合している。ヌクレオチド試薬は、標識が、電極３０２と電極３０３との間の空間に接近すると、それらの電極間の導電性（又は電気抵抗）を変化させることができるそれぞれの導電性標識を含むように修飾され得る。第１のポリヌクレオチドは、第２のポリヌクレオチドの少なくとも配列を使用して延ばされるので、検出回路は、電気シグナルの少なくとも観察を使用して、ベースコール（ヌクレオチド検出）を行うことができ、この場合、区別可能な導電性標識に連結したヌクレオチドは、ヌクレオチドの取り込み事象の間に、区別可能な導電性の一過的変化を生じる。

別の非限定例では、図３Ｂに例示されているナノ粒子３２０ａは、ＤＮＡ二本鎖３１１ａ、３１２ｂに連結されて、第１の電極３０２ａ及び第２の電極３０３ａにナノ粒子を結合させて、一方の電極からもう一方の電極へのＤＮＡ二本鎖を介する導電経路を設けることができる。分析対象（ヌクレオチドに連結された標識など）の感知は、分析対象と、例えば、水素結合、ハイブリダイゼーション、インターカレーション、溝結合などにより、それらに連結されているＤＮＡ二本鎖３１１ａ、３１２ｂを有するナノ粒子３２０ａとの間の分子相互作用の任意の好適な様式により実現することができる。

別の非限定例では、図３Ｄに例示されている、金ナノ粒子３２０ｃ、３２１ｃ及びＤＮＡリンカー３３０ｃは、ダンベル形状の複合体を形成して、ナノ粒子－分子接合デバイス３００ｃをもたらし、この場合、ナノ粒子は、電極自体の延在部として働くことができる。ＤＮＡ二本鎖リンカーは、その単一分子の性質によって、例えば、水素結合、ハイブリダイゼーション、インターカレーション、溝結合などによる、分析対象（ヌクレオチドに連結されている標識など）との分子間相互作用のいずれかの様式に非常に感度が高くなり得る。

図９Ａ～図９Ｂを参照して記載されているような構成の構成要素は、ポリヌクレオチドの配列決定の使用に限定されず、実際に、粒子又はポリメラーゼとの使用に限定されない。例えば、図１４は、両電極間に一過的ブリッジを含む、例となる構成１４００を概略的に例示している。構成１４００は、空間によって相互に離隔されている、第１の電極１４０２及び第２の電極１４０３；空間の長さと少なくとも同じ長さを有する第１の導電性標識１４３１を含む流体；並びに第１の導電性標識を使用して、第１の電極と第２の電極との間の第１の導電性ブリッジの一過的形成に応答して第１のシグナルを発生させるための検出回路（図１４には具体的に例示されていない）を含む。例示として、流体は、図９Ａを参照して記載されている導電性標識９３１と同様に構成され得る導電性標識１４３１、例えば、第１の電極１４０２と第２の電極１４０３との間の空間の長さと少なくとも同じ長さを有するが、ヌクレオチドに必ずしも連結されている必要のない標識を含むことができる。検出回路８６０と同様に構成されている検出回路は、導電性標識１４３１を使用して、第１の電極１４０２と第２の電極１４０３との間の導電性ブリッジの一過的形成に応答してシグナルを発生することができる。一部の例では、導電性標識１４３１は、第１の電極１４０２及び第２の電極１４０３の各々に一過的に結合して、第１の導電性ブリッジを形成することができる。流体は、任意の好適な数の導電性標識、例えば、空間の長さと少なくとも同じ長さを有する少なくとも第２の導電性標識（具体的には例示されていない）を含むことができ、検出回路は、第２の導電性標識を使用して、第１の電極１４０２と第２の電極、１４０３との間の第２の導電性ブリッジの一過的な形成に応答して、第２のシグナルを発生することができる。検出回路は、例えば、検出回路８６０が異なる標識間で区別することができる方法と同様の方法で、第１のシグナルと第２のシグナルとの間の少なくとも差異を使用して、第１の導電性ブリッジ及び第２の導電性ブリッジの形成を更に区別することができる。

一部の例では、導電性標識１４３１は、第１の電極１４０２に一過的に結合する第１の反応性基、及び第２の電極１４０３に一過的に結合する第２の反応性基を含む。一部の非限定例では、第１の反応性基及び第２の反応性基は、チオール、アミン、イソチオシアニド、ホスフィン、カルボキシル、セレノ、ピリジン、及びメチルスルフィドからなる群から選択することができる。検出回路は更に、第１の導電性ブリッジ間に、第１の反応性基と第１の電極との間の一過的結合、及び第２の反応性基と第２の電極との間の一過的結合を妨害するバイアス電圧を印加することができる。このような反応性基を介して電極に一過的に結合することができる分子であって、一過的結合が適切なバイアス電圧の印加を使用して妨害され得る、分子の例に関しては、その全内容が参照により本明細書に組み込まれる次の参照文献を参照されたい：Ｌｉら、「Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｂｒｅａｋｄｏｗｎ ｉｎ ｓｉｎｇｌｅ ｍｏｌｅｃｕｌｅ ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ」Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１３７巻（１５号）：５０２８～５０３３頁（２０１５年）。Ｌｉにおいて記載されているような例となる分子は、本明細書に記載されているような様式で標識として使用することができる。このような例の有用な特徴は、電極への標識の結合形成が妨害された後に、両電極間の電流が妨害されて、両電極が、別のこのような標識との一過的結合を直ちに受け入れる用意があることである。更に、それぞれの標識が電極に一過的に結合する時間量は、一過的結合を妨害するバイアス電圧を少なくとも印加するタイミングを使用して制御することができる。

一部の例では、各導電性標識１４３１は、特定の閾値電圧を超えると妨害され得る、１つの個々のタイプの反応性基を含む。一部の非限定例では、反応性基は、チオール、アミン、イソチオシアニド、ホスフィン、カルボキシル、セレノ、ピリジン、及びメチルスルフィドからなる群から選択することができる。標識の特性は、一過的ブリッジの導電性でコード化されてもよい。例えば、一過的ブリッジは、両電極間に異なる伝導率をもたらし得る、相互に異なるポリマー配列を含むことができ、この伝導率に基づいて、それぞれの標識が同定され得る。この導電性は、標識の物理的又は化学的特性を変化させることによって設定又は調節することができる。このような例では、標識の各タイプは、相互に同じタイプの反応性基を含むことができるので、調製及び実施は、標識のタイプごとに異なる反応性基を設けることに比べると単純化することができる。

図１５は、両電極間に一過的ブリッジを含む、例となる構成１５００を概略的に例示する。構成１５００は、ポリヌクレオチドの配列決定の使用に限定されず、実際に、粒子又はポリメラーゼとの使用に限定されないが、一部の例では、図９Ｂを参照して記載されている構成９００’と同様の様式で、ポリヌクレオチドを配列決定するために使用することができる。構成１５００は、空間によって相互に離隔された第１の電極１５０２及び第２の電極１５０３、及び第１の電極と第２の電極との間の空間に広がるブリッジ１５２０を含む。ブリッジ１５２０は、ポリマー鎖（ポリヌクレオチドなど）又は他の好適な構造体を含んでもよく、一部の例では、図１５に例示されているような構築物１５９０を含む三次構造で設けられてもよいか、又は図３Ｂ～図３Ｄに例示されているような官能基中に設けられてもよい。導電性標識１５３１は、第１の電極１５０２と第２の電極１５０３との間に導電性ブリッジを設けるような様式でブリッジ１５２０に一過的に結合することができ、これに基づいて、標識の特性を判定することができる。一非限定例では、標識（例えば、標識１５３１）は、オリゴヌクレオチドを含むことができる。例えば、好適な検出回路は、導電性ブリッジの形成に応答してシグナルを発生することができる。検出回路は、シグナルの発生後、生じた導電性ブリッジに、標識１５３１とブリッジ１５２０との間の一過的結合を妨害するバイアス電圧を更に印加することができる。標識１５３１がブリッジ１５２０に一過的に結合する速度は、オンレートと称されることがある。このような一過的な結合形成の後に、標識１５３１を、所望の時間量の間、例えば、ベースコールの信頼性を高くするために十分なデータを収集した後に所定の位置に残し、こうして、除去バイアス電圧を印加すると、選択されて制御されたオフレートをもたらすことができる。標識の特性は、それぞれの標識１５３１の間の導電性の差異で、又は標識の破壊特性（例えば、標識がそれぞれ、印加したバイアス電圧に応答して、ブリッジから解離する電圧又は時間）を使用してコード化することができる。一部の例では、ブリッジ１５２０のポリマー鎖及び標識はそれぞれ、ＤＮＡ、ＲＮＡ、ＰＮＡなどのポリヌクレオチドを含む。一非限定例では、ブリッジのポリマー鎖は、ｓｓＤＮＡを含み、標識の少なくとも１つは、ブリッジにハイブリダイズしてＡ型ｄｓＤＮＡをもたらすｓｓＤＮＡを含み、標識の少なくとも１つは、ブリッジにハイブリダイズしてＢ型ｄｓＤＮＡをもたらすｓｓＤＮＡを含む。生じたＡ型ｄｓＤＮＡ及びＢ型ｄｓＤＮＡは、相互に異なる伝導性を有してもよく、伝導性に基づいて、生じたヌクレオチドを同定することができる。例えば、標識とブリッジのポリマー鎖との間のそれぞれのハイブリダイゼーションがブリッジ自体ほど安定ではないことに基づいて、バイアス電圧の印加により、標識の解離が引き起こされ得る。

図１６Ａ～図１６Ｃは、選択的に完成させることができるブリッジを備える例となる構成１６００を概略的に例示する。構成１６００は、ポリヌクレオチドの配列決定の使用に限定されず、実際に、粒子又はポリメラーゼとの使用に限定されないが、一部の例では、図９Ｂを参照して記載されている構成９００’と同様の様式で、ポリヌクレオチドを配列決定するために使用することができる。構成１６００は、空間によって相互に離隔された第１の電極１６０２及び第２の電極１６０３、並びに第１の電極と第２の電極との間の空間に架かる第１のブリッジ及び第２のブリッジを含む。第１のブリッジは、第１のポリマー鎖を含み、第２のブリッジは、第１のポリマー鎖とは異なる第２のポリマー鎖を含むことができる。例えば、図１６Ａ～図１６Ｃに例示されている非限定的な構成では、図２又は図９Ｂを参照して記載されているような三次ポリマー構造体１６２０は、複数回フォールディングされて、区別可能なポリマー鎖１６２１、１６２２を形成するよう架橋されている単一ポリマー分子を含むことができ、上記のポリマー鎖の各々は、選択的に完成し得るブリッジに相当する。例えば、流体は、第１のポリマー鎖１６２１にハイブリダイズし、第２のポリマー鎖１６２２にハイブリダイズしない、第１のオリゴマー１６３１を含んでもよい。例えば、第１のオリゴマー１６３１は、図８Ａを参照して記載されている標識８３１と同様に構成されていてもよいが、ヌクレオチドに必ずしも連結されている必要はなく、オリゴマー１６３１が、図１６Ｂに例示されているような様式で、第１のポリマー鎖１６２１にハイブリダイズし、第２のポリマー鎖１６２２にはハイブリダイズしないことの理由となる配列を有することができる。検出回路８６０に類した検出回路は、第１のポリマー鎖への第１のオリゴマー１６３１のハイブリダイゼーションに応答して、第１のシグナルを発生することができる。

流体は、任意の好適なポリマー鎖、又は三次ポリマー１６２０構造体の鎖と、それぞれハイブリダイズすることになる任意の好適な数のオリゴマーを含むことができる。例示として、流体は、図１６Ｃに例示されているような様式で、第２のポリマー鎖１６２２にハイブリダイズすることができ、第１のポリマー鎖１６３１にハイブリダイズすることができない第２のオリゴマー１６３２を更に含んでもよく、検出回路は、第２のポリマー鎖への第２のオリゴマー１６３２のハイブリダイゼーションに応答して、第２のシグナルを発生することができる。本明細書の他の箇所に記載されている様式と同様の様式で、検出回路は更に、第１のシグナルと第２のシグナルとの間の少なくとも差異を使用して、例えば、第１及び第２のポリマー鎖１６２１、１６２２の少なくとも異なる配列を使用して、又は第１及び第２のオリゴマー１６３１、１６３２の少なくとも異なる配列を使用して、第１のオリゴマー１６３１と第１のポリマー鎖１６２１とのハイブリダイゼーションと、第２のオリゴマー１６３２と第２のポリマー鎖１６２２とのハイブリダイゼーションを区別することができる。この点では、第１及び第２のオリゴマー１６３１、１６３２は、三次ポリマー構造体１６２０内部でブリッジを選択的に完成すると考えることができる。同様に、流体は、第３及び第４のオリゴマーを含むことができ、電極１６０２と電極１６０３との間の異なる導電性をもたらすよう、三次構造１６２０の第３及び第４のポリマー鎖と選択的にハイブリダイズすることができる。三次構造の例は、図２及び９Ｂを参照して記載されているような、ポリヌクレオチド三次構造（例えば、ＤＮＡ折り紙）又はポリペプチド三次構造を含む。例えば、第１及び第２のポリマー鎖１６２１、１６２２（及び、提供される場合、任意の追加のポリマー鎖）は、一部の例では、それぞれの一本鎖ＤＮＡ配列を含んでもよく、第１及び第２のオリゴヌクレオチド１６３１、１６３２（及び、提供される場合、任意の追加のオリゴヌクレオチド）はそれぞれ、一本鎖ＤＮＡ配列の１つをそれぞれ相補して、これらに選択的にハイブリダイズする一本鎖ＤＮＡ配列を含む。一部の例では、ポリマー鎖（例えば、１６２１、１６２２）はそれぞれ、狭窄部１６９０の少なくとも一部に及ぶことがある。第１及び第２のオリゴヌクレオチド１６３１、１６３２は、一部の例では、図１５を参照して記載されるような様式で、バイアス電圧を印加することによって除去することができる。

したがって、本明細書に記載されているデバイス、構成、及び方法は、比較的少ない構成要素を有する電子デバイスの製造の制御の強化を実現することができる。本デバイス、構成、及び方法は、任意の好適な粒子と共に使用されてもよく、粒子は、一部の例では、官能基を含んでもよい。このような官能基は、例えば、ポリヌクレオチド（ＤＮＡなど）、有機低分子、ポリマー又はπ－コンジュゲート材料を含むことができる。さまざまなサイズの粒子を容易に調製することができ、したがって、さまざまなサイズの空間に合うように粒子を調整することができるので、本デバイス、構成、及び方法の別の例となる特徴は、両電極間の空間の変動性に適応する能力を含むことができる。例えば、サイズ分布を有するナノ粒子の単一溶液を使用して、アレイにおけるそれぞれの対応のデバイスにとって適切なサイズの粒子を自己選択することができ、したがって、例えば、図６Ａ～図６Ｂ及び図７を参照して記載されているような様式で、そのようなアレイ内部の両電極間の空間の変動性に適応することができる。粒子、ポリメラーゼ及び電極のそれぞれのアセンブリは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、原子間力顕微鏡法（ＡＦＭ）などの標準的な顕微鏡技法を使用して、容易に画像化することができるので、本デバイス、構成、及び方法の別の例となる特徴は、品質管理の容易さを含むことができる。

非限定的な実施例
以下の実施例は、単に例示であり、限定を意図するものではない。

図１１Ａは、図３Ｂに例示されているようなデバイスを調製する方法における、操作のフロー例を例示する。図１１Ａに例示されている非限定例では、プロセス（ａ）において、約２０ｎｍの金ナノ粒子を、５’－修飾した３０マーのオリゴヌクレオチド（名目上、１０ｎｍの長さ）の末端のチオール基と反応させた。次に、プロセス（ｂ）において、５’－修飾したオリゴヌクレオチドを、その外側に面する末端にジスルフィド基を有する５’－修飾した相補性（complimentary）の３０マーのオリゴヌクレオチドとハイブリダイズさせによって、反応性ジスルフィドコロナ（図１１Ａでは、「Ｙ」基によって表示されている）を有するＤＮＡ二本鎖によって取り囲まれた金ナノ粒子を得た。図１１Ｂは、図１１Ａに例示されている方法の例となる結果を例示している。より詳細には、図１１Ｂにおいて、一本鎖オリゴヌクレオチドをナノ粒子にグラフトした後（１１０１）、及びそれらの一本鎖オリゴヌクレオチドを相補性オリゴヌクレオチドにハイブリダイズした後（１１０２）に、粒子あたりのオリゴヌクレオチドの数の蛍光アッセイによる特徴付けが示されている。

図１１Ｃは、図３Ｂに例示されているようなデバイスを調製する方法における、追加の操作のフロー例を例示する。図１１Ａを参照して記載されている操作（ａ）及び（ｂ）を使用して、反応性ジスルフィドコロナ（図１１Ｃ中、「ＤＳ」基によって表示されている）を有するＤＮＡ二本鎖によって囲まれている金ナノ粒子を調製し、そのように調製した金ナノ粒子を、次に、電極と連結させた。より詳細には、プロセス（ｃ）において、官能基化されたナノ粒子を液体に溶解し、この液体を、約５０～６０ｎｍだけ離隔した一対の金電極に適用した。液体中の単一粒子を金電極に輸送し、電極に結合させた。図１１Ｄは、図１１Ｃに例示されている操作の結果例を例示する。図１１Ｄの画像（ａ）は、図１１Ｃのプロセス（ｃ）の前の裸の金電極のＳＥＭ画像である。これら電極は、１００ｎｍ未満、この場合、ほぼ３０ｎｍだけ離隔されているように見える。図１１Ｄの画像（ｂ）は、図１１Ｃのプロセス（ｃ）の後の金電極のＳＥＭ画像であり、ここでは、単一金ナノ粒子が両金電極間に配置されていることを観察することができる。図１１Ｄの画像（ｃ）は、両金電極間に配置されている単一金ナノ粒子の拡大ＳＥＭ画像である。図１１Ｄの画像（ｃ）から、金ナノ粒子は、両電極間の間隔よりも小さな直径を有すること、及びこのナノ粒子は、両電極のそれぞれからほぼ均等に離隔していることが理解され得る。この手法により、ほぼ５～１０％の歩留まりで、単一ナノ粒子デバイスが生産された。それぞれの電極対によって印加されるＡＣ又はＤＣ電場を使用して、単一分子を能動的に捕捉することによって、一層高い歩留まりを期待することができる。

図１２Ａは、図３Ｃに例示されているようなデバイスを調製する方法における、操作のフロー例を例示する。図１２Ａに例示されている非限定例では、プロセス（ａ）において、図１１Ａ～図１１Ｄを参照して記載されているようなものと類似した裸の金電極を、緩衝溶液中で、５’－修飾した３０マーのオリゴヌクレオチドの末端のチオール基と反応させた。次に、プロセス（ｂ）において、５’－修飾オリゴヌクレオチドを、図１１Ａのプロセス（ａ）を使用して生成したほぼ２０ｎｍの金ナノ粒子に結合した、５’－修飾した３０マーの相補性オリゴヌクレオチドとハイブリダイズした。結果は、約５０～６０ｎｍだけ相互に離隔した金電極に結合した一本鎖ＤＮＡと二本鎖を形成した一本鎖ＤＮＡによって囲まれた金ナノ粒子であった。図１２Ｂは、図１２Ａに例示されている操作の結果例を例示している。より詳細には、図１２Ｂは、図１２Ａのプロセス（ｂ）の後の金電極のＳＥＭ画像であり、ここでは、単一金ナノ粒子が、両金電極間に配設されていることを観察することができる。この手法により、ほぼ５～１０％の歩留まりで、単一ナノ粒子デバイスが生産された。それぞれの電極対によって印加されるＡＣ又はＤＣ電場を使用して、単一分子を能動的に捕捉することによって、一層高い歩留まりを期待することができる。

さまざまな例示的な例が上に記載されているが、さまざまな変更及び改変が、本発明から逸脱することなく、本明細書において行われ得ることは、当業者に明白であろう。添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨及び範囲内に収まる、このような変更及び改変のすべてを包含することが意図される。

Claims (87)

1. デバイスであって、
   空間によって相互に離隔されている第１の電極及び第２の電極と、
   第１の複数の結合を介して前記第１の電極に連結され、第２の複数の結合を介して前記第２の電極に連結される、粒子と、
   前記粒子に連結されているポリメラーゼと、
   を備える、デバイス。
2. 前記粒子が、前記第１の電極と前記第２の電極との間に導電性ブリッジの少なくとも一部を形成する、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記粒子が非導電性である、請求項１に記載のデバイス。
4. 前記粒子が、三次構造を有するポリマーを含む、請求項１に記載のデバイス。
5. 前記三次構造を有する前記ポリマーが、ポリヌクレオチド又はポリペプチドを含む、請求項４に記載のデバイス。
6. 前記ポリヌクレオチド又は前記ポリペプチドが、フォールディングされて、中央狭窄部を有する三次構造に架橋されており、前記中央狭窄部が、前記第１の電極と前記第２の電極の間に導電性ブリッジの一部を形成する、請求項５に記載のデバイス。
7. 前記粒子が、ナノ粒子を前記第１の電極及び前記第２の電極に結合させる官能基を有する前記ナノ粒子を含む、請求項１に記載のデバイス。
8. 前記ナノ粒子が無機物である、請求項７に記載のデバイス。
9. 前記粒子が、前記空間の長さの少なくとも約１０％の直径を有する、請求項１～８のいずれか一項に記載のデバイス。
10. 前記粒子が、リンカーによって相互に連結した一対のナノ粒子を含む、請求項１～９のいずれか一項に記載のデバイス。
11. デバイスを作製する方法であって、
    相互に離隔されている第１の電極及び第２の電極上に溶液を堆積させることであって、
    前記溶液が、液体中に粒子を含み、各粒子が、それぞれのポリメラーゼに連結されている、ことと、
    前記粒子の１つを前記溶液から前記第１の電極及び前記第２の電極に隣接する空間に輸送することと、
    前記第１の電極及び前記第２の電極の各々に、前記粒子の前記１つを結合させることと、
    を含む、方法。
12. 前記輸送することが、前記第１の電極及び前記第２の電極において、前記粒子の前記１つを誘導泳動により又は磁気により捕捉することを含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記結合することが、前記第１の電極と前記粒子の前記１つとの間に前記第１の複数の結合を形成すること、及び前記第２の電極と前記粒子の前記１つとの間に前記第２の複数の結合を形成することを含む、請求項１１～１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記粒子の前記１つを使用して、前記第１の電極及び前記第２の電極に隣接する前記空間からの他の粒子を立体的に排除することを更に含む、請求項１１～１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 前記粒子が、前記第１の電極と前記第２の電極との間に導電性ブリッジの少なくとも一部を形成する、請求項１１～１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記粒子が非導電性である、請求項１１～１４のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記粒子が、三次構造を有するポリマーを含む、請求項１１～１４のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記三次構造を有する前記ポリマーが、ポリヌクレオチド又はポリペプチドを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記ポリヌクレオチド又は前記ポリペプチドが、フォールディングされ、かつ中央狭窄部を有する三次構造に架橋されており、前記中央狭窄部が、前記第１の電極と前記第２の電極との間に導電性ブリッジの一部を形成する、請求項１８に記載の方法。
20. 前記粒子が、ナノ粒子を前記第１の電極及び前記第２の電極に結合させる官能基を有する前記ナノ粒子を含む、請求項１１～１４のいずれか一項に記載の方法。
21. 前記ナノ粒子が無機物である、請求項２０に記載の方法。
22. 前記粒子が、前記空間の長さの少なくとも約１０％の直径を有する、請求項１１～２１のいずれか一項に記載の方法。
23. デバイスアレイであって、
    固体基板と
    前記固体基板上に配設されている複数の電極対であって、各電極対の前記電極が、それぞれの空間によって相互に離隔されている、複数の電極対と、
    各々が、それぞれの電極対の前記電極に結合されている、複数の粒子であって、
    前記電極対の大部分が、それぞれ、前記粒子のうちの単一の粒子に結合されている、複数の粒子と、
    複数のポリメラーゼであって、各ポリメラーゼが、前記粒子のうちのそれぞれ１つに連結されている、複数のポリメラーゼと、
    を備える、デバイスアレイ。
24. 前記それぞれの空間が、前記粒子がそれぞれ結合されている前記電極対の間で変動する、請求項２３に記載のデバイスアレイ。
25. デバイスアレイを作製する方法であって、
    上部に配設された複数の電極対を有する固体基板上に溶液を堆積させることであって、各電極対の前記電極が、それぞれの空間によって相互に離隔されており、
    前記溶液が、液体中に粒子を含み、各粒子が、それぞれのポリメラーゼに連結されている、ことと、
    前記粒子を前記溶液から前記空間のうちのそれぞれ１つに輸送することと、
    各電極対の前記電極に前記粒子の１つを結合させることであって、
    前記電極対の大部分がそれぞれ、前記粒子の正確に１つに結合される、ことと、
    を含む、方法。
26. 前記輸送することが、前記電極対のうちの前記それぞれ１つの前記電極において、前記粒子の前記１つを誘導泳動により又は磁気により捕捉することを含む、請求項２５に記載の方法。
27. 前記結合することが、前記粒子の前記１つと前記電極対のうちの前記それぞれの１つの前記電極の各々との間に複数の結合を形成することを含む、請求項２５又は請求項２６に記載の方法。
28. 前記粒子の前記１つを使用して、あらゆる他の粒子が、前記電極対のうちの前記それぞれの１つの前記電極に接触するのを立体的に排除することを更に含む、請求項２５～２７のいずれか一項に記載の方法。
29. 構成であって、
    空間によって相互に離隔されている第１の電極及び第２の電極と、
    第１の複数の結合を介して前記第１の電極に連結され、第２の複数の結合を介して前記第２の電極に連結される、粒子と、
    第１のポリヌクレオチド及び第２のポリヌクレオチドと、
    複数のヌクレオチドであって、各ヌクレオチドが、対応する標識に連結されている、複数のヌクレオチドと、
    前記粒子に連結されているポリメラーゼであって、前記第２のポリヌクレオチドの少なくとも配列を使用して、前記第１のポリヌクレオチドに前記ヌクレオチドを付加するための、ポリメラーゼと、
    前記第１の電極と前記第２の電極との間の電流の少なくとも変化を使用して、前記第１のポリヌクレオチドへの前記ヌクレオチドの付加の配列を検出するための検出回路であって、前記変化が、それらのヌクレオチドに対応する前記標識に応答する、検出回路と、
    を含む、構成。
30. 前記粒子が、前記第１の電極と前記第２の電極との間に導電性ブリッジの少なくとも一部を形成し、前記標識が、前記ブリッジを流れる、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記電流を変化させる、請求項２９に記載の構成。
31. 前記粒子が非導電性であり、前記標識がそれぞれ、前記第１の電極と記第２の電極との間に一過的な導電性ブリッジを形成し、前記ブリッジを介して、前記電流が流れる、請求項２９に記載の構成。
32. 前記粒子が、三次構造を有するポリマーを含む、請求項２９に記載の構成。
33. 前記三次構造を有する前記ポリマーが、ＤＮＡ又はポリペプチドを含む、請求項３２に記載の構成。
34. 前記三次構造が、前記第１の電極と前記第２の電極との間に導電性ブリッジを形成し、前記標識が、前記導電性ブリッジへのハイブリダイズによって、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記電流を変化させる、請求項３２に記載の構成。
35. 前記粒子が、ナノ粒子を前記第１の電極及び前記第２の電極に結合させる官能基を有する前記ナノ粒子を含む、請求項２９に記載の構成。
36. 前記ナノ粒子が非導電性であり、前記標識がそれぞれ、前記第１の電極と前記第２の電極との間に一過的な導電性ブリッジを形成し、前記ブリッジを介して、前記電流が流れる、請求項３５に記載の構成。
37. 前記標識の少なくとも１つが、カーボンドット、導電性ポリマー、π共役低分子、ナノチューブ、及びフラーレンからなる群から選択される、請求項３６に記載の構成。
38. 前記ナノ粒子及び前記官能基が、前記第１の電極と前記第２の電極との間の導電性ブリッジの少なくとも一部を形成し、前記標識が、前記官能基へのハイブリダイズによって、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記電流を変化させる、請求項３５～３７のいずれか一項に記載の構成。
39. 前記粒子が、リンカーによって相互に連結されている一対のナノ粒子を含み、前記標識が、前記リンカーへのハイブリダイズによって、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記電流を変化させる、請求項２９に記載の構成。
40. 配列を決定する方法であって、
    第２のポリヌクレオチドの少なくとも配列を使用し、ポリメラーゼを使用して、ヌクレオチドを第１のポリヌクレオチドに付加することと、
    前記ヌクレオチドにそれぞれ連結されている標識を使用して、第１の電極と第２の電極との間の電流を変化させることであって、粒子が、第１の複数の結合を介して前記第１の電極に連結され、第２の複数の結合を介して前記第２の電極に連結される、ことと、
    前記ポリメラーゼが前記第１のポリヌクレオチドに前記ヌクレオチドを付加する配列を検出することであって、それらのヌクレオチドに対応する前記標識を使用して誘発された前記電流の少なくとも変化を使用する、ことと、
    を含む、方法。
41. 前記粒子が、前記第１の電極と前記第２の電極との間に導電性ブリッジの少なくとも一部を形成し、前記標識が、前記ブリッジを流れる、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記電流を変化させる、請求項４０に記載の方法。
42. 前記粒子が非導電性であり、前記標識がそれぞれ、前記第１の電極と前記第２の電極との間に一過的な導電性ブリッジを形成し、前記ブリッジを介して、前記電流が流れる、請求項４０に記載の方法。
43. 前記粒子が、三次構造を有するポリマーを含む、請求項４０に記載の方法。
44. 前記三次構造を有する前記ポリマーが、ＤＮＡ又はポリペプチドを含む、請求項４３に記載の方法。
45. 前記三次構造が、前記第１の電極と前記第２の電極との間に導電性ブリッジを形成し、前記標識が、前記導電性ブリッジへのハイブリダイズによって、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記電流を変化させる、請求項４４に記載の方法。
46. 前記粒子が、ナノ粒子を前記第１の電極及び前記第２の電極に結合させる官能基を有する前記ナノ粒子を含む、請求項４０に記載の方法。
47. 前記ナノ粒子が非導電性であり、前記標識がそれぞれ、前記第１の電極と前記第２の電極との間に一過的な導電性ブリッジを形成し、前記ブリッジを介して、前記電流が流れる、請求項４６に記載の方法。
48. 前記標識の少なくとも１つが、カーボンドット、導電性ポリマー、π共役低分子、ナノチューブ、及びフラーレンからなる群から選択される、請求項４７に記載の方法。
49. 前記ナノ粒子及び前記官能基が、前記第１の電極と前記第２の電極との間の導電性ブリッジの少なくとも一部を形成し、前記標識が、前記官能基へのハイブリダイズによって、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記電流を変化させる、請求項４６～４８のいずれか一項に記載の方法。
50. 前記粒子が、リンカーによって相互に連結されている一対のナノ粒子を含み、前記標識が、前記リンカーへのハイブリダイズによって、前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記電流を変化させる、請求項４０に記載の方法。
51. 構成であって、
    空間によって相互に離隔されている第１の電極及び第２の電極と、
    前記空間の長さと少なくとも同じ長さを有する第１の導電性標識を含む流体と、
    前記第１の導電性標識を使用して、前記第１の電極と前記第２の電極との間の第１の導電性ブリッジの一過的形成に応答して、第１のシグナルを発生させる検出回路と
    を含む、構成。
52. 前記第１の導電性標識が、カーボンドット、導電性ポリマー、π共役低分子、ナノチューブ、又はフラーレンを含む、請求項５１に記載の構成。
53. 前記流体が、前記空間の長さと少なくとも同じ長さを有する第２の導電性標識を更に含み、
    前記検出回路が、前記第２の導電性標識を使用して、前記第１の電極と前記第２の電極との間の第２の導電性ブリッジの一過的形成に応答して、第２のシグナルを発生させるためのものである、
    請求項５１又は請求項５２に記載の構成。
54. 前記検出回路が更に、前記第１のシグナルと前記第２のシグナルとの間の少なくとも差異を使用して、前記第１の導電性ブリッジの形成と前記第２の導電性ブリッジの形成とを区別するためのものである、請求項５３に記載の構成。
55. 前記第１の導電性標識が、前記第１の電極及び前記第２の電極の各々に一過的に結合して、前記第１の導電性ブリッジを形成する、請求項５１～５４のいずれか一項に記載の構成。
56. 前記第１の導電性標識が、前記第１の電極に一過的に結合するための第１の反応性基、及び前記第２の電極に一過的に結合するための第２の反応性基を含む、請求項５５に記載の構成。
57. 前記第１の反応性基及び第２の反応性基が、アミン、イソチオシアニド、ホスフィン、カルボキシル、セレノ、ピリジン、及びメチルスルフィドからなる群から選択される、請求項５６に記載の構成。
58. 前記検出回路が更に、前記第１の導電性ブリッジ間に、前記第１の反応性基と前記第１の電極との間の前記一過的結合、又は前記第２の反応性基と前記第２の電極との間の前記一過的結合を妨害するバイアス電圧を印加するためのものである、請求項５６又は請求項５７に記載の構成。
59. 前記バイアス電圧が、前記第１の反応性基と前記第１の電極との間の前記一過的結合、及び前記第２の反応性基と前記第２の電極との間の前記一過的結合を妨害する、請求項５８に記載の構成。
60. 前記第１の電極及び前記第２の電極に隣接して連結されているポリメラーゼと、
    前記第１の導電性標識に連結されているヌクレオチドであって、
    前記第１の導電性標識が、前記ポリメラーゼを使用して、前記ヌクレオチドに及ぼす作用に応答して前記第１の導電性ブリッジを形成する、ヌクレオチドと、
    を更に含む、請求項５１～５９のいずれか一項に記載の構成。
61. 前記第１の電極及び前記第２の電極、並びに前記ポリメラーゼに連結した粒子を更に含む、請求項６０に記載の構成。
62. 前記粒子が非導電性である、請求項６１に記載の構成。
63. 配列を決定する方法であって、
    第２のポリヌクレオチドの少なくとも配列を使用し、ポリメラーゼを使用して、ヌクレオチドを第１のポリヌクレオチドに付加することと、
    前記ヌクレオチドにそれぞれ連結した導電性標識を使用して、前記第１の電極と前記第２の電極との間に導電性ブリッジを一過的に形成することと、
    前記ポリメラーゼが、前記導電性ブリッジの少なくとも前記一過的形成を使用して、前記第１のポリヌクレオチドに前記ヌクレオチドを付加する配列を検出することと、
    を含む、方法。
64. 前記導電性標識が、カーボンドット、導電性ポリマー、π共役低分子、ナノチューブ、又はフラーレンのうちの１種以上を独立して含む、請求項６３に記載の方法。
65. 前記配列が、前記導電性ブリッジ間の導電性の少なくとも差異を使用して検出される、請求項６３又は請求項６４に記載の方法。
66. 前記導電性標識が、前記第１の電極及び前記第２の電極のそれぞれに一過的に結合して、前記導電性ブリッジを形成する、請求項６３～６５のいずれか一項に記載の方法。
67. 各導電性標識が、前記第１の電極に一過的に結合するための第１の反応性基、及び前記第２の電極に一過的に結合するための第２の反応性基を含む、請求項６６に記載の方法。
68. 前記第１の反応性基及び第２の反応性基が、アミン、イソチオシアニド、ホスフィン、カルボキシル、セレノ、ピリジン、及びメチルスルフィドからなる群から選択される、請求項６７に記載の方法。
69. 前記導電性ブリッジ間に、前記第１の反応性基と前記第１の電極との間の前記一過的結合、又は前記第２の反応性基と前記第２の電極との間の前記一過的結合を妨害するバイアス電圧を印加することを更に含む、請求項６７又は請求項６８に記載の方法。
70. 前記バイアス電圧が、前記第１の反応性基と前記第１の電極との間の前記一過的結合、及び前記第２の反応性基と前記第２の電極との間の前記一過的結合を妨害する、請求項６９に記載の方法。
71. 前記第１の電極及び前記第２の電極に隣接して連結されているポリメラーゼを使用して、前記導電性標識の１つに連結されているヌクレオチドに作用させることを更に含み、
    前記導電性標識のその１つが、前記ポリメラーゼを使用して、前記ヌクレオチドに及ぼす前記作用に応答して前記導電性ブリッジの１つを形成する、請求項６７～７０のいずれか一項に記載の方法。
72. 粒子が、前記第１の電極及び前記第２の電極、並びに前記ポリメラーゼに連結される、請求項７１に記載の方法。
73. 前記粒子が非導電性である、請求項７２に記載の方法。
74. 構成であって、
    空間によって相互に離隔されている第１の電極及び第２の電極と、
    前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記空間に架かるブリッジと、
    導電性ブリッジを形成するような様式で前記ブリッジに一過的に結合している標識を含む流体と、
    前記導電性ブリッジの形成に応答してシグナルを発生させるための、及び前記シグナルの発生後に前記導電性ブリッジを妨害するように選択されたバイアス電圧を発生させるための検出回路と、
    を含む、構成。
75. 検出する方法であって、
    第１の電極と第２の電極との間の空間に架かるブリッジへの標識の一過的な結合形成を使用して、導電性ブリッジを形成することと、
    前記導電性ブリッジの形成を検出することと、
    続いて、バイアス電圧の印加に応答して、前記一過的な結合形成を妨害することと、
    を含む、方法。
76. 構成であって、
    空間によって相互に離隔されている第１の電極及び第２の電極と、
    前記第１の電極と前記第２の電極との間の前記空間に架かる第１のブリッジ及び第２のブリッジであって、
    前記第１のブリッジは第１のポリマー鎖を含み、
    前記第２のブリッジは、前記第１のポリマー鎖とは異なる第２のポリマー鎖を含む、第１のブリッジ及び第２のブリッジと、
    前記第１のポリマー鎖にハイブリダイズし、前記第２のポリマー鎖にハイブリダイズしない第１のオリゴマーを含む流体と、
    前記第１のポリマー鎖への前記第１のオリゴマーのハイブリダイゼーションに応答して、第１のシグナルを発生するための検出回路と、
    を含む、構成。
77. 前記流体が、前記第２のポリマー鎖にハイブリダイズし、前記第１のポリマー鎖にハイブリダイズしない、第２のオリゴマーを更に含み、
    前記検出回路が、前記第２のポリマー鎖への前記第２のオリゴマーのハイブリダイゼーションに応答して、第２のシグナルを発生するためのものである、
    請求項７６に記載の構成。
78. 前記検出回路が更に、前記第１のシグナルと前記第２のシグナルとの間の少なくとも差異を使用して、前記第１のオリゴマーと前記第１のポリマー鎖とのハイブリダイゼーションと、前記第２のオリゴマーと前記第２のポリマー鎖とのハイブリダイゼーションとを区別するためのものである、請求項７７に記載の構成。
79. 前記第１のポリマー鎖及び前記第２のポリマー鎖が、三次構造の異なる部分を含む、請求項７６～７８のいずれか一項に記載の構成。
80. 前記三次構造が、ポリヌクレオチド又はポリペプチドの三次構造を含み、
    前記第１のポリマー鎖及び前記第２のポリマー鎖がそれぞれ、第１の一本鎖ＤＮＡ配列及び第２の一本鎖ＤＮＡ配列を含み、
    前記第１のオリゴマー及び第２のオリゴマーがそれぞれ、前記第１の一本鎖ＤＮＡ配列及び前記第２の一本鎖ＤＮＡ配列をそれぞれ相補する、第３の一本鎖ＤＮＡ配列及び第４の一本鎖ＤＮＡ配列を含む、
    請求項７９に記載の構成。
81. 前記三次構造がポリペプチドを含む、請求項７９又は請求項８０に記載の構成。
82. 配列を決定する方法であって、
    第２のポリヌクレオチドの少なくとも配列を使用し、ポリメラーゼを使用して、ヌクレオチドを第１のポリヌクレオチドに付加することと、
    前記ポリメラーゼが前記ヌクレオチドの第１のものを前記第１のポリヌクレオチドに付加したことに応答して、第１の電極と第２の電極との間の空間に架かるブリッジの第１のポリマー鎖に、そのヌクレオチドに連結した第１の標識をハイブリダイズすることと、
    第１の電極と第２の電極との間の空間に架かるブリッジの第２のポリマー鎖に、前記ヌクレオチドの第２のものに連結されている第２の標識を逐次にハイブリダイズすることと、
    前記第１のポリマー鎖を有する前記第１の標識と前記第２のポリマー鎖を有する前記第２の標識との間のそれぞれのハイブリダイゼーションに応答する、前記ブリッジを流れる電流の少なくとも変化を使用して、前記ポリメラーゼが、前記ヌクレオチドの前記第１のもの及び前記ヌクレオチドの前記第２のものを前記第１のポリヌクレオチドに付加する配列を検出することと、
    を含む、方法。
83. 前記第１の標識が、前記第２のポリマー鎖とハイブリダイズせず、前記第２の標識が、前記第１のポリマー鎖とハイブリダイズしない、請求項８２に記載の方法。
84. 前記第１の標識及び前記第２の標識が、それぞれのポリマーを含む、請求項８２又は請求項８３に記載の方法。
85. 前記第１のポリマー鎖及び前記第２のポリマー鎖が、三次構造の異なる部分を含む、請求項８２～８４のいずれか一項に記載の方法。
86. 前記三次構造が、ポリヌクレオチド又はポリペプチドの三次構造を含み、
    前記第１のポリマー鎖及び前記第２のポリマー鎖がそれぞれ、第１の一本鎖ＤＮＡ配列及び第２の一本鎖ＤＮＡ配列を含み、
    前記第１の標識及び前記第２の標識がそれぞれ、前記第１の一本鎖ＤＮＡ配列及び前記第２の一本鎖ＤＮＡ配列をそれぞれ相補する第３の一本鎖ＤＮＡ配列及び第４の一本鎖ＤＮＡ配列を含む、
    請求項８２～８５のいずれか一項に記載の方法。
87. 前記三次構造がポリペプチドを含む、請求項８５又は請求項８６に記載の方法。

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