生物体聚合物分析设备、生物体聚合物分析装置以及生物体聚合物分析方法制造方法及图纸

本公开的生物体聚合物分析设备具备：绝缘性的薄膜，包含无机材质；第1液槽以及第2液槽，由所述薄膜隔开；多个第1电极，配置在所述第1液槽；以及第2电极，配置在所述第2液槽，在所述第1液槽导入疏水液以及多个液滴，所述多个第1电极构成为能够通过施加给定的电压，从而通过电介质上电润湿来输送导入到所述第1液槽的所述多个液滴，所述多个液滴被输送到与所述多个第1电极接触的部位，通过所述疏水液相互绝缘。通过所述疏水液相互绝缘。通过所述疏水液相互绝缘。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生物体聚合物分析设备、生物体聚合物分析装置以及生物体聚合物分析方法


[0001]本公开涉及生物体聚合物分析设备、生物体聚合物分析装置以及生物体聚合物分析方法。

技术介绍

[0002]纳米孔(nanopore)设备是在厚度为的薄膜设置直径为的小孔(以下，称为纳米孔)而成，通过使电解质溶液与薄膜的两侧接触而使薄膜的两端之间产生电位差，由此能够使电解质溶液通过纳米孔。此时，若电解质溶液中的测定对象物通过纳米孔，则纳米孔周边部的电特性、特别是电阻值变化，因此通过检测该电特性的变化，能够检测测定对象物。在测定对象物为生物体聚合物的情况下，根据生物体聚合物的单体序列图案(monomer sequence pattern)，纳米孔周边部的电特性变化为图案状。近年来正在积极研究利用其进行生物体聚合物的单体序列解析的方法。
[0003]尤其，以生物体聚合物通过纳米孔时观测到的离子电流的变化量根据单体种类而不同为原理的单体序列的解析被认为有前景。由于单体序列的解析精度由上述离子电流的变化量决定，所以单体之间的离子电流量差越大越理想。这样的解析方法与以往不同，不需要伴随生物体聚合物的片段化的化学操作，而能够直接读取生物体聚合物。纳米孔设备在生物体聚合物为DNA的情况下用作DNA碱基序列解析系统(DNA测序器(sequencer))，在生物体聚合物为蛋白质的情况下用作氨基酸序列解析系统(氨基酸测序器)，期待分别作为能够解读远比以往长的序列长度的系统。
[0004]特别是，使用封锁电流方式，将纳米孔作为DNA测序器实用化的研究开发正在盛行。所谓封锁电流是指，在生物体聚合物通过纳米孔时，生物体聚合物封锁纳米孔，离子能够通过的有效截面积减少而引起的离子电流的减少量。
[0005]作为纳米孔设备，存在使用了埋入脂质双层膜的在中心具有小孔的蛋白质的生物纳米孔、和对通过半导体加工工艺形成的绝缘薄膜加工了小孔的固态纳米孔这两种。在生物纳米孔中，将埋入脂质双层膜的修饰蛋白质(Mycobacterium smegmatis porin A(MspA)等)的小孔(直径1.2nm、厚度0.6nm)作为生物体聚合物检测部来测定离子电流的变化量。
[0006]另一方面，在固态纳米孔中，在作为半导体材料的氮化硅(SiN)的薄膜、包含石墨烯、二硫化钼这样的单分子层的薄膜形成有纳米孔的构造体被用作纳米孔设备。在使用了固态纳米孔的生物体聚合物分析方法中，至今为止进行了测定均聚物的腺嘌呤碱基、胞嘧啶碱基、胸腺嘧啶碱基、鸟嘌呤碱基的封锁电流量的报告(非专利文献1以及非专利文献2)。
[0007]在使用了纳米孔设备的计测中，存在以下三个课题。第一个课题是，在实现具有阵列化的并联通道的集成化纳米孔设备时，需要在各个独立通道之间电流不泄漏地相互绝缘。若未进行绝缘，则各个独立通道相互干涉而无法进行正确的计测，各通道的独立计测变得困难。
[0008]作为第二个课题，在计测中样品枯竭而计测的吞吐量下降的情况下、在充分地计
测完某个样品之后想要计测其他样品的情况下，要求通过进行顺畅的样品供给或样品更换来延长有效的连续计测时间。
[0009]作为第三个课题，在计测以DNA为代表的生物体分子时，从生物体采集的样品是宝贵的，并期望仅采集少量，因此需要即使是少的溶液量(少的DNA输入量)也能够进行计测。
[0010]在专利文献1中，为了实现利用了脂质双层膜和生物纳米孔的集成化纳米孔设备，尝试了以下的方法。相对于需要多个并联阱(well)的树脂流动池(flow cell)，通过使疏水液(油)和具有构成脂质双层膜的材料的水溶液交替地流入，从而使其在各并联阱的底部自发地形成单独液滴部，使其在阱顶部自发地形成公共溶液部。通过使其在各单独液滴部与公共溶液部的界面自发形成脂质双层膜，并在该膜中电埋入生物纳米孔，从而实现集成化。
[0011]在固态纳米孔设备中，由于与利用了生物纳米孔的自组织化的脂质双层膜不同，利用由无机材料预先形成的固态无机薄膜，所以无法应用专利文献1那样的方法，为了实现集成化，需要其他的方法(approach)。在非专利文献3中，尝试了通过使用微流路将一个无机薄膜分割为不同的区段来形成五个并联通道的方法。
[0012]此外，在非专利文献4中，对于具有16个独立薄膜的设备，尝试了通过组合绝缘橡胶的O
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环和树脂流动池来实现并联化的方法。
[0013]在实现具有高集成度的并联化固态纳米孔设备时，在专利文献2中，尝试了将疏水液(油)用作各独立通道之间的绝缘体的方法。这样的疏水液通过使用了流路的送液机构来实现。在专利文献3中，记载了将感光性树脂那样的绝缘膜设置为各独立通道之间的绝缘隔壁的方法。这样的绝缘膜通过使用了压接法的送液机构来实现。
[0014]如上所述，在集成化纳米孔设备中共通的是在薄膜的一侧设置公共溶液槽，在另一侧设置有多个独立的单独溶液槽。这样的结构是集成化纳米孔设备中的基本构造。
[0015]在先技术文献
[0016]专利文献
[0017]专利文献1：国际公开第2014/064443号
[0018]专利文献2：日本专利第6062569号
[0019]专利文献3：日本特开2018
‑
96688号公报
[0020]非专利文献
[0021]非专利文献1：Feng J.，et al.，Identification of single nucleotides in MoS2 nanopores.Nat.Nanotechnol.10，1070
‑
1076(2015)。
[0022]非专利文献2：Goto Y.，et al.，Identification of four single
‑
stranded DNA homopolymers with a solid
‑
state nanopore in alkaline CsCl solution.Nanoscale 10，20844
‑
20850(2018)。
[0023]非专利文献3：Tahvildari R.，et al.，Integrating nanopore sensors within microfluidic channel arrays using controlled breakdown.Lab on a Chip 15，1407
‑
1411(2015)。
[0024]非专利文献4：Yanagi I.，et al，Multichannel detection of ionic currents through two nanopores fabricated on integrated Si3N4membranes.Lab on a Chip 16，3340
‑
3350(2016)。

技术实现思路

[0025]专利技术要解决的课题<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种生物体聚合物分析设备，具备：绝缘性的薄膜，包含无机材质；第1液槽以及第2液槽，由所述薄膜隔开；多个第1电极，配置在所述第1液槽；以及第2电极，配置在所述第2液槽，在所述第1液槽导入疏水液以及多个液滴，所述多个第1电极构成为能够通过施加给定的电压，从而通过电介质上电润湿来输送导入到所述第1液槽的所述多个液滴，所述多个液滴被输送到与所述多个第1电极接触的部位，通过所述疏水液相互绝缘。2.根据权利要求1所述的生物体聚合物分析设备，其中，所述第1液槽还具备多个第3电极，所述多个液滴分别被输送到与所述多个第1电极以及所述多个第3电极相接触的部位，所述多个第3电极构成为能够测定从各所述多个液滴通过所述薄膜流到所述第2液槽的电流。3.根据权利要求1所述的生物体聚合物分析设备，其中，所述多个第1电极在表面具备绝缘膜。4.根据权利要求1所述的生物体聚合物分析设备，其中，所述多个第1电极还构成为能够测定从各所述多个液滴通过所述薄膜流到所述第2液槽的电流。5.根据权利要求2所述的生物体聚合物分析设备，其中，所述薄膜通过对所述多个第3电极以及所述第2电极之间施加所述薄膜的绝缘击穿电压来形成纳米孔。6.根据权利要求4所述的生物体聚合物分析设备，其中，所述薄膜通过对所述多个第1电极以及所述第2电极之间施加所述薄膜的绝缘击穿电压来形成纳米孔。7.根据权利要求2所述的生物体聚合物分析设备，其中，所述多个第1电极配置在所述多个第3电极的周围，形成输送所述多个液滴的通路。8.根据权利要求1所述的生物体聚合物分析设备，其中，所述生物体聚合物分析设备还具备判定所述多个液滴是否输送到所希望的位置的机构。9.根据权利要求1所述的生物体聚合物分析设备，其中，所述薄膜在输送所述液滴的部位具有剖面形状为锥形状的凹部。10.根据权利要求2所述的生物体聚合物分析设备，其中，所述多个第1电极或所述多个第3电极中的任意一个设置在所述薄膜上。11.根据权利要求1所述的生物体聚合物分析设备，其中，在所述第2液槽设置有多个所述第2电极，并导入所述疏水液以及所述多个液滴，所述多个所述第2电极构成为能够通过施加所述给定的电压，从而通过电介质上电润湿来输送导入到所述第2液槽的所述多个液滴，所述多个液滴被输送到与所述多个所述第2电极接触的部位，通过所述疏水液相互绝
缘。12.一种生物体聚合物分析装置，具备：权利要求1所述的生物体聚合物分析设备；以及控制部，控制对所述多个第1电极以及所述第2电极施加的电压，所述控制部具备：EWOD电压施加用电路，对所述多个第1电极施加所述给定的电压；纳米孔开孔用电路，用于对所述多个第1电极以及所述第2电极之间施加所述薄膜的绝缘击穿电压来形成纳米孔；电流计测用电路，用于测定在所述多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：后藤佑介，藤冈满，中川树生，柳川善光，板桥直志，
申请(专利权)人：株式会社日立高新技术，
类型：发明
国别省市：