用于生物传感器小孔形成的方法技术

公开了用于分子检测和感测的生物芯片。所述生物芯片包括衬底。所述生物芯片包括多个在所述衬底上形成的具有大于每平方毫米500个小孔的密度的离散位点。每一个离散位点包括配置在所述衬底上以形成小孔的侧壁。每一个离散位点包括配置在所述小孔底部的电极。在一些实施方案中，形成所述小孔，以使得所述小孔之间的串扰减小。在一些实施方案中，将配置在所述小孔底部的电极组织成成组的电极，其中每一组电极共享共同的对电极。在一些实施方案中，配置在所述小孔底部的电极具有专用对电极。在一些实施方案中，使所述侧壁的表面硅烷化，以使得所述表面促进膜在所述小孔中或所述小孔附近的形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】交叉引用本申请要求2013年10月23日提交的标题为“MethodsforFormingLipidBilayersonBiochips”的美国临时申请第61/894,661号的权益，所述临时申请通过引用整体并入本文。背景生物芯片可用于各种类型的分子检测和感测，包括核酸分子的测序。核酸测序是一个可用于提供核酸样品的序列信息的过程。此类序列信息在对受试者进行诊断和/或治疗中可能是有帮助的。例如，受试者的核酸序列可用于鉴别、诊断遗传疾病，并且可能开发针对该遗传疾病的治疗。作为另一个实例，对病原体的研究可导致针对接触性传染病的治疗。有可获得的方法可用于对核酸进行测序。然而，此类方法是昂贵的，而且可能无法在一个时间段内精确地提供对诊断和/或治疗受试者而言可能是必要的序列信息。概述纳米孔可用于检测各种分子，包括但不限于对聚合物诸如核酸分子进行测序。本文中认识到需要改进的生物芯片和制造生物芯片(例如，包含纳米孔)的方法。在一些情况下，常规半导体加工技术在生产用作生物芯片的硅装置中是有缺陷的。例如，提供了可生产经受住(例如，在接触过程中或之后可运行的)高腐蚀环境诸如水溶液(例如，包含离子)的生物芯片的方法。在另一个方面，本文所述的方法产生有助于有机膜(例如，脂质双层)形成的生物芯片表面。在另一个方面，所述方法提供了进行生物芯片中的离子电流流的电测量所需的电化学电极。除其它以外，根据本文所述的方法产生的生物芯片可用于核酸分子鉴定和聚合物(例如，核酸)测序。在一些情况下，聚合物穿过纳米孔，而该聚合物的各种亚单位(例如，核酸的腺嘌呤(A)、胞嘧啶(C)、鸟嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)和/或尿嘧啶(U)碱基)影响流过纳米孔的电流。如本文所述，可通过在跨纳米孔和/或跨膜施加的多个电压下测量电流来鉴定各种亚单位。在一些情况下，标记的核苷酸的聚合将标签分子释放和/或呈递至纳米孔，所述标签分子可通过在多个跨纳米孔和/或膜施加的电压下测量电流来鉴定。在一个方面，本公开提供了用于形成用于纳米孔感测装置的脂质双层的方法，所述方法包括：(a)提供包含与多个感测电极流体连通的流体流路的芯片；(b)使脂质溶液流入流体流路；和(c)使至少一个气泡流至流体流路上，从而形成与感测电极相邻的脂质双层，其中所述气泡横跨多个感测电极，并且其中所述气泡与感测电极相邻，持续至少约1秒。在一些实施方案中，所述气泡与感测电极相邻，持续约1ms至约5分钟之间。在一些实施方案中，所述气泡与感测电极相邻，持续至少约30秒。在一些实施方案中，所述气泡与感测电极相邻，持续至多约5分钟。在一些实施方案中，在至少50％的感测电极上方形成脂质双层。在一些实施方案中，在至少70％的感测电极的上方形成脂质双层。在一些实施方案中，所述方法还包括将纳米孔插入与每一个感测电极相邻的脂质双层。在一些实施方案中，所述芯片包含小孔，并且其中所述感测电极存在于小孔中。在另一个方面，本公开提供了用于形成用于纳米孔感测装置的脂质双层的方法，所述方法包括：(a)提供包含与多个感测电极流体连通的流体流路的芯片；(b)使至少一个气泡流入流体流路并与所述多个感测电极相邻，以使得所述气泡横跨多个感测电极；和(c)将气泡的周边与脂质接触，其中所述脂质在气泡下方扩散并扩散至流体流路上，从而形成与感测电极相邻的脂质双层。在一些实施方案中，使所述气泡与脂质接触至少约30秒。在一些实施方案中，使所述气泡与脂质接触约5ms至约5分钟。在一些实施方案中，在至少70％的感测电极上方形成脂质双层。在一些实施方案中，所述方法还包括将纳米孔插入与每一个感测电极相邻的脂质双层。在一些实施方案中，所述纳米孔为耻垢分枝杆菌(Mycobacteriumsmegmatis)孔蛋白A(MspA)、α-溶血素、与耻垢分枝杆菌孔蛋白A(MspA)或α-溶血素中的至少一个具有至少70％同源性的任何蛋白质，或其任意组合。在一些实施方案中，插入纳米孔包括通过所述电极施加电刺激，以促进所述纳米孔在所述脂质双层中的插入。在一些实施方案中，所述脂质双层表现出大于约1GΩ的电阻。在一些实施方案中，所述脂质双层和所述纳米孔蛋白一起表现出约1GΩ或更小的电阻。在一些实施方案中，所述脂质包含有机溶剂。在一些实施方案中，所述气泡为蒸汽气泡。在一些实施方案中，所述芯片包含小孔，并且所述感测电极存在于小孔中。在一些实施方案中，所述脂质选自由以下组成的组：二植烷酰基-磷脂酰胆碱(DPhPC)、1,2-二植烷酰基-sn-甘油-3磷酸胆碱、1,2-二-O-植烷基-sn-甘油-3-磷酸胆碱(DoPhPC)、棕榈酰基-油酰基-磷脂酰胆碱(POPC)、二油酰基-磷脂酰甲酯(DOPME)、二棕榈酰基磷脂酰胆碱(DPPC)、磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸、磷脂酸、磷脂酰肌醇、磷脂酰甘油、鞘磷脂、1,2-二-O-植烷基-sn-甘油；1,2-二棕榈酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-N-[甲氧基(聚乙二醇)-350]；1,2-二棕榈酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-N-[甲氧基(聚乙二醇)-550]；1,2-二棕榈酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-N-[甲氧基(聚乙二醇)-750]；1,2-二棕榈酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-N-[甲氧基(聚乙二醇)-1000]；1,2-二棕榈酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-N-[甲氧基(聚乙二醇)-2000]；1,2-二油酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-N-乳糖基；GM1神经节苷脂、溶血磷脂酰胆碱(LPC)或其任意组合。在另一个方面，本公开提供了纳米孔传感系统，其包括：(a)包含与多个感测电极流体连通的流体流路的芯片，其中每一个所述感测电极被配置来检测核酸掺入事件后的离子电流；和(b)耦接于所述芯片的控制系统，所述控制系统被编程来：(i)将脂质溶液流入流体流路；(ii)将至少一个气泡流入流体流路并与感测电极相邻，持续至少约1秒的时间段，其中所述气泡横跨多个感测电极，并且其中所述气泡至流体流路的流动形成与感测电极相邻的脂质双层。在一些实施方案中，所述气泡与感测电极相邻，持续约5ms至约5分钟之间的时间段。在一些实施方案中，所述芯片包含小孔，并且其中所述感测电极存在于小孔中。在一些实施方案中，控制系统在所述芯片外部。在一些实施方案中，控制系统包含计算机处理器。在一些实施方案中，所...

【技术保护点】
一种生物芯片，所述生物芯片包含：衬底；和多个在所述衬底上形成的具有大于每平方毫米500个小孔的密度的离散位点，其中每一个离散位点包括：配置在所述衬底上以形成小孔的侧壁；和配置在所述小孔底部的电极。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.23 US 61/894,6611.一种生物芯片，所述生物芯片包含：
衬底；和
多个在所述衬底上形成的具有大于每平方毫米500个小孔的密
度的离散位点，其中每一个离散位点包括：
配置在所述衬底上以形成小孔的侧壁；和
配置在所述小孔底部的电极。
2.根据权利要求1所述的生物芯片，其中形成所述小孔以使得
所述小孔之间的串扰减小。
3.根据权利要求1所述的生物芯片，其中配置在所述小孔底部
的电极从最接近所述电极的纳米孔或膜产生大部分的其信号。
4.根据权利要求1所述的生物芯片，其中将配置在所述小孔底
部的电极组织成多组电极。
5.根据权利要求4所述的生物芯片，其中每一组电极共享共同
的对电极。

【专利技术属性】
技术研发人员：RW戴维斯，ES刘，ET哈拉达，A阿圭尔，A特兰斯，J波拉，C切奇，
申请(专利权)人：吉尼亚科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US