导出纳米孔阵列的测量结果制造技术

公开了一种导出基于纳米孔的测序芯片上的纳米孔传感器的测量结果的方法。测量与纳米孔传感器相关联的电特性。处理与纳米孔传感器相关联的电特性。确定用于所述电特性和一个或多个先前的电特性的概要。导出用于所述电特性和一个或多个先前的电特性的概要。确定概要包括确定所述电特性和一个或多个先前的电特性的至少一部分对应于纳米孔传感器处的碱基调用事件。概要表示所述电特性和所述一个或多个先前电特性的所述至少一部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】导出纳米孔阵列的测量结果
技术介绍
半导体行业内的超小型化的进步近年来已使得生物技术能够开始将传统上庞大的传感工具封装到越来越小的外形因数中、封装到所谓的生物芯片上。将期望的是开发的使得其更加稳健、高效且成本有效的用于生物芯片技术。附图说明在以下详细描述和附图中公开了本专利技术的各种实施例。图1图示出基于纳米孔的测序芯片中的细胞100的实施例。图2图示出用纳米SBS技术来执行核苷酸测序的细胞200的实施例。图3图示出用预加载标记来执行核苷酸测序的细胞的实施例。图4图示出用于用预加载标记的核酸测序的过程400的实施例。图5图示出在基于纳米孔的测序芯片的细胞中测量的离子电流阻断信号500的实施例。图6图示出用于导出基于纳米孔的测序芯片上的纳米孔传感器的测量结果的过程600的实施例的流程图。图7图示出基于纳米孔的测序芯片的细胞中的离子电流阻断信号的测量结果的示例性集合。图8图示出用于确定基于纳米孔的测序芯片的细胞中的离子电流阻断信号的测量结果的概要的过程800的实施例的流程图。具体实施方式可以用许多方式来实现本专利技术，包括为过程；设备；系统；合成物；体现在计算机可读存储介质上的计算机程序产品；和/或处理器，诸如被配置成执行存储在被耦合到处理器的存储器上的和/或由被耦合到处理器的存储器提供的指令的处理器。在本说明书中，这些实施方式或本专利技术可以采取的任何其它形式可以称为技术。一般地，在本专利技术的范围内可以改变所公开过程的步骤的顺序。除非另外说明，可以将被描述为被配置成执行任务的诸如处理器或存储器之类的组件实现为被临时地配置成在给定时间执行任务的一般组件或被制造成执行该任务的特定组件。如本文所使用的，术语‘处理器’指代被配置成处理数据（诸如计算机程序指令）的一个或多个装置、电路和/或处理核。下面连同图示出本专利技术的原理的附图一起提供本专利技术的一个或多个实施例的详细描述。结合此类实施例描述了本专利技术，但本专利技术不限于任何实施例。本专利技术的范围仅仅受到权利要求的限制，并且本专利技术涵盖许多替换、修改和等同物。在以下描述中阐述了许多特定细节以便提供本专利技术的透彻理解。这些细节是为了示例的目的而提供的，并且根据权利要求可以在没有这些特定细节中的某些或全部的情况下实践本专利技术。出于清楚的目的，尚未详细地描述在与本专利技术相关的
内已知的技术材料，使得不会使本专利技术不必要地含糊难懂。在内径方面具有大约一纳米的孔尺寸的纳米孔膜装置在快速核苷酸排序中已显示出前途。当跨浸没在传导流体中的纳米孔施加电势时，可以观察归因于离子跨纳米孔的传导的小离子电流。电流的大小对孔大小敏感。可以将基于纳米孔的测序芯片用于DNA测序。基于纳米孔的测序芯片结合了被配置为阵列的大量传感器细胞。例如，一百万个细胞的阵列可以包括1000行乘以1000列的细胞。图1图示出基于纳米孔的测序芯片中的细胞100的实施例。在细胞的表面上形成脂双层102。将包含可溶性蛋白质纳米孔跨膜分子络合物（PNTMC）和感兴趣的被分析物的本体（bulk）电解质114直接地置于细胞的表面上。通过电穿孔向脂双层102中插入单个PNTMC104。阵列中的单独脂双层未被在化学上或在电学上相互连接。因此，阵列中的每个细胞是独立测序机器，从而产生为与PNTMC相关联的单个聚合物分子所独有的数据。PNTMC104对被分析物进行操作并通过原本不可渗透的脂双层来调制离子电流。继续参考图1，模拟测量电路112被连接到被电解质108的薄膜覆盖的金属电极110。电解质108的薄膜被离子不可渗透脂双层102与本体电解质114隔离。PNTMC104穿过脂双层102并提供用于离子电流从本体液体流到金属电极110的唯一路径。金属电极110也被称为工作电极（WE）。细胞还包括相对电极/参考电极（CE/RE）116，其是电化学电位传感器。在某些实施例中，纳米孔阵列使得能够使用用综合（纳米SBS）技术进行的单分子基于纳米孔的测序来进行并行测序。图2图示出用纳米SBS技术来执行核苷酸测序的细胞200的实施例。在纳米SBS技术中，将要测序的模板202和引物引入到细胞200。向此模板—引物联合体，将四个被不同标记的核苷酸208添加到本体水相。由于正确标记的核苷酸与聚合酶204复合，所以标记的尾部位于纳米孔206的筒（barrel）中。在正确核苷酸的聚合酶催化结合之后，保持在纳米孔206的筒中的标记附着的多磷酸盐产生唯一离子电流阻断信号210，从而由于标记的有区别的化学结构而以电子方式识别添加的碱基（base）。图3图示出将要用预加载标记来执行核苷酸测序的细胞的实施例。在膜302中形成纳米孔301。酶303（例如，聚合酶，诸如DNA聚合酶）与纳米孔相关联。在某些情况下，聚合酶303被共价地附着到纳米孔301。聚合酶303与要测序的单链核酸分子304相关联。在某些实施例中，单链或双链核酸分子304是环形的。在某些情况下，核酸分子304是线型的。在某些实施例中，核酸引物305被杂交到核酸分子304的一部分。聚合物303使用单链核酸分子304作为模板催化核苷酸306结合到引物305上。核苷酸306包括标记种类（“标记”）307。图4图示出用于用预加载标记的核酸测序的过程400的实施例。阶段A图示出如图3中描述的组件。阶段C示出了被加载到纳米孔中的标记。“已加载”标记可以是位于和/或保持纳米孔中或其附近达到可感知时间量（例如，0.1毫秒（ms）至1000ms）的标记。在某些情况下，预加载的标记在被从核苷酸释放之前被加载在纳米孔中。在某些情况下，如果标记在根据核苷酸结合事件被释放之后通过纳米孔（和/或被纳米孔检测到）的概率是适当地高的，例如90%至99%，则标记被预加载。在阶段A处，被标记核苷酸（四个不同类型中的一个：A、T、G或C）不与聚合酶相关联。在阶段B处，被标记核苷酸与聚合酶相关联。在阶段C处，聚合酶被对接到纳米孔。标记在对接期间被电力（诸如在存在由跨膜和/或纳米孔施加的电压产生的电场的情况下产生的力）拉入纳米孔中。相关联的被标记核苷酸中的某些与单链核酸分子进行碱基配对（例如，A与T以及G与C）。然而，相关联的被标记核苷酸中的某些未与单链核酸分子进行碱基配对。这些未配对核苷酸通常在比对于其而言正确配对核苷酸保持与聚合酶相关联的时间尺度短的时间尺度内被聚合酶拒绝。由于未配对核苷酸仅短暂地与聚合酶相关联，所以如图4中所示的过程400通常不进行超过阶段D。例如，未配对核苷酸在阶段B处或者在过程进入阶段C之后不久被聚合酶拒绝。在聚合酶被对接到纳米孔之前，通过纳米孔的电流为~30皮安（pA）。在阶段C处，流过纳米孔的电流为约6pA、8pA、10pA或12pA，每个安培数对应于被标记核苷酸的四个类型中的一个。聚合酶经历异构化和转磷酸反应以将核苷酸结合到生长的核酸分子中并释放标记分子。在阶段D处，被释放标记通过纳米孔。标记被纳米孔检测到。特别地，由于标记被保持在纳米孔中，所以由于标记的有区别的化学结构而产生唯一离子电流阻断信号（例如，参见图2中的信号210），从而以电子方式识别添加的碱基。重复该循环（即，阶段A至E或阶段A至F）允许核酸分子的测序。在某些情况下，未被结合到生长的核酸分子中的被标记核苷酸也将通过纳米孔，如在图4的阶段F中看到的。未被结合的核苷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导出基于纳米孔的测序芯片上的纳米孔传感器的测量结果的方法，包括：测量与所述纳米孔传感器相关联的电特性；处理与所述纳米孔传感器相关联的电特性；确定用于所述电特性和一个或多个先前的电特性的概要；以及导出用于所述电特性和一个或多个先前的电特性的概要。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.11.05 US 14/5340421.一种导出基于纳米孔的测序芯片上的纳米孔传感器的测量结果的方法，包括：测量与所述纳米孔传感器相关联的电特性；处理与所述纳米孔传感器相关联的电特性；确定用于所述电特性和一个或多个先前的电特性的概要；以及导出用于所述电特性和一个或多个先前的电特性的概要。2.权利要求1的方法，其中，确定所述概要包括：确定所述电特性和所述一个或多个先前电特性的至少一部分对应于所述纳米孔传感器处的碱基调用事件；以及确定表示所述电特性和所述一个或多个先前电特性的所述至少一部分的概要。3.权利要求2的方法，其中，确定所述概要还包括：确定所述一个或多个先前的电特性的其余部分对应于所述纳米孔传感器处的开放通道状态事件。4.权利要求3的方法，其中，确定所述一个或多个先前的电特性的其余部分对应于所述纳米孔传感器处的开放通道状态事件是至少部分地基于所述一个或多个先前的电特性的其余部分具有在阈值水平以上的量值。5.权利要求2的方法，其中，确定表示所述电特性和所述一个或多个先前的电特性的所述至少一部分的所述概要包括：用量值参数和时间参数来表示所述电特性和所述一个或多个先前的电特性的所述至少一部分，其中，所述时间参数对应于所述电特性和所述一个或多个先前电特性的所述至少一部分的持续时间。6.权利要求2的方法，其中，确定表示所述电特性和所述一个或多个先前的电特性的所述至少一部分的所述概要包括：表示所述电特性和所述一个或多个先前电特性的所述至少一部分，使得用单个量值和所述连续电特性的计数来表示被映射到阈值水平的连续电特性。7.权利要求2的方法，其中，确定表示所述电特性和所述一个或多个先前的电特性的所述至少一部分的所述概要包括：表示所述电特性和所述一个或多个先前电特性的所述至少一部分，使得用单个量值和所述连续电特性的持续时间来表示被映射到阈值水平的连续电特性。8.权利要求1的方法，其中，确定所述概要包括：从所述电特性和所述一个或多个先前的电特性提取使得能够检测碱基调用事件的信息。9.权利要求1的方法，其中，确定所述概要包括：关于所述电特性和所述一个或多个先前的电特性执行碱基调用。10.权利要求1的方法，其中，所述电特性包括以下各项中的一个：与所述纳米孔传感器或所述纳米孔传感器的各部分相关联的电流、电压、电阻以及电容。11.权利要求1的方法，其中，处理与所述纳米孔传感器相关联的所述电特性包括：补偿所述电特性的量值随时间推移的漂移，使得可以使用有区别的量值水平作为用于识别所述纳米孔传感器处的不同碱基调用事件的特征水平。12.一种基于纳米孔的测序芯片，包括：细胞阵列，其中，细胞包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：RJA陈，H田，S弗南德斯戈梅斯，
申请(专利权)人：吉尼亚科技公司，
类型：发明
国别省市：美国,US