本发明专利技术提供了设置在支撑结构中的纳米孔，具有在第一流体储存器与纳米孔入口之间的流体连接和在第二流体储存器与纳米孔出口之间的第二流体连接。第一缓冲浓度的第一离子溶液设置在第一储存器中，不同于第一浓度的第二缓冲浓度的第二离子溶液设置在第二储存器中，纳米孔提供了第一与第二储存器之间的唯一流体连通路径。在纳米孔传感器中的位置上设置有电连接，其在目标物移位通过两个储存器之间的纳米孔时产生表示局部到纳米孔传感器中的至少一个位点的电位的电信号。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术提供了设置在支撑结构中的纳米孔，具有在第一流体储存器与纳米孔入口之间的流体连接和在第二流体储存器与纳米孔出口之间的第二流体连接。第一缓冲浓度的第一离子溶液设置在第一储存器中，不同于第一浓度的第二缓冲浓度的第二离子溶液设置在第二储存器中，纳米孔提供了第一与第二储存器之间的唯一流体连通路径。在纳米孔传感器中的位置上设置有电连接，其在目标物移位通过两个储存器之间的纳米孔时产生表示局部到纳米孔传感器中的至少一个位点的电位的电信号。【专利说明】通过局部电位测量进行的纳米孔感测相关申请的交叉引用 本申请要求2011年4月4日提交的美国临时申请N0.61/471,345的权益，在此其整体通过引用并入。关于联邦资助研究的声明 本专利技术是在美国国立卫生研究院(NIH)颁发的合同N0.5DP10D003900下政府资助作出的。政府在本专利技术中享有一定的权利。背景 本专利技术一般涉及采用纳米孔传感器的感测系统，并且更特别地涉及当物质通过纳米孔传感器移位时感测物质的技术。固态和生物纳米孔日益成为对于开发低成本、高通量感测系统作出的大量努力的焦点，所述感测系统可以用于感测宽范围的物质，包括单一分子。例如，已经提出使用固态纳米孔来使单一分子DNA测序技术成为可能。虽然已经使用改性蛋白质纳米孔来检测和区分通过DNA的酶裂解制备的单一 DNA碱基，但是由通过纳米孔的分子移位测序单链DNA(ssDNA)分子的目的尚未完全实现。一种提出的纳米孔感测的方法是基于检测通过设置在膜或其它支撑结构中的纳米孔的离子电流的调制的方法。给定在离子溶液中提供的待通过纳米孔移位的分子，当该分子通过纳米孔移位时，穿过纳米孔的离子电流与没有该分子的情况下通过纳米孔的离子电流相比相应地减少。该纳米孔感测方法的局限性在于通常记录小的微微安离子电流信号是相当难的，所述小的微微安离子电流信号是在与非常快的分子移位速度一致的带宽下的分子纳米孔移位的特征。DNA分子通过纳米孔的移位的速度可以是μ8/核苷酸。此外，以并行多路传输格式记录这种在高带宽下的小电流信号已被证明是极其困难的。为了避开用于纳米孔感测的离子电流测量方法的技术挑战，已经提出了几种替代的纳米孔感测方法。这些替代的方法可以归纳为意在努力采用与纳米孔整合的电子传感器来记录较大的并且相对更局部的纳米孔信号。这些纳米孔感测方法包括例如测量跨纳米孔的电容耦合和测量通过移位纳米孔的物质的隧穿电流。虽然提供了令人感兴趣的替代感测技术，这些电容耦合和隧穿电流测量技术尚未改进用于纳米孔感测的常规离子电流检测技术，并且离子电流检测技术仍然受到信号幅度和信号带宽问题的挑战。专利技术概述 通过采用局部电位感测方法提供了一种纳米孔传感器，其克服了常规纳米孔传感器和纳米孔传感技术的测量敏感性和信号带宽限制。在一个这样的实例中，提供了一种纳米孔传感器，包括设置在支撑材料中的纳米孔，具有在第一流体储存器与纳米孔入口之间的流体连接和在第二流体储存器与纳米孔出口之间的第二流体连接。第一缓冲浓度的第一离子溶液设置在第一储存器中，并且第二缓冲浓度(不同于所述第一浓度)的第二离子溶液设置在第二储存器中，纳米孔提供了第一与第二储存器之间的唯一流体连通路径。电连接被设置在纳米孔传感器中的位置上，其在目标物(object)移位通过在两个储存器之间的纳米孔时产生电信号，该电信号表示局部到纳米孔传感器中的至少一个位点的电位。该纳米孔传感器构造使得能够通过转换元件(如电连接)实现局部电位感测，其提供了高敏感性、高带宽和在移位通过纳米孔的不同目标物之间的大的信号差异。作为结果，纳米孔感测应用，如DNA测序，可以用该纳米孔传感器实现。由以下说明书和附图以及由权利要求，本专利技术的其它特征和优点将变得显而易见。附图简要说明 图1A是用于测量局部电位的第一示例性纳米孔传感器构造的示意性电路图； 图1B是图1A的纳米孔传感器构造的一个示例性晶体管实施方式的电路图； 图1C是用于测量局部电位的第二示例性纳米孔传感器构造的示意性电路图； 图1D是图1C的纳米孔传感器构造的一个示例性晶体管实施方式的电路图； 图1E是图1A和IC的传感器构造的组合的一个示例性晶体管实施方式的电路图； 图1F是用于测量局部电位的纳米孔传感器构造的单电子晶体管实施方式的示意性平面视图； 图1G是用于测量局部电位的纳米孔传感器构造的量子点接触实施方式的示意性平面视图； 图1H是为实施用于测量局部电位的蛋白质纳米孔传感器构造而设置的包括荧光染料的脂质二重层的示意性侧视图； 图2A是用于测量局部电位的纳米孔传感器的示意性图和相应的电路元件； 图2B是图1B的纳米孔传感器晶体管实施方式的电路图； 图3A是为了定量分析传感器而定义的用于测量局部电位的纳米孔传感器构造的几何特征的示意性侧视图； 图3A-3B是用于测量局部电位的纳米孔传感器的纳米孔中的电位图，其中以距进入顺储存器的纳米孔的距离为函数作图，分别针对其中顺和反储存器包含相同离子浓度的流体溶液的构造，和针对顺和反储存器包含不同离子浓度的流体溶液的构造； 图3D-3E是用于测量局部电位的纳米孔传感器的纳米孔中的电场图，分别对应于图3A-3B的电位图； 图4A是当dsDNA分子移位通过纳米孔时,对于50nm厚的纳米孔膜和用于电泳物质移位的IV跨膜电压(TMV)的配置来说，在纳米孔中电位的变化作为在IOnm以下的不同纳米孔直径离子浓度比的函数的图，其中纳米孔被设置用于局部电位测量； 图4B是图4A的图的条件下对于IOnm直径纳米孔在IV TMV下在反储存器中电位的变化图； 图4C是对于设置用于局部电位测量的纳米孔传感器，噪声源和信号作为记录带宽的函数的图； 图4D是对于一定范围的储存器溶液浓度比，设置用于局部电位测量的纳米孔传感器的带宽作为顺室溶液浓度的函数的图； 图4E是在设置用于局部电位测量的纳米孔中纳米孔位点的信号衰减长度作为顺和反储存器溶液浓度比的函数的图； 图5是具有设置在膜上的纳米线FET的设置用于局部电位测量的纳米孔传感器的示意图； 图6是图5的纳米孔传感器构造的一个示例性实施方式的透视图； 图7A-7B分别是具有设置在石墨烯膜上的纳米线FET的设置用于局部电位测量的纳米孔传感器的示意图，和该纳米孔传感器示例性的实施方式的平面图； 图8A-8B分别是具有设置在纳米线FET上的石墨烯层的设置用于局部电位测量的纳米孔传感器的示意图，和该纳米孔传感器的示例性实施方式的平面图； 图9A-9B分别是具有石墨烯膜的设置用于局部电位测量的纳米孔传感器的示意图和该纳米孔传感器的示例性实施方式的平面图； 图10A-10D是纳米孔相对于设置用于局部电位测量的纳米孔传感器中的纳米线的示例性位置的示意性平面图； 图11是当DNA碱基移位通过纳米孔时对四个DNA碱基的每一个测量的电位信号作为设置用于局部电位测量的纳米孔传感器的纳米孔直径的函数的图； 图12是在纳米线位置上形成纳米孔之前和之后设置用于局部电位测量的纳米孔传感器中的纳米线的敏感性图； 图13A分别是当DNA移位通过在设置用于局部电位测量的纳米孔传感器中的纳米孔时i)测量的通过纳米孔的离子电流和ii)测量的纳米线FET电导率的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种纳米孔传感器，包括：设置在支撑结构中的纳米孔；第一流体储存器与纳米孔入口之间的流体连接，第一缓冲浓度的第一离子溶液设置在第一存储器中；第二流体储存器与纳米孔出口之间的流体连接，不同于第一浓度的第二缓冲浓度的第二离子溶液设置在第二存储器中，所述纳米孔提供了第一与第二储存器之间的唯一流体连通路径；和设置在纳米孔传感器中的位置上的电连接，其在目标物移位通过在两个储存器溶液之间的纳米孔时产生电信号，该电信号表示局部到纳米孔传感器中的至少一个位点的电位。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：CM利伯，P谢，
申请(专利权)人：哈佛大学校长及研究员协会，
类型：发明
国别省市：无
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