将液体电压施加至脂质双层的第一侧。液体电压包括标签读取时段和开放通道时段，所述标签读取时段具有倾向于将标签捕获至脂质双层中的纳米孔中的标签读取电压，且所述开放通道时段具有倾向于排斥所述标签的开放通道电压。在预充电时间段期间将预充电电压源连接至脂质双层的第二侧上的积分电容器和工作电极，使得所述积分电容器和所述工作电极被充电至预充电电压。在积分时间段期间将预充电电压源与所述积分电容器和所述工作电极断开，使得所述积分电容器的电压和所述工作电极的电压可以随着电流流过纳米孔而变化。所述预充电时间段与所述标签读取时段的开始部分重叠。
Nanopore-based sequencing using a voltage mode with heterozygous mode stimuli
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用具有杂合模式刺激的电压模式的基于纳米孔的测序专利技术背景近年来，半导体工业内的微型小型化的进展使得生物技术人员能够开始将传统上庞大的传感工具包装成越来越小的形状因子至所谓的生物芯片上。期望开发用于生物芯片的技术，使其更稳健、有效且成本有效。简述附图简述在以下详述和附图中公开了本专利技术的各个实施方案。图1举例说明基于纳米孔的测序芯片中的室100的实施方案。图2举例说明用Nano-SBS技术进行核苷酸测序的室200的实施方案。图3举例说明将要用预加载标签进行核苷酸测序的室的实施方案。图4举例说明用于用预加载标签进行核酸测序的过程400的实施方案。图5举例说明基于纳米孔的测序芯片中的室500的实施方案。图6举例说明基于纳米孔的测序芯片的室中的电路600的实施方案。图7A举例说明基于纳米孔的测序芯片的室中的电路700的实施方案，其中跨纳米孔施加的电压可经配置为在纳米孔处于特定可检测状态期间的时间段内变化。图7B举例说明基于纳米孔的测序芯片的室中的电路700的额外实施方案，其中跨纳米孔施加的电压可经配置为在纳米孔处于特定可检测状态期间的时间段内变化。图8举例说明用于分析纳米孔内部的分子的过程800的实施方案，其中纳米孔被插入膜中。图9举例说明在AC电压源信号周期的亮时段内进行过程800并重复三次时，积分电容器处的电压(Vncap)相比于时间的图的实施方案。图10举例说明当纳米孔处于不同状态时，积分电容器处的电压相比于时间的图的实施方案。图11举例说明基于纳米孔的测序芯片的室中的多种信号的时间信号图的实施方案。图12举例说明复位信号的另一个实施方案，其用于控制开关，所述开关将电压源连接至基于纳米孔的测序芯片的室中的膜或从其断开。图13举例说明复位信号的另一个实施方案，其用于控制开关，所述开关将电压源连接至基于纳米孔的测序芯片的室中的膜或从其断开。图14举例说明复位信号的又另一个实施方案，其用于控制开关，所述开关将电压源连接至基于纳米孔的测序芯片的室中的膜或从其断开。详述本专利技术可以以多种方式实施，包括作为过程；设备；系统；物质的组成；在计算机可读存储介质上实施的计算机程序产品；和/或处理器，诸如经配置为执行存储在耦合至处理器的存储器上和/或由耦合至处理器的存储器提供的指令的处理器。在本说明书中，这些执行或本专利技术可以采用的任何其他形式可以称为技术。通常，可以在本专利技术的范围内改变所公开的过程的步骤的顺序。除非另有说明，否则被描述为经配置为执行任务的组件诸如处理器或存储器可以被实施为临时配置为在给定时间执行任务的通用组件或者被制造为执行任务的特定组件。如本文所用，术语“处理器”是指被配置为处理数据(诸如计算机程序指令)的一个或多个装置、电路和/或处理核。以下提供本专利技术的一个或多个实施方案的详述以及举例说明本专利技术的原理的附图。结合此类实施方案描述本专利技术，但本专利技术不限于任一实施方案。本专利技术的范围仅由权利要求限制，并且本专利技术涵盖许多替代、修改和等同方案。在以下描述中阐述了许多具体细节，以便提供对本专利技术的彻底理解。出于实例的目的提供这些细节，并且可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下根据权利要求来实践本专利技术。为了清楚的目的，没有详细描述与本专利技术相关的
中已知的技术材料，使得不会不必要地模糊本专利技术。具有内径在1纳米的数量级的孔径的纳米孔膜装置在快速核苷酸测序中显示前景。当跨浸没在导电流体中的纳米孔施加电压电势时，可以观察到归因于离子通过纳米孔的传导的小离子电流。电流的大小对孔径是敏感的。基于纳米孔的测序芯片可用于核酸(例如DNA)测序。基于纳米孔的测序芯片并入配置为阵列的大量传感器室。例如，一百万个室的阵列可包括1000行乘1000列的室。图1举例说明基于纳米孔的测序芯片中的室100的实施方案。在室的表面上形成膜102。在一些实施方案中，膜102是脂质双层。将含有可溶性蛋白纳米孔跨膜分子复合物(PNTMC)和目标分析物的主体电解质114直接置于室的表面上。在一个实施方案中，通过电穿孔将单个PNTMC104插入膜102中。阵列中的单独膜与彼此既不化学连接也不电连接。因此，阵列中的每个室是独立的测序机，产生与PNTMC结合的单一聚合物分子独特的数据。PNTMC104对分析物操作并调节通过在其他情况下不可渗透的双层的离子电流。继续参考图1，模拟测量电路112连接至由一定体积的电解质108覆盖的金属电极110。电解质108的体积通过离子不可渗透的膜102与主体电解质114分离。PNTMC104穿过膜102并提供离子电流从主体液体流至工作电极110的唯一路径。该室还包括对电极(CE)116，其与主体电解质114电接触。该室也可包括参照电极117。在一些实施方案中，纳米孔阵列使得能够使用基于单分子纳米孔的边合成边测序(Nano-SBS)技术进行平行测序。图2举例说明用Nano-SBS技术进行核苷酸测序的室200的实施方案。在Nano-SBS技术中，将待测序的模板202和引物引入室200。向该模板-引物复合物中，将四种不同标记的核苷酸208添加至主体水相。由于正确标记的核苷酸与聚合酶204复合，标签的尾部位于纳米孔206的桶中。保持在纳米孔206的桶中的标签产生独特的离子阻断信号210，由此由于标签的独特化学结构而电子识别添加的碱基。图3举例说明将要用预加载标签进行核苷酸测序的室的实施方案。纳米孔301在膜302中形成。酶303(例如，聚合酶，诸如DNA聚合酶)与纳米孔结合。在一些情况下，聚合酶303共价附接至纳米孔301。聚合酶303与待测序的核酸分子304结合。在一些实施方案中，核酸分子304是环状的。在一些情况下，核酸分子304是线性的。在一些实施方案中，核酸引物305与核酸分子304的一部分杂交。使用单链核酸分子304作为模板，聚合酶303催化核苷酸306掺入至引物305上。核苷酸306包含标签种类(“标签”)307。图4举例说明用于用预加载标签进行核酸测序的过程400的实施方案。阶段A举例说明如图3中所述的组件。阶段C显示加载至纳米孔中的标签。“加载的”标签可以是位于纳米孔中和/或保持在纳米孔中或附近持续适当量的时间(例如0.1毫秒(ms)至10,000ms)的标签。在一些情况下，预加载的标签在从核苷酸释放之前加载于纳米孔中。在一些情况下，如果标签在核苷酸掺入事件时释放后穿过纳米孔(和/或被纳米孔检测)的概率合适地高，例如90％至99％，则预加载标签。在阶段A，标记的核苷酸(四种不同类型之一：A、T、G或C)不与聚合酶结合。在阶段B，标记的核苷酸与聚合酶结合。在阶段C，聚合酶对接至纳米孔。在对接期间，通过电力将标签拉入纳米孔中，所述电力诸如在由跨膜和/或纳米孔施加的电压产生的电场存在的情况下产生的力。结合的标记核苷酸中的一些不与核酸分子碱基配对。这些非配对核苷酸通常在比正确配对的核苷酸保持与聚合酶结合的时间尺度更短的时间尺度内被聚合酶排斥。由于非配对核苷酸仅与聚合酶瞬时结合，所以如图4中所示的过程400通常不会进行超过阶段D。例如，在阶段B或在该过程进入阶段C后不久，聚合酶排斥非配对的核苷酸。在聚合酶对接至纳米孔之前，纳米孔的电导为~300皮西门子(300pS)。在阶段C，纳米孔的电导为约60pS、80pS、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.分析纳米孔中的分子的方法，其包括：将液体电压施加至脂质双层的第一侧上的电解质，其中所述液体电压包括标签读取时段和开放通道时段，所述标签读取时段具有倾向于将所述分子的标签或所述分子的部分捕获至脂质双层中的纳米孔的标签读取电压水平，且所述开放通道时段具有倾向于从所述脂质双层中的纳米孔排斥所述标签或所述分子的部分的开放通道电压水平；在预充电时间段期间将预充电电压源连接至脂质双层的第二侧上的积分电容器和工作电极，使得所述积分电容器和所述工作电极被充电至预充电电压；和在积分时间段期间将预充电电压源与所述积分电容器和所述工作电极断开，使得所述积分电容器的电压和所述工作电极的电压可以随着电流流过脂质双层中的纳米孔而变化；其中所述预充电时间段与所述标签读取时段的开始部分重叠。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.15 US 62/3949031.分析纳米孔中的分子的方法，其包括：将液体电压施加至脂质双层的第一侧上的电解质，其中所述液体电压包括标签读取时段和开放通道时段，所述标签读取时段具有倾向于将所述分子的标签或所述分子的部分捕获至脂质双层中的纳米孔的标签读取电压水平，且所述开放通道时段具有倾向于从所述脂质双层中的纳米孔排斥所述标签或所述分子的部分的开放通道电压水平；在预充电时间段期间将预充电电压源连接至脂质双层的第二侧上的积分电容器和工作电极，使得所述积分电容器和所述工作电极被充电至预充电电压；和在积分时间段期间将预充电电压源与所述积分电容器和所述工作电极断开，使得所述积分电容器的电压和所述工作电极的电压可以随着电流流过脂质双层中的纳米孔而变化；其中所述预充电时间段与所述标签读取时段的开始部分重叠。2.权利要求1的方法，其中所述预充电时间段与所述开放通道时段的结束部分重叠。3.权利要求1的方法，其中所述预充电时间段跨越从所述开放通道时段至所述标签读取时段的转变。4.权利要求1的方法，其中所述预充电时间段与所述开放通道时段的开始部分重叠。5.权利要求1的方法，其中所述预充电时间段与所述标签读取时段的结束部分重叠。6.权利要求1的方法，其中所述预充电时间段跨越从所述标签读取时段至所述开放通道时段的转变。7.权利要求3或6的方法，其中所述预充电时间段具有100微秒至50毫秒的持续时间。8.权利要求1、2、4或5的方法，其中所述预充电时间段具有50微秒至25毫秒的持续时间。9.用于分析分子的系统、仪器或装置，其包括：电压源；与所述电压源耦合的对电极；...
【专利技术属性】
技术研发人员：RJA陈，H田，JW小梅尼，
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
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。