用于通过隧穿识别进行核酸测序的方法和系统技术方案

实施方式可包括分析核酸分子的方法。该方法可包括将核酸分子附着于蛋白。蛋白可附着于具有第一直径的颗粒。该方法也可包括施加电场以将核酸分子的第一部分移动到孔中。孔可由第一电极、绝缘体和第二电极限定。孔可具有小于第一直径的第二直径。该方法可进一步包括将核酸分子的第一部分与第一电极和第二电极二者接触。该方法可包括跨越第一电极和第二电极施加电压。可测量穿过电极和核酸分子的该部分的电流，并且可鉴定核酸分子的核苷酸。

Method and System for Nucleic Acid Sequencing by Tunneling Recognition

The embodiments may include methods for analyzing nucleic acid molecules. The method may include attaching nucleic acid molecules to proteins. Proteins can adhere to particles with the first diameter. The method may also include applying an electric field to move the first part of the nucleic acid molecule into the pore. The holes can be defined by the first electrode, insulator and the second electrode. The hole may have a second diameter smaller than the first diameter. The method may further include contacting the first part of the nucleic acid molecule with the first and second electrodes. The method may include applying a voltage across the first and second electrodes. It can measure the current passing through this part of the electrode and nucleic acid molecule, and identify nucleotides of nucleic acid molecule.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于通过隧穿识别进行核酸测序的方法和系统背景含纳米孔的设备已成为开发新分析方法的目标。纳米孔可具有检测单一分子的能力，其可为化学和生物学检测领域中有前景的技术。例如，纳米孔可用于诊断学和核酸测序。固态纳米孔生物传感可为快速的单一分子传感技术。在一些情况下，固态纳米孔在两个电极之间的离子液体中形成通道。两个电极可不为纳米孔本身的一部分，而是可位于离子液体中。当分子通过纳米孔通道时，穿过通道的电流和其它电学特性改变。这些电学特性可以提供关于分子的信息，但制造问题可使得难以鉴定核酸分子中的个别核苷酸。多个核苷酸可同时存在于孔中或可快速通过孔，其可不提供足够强的信号用于区分核苷酸。纳米孔设备可与隧穿识别(tunnelingrecognition)一起使用。隧穿识别基于在电极之间放置化学实体，所述电极可在纳米孔设备本身中。化学实体的轨道将允许电子从一个电极转移到另一个电极，建立隧穿电流。固态纳米孔的尺寸和其它性质可难以适应大规模生产工艺。为了用离子电流对核酸分子进行测序，纳米孔尺寸可需要大约为纳米，其可小于2nm。建立这种大小的通道可需要精确且昂贵的技术。但是，减少纳米孔的尺寸可导致不完全或不良的润湿，所述润湿是纳米孔用作传感设备所需的。仍然需要在用于化学和生物学检测的含纳米孔的设备的设计和可制造性、以及牵涉该设备的工艺中的改进。设计和可制造性改进不应以牺牲准确和精确的分析为代价。这些和其它问题通过本文件中描述的技术得以解决。简述本技术的实施方式可允许通过隧穿识别对核酸分子进行测序。核酸分子可通过电场或压力梯度驱动到通道中。在通道中，核酸分子的一部分可进入两个电极之间的间隙。它们之间具有小间隙的电极可允许隧穿识别，但核酸分子可不足够频繁地扩散到小间隙中以获得足够的隧穿信号。电场或压力梯度可更容易且频繁地将核酸分子驱动到电极间隙中。可为1-2nm宽的小间隙可难以制造或制造昂贵。在一些情况下，间隙可在彼此平行排列但不在同一平面中的两个电极之间，其可比两个共面电极的端部之间的间隙更容易制造。核酸分子可拴系至(tetheredto)动力蛋白，动力蛋白可附着于颗粒或珠。颗粒可大于通道。颗粒可锚定核酸分子的一端，而电场或流动将核酸分子拉过通道。以此方式，核酸分子可沿着通道拉伸，并且可由于布朗运动而在通道中振荡。核酸分子可随机地与隧穿电极相互作用以产生隧穿信号。可将电压施加到电极。当核酸分子的一部分在电极之间的间隙内并且核酸分子桥接两个电极时，电子可从一个电极到另一个电极隧穿(tunnelthrough)核酸分子，生成电流。可测量电流。核酸分子可在间隙中振荡，并且测量的电流可具有振幅和频率。振幅和频率可为可变的。电流的特性可有助于鉴定核酸分子中存在的特定核苷酸或碱基。电学特性几乎可充当鉴定核酸分子的核苷酸中的指纹。动力蛋白可送入或拉入(feedthroughorpullin)核酸分子，以致不同的核苷酸在电极间隙中并且可以测量不同的电流信号。作为结果，可以鉴定另外的核苷酸。可以将更多的核苷酸移动到电极间隙中，因而可鉴定核酸的多个核苷酸，并且可对核酸测序。实施方式可包括分析核酸分子的方法。该方法可包括将核酸分子附着于蛋白。蛋白可附着于具有第一直径的颗粒。该方法也可包括施加电场以将核酸分子的第一部分移动到孔中。孔可由第一电极、第一绝缘体和第二电极限定。孔可具有小于第一直径的第二直径。该方法可进一步包括将核酸分子的第一部分与第一电极和第二电极二者接触。此外，该方法可包括跨越第一电极和第二电极施加电压。可测量穿过第一电极、核酸分子和第二电极的电流。基于该电流，可鉴定核酸分子的核苷酸。一些实施方式可包括核酸分子分析系统。该系统可包括附着于蛋白的核酸分子。蛋白可附着于具有直径的颗粒。该系统也可包括由第一电极、第一绝缘体和第二电极限定的孔。孔可具有小于颗粒的直径的直径。该系统可进一步包括与第一电极和第二电极电连通的第一电源。此外，该系统可包括配置为施加电场穿过孔的第二电源。另外的实施方式可包括分析核酸分子的方法。该方法可包括将核酸分子附着于蛋白。蛋白可附着于具有第一直径的颗粒。该方法也可包括将核酸分子的第一部分移动到由绝缘体限定的孔中。孔可具有小于第一直径的第二直径。该方法进一步包括将核酸分子的第二部分移动到第一电极和第二电极之间的间隙中。间隙可包括表示电极之间的最短距离的线。此外，该方法可包括将核酸分子与第一电极和第二电极二者接触。此外，可测量穿过第一电极、核酸分子和第二电极的电流。基于该电流，可鉴定核酸分子的核苷酸。实施方式可包括核酸分析系统。该系统可包括附着于蛋白的核酸分子。蛋白可附着于具有第一直径的颗粒。该系统也可包括由第一绝缘体限定的孔。孔可具有小于第一直径的第二直径。孔可具有垂直于直径的纵轴。该系统可进一步包括第一电极。第一电极的一部分可延伸到孔中。该系统也可包括第二电极，且第二电极的一部分延伸到孔中。包括第一电极的该一部分和第二电极的该一部分的平面可正交于纵轴。此外，该系统可包括与第一电极和第二电极电连通的第一电源。在第一方面中，本专利技术提供分析核酸分子的方法，该方法包括下列步骤：(i)将核酸分子附着于蛋白和颗粒，诸如具有第一直径的珠；(ii)施加电场以将核酸分子的第一部分移动到孔中，该孔由第一电极、第一绝缘体和第二电极限定，并且该孔具有小于第一直径的第二直径；(iii)将核酸分子的第一部分与第一电极和第二电极二者接触，该第一部分包括第一核苷酸；(iv)跨越第一电极和第二电极施加电压；(v)测量穿过第一电极、核酸分子的第一部分和第二电极的电流；和(vi)基于该电流鉴定核酸分子的第一部分的第一核苷酸。第一直径可为10nm或更大。第二直径可在10nm至15nm的范围内。第一绝缘体可具有2nm或更小的厚度和/或可包括光刻胶(photoresist)。孔由侧壁限定，并且所述侧壁然后可包括第二绝缘体、第一电极、第一绝缘体、第二电极和第三绝缘体，其中第二绝缘体与第一电极接触，第一电极与第一绝缘体接触，第一绝缘体与第二电极接触，并且第二电极与第三绝缘体接触。该方法可进一步包括使用蛋白移动核酸分子、使得核酸分子的第二部分与第一电极和第二电极二者接触的步骤，其中核酸分子的第二部分位于与核酸分子的第一部分不同的位置，并且核酸分子的第二部分包括第二核苷酸。核酸分子的第二部分可比第一部分对于蛋白定位更近或更远地对于蛋白定位。蛋白可为选自聚合酶、解旋酶、核糖体和外切核酸酶的分子动力蛋白。核酸分子可为单链DNA、RNA，或单链或双链环状DNA。所述第一核苷酸可包括用化学化合物标记的核苷酸，其相对于未标记的核苷酸产生增加的隧穿电流。而且，当核酸分子在孔中振荡时测量电流的幅度和频率是可能的。当核酸分子在孔中振荡时测量电流的脉冲宽度也是可能的。可将电流与从已知核苷酸测量的校准电流比较。第一电极和第二电极各自涂覆有衔接子分子，并且衔接子分子可与核酸分子具有弱力化学相互作用。在第二方面中，本专利技术提供核酸分子分析系统或设备，其包括：(i)附着于颗粒的蛋白，该颗粒具有第一直径；(ii)由第一电极、第一绝缘体和第二电极限定的孔，该孔具有小于第一直径的第二直径；(iii)与第一电极和第二电极电连通的第一电源；(iv)第二电源，其配置为施加电场穿过孔以将附着于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.分析核酸分子的方法，所述方法包括：将所述核酸分子附着于蛋白和具有第一直径的颗粒；施加电场以将所述核酸分子的第一部分移动到孔中，所述孔由第一电极、第一绝缘体和第二电极限定，并且所述孔具有小于所述第一直径的第二直径；将所述核酸分子的所述第一部分与所述第一电极和所述第二电极二者接触，所述第一部分包括第一核苷酸；跨越所述第一电极和所述第二电极施加电压；测量穿过所述第一电极、所述核酸分子的所述第一部分和所述第二电极的电流；和基于所述电流，鉴定所述核酸分子的所述第一部分的所述第一核苷酸。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.31 US 62/3437151.分析核酸分子的方法，所述方法包括：将所述核酸分子附着于蛋白和具有第一直径的颗粒；施加电场以将所述核酸分子的第一部分移动到孔中，所述孔由第一电极、第一绝缘体和第二电极限定，并且所述孔具有小于所述第一直径的第二直径；将所述核酸分子的所述第一部分与所述第一电极和所述第二电极二者接触，所述第一部分包括第一核苷酸；跨越所述第一电极和所述第二电极施加电压；测量穿过所述第一电极、所述核酸分子的所述第一部分和所述第二电极的电流；和基于所述电流，鉴定所述核酸分子的所述第一部分的所述第一核苷酸。2.权利要求1的方法，其中：所述孔由侧壁限定，所述侧壁包括第二绝缘体、所述第一电极、所述第一绝缘体、所述第二电极和第三绝缘体，所述第二绝缘体与所述第一电极接触，所述第一电极与所述第一绝缘体接触，所述第一绝缘体与所述第二电极接触，和所述第二电极与所述第三绝缘体接触。3.权利要求1所述的方法，其进一步包括：当所述核酸分子在所述孔中振荡时，测量所述电流的振幅和频率。4.权利要求1所述的方法，其进一步包括：当所述核酸分子在所述孔中振荡时，测量所述电流的脉冲宽度。5.权利要求1所述的方法，其中：所述第一电极和所述第二电极各自涂覆有衔接子分子，和所述衔接子分子与所述核酸分子具有弱力化学相互作用。6.核酸分子分析设备，所述设备包括：附着于颗粒的蛋白，所述颗粒具有第一直径；由第一电极、第一绝缘体和第二电极限定的孔，所述孔具有小于所述第一直径的第二直径；第一电源，其与所述第一电极和所述第二电极电连通；第二电源，其配置为，施加电场穿过所述孔以将附着于所述颗粒的所述蛋白移动到所述孔中；和仪表设备，其配置为，当附着于所述蛋白的核酸分子的第一部分与所述第一电极和所述第二电极接触时，测量穿过所述第一电极和所述第二电极的电流。7.权利要求6所述的设备，其中所述设备进一步包括附着于所述蛋白的所述核酸分子。8.权利要求6所述的设备，其中所述第一绝缘体包括光刻胶。9.权利要求6所述的设备，其中：所述孔进一步由侧壁限定，和所述侧壁包括第二绝缘体、所述第一电极、所述第一绝缘体、所述第二电极和第三绝缘体。10.权利要求6所述的设备，其中所述第一电极和所述第二电极中的至少一个包括钯。11.分析核酸分子的方法，所述方法包括：将所述核...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y阿斯捷，
申请(专利权)人：豪夫迈·罗氏有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH