用于基于纳米线探测器的核酸测序的设备和方法技术

本公开的各个实施例涉及用于基于纳米线探测器的核酸测序的设备和方法。一种用于核酸测序的设备包括：在探测位置处的碱基探测装置，其被配置用于探测核酸链在探测位置处的部分的碱基；以及输运装置，其被配置用于延展核酸链、并且使得延展的核酸链沿着路径滑动通过探测位置。碱基探测装置包括：多个场效应纳米线探测器，沿着路径设置，并且每个场效应纳米线探测器包括相应的纳米线和核酸探针，核酸探针由相应的碱基序列限定、并且固定至相应的纳米线。

【技术实现步骤摘要】
用于基于纳米线探测器的核酸测序的设备和方法
本公开涉及一种用于基于纳米线探测器的核酸测序的设备和方法。
技术介绍
已知采取核酸测序的重要性不断增大，已经开发了各种技术用于确定核苷酸序列。一些已知的技术是基于将核酸分子分割为单独排序的短片段，通常为数百个碱基。随后对根据该单独的部分而收集的信息进行处理并且汇总，以用于重构形成了核酸分子的整个碱基序列。然而，序列的重构是极其复杂的并且极其耗费资源(特别是处理能力和时间)的操作。此外，可能发生的是，并未正确地读取和重构一些片段，并且因此测序可能不完整。纳米
中的发展已经使得能够开发出能够处理单独的分子的新的装置和技术，特别是向核酸提供电荷。例如，在一些装置中，使用合适的电场以使得单个核酸分子通过隔膜中的纳米孔。实际中，装置具有由隔膜分隔的两个腔室，隔膜具有纳米孔并且被设置有使得电场形成的电极。含有核酸分子的溶液被装载到该两个腔室之一中。随后，通常展现为纠缠的链的核酸分子的一端，可以由于电场的作用而被引入纳米孔中。纳米孔具有如下尺寸，其使得一个分子一部分的存在阻碍了其他分子的端部的进入(纳米孔的直径可以例如在5nm与10nm之间)。如此方式，能够对单个序列进行隔离和处理。由电场施加的力使得，当形成分子的链在其端部之后穿过纳米孔时，该形成分子的链伸展。因此而伸展的链可以被分析以便测序。该类型装置的示例在LiuQ.,WuH.,WuL.,XieX.,KongJ.,等人的(2012)“Voltage-DrivenTranslocationofDNAthroughaHighThroughputConicalSolid-StateNanopore”，PLoSONE7(9):e46014；DOI:10.1371/journal.pone.0046014的文章中；以及在Tsutsui,M等人的“TransverseElectricFieldDraggingofDNAinaNanochannel”，Sci.Rep.2,394；DOI:10.1038/srep00394(2012)中被描述。已知采取核酸测序的重要性不断增大，已经开发了各种技术用于确定核苷酸序列。然而，可应用的探测技术仍然仅使得能够识别相对较短的碱基序列，在大多数有利的场合下至多几千个。因此存在根据相关的计算负担和错误可能性来重组部分序列的需求。
技术实现思路
本公开的至少一个实施例提供了用于核酸测序的设备和方法，该设备和方法将克服上述限制。本公开的一个实施例是一种用于核酸测序的设备。设备包括在探测位置处的碱基探测装置、以及输运装置。碱基探测装置被配置用于探测核酸链的在探测位置处的部分的碱基。输运装置被配置用于延展核酸链，并且用于使得延展的核酸链沿着路径滑动通过探测位置。碱基探测装置包括沿着路径设置的多个场效应纳米线探测器，并且每个场效应纳米线探测器包括各自的纳米线和核酸探针，核酸探针由各自的碱基序列所限定并且固定至各自的纳米线。附图说明为了更好理解本公开，现在将纯粹借由非限定性示例以及参照附图而描述本公开的一些实施例，其中：图1是根据本公开实施例的、穿过集成了用于核酸测序设备的一部分的本体的剖视图；图2是图1的本体的顶部平视图；图3是图1的设备的方框图；图4－图7示出了在各自操作配置中图1的剖视图；图8是图1的设备的一部分的更详细方框图；图9示出了图1的设备的放大细节；以及图10－图12是示出了关于图1的设备的电量的图表。具体实施方式参照图1和图2，用于核酸测序的设备整体被标注为附图标记1，并且包括本体2，该本体2容纳：流体回路(fluidiccircuit)3；碱基探测装置4；和输运装置5，其被配置用于控制核酸链在流体回路3中的移动。在一个实施例中，本体2包括第一支撑结构层7和第二结构层8，在两者之间设置有纳米厚度(例如小于20nm)的间隔件层9。第一结构层7可以例如是本征半导体材料的衬底，或者可以是聚合物材料或一些其他非导电材料。备选地，第一结构层7也可以是掺杂半导体材料，并且例如通过界定了流体回路3自身的介电层而与流体回路3电绝缘。第二结构层8和间隔件层9可以例如分别由氮化铝(或者本征硅或者一些其他非导电的或与流体回路3绝缘的导电材料)和氧化硅构成。使用中，流体回路3采用包含变性的(denatured)核酸链的溶液填充，并且包括纳米通道10，在一个实施例中纳米通道10被限定在第一结构层7与第二结构层8之间。变性也可以直接在流体回路中在纳米通道10的入口的上游实现。纳米通道10以例如被包括在100μm与500μm之间的长度，沿着轴线A纵向延伸，并且具有纳米尺寸的(特别是小于100nm的)垂直于轴线A的截面(例如20×20nm)。纳米通道10的沿垂直于其长度的方向的横向尺寸被选择，以用于促成单个核酸扩展链的通过，如在上述文献中所述的纳米孔的情形中。具体而言，纳米通道10具有等于间隔件层9厚度的高度和宽度。然而，在未示出的其他实施例中，纳米通道10可以具有不同的截面，例如矩形、三角形或圆形。流体回路3包括入口井12、控制井13、以及收集井14，所有均由穿过第二结构层8的相应的开口而限定。特别地，可以通过入口井12来从外部接入纳米通道10，以使得能够引入待分析的溶液。用于提供纳米流体结构特别是纳米通道的技术是已知的，例如来自已公开专利申请案号US2013/0213815A1，其全文通过引用被合并入本文。在一个实施例中，输运装置5(也参见图3)包括：第一电极15，第二电极16，和第三电极17，这些电极沿着流体回路3设置，并且配置用于将相应电压施加至存在于流体回路3中的流体；第一阻抗计级18和第二阻抗计级19；以及控制单元20。在一个实施例中，第一电极15、第二电极16、和第三电极17设置在第二结构层8的与第一结构层7相对的表面上，并且分别涂覆了入口井12、控制井13和收集井14的侧壁。特别地，第一电极15、第二电极16、和第三电极17基本上延伸远至纳米通道10的范围，以便于成为与被载入纳米通道10自身中的溶液接触。碱基探测装置4位于沿着纳米通道10在第二电极16附近的探测位置处，以便于与在纳米通道10中在探测位置处前进的核酸的伸展链相互作用。配置碱基探测装置4以识别链的在探测位置处前进的一部分中的单个碱基、或者由所编程的数目的(例如四个)碱基组成的序列。由碱基探测装置4识别的碱基原始序列被提供至控制单元20，如果需要的话，控制单元20将原始序列排序为有效的碱基序列SEQ(图3)如下文中详述的，以便于考虑到碱基探测装置4的探测模态(modality)和可能的几何约束。连接了第一阻抗计级18和第二阻抗计级19，以用于分别测量在第一电极15与第二电极16之间的电阻抗Z’、以及在第二电极16与第三电极17之间的电阻抗Z”。测得的阻抗Z’、Z”的数值由纳米通道10的状态确定，并且被提供至控制单元20。更精确而言，当存在核酸链的一部分时，在含有溶液的纳米通道10的展宽(stretch)中电阻抗增大。第一阻抗计级18和第二阻抗计级19因此用作存在传感器，分别探测了在纳米通道10的在第二电极16与第一电极15之间的第一部分中、以及在纳米通道10的在第三电极17与第二电极16之间的第二部分中的核酸链的存在。在其他实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于核酸测序的设备，包括：碱基探测装置，在探测位置处，所述碱基探测装置被配置用于探测核酸的链在所述探测位置处的部分的碱基；以及输运装置，被配置用于延展所述核酸的链，并且用于使得延展的所述核酸的链沿着路径滑动通过所述探测位置；其中所述碱基探测装置包括沿着所述路径设置的多个场效应纳米线探测器，并且每个场效应纳米线探测器包括相应的纳米线和核酸探针，所述核酸探针由相应的碱基的序列所限定、并且固定至相应的所述纳米线。

【技术特征摘要】
2014.04.03 IT TO2014A0002801.一种用于核酸测序的设备，包括：碱基探测装置，在探测位置处，所述碱基探测装置被配置用于探测核酸的链在所述探测位置处的部分的碱基；以及输运装置，被配置用于延展所述核酸的链，并且用于使得延展的所述核酸的链沿着路径滑动通过所述探测位置；读取电路；控制单元；其中所述碱基探测装置包括沿着所述路径在相应的位置设置的多个场效应纳米线探测器，并且每个场效应纳米线探测器包括相应的纳米线和核酸探针，所述核酸探针由相应的碱基的序列所限定、并且固定至相应的所述纳米线；其中，所述读取电路，被配置用于确定每个纳米线探测器的导电状态和提供读取信号的系列，所述读取信号的系列指示了在所述核酸的链中存在碱基的序列、并且对应于所述纳米线探测器的相应的核酸探针；以及其中，所述控制单元，被配置用于基于由所述读取电路提供的所述读取信号、以及所述纳米线探测器的相应的位置，而重构所述核酸的链的有效的碱基的序列。2.根据权利要求1所述的设备，其中对于每个纳米线探测器，所述纳米线探测器的所述核酸探针由相同的碱基序列所限定。3.根据权利要求2所述的设备，其中所述纳米线探测器的所述核酸探针中的每个核酸探针包含相等数目的碱基。4.根据权利要求3所述的设备，其中所述纳米线探测器的所述核酸探针穷举了通过采用形成所述核酸探针的碱基数目可以获得的可能的碱基的组合。5.根据权利要求1所述的设备，其中所述核酸探针具有肽核酸结构。6.根据权利要求1所述的设备，其中所述纳米线探测器的所述纳米线被设置为沿横切于所述路径的方向、并且相互平行。7.根据权利要求1所述的设备，其中每个纳米线探测器包括：源极区域和漏极区域，关于所述路径在相对侧，并且通过所述纳米线探测器的相应的所述纳米线而连接在一起。8.根据权利要求7所述的设备，其中在每个纳米线探测器中，所述源极区域、所述漏极区域和所述纳米线是半导体材料的，并且其中所述源极区域和所述漏极区域具有第一导电类型，而所述纳米线具有与所述第一导电类型相反的第二导电类型。9.根据权利要求1所述的设备，...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·A·比安凯西，F·费拉拉，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：意大利;IT