【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生物分子表征的纳米孔传感器相关申请的交叉引用本申请要求2011年7月27日提交的美国临时申请N0.61/512，095的权益。关于联邦资助的研究或开发的声明本专利技术是在美国国立卫生研究院颁发的合同号为NIH5R21CA155863-02和NIHR25CA154015的政府支持下完成的。美国政府具有本专利技术的一定权利。
技术介绍
提供了用于通过监测生物分子(包括在施加的电场下)经过纳米孔时的电参数来表征所述生物分子的方法和装置。许多常规技术可用于对生物分子进行测序，包括，如美国专利公开N0.2011/0226623中所论述的，Sanger测序、通过合成测序(sequencingby synthesis)、焦磷酸测序、杂交测序、大规模平行签名测序和非酶实时单分子测序。美国专利公开N0.2012/0040343论述了用于表征甲基化水平的技术，包括涉及免疫共沉淀、通过甲基敏感酶进行消化、甲基化敏感的PCR和DNA甲基化结合柱的方法。美国专利N0.5，795，782论述了基于单体-界面相互作用对聚合物分子进行表征。本领域需要能够精确控制纳米孔中及其周围的电性能的系统和...
【技术保护点】
一种表征生物分子参数的方法，所述方法包括如下步骤：在包含导体‑电介质堆叠的膜中提供纳米孔，其中所述膜将第一流体区室与第二流体区室分开，所述纳米孔流动性地连接所述第一和所述第二流体区室，所述导体包含石墨烯或二硫化钼（MoS2）、掺杂硅、硅烯或超薄金属的原子薄的导电层；提供生物分子至所述第一流体区室；跨越所述膜施加电场；在所述施加的电场下驱动所述生物分子穿过所述纳米孔至所述第二流体区室；和当所述生物分子经过所述纳米孔时，跨越所述膜或沿着由所述膜形成的平面监测电参数，从而表征所述生物分子参数。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.07.27 US 61/512,0951.一种表征生物分子参数的方法，所述方法包括如下步骤: 在包含导体-电介质堆叠的膜中提供纳米孔，其中所述膜将第一流体区室与第二流体区室分开，所述纳米孔流动性地连接所述第一和所述第二流体区室，所述导体包含石墨烯或二硫化钥(MoS2)、掺杂硅、硅烯或超薄金属的原子薄的导电层； 提供生物分子至所述第一流体区室； 跨越所述膜施加电场； 在所述施加的电场下驱动所述生物分子穿过所述纳米孔至所述第二流体区室；和当所述生物分子经过所述纳米孔时，跨越所述膜或沿着由所述膜形成的平面监测电参数，从而表征所述生物分子参数。2.权利要求1的方法，其中所述生物分子参数选自: 多核苷酸序列； 修饰核苷酸的存在； 多核苷酸甲基化状态； 多核苷酸羟甲基化状态； 与多核苷酸序列上一个或多个甲基化或羟甲基化的位点结合的甲基依赖的或羟甲基依赖的结合蛋白； 蛋白质-多核苷酸结合事件的存在； 多肽序列； 生物分子二级结构；和 氨基酸序列。3.权利要求2的方法，其中所述多核苷酸包含有机体的或合成的核酸。4.权利要求1的方法，其中所述导体-电介质堆叠包含: 多个石墨烯层，其中相邻石墨烯层被电介质层隔开。5.权利要求4的方法，其中所述石墨烯层的一个或多个包含石墨烯微米带、石墨烯纳米带或石墨烯纳米间隙，所述纳米孔以与所述石墨烯微米带、石墨烯纳米带或石墨烯纳米间隙的纵向横切的方向横贯穿过所述石墨烯微米带、石墨烯纳米带或石墨烯纳米间隙，所述方法还包括: 在所述生物分子转运穿过所述纳米孔过程中，沿着所述石墨烯微米带或石墨烯纳米带或跨越所述石墨烯纳米间隙测量电位或横向电流的时间过程，从而表征所述生物分子的序列、组成、通量、持续时间或长度；并且其中所述测量是在移位生物分子的不同位置的多个同时测量。6.权利要求1-5任一项的方法,还包括独立地为所述导电层的一个或多个在电学上加偏压，以提供所述纳米孔的电选通。7.权利要求6的方法，其中所述加偏压通过将电极与嵌入所述石墨烯-电介质堆叠中的个体石墨烯层在电学上连接来进行，并且所述加偏压改变了所述纳米孔中由跨越所述膜施加的电场生成的电场。8.权利要求1-5或7的任一项的方法，其中所述电介质层包含氧化铝、氧化钽、氧化钛、二氧化硅、氧化铪、氧化锆、氮化硼、氮化硅、它们的纳米薄片或其任意组合。9.权利要求1的方法，其中所述电参数选自以下的一个或多个:穿过所述纳米孔的电流或电流阻断； 跨越所述纳米孔的隧穿电流； 穿过横向电极的电化电流； 电导； 电阻； 阻抗； 电位； 所述生物分子穿过所述纳米孔的移位时间；和 生物分子通量或移位频率。10.权利要求1的方法，还包括通过将化学部分结合到暴露的纳米孔石墨烯边缘，而使所述纳米孔中暴露的石墨烯边缘功能化的步骤；其中所述化学部分对所述生物分子的一部分具有亲和力，并且当所述生物分子转运穿过所述纳米孔时，与所述生物分子的部分相互作用的化学部分改变了被监测的电参数。11.权利要求10的方法，其中所述化学部分选自以下: 具有可与所述生物分子中的序列结合的序列的蛋白质、多肽和多核苷酸；和 对多核苷酸生物分子 中的特异性核苷酸具有结合亲和力的化学构建体。12.权利要求11的方法，其中将所述生物分子中的特异性核苷酸用重原子、化学官能团或标记物标记，以增强所述化学部分和特异性核苷酸之间的亲和力。13.权利要求1的方法，还包括将具有多核苷酸序列的生物分子消化为多个较小序列的步骤，该步骤通过使所述生物分子与锚定到所述石墨烯-电介质堆叠的外切核酸酶接触，从而通过消化进行测序。14.权利要求13的方法，其中所述多个较小序列的至少一部分对应于个体碱基。15.权利要求1的方法，还包括以下步骤:通过向正转运穿过所述纳米孔的生物分子添加核苷酸来合成多核苷酸序列，从而通过合成进行测序。16.权利要求15的方法，其中所述通过合成测序是通过锚定到所述石墨烯-电介质堆叠的聚合酶，所添加的核苷酸和试剂来自所述第一或第二流体区室的核苷酸源。17.权利要求16的方法，其中所述通过合成测序还包括在向正转运穿过所述孔的生物分子添加核苷酸的过程中检测释放的H+或焦磷酸的步骤。18.权利要求17的方法，其中所述检测释放的H+或焦磷酸是通过测量纳米孔电流的改变。19.权利要求1的方法，其中所述纳米孔是包含具有内部通道的蛋白质复合体的生物纳米孔，所述内部通道为所述纳米孔，所述蛋白质选自=DNA结合蛋白，包括转录因子、聚合酶、核酸酶和组蛋白溶血素；耻垢分枝杆菌孔蛋白A和GP10。20.权利要求1-5任一项的方法，其中最上层的石墨烯层与所述第一和/或第二流体区室中的流体有流体接触和电接触，所述电参数来自当所述生物分子转运穿过所述孔时通过所述石墨烯层与所述第一和/或第二流体区室中的流体进行流体接触和电接触获得的电化学测量结果。21.权利要求1-5任一项的方法，其中所述电参数是通过与所述流体区室和纳米孔中的...
【专利技术属性】
技术研发人员：R·贝希尔，B·M·文卡特桑，
申请(专利权)人：伊利诺伊大学评议会，
类型：发明
国别省市：美国;US
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