本发明专利技术公开了一种装置，其包括（a）多个腔室，每个腔室与相邻的腔室通过至少一个孔连通，其中所述装置含有被定义为第一孔和第二孔的至少两个孔，（b）用于将所述聚合物的至少一部分从所述第一孔移出并移入所述第二孔的装置，以及（c）至少一个传感器，所述传感器能够在所述聚合物移动通过所述第一孔和第二孔期间识别所述聚合物的单个成分，条件是当仅使用单个传感器时，所述单个传感器不包括设置在一个孔的两端用来测量通过该孔的离子电流的两个电极。本发明专利技术还公开了使用该装置的方法。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术公开了一种装置，其包括（a）多个腔室，每个腔室与相邻的腔室通过至少一个孔连通，其中所述装置含有被定义为第一孔和第二孔的至少两个孔，（b）用于将所述聚合物的至少一部分从所述第一孔移出并移入所述第二孔的装置，以及（c）至少一个传感器，所述传感器能够在所述聚合物移动通过所述第一孔和第二孔期间识别所述聚合物的单个成分，条件是当仅使用单个传感器时，所述单个传感器不包括设置在一个孔的两端用来测量通过该孔的离子电流的两个电极。本专利技术还公开了使用该装置的方法。【专利说明】表征聚合物的装置背景 纳米孔是纳米级通道，其在脂质膜中天然地形成为蛋白通道(生物学孔)，或通过在固态基质中钻出或蚀刻出开口而形成(固态孔)。当这种纳米孔被用在包含两个腔室(由该纳米孔隔开)的纳米装置中时，可利用敏感型膜片钳放大器来施加跨膜电压并测定通过该孔的离子电流。纳米孔为廉价的全基因组DNA测序提供了良好的前景。在这个方面，单个DNA分子可被捕获并通过电泳驱动通过该孔，每次捕获事件都被检测为离子电流的暂时改变。因而,DNA分子的序列可从DNA通过该孔通道时被改变的离子电流记录内的图表(pattern)中推知。原则上，纳米孔测序器可不需要样品扩增，不需使用测序操作期间实现催化功能的酶和试剂，并且不需要用于检测测序进度的光学仪器，这些中的某一些或全部是常规的合成法测序所需要的。电子纳米孔传感器可被用来检测不超过血液样品或唾液样品中可获得的DNA浓度/体积。此外，纳米孔有希望急剧增加被测序DNA的读取长度(从450个碱基增加至大于10000个碱基)。纳米孔测序的两个主要障碍是:(1)对从头测序而言，缺乏足以精确确定核酸中每个核苷酸的特性的敏感度(缺乏单核苷酸敏感度)；和(2)检测期间调节每个核苷酸单元通过纳米孔的输送速率的能力。虽然很多研究小组正在开发和改善纳米孔以解决障碍I，但没有一种方法能在不涉及使用酶或光学仪器的情况下解决障碍2，酶和光学仪器仅在特殊的纳米孔技术中有作用，并且与纯电子方法相比，它们造成更高的复杂性和成本。概述 在一个实施方式中，本专利技术提供一种装置，其包括(a)多个腔室，每个腔室通过至少一个孔与相邻腔室连通，其中所述装置含有至少两个孔，即第一孔和第二孔，(b)用于从第一孔移出至少一部分聚合物到第二孔中的装置，以及(C)至少一个传感器，所述传感器能够在聚合物经过第一孔和第二孔的移动期间识别聚合物的单个成分，但当仅使用单个传感器时，该单个传感器不包括位于孔的两端、用于测量经过孔的离子电流的两个电极。在一个实施方式中，第一孔和第二孔的直径为约I nm至约100 nm，并且彼此间隔约 10 nm 至约 10000 nm。在一个实施方式中，传感器被配置成通过测定与聚合物或聚合物的一个或多个成分相关的电流、电压、pH、光学特征或驻留时间来识别该聚合物。在一个实施方式中，传感器被配置成形成隧道间隙(tunnel gap)，以当聚合物被加载在第一孔和第二孔时允许聚合物通过该隧道间隙。在一个实施方式中，传感器包括膜，该膜具有形成该隧道间隙的孔。在一个实施方式中，孔是实质上圆形的。在一个实施方式中，传感器包括两个端部，在两个端部之间形成隧道间隙。在一个实施方式中，传感器包括一个端部和一个实质上平坦的表面，在该端部和表面之间形成隧道间隙。在一个实施方式中，传感器包括两个电极，这两个电极被间隔开以在它们之间形成隧道间隙。在一个实施方式中,传感器被放置在第一孔内。在另一个实施方式中，传感器被放置在第一孔和第二孔之间的腔室内。在一个实施方式中，提供一种装置，其中传感器与第一孔和第二孔对准。在一个实施方式中，传感器包含金、钼、石墨烯或碳。在一个实施方式中，所述隧道间隙为约I nm至约50 nm宽。在一个实施方式中，传感器包括经试剂改性的表面。在一个实施方式中，该试剂能够与聚合物的单元(例如核苷酸)形成非共价键。在一个实施方式中，该键为氢键。在另一个实施方式中，该键选自离子键、金属键、堆积作用、或范德华相互作用。在一个实施方式中，该试剂通过游离酰胺形成氢键。这些试剂的非限制性例子为4-巯基苯甲酰胺和1-H-咪唑-2-甲酰胺。在另一个实施方式中，氢键通过羧酸形成，例如巯基苯甲酸。在另一个实施方式中，氢键通过羟基或醇(例如巯基苯甲醇)形成。在一个实施方式中，该试剂利用电荷-电荷相互作用与例如膦酸盐形成离子键，该膦酸盐与聚合物的带正电的单元相互作用。在一个实施方式中，第一孔和第二孔基本上是共轴的。在一个实施方式中，所述装置包括选自以下的材料:硅、氮化硅、二氧化硅、石墨烯、碳纳米管、TiO2, HfO2, Al2O3、金属层、玻璃、生物纳米孔、氧化铪(HfO2)、具有生物插入孔的膜以及它们的组合。在一个实施方式中，第一孔和第二孔为约0.3 nm至约100 nm深。在一个实施方式中，所述装置包括至少两个电极，用于连接至电源从而在第一孔和第二孔上产生电压。在一个实施方式中，横跨第一孔和横跨第二孔的电压是独立可调的。在一个实施方式中，本专利技术还提供一种确定多核苷酸的序列的方法，其包括: (a)加载包含多核苷酸的样品， (b)调节横跨第一孔和横跨第二孔的电压，从而使所述多核苷酸横跨两个孔，其中该多核苷酸以相同的方向移动通过这两个孔，以及 (c )使用传感器识别所述多核苷酸的多个核苷酸。在一个实施方式中，本专利技术还提供一种确定多肽的序列的方法，其包括: (a)加载包含多肽的样品， (b)调节横跨第一孔和横跨第二孔的电压，从而使所述多肽横跨两个孔，其中该多肽以相同的方向移动通过这两个孔，以及 (C)使用传感器识别所述多肽的多个氨基酸。附图简述 以本专利技术的实施方式形式提供的附图仅是对本专利技术示例性的说明，而并非限制，其中: 图1-8图示了具有分离出多个腔室的至少两个孔的装置。具体而言，图1是双孔芯片以及用于实现每个孔的独立的电压控制(K,，V2)和电流(/7，厶)测量的双放大器电子构造的示意图。图中显示有三个腔室A-C，它们除共用孔外在体积上是分离的。合适的芯片参数例如是，孔间距离10-500 nm，膜厚0.3-50 nm，孔径1-100 nm。图2是电气部分的示意图,通过构建出使所有接入电阻(access resistance)最小化从而有效解耦I1和I2的装置，V1和V2可主要通过每个纳米孔电阻。在图3中使用竞争电压作为对照，蓝色箭头显示每个电压作用力(voltageforce)的方向。假设孔具有相同的电压作用力影响，使用|Κ7| = \V2\ + ?/Κ，值?/V > O ?O)被调节用于K7(G)方向的通道移动。实际操作时，虽然每个孔处的电压诱导的作用不会等同于K7 = ^但校准实验可确定出对于既定的双孔芯片导致产生相等推动力所需的偏压，并且该偏压的上下变动随后可被用于方向控制。图4至7图示了用于各种不同的传感器放置构造。具体而言，图4显示包含两个电极的传感器可被放置在孔内。图5显示显示包括两个电极的传感器可被放置在孔的出口处。图6显示包括两个电极的传感器可被放置在两个孔之间。图7显示传感器被放置在两个孔之间，传感器具有两个电极，其中一个电极是平整的表面。图8显示了膜形式的传感器可具有允许聚合物通过的孔。图9显示具有腔室Α、本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种装置，包括（a）多个腔室，每个腔室与相邻的腔室通过至少一个孔连通，其中所述装置含有被定义为第一孔和第二孔的至少两个孔，（b）用于将所述聚合物的至少一部分从所述第一孔移出并移入所述第二孔的装置，以及（c）至少一个传感器，所述传感器能够在所述聚合物移动通过所述第一孔和第二孔期间识别所述聚合物的单个成分，条件是当仅使用单个传感器时，所述单个传感器不包括设置在一个孔的两端用来测量通过该孔的离子电流的两个电极。
【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：丹尼尔·亚历山大·海勒，特沃·J·墨林，
申请(专利权)人：双孔兄弟公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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