用于分子表征的纳米孔匹配的蛋白质穿梭物及其数据分析方法技术

提供了用于表征纳米孔传感器中穿梭物捕获事件的系统和方法。首先，所述方法针对至少一个偏置电压收集时间依赖性电流阻塞特征。然后，所述方法将每一个特征鉴定为与永久事件或瞬时事件对应。然后，所述方法为所述瞬时事件特征生成蛋白质动力学景观(PDL)。所述PDL包括纳米孔电流数据的一组直方图，并且在穿梭物捕获事件期间表征通过所述纳米孔的电流。然后，所述方法可以包括基于所述永久事件特征鉴定进入水平阻塞值。永久事件捕获可以通过大于某个阈值时间值的持续时间来确定。在以上流体室之间施加大于阈值电压水平的电压可以用于将大多数事件控制成是永久性的。大多数事件控制成是永久性的。大多数事件控制成是永久性的。

【技术实现步骤摘要】
用于分子表征的纳米孔匹配的蛋白质穿梭物及其数据分析方法
[0001]本申请是第201880046879.X号中国申请的分案申请。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请要求于2017年7月17日提交并且标题为“用于分子表征的纳米孔匹配的蛋白质穿梭物(shuttle)及其数据分析方法”的第62/533,215号美国临时专利申请的优先权和权益，其内容通过引用整体并入本文，如同在本文中完全阐述一样。
[0004]领域
[0005]本专利技术涉及用于表征纳米孔传感器以及用于分析和可视化用所述传感器获得的单分子测量的系统和方法。
[0006]背景
[0007]分子可以经由纳米孔捕捉并且进行电监测。特别地，可以诱导通常包括蛋白质分子和与蛋白质分子连接的其他目标分子的蛋白质穿梭物与电压偏置的纳米孔结合。蛋白质穿梭物可以实现对目标分子的监测。然而，由于蛋白质穿梭物中蛋白质分子的复杂的几何结构和电荷结构，分子的基于纳米孔的研究具有挑战性。复杂的结构使得在纳米孔中难以稳定地捕捉蛋白质分子。另外，人工再现的纳米孔和拥有纳米孔的结构通常在纳米孔的尺寸设定，纳米孔与蛋白质分子之间的键的稳定性，噪声特性以及其他化学、机械、电和热约束方面遭遇困难。
[0008]为了有效地监测纳米孔处的蛋白质分子或其他目标分子，需要系统和方法来诱导和维持分子在纳米孔处的捕捉。还需要有效的分析和可视化技术来分析大量的整体分子事件，以揭示蛋白质穿梭物系统和/或目标分子的动力学。

技术实现思路

[0009]本公开内容的各种实施例涉及用于表征纳米孔传感器中的穿梭物捕获的方法。所述方法可以包括针对多个不同的偏置电压收集多个时间依赖性电流阻塞特征。然后，所述方法可以包括将所述多个时间依赖性电流阻塞特征分类成永久事件特征和瞬时事件特征。针对所述多个偏置电压中的每一个，可以对于所述瞬时事件特征生成蛋白质动力学景观(PDL)。所述PDL包括阻塞频谱的集合。所述阻塞频谱的集合中的每一个可以包括选择的最大持续时间的瞬时事件的阻塞值的直方图。所述方法可以还包括针对所述多个偏置电压中的每一个，对于所述永久事件特征生成蛋白质动力学景观(PDL)。所述PDL包括阻塞频谱的集合。所述阻塞频谱的集合中的每一个可以包括永久事件的阻塞值的直方图，其中对于每一个永久事件均从事件的开始直到事件开始之后的最大时间获得这些阻塞值。然后，所述方法可以包括基于永久事件特征鉴定永久水平阻塞值。永久阻塞水平是一旦达到，除非例如通过反转施加的电压的极性来使所述穿梭物排出，否则很少会改变的阻塞水平。所述方法还可以包括基于永久事件特征和永久事件的PDL图来鉴定进入水平阻塞值。然后，所述方法可以包括选择与所述瞬时事件特征的PDL对应的所述多个偏置电压中的一个。所述阻塞频谱的集合可以揭示基本上等于所述永久水平阻塞值和/或等于所述进入水平阻塞值的阻
塞值处的峰。
[0010]在一些实例中，所述时间依赖性电流阻塞特征包括在穿梭物捕获事件期间作为时间的函数的纳米孔电流的测量。
[0011]在一些实例中，所述分类可以包括将显示返回至初始电流水平的所述多个时间依赖性电流阻塞特征中的任意一个鉴定为瞬时事件特征。所述分类可以包括将未显示返回至初始电流水平的所述多个时间依赖性电流阻塞特征中的任意一个鉴定为所述永久事件特征。
[0012]在一些实例中，所述方法可以还包括针对所述多个偏置电压中的每一个计算永久穿梭物捕获事件的数量与瞬时穿梭物捕获事件的数量的比率。基于计算的比率，所述方法然后可以包括确定阈值偏置电压以实现优选的比率。
[0013]在一些实例中，所述阻塞频谱可以包括在固定的时间间隔采样以产生直方图数据点的纳米孔电流阻塞数据的平均值。所述固定的时间间隔可以至少与用于对所述纳米孔电流阻塞数据采样的间隔一样长。所述纳米孔电流阻塞数据可以包括从输入电流到所述输入电流的电流变化的比率。
[0014]在一些实例中，所述鉴定步骤可以包括针对所述多个偏置电压中的至少一个，生成所述永久事件特征的附加PDL。所述鉴定步骤可以还包括选择与低于所述永久阻塞水平的阻塞水平对应的进入水平阻塞值。
[0015]在一些实例中，所述方法可以还包括将PDL内的所述阻塞频谱的集合中的每一个频谱用高斯分布的总和拟合。可以由所述永久事件的PDL内的所述阻塞频谱的集合中的峰确定所述进入水平阻塞值。
[0016]在第一实施方案的一些实例中，生成瞬时事件的PDL的特定阻塞频谱中包括的所述事件的所述选择的最大持续时间可以是2毫秒、5毫秒、10毫秒、30毫秒、100毫秒、500毫秒和1000毫秒。
[0017]在本公开内容的第二实施方案中，可以提供用于表征纳米孔传感器中的穿梭物捕获的方法。首先，所述方法可以包括针对选择的偏置电压收集多个时间依赖性电流阻塞特征。然后，所述方法可以规定基于所述多个时间依赖性电流阻塞特征计算穿梭物捕获事件的持续时间和所述穿梭物捕获事件的阻塞百分比或平均阻塞百分比。然后，所述方法可以规定基于所述多个时间依赖性电流阻塞特征的分布特点来确定阻塞水平。
[0018]在一些实例中，所述确定步骤可以包括确定所述穿梭物捕获事件的持续时间是否落在预定的最小持续时间至预定的最大持续时间的范围内。
[0019]所述预定的最小持续时间可以是0毫秒，并且所述预定的最大持续时间可以是2毫秒。在这一类的穿梭物捕获事件的所述阻塞频谱中，这可以提供在40％电流阻塞处的阻塞峰。
[0020]所述预定的最小持续时间可以是0毫秒，并且所述预定的最大持续时间可以是5毫秒。在所述阻塞频谱中，这可以提供在45％阻塞处和52％阻塞处的附加的阻塞峰。
[0021]所述预定的最小持续时间可以是0毫秒，并且所述预定的最大持续时间可以是10毫秒。这可以提供在40％阻塞处、45％阻塞处和52％阻塞处的附加的阻塞峰。
[0022]所述预定的最小持续时间可以是0毫秒，并且所述预定的最大持续时间可以是30毫秒。这可以提供在57％的阻塞水平处的附加的阻塞峰。
[0023]所述预定的最小持续时间可以是0毫秒，并且所述预定的最大持续时间可以是100毫秒。这可以提供在40％处、45％处、52％处和57％处的阻塞水平。
[0024]所述预定的最小持续时间可以是0毫秒，并且所述预定的最大持续时间可以是500毫秒。这可以提供在40％处、45％处、52％处和57％处的阻塞水平。
[0025]所述预定的最小持续时间可以是0毫秒，并且所述预定的最大持续时间可以是1000毫秒。这可以提供在80％处的附加的阻塞水平。
[0026]在一些实例中，所述方法可以基于所述瞬时事件和永久事件的PDL的比较以及所述瞬时事件和永久事件的PDL内的各个频谱的阻塞峰的存在或不存在中的至少一个来鉴定预期的蛋白质分子取向。
[0027]在一些实例中，所述确定步骤可以包括如果特定阻塞事件的持续时间大于阈值时间，则将所述特定阻塞事件鉴定为永久的。在一个实现方式中，所述阈值时间可以是大于500毫秒的任意时间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于表征纳米孔传感器中的穿梭物捕获的方法，包括：针对选择的偏置电压收集多个时间依赖性电流阻塞特征；基于所述多个时间依赖性电流阻塞特征计算穿梭物捕获事件的持续时间和所述穿梭物捕获事件的平均阻塞百分比；基于所述多个时间依赖性电流阻塞特征的分布特性确定阻塞水平。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定还包括所述穿梭物捕获事件的所述持续时间是否落在预定的最小持续时间与预定的最大持续时间之间的范围内。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定还包括如果特定阻塞事件的所述持续时间大于阈值时间，则将特定阻塞事件鉴定为是永久的。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述阈值时间是大于500毫秒的任意时间段。5.根据权利要求2所述的方法，其中所述预定的最小持续时间是0毫秒，并且所述预定的最大持续时间是2毫秒。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述多个时间依赖性电流阻塞特征提供了在40％电流阻塞处的阻塞峰。7.根据权利要求2所述的方法，其中所述预定的最小持续时间是0毫秒，并且所述预定的最大持续时间是5毫秒。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述多个时间依赖性电流阻塞特征提供了在45％电流阻塞处和52％电流阻塞处的阻塞峰。9.根据权利要求2所述的方法，其中所述预定的最小持续时间是0毫秒，并且所述预定的最大持续时间是10毫秒。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述多个时间依赖性电流阻塞特征提供了在40％电流阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：莱娜，
申请(专利权)人：哈佛大学校董委员会，
类型：发明
国别省市：