Ion semiconductor sequencing
அயன் குறைக்கடத்தி வரிசைமுறை என்பது டிஎன்ஏவின் பாலிமரைசேஷனின் போது வெளியிடப்படும் ஹைட்ரஜன் அயனிகளைக் கண்டறிவதன் அடிப்படையில் டிஎன்ஏ வரிசைமுறையின் ஒரு முறையாகும். இது "தொகுப்பின் மூலம் வரிசைப்படுத்தும்" ஒரு முறையாகும், இதன் போது ஒரு டெம்ப்ளேட் ஸ்ட்ராண்டின் வரிசையின் அடிப்படையில் ஒரு நிரப்பு ஸ்ட்ராண்ட் கட்டப்படுகிறது. வரிசைப்படுத்தப்பட வேண்டிய ஒரு வார்ப்புரு டிஎன்ஏ இழையைக் கொண்ட ஒரு நுண்ணோக்கி டியோக்ஸிரிபோநியூக்ளியோடைடு ட்ரைபாஸ்பேட்டின் (டிஎன்டிபி) ஒரு இனத்தால் நிரம்பியுள்ளது. அறிமுகப்படுத்தப்பட்ட டிஎன்டிபி முன்னணி டெம்ப்ளேட் நியூக்ளியோடைடுக்கு நிரப்பு என்றால், அது வளர்ந்து வரும் நிரப்பு இழையில் இணைக்கப்படுகிறது. இது ஒரு ஹைட்ரஜன் அயனியின் வெளியீட்டை ஏற்படுத்துகிறது, இது ஒரு ISFET அயனி சென்சாரைத் தூண்டுகிறது, இது ஒரு எதிர்வினை நிகழ்ந்துள்ளது என்பதைக் குறிக்கிறது. டெம்ப்ளேட் வரிசையில் ஹோமோபாலிமர் ரிபீட்ஸ் இருந்தால், ஒரே சுழற்சியில் பல டிஎன்டிபி மூலக்கூறுகள் இணைக்கப்படும். இது தொடர்புடைய எண்ணிக்கையிலான வெளியிடப்பட்ட ஹைட்ரஜன்கள் மற்றும் விகிதாசாரமாக அதிக மின்னணு சமிக்ஞைக்கு வழிவகுக்கிறது. இந்த தொழில்நுட்பம் மற்ற வரிசைமுறை-மூலம்-தொகுப்பு தொழில்நுட்பங்களிலிருந்து வேறுபடுகிறது, இதில் மாற்றியமைக்கப்பட்ட நியூக்ளியோடைடுகள் அல்லது ஒளியியல் பயன்படுத்தப்படவில்லை. அயன் குறைக்கடத்தி வரிசைமுறையை அயன் டொரண்ட் வரிசைமுறை, pH-மத்தியஸ்த வரிசைமுறை, சிலிக்கான் வரிசைமுறை அல்லது குறைக்கடத்தி வரிசைமுறை என்றும் குறிப்பிடலாம். தொழில்நுட்ப மேம்பாட்டு வரலாறு இந்த தொழில்நுட்பம் டிஎன்ஏ எலக்ட்ரானிக்ஸ் லிமிடெட் நிறுவனத்திடமிருந்து உரிமம் பெற்றது, இது அயோன் டொரண்ட் சிஸ்டம்ஸ் இன்க் நிறுவனத்தால் உருவாக்கப்பட்டது மற்றும் பிப்ரவரி 2010 இல் வெளியிடப்பட்டது. அயன் டொரண்ட் தங்கள் இயந்திரத்தை ஒரு விரைவான, கச்சிதமான மற்றும் சிக்கனமான சீக்வென்சராக சந்தைப்படுத்தியுள்ளது, இது ஏராளமான ஆய்வகங்களில் ஒரு பெஞ்ச் டாப் இயந்திரமாக பயன்படுத்தப்படலாம். இந்த தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி நீண்ட வாசிப்பு, உயர் அடர்த்தி கொண்ட குறைக்கடத்தி வரிசைமுறை தளத்தை உருவாக்குவதில் டிஎன்ஏ எலக்ட்ரானிக்ஸ் நிறுவனத்துடன் ரோச்சின் 454 லைஃப் சயின்சஸ் கூட்டு சேர்ந்துள்ளது. தொழில்நுட்ப வரிசை வேதியியல் இயற்கையில், வளர்ந்து வரும் டிஎன்ஏ இழையில் ஒரு டியோக்ஸிரிபோநியூக்ளியோசைடு ட்ரைபாஸ்பேட்டை (டிஎன்டிபி) இணைப்பது ஒரு சகப்பிணைப்பு உருவாக்கம் மற்றும் பைரோபாஸ்பேட் மற்றும் நேர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட ஹைட்ரஜன் அயனி வெளியீடு ஆகியவற்றை உள்ளடக்கியது. ஒரு டிஎன்டிபி முன்னணி இணைக்கப்படாத டெம்ப்ளேட் நியூக்ளியோடைடுக்கு நிரப்பு என்றால் மட்டுமே இணைக்கப்படும். அயன் குறைக்கடத்தி வரிசைமுறை எதிர்வினைக்கு ஒரு ஒற்றை இன டி. என். டி. பி. யை வழங்குவதன் மூலம் ஒரு ஹைட்ரஜன் அயனி வெளியிடப்படுகிறதா என்பதை தீர்மானிப்பதன் மூலம் இந்த உண்மைகளைப் பயன்படுத்துகிறது. ஒரு குறைக்கடத்தி சிப்பில் உள்ள நுண்ணோக்கிகள் ஒவ்வொன்றும் வரிசைப்படுத்தப்பட வேண்டிய ஒரு ஒற்றை-இழையுள்ள வார்ப்புரு டிஎன்ஏ மூலக்கூறின் பல நகல்களைக் கொண்டுள்ளன, மேலும் டிஎன்ஏ பாலிமரேஸ் தொடர்ச்சியாக மாற்றப்படாத ஏ, சி, ஜி அல்லது டி டிஎன்டிபி மூலம் நிரம்பி வழிகின்றன. அறிமுகப்படுத்தப்பட்ட டிஎன்டிபி டெம்ப்ளேட் ஸ்ட்ராண்டில் அடுத்த இணைக்கப்படாத நியூக்ளியோடைடுக்கு நிரப்பு என்றால் அது டிஎன்ஏ பாலிமரேஸ் மூலம் வளர்ந்து வரும் நிரப்பு ஸ்ட்ராண்டில் இணைக்கப்படுகிறது. அறிமுகப்படுத்தப்பட்ட டிஎன்டிபி நிரப்பு இல்லையென்றால், எந்த இணைப்பும் இல்லை மற்றும் உயிர்வேதியியல் எதிர்வினையும் இல்லை. எதிர்வினையில் வெளியிடப்படும் ஹைட்ரஜன் அயனி கரைசலின் pH ஐ மாற்றுகிறது, இது ஒரு ISFET ஆல் கண்டறியப்படுகிறது. மற்றொரு டிஎன்டிபி இனங்கள் அறிமுகப்படுத்தப்படும் போது இணைக்கப்படாத டிஎன்டிபி மூலக்கூறுகள் அடுத்த சுழற்சிக்கு முன் கழுவப்படுகின்றன. மைக்ரோவெல்ல்களின் அடுக்குக்குக் கீழே ஒரு அயனி உணர்திறன் அடுக்கு உள்ளது, அதற்குக் கீழே ஒரு ISFET அயனி சென்சார் உள்ளது. அனைத்து அடுக்குகளும் மின்னணுவியல் துறையில் பயன்படுத்தப்படுவதைப் போலவே CMOS குறைக்கடத்தி சில்லுக்குள் உள்ளன. ஒவ்வொரு சிப்பிலும் தொடர்புடைய ஐ. எஸ். எஃப். இ. டி டிடெக்டர்களுடன் மைக்ரோவெல்களின் வரிசை உள்ளது. வெளியிடப்பட்ட ஒவ்வொரு ஹைட்ரஜன் அயனியும் பின்னர் ISFET அயனி சென்சாரைத் தூண்டுகிறது. சிப்பிலிருந்து ஒரு கணினிக்கு அனுப்பப்படும் மின் துடிப்புகளின் தொடர் டிஎன்ஏ வரிசையாக மொழிபெயர்க்கப்பட்டுள்ளது, இடைநிலை சமிக்ஞை மாற்றம் தேவையில்லை. நியூக்ளியோடைடு ஒருங்கிணைப்பு நிகழ்வுகள் மின்னணுவியல் மூலம் நேரடியாக அளவிடப்படுவதால், பெயரிடப்பட்ட நியூக்ளியோடைடுகள் மற்றும் ஒளியியல் அளவீடுகளின் பயன்பாடு தவிர்க்கப்படுகிறது. சிக்னல் செயலாக்கம் மற்றும் டிஎன்ஏ அசெம்பிளி பின்னர் மென்பொருளில் மேற்கொள்ளப்படலாம். வரிசைமுறை பண்புகள் பிப்ரவரி 2011 நிலவரப்படி அயன் டொரண்ட் அயன் செமிகண்டக்டர் சீக்வென்சரில் அயன் டொரண்ட் வீட்டில் அடைந்த ஒரு அடிப்படை துல்லியம் 50 அடிப்படை ரீட்களின் அடிப்படையில் 99.6% ஆக இருந்தது, ஒரு ஓட்டத்திற்கு 100 எம்பி. பிப்ரவரி 2011 நிலவரப்படி வாசிப்பு நீளம் 100 அடிப்படை ஜோடிகளாக இருந்தது. ஹோமோபாலிமர் 5 முறை மீண்டும் மீண்டும் செய்வதற்கான துல்லியம் 98 சதவீதம் ஆகும். பிற்கால வெளியீடுகள் 400 அடிப்படை ஜோடிகளின் வாசிப்பு நீளத்தைக் காட்டுகின்றன இந்த புள்ளிவிவரங்கள் நிறுவனத்திற்கு வெளியே இன்னும் சுயாதீனமாக சரிபார்க்கப்படவில்லை. அயனி குறைக்கடத்தி வரிசைமுறையின் முக்கிய நன்மைகள் விரைவான வரிசைமுறை வேகம் மற்றும் குறைந்த முன் மற்றும் இயக்க செலவுகள் ஆகும். மாற்றியமைக்கப்பட்ட நியூக்ளியோடைடுகள் மற்றும் ஒளியியல் அளவீடுகளைத் தவிர்ப்பதன் மூலம் இது செயல்படுத்தப்பட்டுள்ளது. இந்த அமைப்பு இயற்கையான பாலிமரேஸ்-மத்தியஸ்த நியூக்ளியோடைடு ஒருங்கிணைப்பு நிகழ்வுகளை பதிவு செய்வதால், வரிசைமுறை நிகழ்நேரத்தில் நிகழலாம். உண்மையில், அமைப்பு வழியாக அடி மூலக்கூறு நியூக்ளியோடைடுகளின் சுழற்சியால் வரிசைமுறை விகிதம் வரையறுக்கப்படுகிறது. தொழில்நுட்பத்தை உருவாக்கிய அயன் டொரண்ட் சிஸ்டம்ஸ் இன்க், ஒவ்வொரு ஒருங்கிணைப்பு அளவீடும் 4 வினாடிகள் எடுக்கும் என்றும் ஒவ்வொரு ஓட்டமும் சுமார் ஒரு மணி நேரம் எடுக்கும் என்றும், இதன் போது 100-200 நியூக்ளியோடைடுகள் வரிசைப்படுத்தப்படுகின்றன என்றும் கூறுகிறது. குறைக்கடத்தி சில்லுகள் மேம்படுத்தப்பட்டால் (மூரின் சட்டத்தால் கணிக்கப்பட்டபடி), ஒரு சிப்பின் ரீட்களின் எண்ணிக்கை (எனவே ஒரு ஓட்டத்திற்கு) அதிகரிக்க வேண்டும். அறிமுகத்தின் போது அயன் டொரண்ட் சிஸ்டம்ஸ் இன்க் நிறுவனத்திடமிருந்து ஒரு pH-மத்தியஸ்தம் செய்யப்பட்ட சீக்வென்சரைப் பெறுவதற்கான செலவு சுமார் $50,000 அமெரிக்க டாலராக இருந்தது, மாதிரி தயாரிப்பு உபகரணங்கள் மற்றும் தரவு பகுப்பாய்விற்கான சேவையகம் தவிர. ஒரு ஓட்டத்திற்கான செலவு மாற்று தானியங்கி வரிசைமுறை முறைகளை விட கணிசமாக குறைவாக உள்ளது, இது தோராயமாக $1,000 ஆகும். ஹோமோபாலிமர் அதே நியூக்ளியோடைடை மீண்டும் மீண்டும் செய்தால் வரம்புகள் (எ. கா.) அவை வார்ப்புரு இழையில் உள்ளன (வரிசைப்படுத்தப்பட வேண்டிய இழைகள்) பின்னர் பல அறிமுகப்படுத்தப்பட்ட நியூக்ளியோடைடுகள் இணைக்கப்படுகின்றன மற்றும் ஒரே சுழற்சியில் அதிக ஹைட்ரஜன் அயனிகள் வெளியிடப்படுகின்றன. இதன் விளைவாக அதிக pH மாற்றம் மற்றும் விகிதாசாரமாக அதிக மின்னணு சமிக்ஞை ஏற்படுகிறது. நீண்ட தொடர்ச்சிகளை கணக்கிடுவது கடினம் என்பதால் இது அமைப்பின் வரம்பாகும். இந்த வரம்பு பைரோசீக்வென்சிங் போன்ற ஒற்றை நியூக்ளியோடைடு சேர்த்தல்களைக் கண்டறியும் பிற நுட்பங்களால் பகிர்ந்து கொள்ளப்படுகிறது. அதிக மீண்டும் மீண்டும் வரும் எண்ணிலிருந்து உருவாக்கப்படும் சமிக்ஞைகளை ஒத்த ஆனால் வேறுபட்ட எண்ணின் மீண்டும் மீண்டும் வரும் சமிக்ஞைகளிலிருந்து வேறுபடுத்துவது கடினம்; எ. கா., 7 நீளம் கொண்ட ஒரே மாதிரியான சமிக்ஞைகளை 8 நீளம் கொண்டவற்றிலிருந்து வேறுபடுத்துவது கடினம். சாங்கர் வரிசைமுறை அல்லது பைரோசீக்வென்சிங் போன்ற பிற வரிசைமுறை முறைகளுடன் ஒப்பிடும்போது குறுகிய வாசிப்பு நீளம் இந்த அமைப்பின் மற்றொரு வரம்பாகும். நீண்ட வாசிப்பு நீளங்கள் டி நோவோ மரபணு கூட்டத்திற்கு நன்மை பயக்கும். அயன் டொரண்ட் குறைக்கடத்தி சீக்வென்சர்கள் ஒரு ரீட்டுக்கு சராசரியாக சுமார் 400 நியூக்ளியோடைடுகளின் ரீட் நீளத்தை உற்பத்தி செய்கின்றன. சிப்பின் அடர்த்தியை அதிகரிப்பதன் மூலம் இதை மாற்ற டெவலப்பர்கள் நம்புகிறார்கள் என்றாலும், பிற உயர்-செயல்திறன் வரிசைமுறை தொழில்நுட்பங்களை விட செயல்திறன் தற்போது குறைவாக உள்ளது. பயன்பாடு அயன் டொரண்ட் குறைக்கடத்தி வரிசைமுறையின் உருவாக்குநர்கள் இதை ஒரு விரைவான, கச்சிதமான மற்றும் சிக்கனமான வரிசைப்படுத்தியாக சந்தைப்படுத்தியுள்ளனர், இது ஏராளமான ஆய்வகங்களில் ஒரு பெஞ்ச் டாப் இயந்திரமாக பயன்படுத்தப்படலாம். அவர்களின் அமைப்பு சிறப்பு மையங்களுக்கு வெளியே மற்றும் மருத்துவமனைகள் மற்றும் சிறிய ஆய்வகங்களின் வரம்பிற்குள் வரிசைப்படுத்தலை எடுக்கும் என்று நிறுவனம் நம்புகிறது. ஜனவரி 2011 நியூயார்க் டைம்ஸ் கட்டுரை, "டிஎன்ஏ வரிசைமுறையை வெகுஜனங்களுக்கு எடுத்துச் செல்வது", இந்த அபிலாஷைகளை அடிக்கோடிட்டுக் காட்டுகிறது. அதிக வாசிப்பு நீளத்தை அடைவதற்கான மாற்று வரிசைமுறை முறைகளின் திறன் காரணமாக (எனவே முழு மரபணு பகுப்பாய்விற்கும் மிகவும் பொருத்தமானது) இந்த தொழில்நுட்பம் நுண்ணுயிர் மரபணு வரிசைமுறை, நுண்ணுயிர் டிரான்ஸ்கிரிப்டோம் வரிசைமுறை, இலக்கு வரிசைமுறை, பெருக்கி வரிசைமுறை போன்ற சிறிய அளவிலான பயன்பாடுகளுக்கு மிகவும் பொருத்தமாக இருக்கலாம். குறிப்புகள் வெளிப்புற இணைப்புகள் அயன் டொரண்ட் வலைப்பக்கம் டிஎன்ஏ எலக்ட்ரானிக்ஸ் லிமிடெட் வலைப்பக்கம் நியூயார்க் டைம்ஸ் கட்டுரை பயோடெக்னாலஜி டிஎன்ஏ வரிசைமுறை முறைகள் மூலக்கூறு உயிரியல்