双孔装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种装置，包括上室，中间室和下室，其中，所述上室通过第一孔与所述中间室连通，所述中间室通过第二孔与所述下室连通，其中，所述第一孔和第二孔的直径约1纳米到约100纳米，彼此间隔约10纳米至约1000纳米，且其中各室包括用于连接电源的电极。本发明专利技术还提供使用该装置，特别是用于多核苷酸测序的方法。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2012年07月18日、专利号为ZL 201280005639.8、专利技术名称为“双孔装置”的专利技术专利的分案申请。相关申请的交叉引用本申请根据35USC§119(e)要求2011年07月20日提交的序列号为61/572,843的美国临时申请的权益，并通过引用其内容全部纳入本申请。
技术介绍
纳米孔(nanopore)是在脂膜中自然形成的作为蛋白质通道(生物孔)的、或是通过在固态基体中钻孔或蚀刻工程改造(固态孔)的纳米级通路。当这样的纳米孔合并入包括两个由纳米孔隔开的室的纳米装置时，可利用灵敏的膜片钳放大器施加跨膜电压，并测量通过该孔的离子电流。纳米孔为廉价的全基因组DNA测序提供很大的希望。在这方面，可以通过电泳捕获单个DNA分子并驱使其通过孔，检测到的各捕获事件是离子电流的瞬时变化。然后当DNA通过孔通路时，可以从变化的离子电流记录内的图谱、或从纳米孔内或附近的一些其他辅助传感器推测出DNA分子序列。原则上，纳米孔测序器在测序操作过程中无需扩增样品、使用酶和用于催化的试剂，也无需用于检测测序进程的光学器件，而其中一些或全部器件是常规合成测序方法所必需的。纳米孔传感器是纯粹的电学装置，而且可以检测其浓度/体积不大于从血液或唾液样本中可得浓度/体积的DNA。此外，纳米孔有望大大提高所测序DNA的阅读长度，从450个碱基到大于10000个碱基。对于纳米孔测序有两个原理障碍：(1)对于从头测序缺乏足够的灵敏度来精确确定核酸中各核苷酸身份(单核苷酸灵敏度缺乏)；和(2)缺乏在感知期间调节各核苷酸单元通过纳米孔的传输率的能力。虽然许多研究小组正研发和改善纳米孔以解决障碍1，但没有不涉及使用酶或光学器件的方法来解决障碍2，两者只能在专门的纳米孔技术中起作用，并与纯粹的电学方法相比，复杂性和成本更高。概述在一实施例中，提供一种装置，包括上室，中间室和下室，其中，所述上室通过第一孔与所述中间室连通，所述中间室通过第二孔与所述下室连通，其中，所述第一孔和第二孔的直径约1纳米到约100纳米，彼此间隔约10纳米至约1000纳米，且其中各室包括用于连接电源的电极。在一方面，所述第一和第二孔大体上是同轴的。在一方面，所述装置包括选自下组的材料：硅、氮化硅、二氧化硅、石墨烯、碳纳米管、Ti02、Hf02、Al203、金属层、玻璃、生物纳米孔、具有生物孔嵌入的膜、及它们的组合。在一方面，所述第一孔和第二孔约0.3纳米至约100纳米深。在一方面，所述电源配置用于在所述上室和所述中间室之间提供第一电压，和在所述中间室和所述下室之间提供第二电压，且其中所述第一电压和第二电压独立可调。在一方面，所述电源包括电压钳系统或膜片钳系统以生成各第一和第二电压。在一方面，所述中间室调整为相对于两电压接地。在一方面，所述中间室包括介质以便在各孔和中间室内的电极之间提供导电性。在一些方面，所述电源，如电压钳系统或膜片钳系统，进一步配置用于测量通过各孔的离子电流。另一实施例提供一种装置，包括上室，中间室和下室；以及在各室内的电极，其中所述上室通过第一孔与所述中间室连通，所述中间室通过第二孔与所述下室连通，其中，所述第一孔和第二孔的直径约1纳米到约100纳米，彼此间隔约10纳米至约1000纳米；所述电极用于连接电压钳系统或膜片钳系统以便在各孔施加电压和测量通过各孔的离子电流，其中所述中间室内的电极连接到两电压钳或膜片钳系统的共同地线(common ground)。在一个实施例中，还提供一种用于控制荷电聚合物跨孔运动的方法，包括：(a)将包括荷电聚合物的样品加载在上述任一实施例中的装置的上室、中间室或下室之一内，其中所述装置连接到电压钳或膜片钳系统以便在所述上室和所述中间室之间提供第一电压和在所述中间室和所述下室之间提供第二电压；(b)设置初始第一电压和初始第二电压以使所述聚合物在诸室之间移动，从而定位通过第一和第二孔的聚合物；以及(c)调整第一电压和第二电压，以致两电压产生作用力以便在受控条件下牵拉所述荷电聚合物离开所述中间室，从而所述荷电聚合物在一个方向上并以可控的方式移动通过两个孔，其中，两电压的量值不同。在一方面，通过第一电压或第二电压或两电压的主动控制或反馈控制建立可控的传递方式，其中任一电压或两电压作为第一或第二或两离子电流测量值的反馈函数。非限定性的例子包括将第二电压保持恒定，并使用第二离子电流作为用于第一电压的反馈或主动控制的反馈，以便在任一方向上可控传送荷电聚合物。因此，在一方面，基于所测量的通过所述第二孔的离子电流调整所述第一电压。在一方面，将样品加载到上室中，设置初始第一电压将荷电聚合物从上室牵拉至中间室，设置初始第二电压将聚合物从中间室牵拉至下室。在另一方面，将样品加载到中间室中，设置初始第一电压将荷电聚合物从中间室牵拉至上室，设置初始第二电压将荷电聚合物从中间室牵拉至下室。在一方面，荷电聚合物为多核苷酸或多肽。在一方面，荷电聚合物是多核苷酸，例如，但不限于，双链DNA(dsDNA)、单链DNA(ssDNA)、双链RNA(dsRNA)、单链RNA(ssRNA)或DNA-RNA杂交体。在一方面，在步骤(c)，调整的第一电压和第二电压在量值上是两电压间差异的约10倍至约10000倍。在一方面，所述方法进一步包括当聚合物的单体单元穿过其中一孔时，通过测量穿过该孔的离子电流来识别该单体单元。在一方面，所述单体单元是核苷酸。在另一方面，所述单体单元是核苷酸对。在一些方面，单核苷酸和核苷酸对可以在一个分子中检测。例如，这样的分子可以在较长和其他单链多核苷酸中具有双链体区段，其中所述双链体区段部分或全部通过沃森克里克互补碱基配对形成。在一方面，单体结合到分子，如DNA结合蛋白或纳米粒子。DNA结合蛋白的非限制实例包括RecA和序列特异性DNA结合蛋白，如噬菌体λ阻遏物、NF-κB和p53。纳米粒子的非限制性例子包括量子点和荧光标记物。在一方面，聚合物在其一末端附着于固体支持物，如珠。还有的另一实施例提供用于检测多核苷酸序列的方法，包括：(a)将包括多核苷酸的样品加载在任一上述实施例所述装置的上室内，其中所述装置连接到电压钳或膜片钳系统以便在所述上室和所述中间室之间提供第一电压和在所述中间室和所述下室之间提供第二电压，其中所述多核苷酸任选在其一末端连接于固体支持物；(b)设定初始第一电压和初始第二电压，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于控制荷电聚合物通过孔移动的方法，所述方法包括以下步骤：(a)提供用于控制荷电聚合物同时通过第一孔和第二孔的双孔、双放大器装置，该装置包括：(i)上室，中间室和下室；(ii)连接所述上室和中间室的第一孔；和(iii)连接所述中间室和下室的第二孔，所述装置还包括：(iv)电源，配置用于在所述上室和所述中间室之间提供第一电压，以及在所述中间室和所述下室之间提供第二电压，且所述第一电压和所述第二电压是独立可调的，且所述装置提供(v)双放大器电子配置用于各孔独立电压控制和电流测量；和(vi)配置第一孔和第二孔以便所述荷电聚合物能够在任一方向并以可控方式同时移动通过两个孔；(b)将所述荷电聚合物加载在所述装置的所述上室、中间室或下室；和(c)设置初始第一电压和初始第二电压以使至少部分所述聚合物移动通过所述第一孔和第二孔；(d)检测同时在两个孔内的所述荷电聚合物的比例；和(e)当所述荷电聚合物同时在两个孔内，对所述第一孔和第二孔施加竞争电压从而通过调整第一电压或第二电压或两者控制所述荷电聚合物运动同时通过两孔。

【技术特征摘要】
2011.07.20 US 61/572,8431.一种用于控制荷电聚合物通过孔移动的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供用于控制荷电聚合物同时通过第一孔和第二孔的双孔、双放大器装
置，该装置包括：(i)上室，中间室和下室；(ii)连接所述上室和中间室的第
一孔；和(iii)连接所述中间室和下室的第二孔，所述装置还包括：(iv)电
源，配置用于在所述上室和所述中间室之间提供第一电压，以及在所述中间室和
所述下室之间提供第二电压，且所述第一电压和所述第二电压是独立可调的，且所
述装置提供(v)双放大器电子配置用于各孔独立电压控制和电流测量；和(vi)配
置第一孔和第二孔以便所述荷电聚合物能够在任一方向并以可控方式同时移动通
过两个孔；
(b)将所述荷电聚合物加载在所述装置的所述上室、中间室或下室；和
(c)设置初始第一电压和初始第二电压以使至少部分所述聚合物移动通过
所述第一孔和第二孔；
(d)检测同时在两个孔内的所述荷电聚合物的比例；和
(e)当所述荷电聚合物同时在两个孔内，对所述第一孔和第二孔施加竞争
电压从而通过调整第一电压或第二电压或两者控制所述荷电聚合物运动同时
通过两孔。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，施加竞争电压控制包括反转
所述第一电压的方向，和调整所述第二电压的量值，以致两电压生成力从而将
捕获的荷电聚合物从所述中间室拉离，到所述上室和下室，其中所述捕获的荷
电聚合物以可控方式运动通过两孔到所述上室或下室。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述两电压在量值上不同。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述调整的第一电压和第二电
压在量值上是两电压之间差异的约10倍至约10000倍高。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述荷电聚合物同时通过两
纳米孔的移动速率为1毫秒/核苷酸或更慢。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括当所述聚合物
的单体单元穿过其中一孔时，通过测量穿过该孔的离子电流来识别所述单体单元。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述单体单元选自下组：核
苷酸、核苷酸对和氨基酸残基。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述单体单元结合到分子。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述分子是DNA结合蛋白。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述DNA结合蛋白是序列特
异性DNA结合蛋白。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述DNA结合蛋白选自下
组：RecA、噬菌体λ阻遏物、NF-κB和p53。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述荷电聚合物是多肽。
13.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·邓巴，金正锡，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：美国;US