生物聚合物测序系统技术方案

本发明专利技术提供用于对生物聚合物进行电子方式测序的系统和相关装置、方法和分子模块。方法和分子模块。方法和分子模块。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生物聚合物测序系统
[0001]优先权要求
[0002]本申请要求2018年11月29日提交的美国临时申请号62/772,837的优先权，其内容通过引用其全文纳入本文。


[0003]本专利技术的实施方式涉及用于利用电子测量来识别和测序生物聚合物的系统、方法、装置、和物质组成。更具体地，本公开包括如下实施方式：设计、合成、并用具有桥接纳米间隙的结合功能的分子线功能化分子裂隙或镊子，使人们能够基于它们的组分在单分子水平上电子方式识别生物聚合物。
[0004]专利技术背景
[0005]下一代测序(NGS)已经降低了个体人类基因组测序的花销和时间。然而，NGS读取的DNA序列2比经典Sanger测序(平均～800个碱基读取长度)短得多。3缺点之一是短读取不能封装重复序列的长区块，导致人类基因组的片段化组装，其一半序列由大小从1个碱基(单核苷酸重复或均聚物)或2个碱基(二核苷酸重复)到数百万个碱基的重复、以及从两到数百万的拷贝数构成。4单分子实时(SMRT)测序—也称为第三代测序(由太平洋生物科学公司(Pacific Bioscience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.用于生物聚合物的电子方式识别和/或测序的系统，包括：a.置于顺式储存器和反式储存器之间的基材；b.基材中的纳米孔，其允许至少一部分生物聚合物从顺式储存器转移到反式储存器；c.嵌入纳米孔中并相互重叠的第一电极和第二电极，其由介电层隔开以在其间形成纳米间隙；d.合成的T形或Y形分子模块，具有一种导电分子线，其末端具有用于连接的锚定分子，可以桥接两个电极，允许电流从一个电极流向另一个电极；和可以与生物聚合物或其组成单体相互作用以进行传感的受体；e.被配置为控制生物聚合物移动穿过纳米孔的速度的机制；f.第一偏压源，用于在顺式储存器和反式储存器之间施加偏压，促进生物聚合物移动穿过纳米孔；g.第二偏压源，用于在两个电极之间施加偏压；和h.被配置为在生物聚合物通过影响电流的纳米孔时测量和分析信号，并基于该信号识别生物聚合物或其组成单体的测量系统。2.用于生物聚合物的电子方式识别和/或测序的系统，包括：a.置于顺式储存器和反式储存器之间的基材；b.基材中的纳米孔，其允许至少一部分生物聚合物从顺式储存器转移到反式储存器；c.在纳米孔表面的同一平面上的由纳米间隙隔开的电极对，其在入口侧或在出口侧，其中纳米间隙位于纳米孔的中心、偏离中心或沿着纳米孔边缘；d.合成的T形或Y形分子模块，具有一种导电分子线，其末端具有用于连接的锚定分子，可以桥接两个电极，允许电流从一个电极流向另一个电极；和可以与生物聚合物或其组成单体相互作用以进行传感的受体；e.被配置为控制生物聚合物移动穿过纳米孔的速度的机制；f.第一偏压源，用于在顺式储存器和反式储存器之间施加偏压，促进生物聚合物移动穿过纳米孔；g.第二偏压源，用于在两个电极之间施加偏压；和h.被配置为在生物聚合物通过影响电流的纳米孔时测量和分析信号，并基于该信号识别生物聚合物或其组成单体的测量系统。3.用于生物聚合物的电子方式识别和/或测序的系统，包括：a.具有顺式储存器和反式储存器的平面基材；b.基材中的纳米通道，其允许至少一部分生物聚合物通过纳米通道从顺式储存器移动到反式储存器，其中纳米通道连续地或逐步地逐渐减小其尺寸，并且在纳米通道的底部或壁上具有或不具有微结构，这被配置为拉伸和减缓生物聚合物的进展；c.在纳米通道的端上彼此相对定位的第一电极和第二电极，第一电极嵌入纳米通道一侧的壁上，第二电极嵌入纳米通道另一侧的壁上，其间形成纳米间隙，间隙尺寸等于纳米通道的局部宽度；或者，两个电极都嵌入纳米通道同侧的壁上，其间有介电层，在其间形成纳米间隙，间隙大小等于介电层的厚度；d.合成的T形或Y形分子模块，具有一种导电分子线，其末端具有用于连接的锚定分子，可以桥接两个电极，允许电流从一个电极流向另一个电极；和可以与生物聚合物或其组成
单体相互作用以进行传感的受体；e.被配置为控制生物聚合物移动穿过纳米通道的速度的机制；f.第一偏压源，用于在顺式储存器和反式储存器之间施加偏压，促进生物聚合物移动穿过纳米通道；g.第二偏压源，用于在两个电极之间施加偏压；和h.被配置为在生物聚合物通过影响电流的纳米通道时测量和分析信号，并基于该信号识别生物聚合物或其组成单体的测量系统。4.如权利要求1、2或3所述的系统，其中生物聚合物是DNA、RNA、蛋白质、寡核苷酸、肽、多糖或其组合，无论是天然的、修饰的还是合成的。5.如权利要求1、2或3所述的系统，其中基材是包含多个纳米孔或纳米通道的纳米芯片。6.如权利要求1、2或3所述的系统，其中被配置为控制生物聚合物移动穿过纳米孔或纳米通道的速度的机制，包括：a.基本上平行于基材放置的扫描板，生物聚合物直接或间接附着在其上；和b.致动器，用于以纳米精度控制基材与扫描板之间的相对运动；其中相对运动是在法线方向(改变扫描板与基材的距离)或在切线方向(横向移动，不改变扫描板和基材之间的距离)。7.如权利要求6所述的系统，其中：致动器是由压电效应驱动、机电驱动或任何使用磁性元件、电气元件或机械元件或它们的组合驱动的精密线性运动平台。8.如权利要求6所述的系统，其中：生物聚合物通过化学键、共价键或非共价键直接连接到扫描板、或者通过磁珠或接头分子间接连接到扫描板、或其组合。9.如权利要求8所述的系统，其中：接头分子选自单链核酸、双链核酸、多肽链、纤维素纤维或任何柔性线性聚合物及其组合，可以是天然的、修饰的或合成的。10.如权利要求1、2或3所述的系统，其中被配置为控制生物聚合物移动穿过纳米孔或纳米通道的速度的机制包括酶、带有可以减缓酶活性的条件培养基的酶、粘性介质、多孔介质或任何可以减慢生物聚合物移动通过它的速度的介质、或微结构如微柱或微型柱、或配置为减慢生物聚合物运动的某种电泳力、或其组合。11.如权利要求10所述的系统，其中：酶是DNA或RNA聚合酶或解旋酶。12.如权利要求1～3所述的系统，其中生物聚合物的受控移动速度为每单体约0.1ms至约1000ms，优选为约1ms至约100ms，最优选为约5ms至约20ms。13.如权利要求1、2或3所述的系统，其中所述分子线包括以下之一或它们的组合：
a)导电性随构象变化的分子；b)具有双螺旋结构并主要包含G
‑
C碱基对的天然核酸；c)具有双螺旋结构的天然核酸，其包含修饰的碱基、修饰的核苷或修饰的核苷酸；d)形成双螺旋结构的DNA类似物，其包含天然核碱基；e)形成双螺旋结构的DNA类似物，其包含非天然或合成核碱基；f)由非天然或合成碱基组成并形成双螺旋结构的DNA类似物；g)包含非磷酸盐骨架的DNA类似物；h)包含α螺旋或β折叠结构并含有芳族氨基酸和带电氨基酸的肽；i)包含非天然或合成的芳族氨基酸的肽；或j)包含非酰胺骨架的肽；并且所述受体(裂隙或镊子)包括以下之一或其组合：a)可通过氢键或芳族堆叠与生物聚合物相互作用的平面结构；b)由通过间隔分子连接在一起的两个平面结构构成的部分，其可通过氢键、芳族堆叠或氢键和芳族堆叠与化学实体相互作用；c)通过氢键或碱基堆叠与DNA或RNA核碱基相互作用的结构；d)将DNA或RNA核碱基捕获在其中空空间中的分子裂隙；e)通过氢键和碱基堆叠捕获DNA或RNA核碱基的分子镊子或夹子；或f)可通过形成具有不同结合能的不同非共价复合物来区分核碱基的任意分子。14.如权利要求1、2或3所述的系统，其中所述锚定分子包括以下或其组合：a)包含一个或多个氨基基团的分子；b)包含一个或多个硫醇基团的分子；c)包含一个或多个二硫基团的分子；或d)包含一个或多个二醇基团的分子。15.如权利要求1、2或3所述的系统，其中包含三个尖头或腿的锚定分子，其形成分子线与电极的稳定而牢固的连接。16.如权利要求1、2或3所述的系统，其中两个电极具有相同或不同的材料，包括以下或其组合：a)可与锚定分子直接反应的金属电极；b)可通过可与锚定分子反应形成共价键的自组装单层在其表面上被功能化的金属电极；c)可以用硅烷功能化的金属氧化物电极，其可以与锚定分子反应形成共价键；或d)可以用有机试剂功能化的碳电极，其可以与锚定分子反应形成共价键。17.如权利要求16所述的系统，其中：所述单层由以下之一或其组合形成：a)包含一个硫醇基团的有机分子，约0.2至约3nm长；b)包含多个硫醇基团的有机分子，约0.2至约3nm长；c)包含可与金属特异性锚定分子反应的官能团的有机分子；d)硫醇三脚架，其在所述金属表面形成单层并与所述金属特异性锚定分子反应；或
e)所述有机分子的混合物或所述有机分子与硫醇三脚架的混合物。18.如权利要求1、2或3所述的系统，还包括额外的一对或多对嵌入纳米孔或纳米通道的电极，当生物聚合物穿过纳米孔或纳米通道时，其用于多次测量生物聚合物。19.如权利要求1、2或3所述的系统，其中分开两个电极的纳米间隙的尺寸为约3nm至约1um，优选约5nm至约20nm，分子线的长度与纳米间隙相当，促进在电极对之间形成桥...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷明，张丕明，
申请(专利权)人：通用测序技术公司，
类型：发明
国别省市：