【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物分子检测领域，具体涉及一种跨膜寡核苷酸修饰的固态纳米孔及其应用。
技术介绍
1、固态纳米孔技术为开发高通量、无标记、低成本的dna测序平台铺平了道路，后者可用于医学诊断和个性化医疗。其中，基于二维(2d)材料中的纳米孔技术在dna测序中尤其受到关注，因为它们的厚度与单个核苷酸的尺寸相当，从而提供了尽可能高的检测空间分辨率。自2010年以来，诸多实验和模拟计算探索了各种二维材料纳米孔，包括石墨烯、六角氮化硼(hbn)、二硫化钼(mos2)、二硫化钨(ws2)、碳化钛mxene(如ti3c2)、磷化烯等在检测dna链上的潜力。
2、与已商业化的生物纳米孔技术相仿，基于固态纳米孔的dna测序的原理也非常简单。理想情况下，当带负电荷的dna分子在外加电压的驱动下通过纳米孔时，由于每个核苷酸都会以独特的方式来调节过孔离子电流信号，因此可从离子电流的大小和持续时间的变化中直接读取过孔核苷酸信息。同时，测量dna核苷酸与二维材料之间直接相互作用所引起的横向电流变化也是一种很有前景的替代方法。
3、尽管人们在基于二维材料纳米孔的dna测序方面做出了很多工作，但仍需克服一些挑战来达到对单个核苷酸的足够分辨率。例如，在二维材料纳米孔中，dna的过孔速度约为20,000-100,000个核苷酸/毫秒(这取决于纳米孔大小和跨膜电压等测量条件)，这将导致穿孔过程中所能获取的有效数据点偏少，从而限制了离子电流测量的灵敏度。在过去的几十年中，为了提高二维材料纳米孔的时间分辨率，人们提出了各种减缓dna穿孔速度的策略，
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提出了一种跨膜寡核苷酸修饰的固态纳米孔。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
3、根据本说明书的第一方面，提供一种跨膜寡核苷酸修饰的固态纳米孔，该固态纳米孔中存在若干跨膜寡核苷酸rna短链的修饰，所述rna短链的第一个核苷酸碱基处于纳米孔上方，第二个核苷酸碱基处于纳米孔中，其他核苷酸碱基处于纳米孔下方，所述rna短链能够与穿孔dna分子形成特定的碱基-碱基相互作用，能够显著减缓dna分子穿孔速度、以序列依赖性的方式增加dna碱基在纳米孔中的驻留时间并抑制dna碱基在穿孔过程中的构象波动，从而提高dna碱基识别的检测分辨率。
4、进一步地，所述rna短链的碱基数量不小于3个，通常为3-10个，其长度能维持rna短链的跨膜构型即可。
5、进一步地，修饰的rna短链数量不小于4条，使得其与穿孔dna分子有足够的碱基-碱基相互作用。
6、进一步地，所述rna短链的序列为5’-gguu-3’，但不限于此，能够提供dna序列依赖性的碱基-碱基相互作用即可；采用5’-gguu-3’时，5’端的第一个g核苷酸碱基处于纳米孔上方，第二个g核苷酸碱基处于纳米孔中，3’端的两个u核苷酸碱基处于纳米孔下方。
7、进一步地，所述固态纳米孔的基底二维材料选自二硫化钼、石墨烯、六方氮化硼或二硫化钨，但不限于这些二维材料。
8、进一步地，所述固态纳米孔的外径为2.5纳米-5纳米，但不限于此范围，能够允许一条单链dna分子通过即可。
9、进一步地，所述固态纳米孔的形状为圆形、三角形、六边形，但不限于这些特定形状。
10、进一步地，所述固态纳米孔的形状为中心对称的六边形，该固态纳米孔由9条跨膜寡核苷酸rna短链来修饰，9条rna短链对称均分在间隔的三条纳米孔边上，能够提供足够的跨膜rna-穿孔dna碱基-碱基相互作用。
11、根据本说明书的第二方面，提供一种dna固态纳米孔测序系统，该系统包括如第一方面所述的跨膜寡核苷酸修饰的固态纳米孔、电解液和纵向电流回路；所述纵向电流回路包括电源、电流测量装置和两个电极，提供纵向电场ez，用于驱动dna分子和离子纵向穿过固态纳米孔，形成过孔离子电流信号，实现对dna碱基的检测；所述固态纳米孔和所述电极均处于电解液中。
12、进一步地，dna分子的穿孔过程由全原子分子动力学模拟(md)实现。
13、本专利技术有益效果如下：与无修饰的固态纳米孔不同，本专利技术设计的跨膜寡核苷酸rna短链修饰的新型固态纳米孔能够利用跨膜rna链与穿孔dna分子间特定的碱基-碱基相互作用来显著性地减缓dna分子的穿孔速度，特异性地延长dna碱基在孔中的停留时间，并抑制碱基在纳米孔中的构象波动，降低了检测的噪声，从而提高碱基识别的检测分辨率。本专利技术可以成为基于固态纳米孔的dna测序的新型候选材料。
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1.一种跨膜寡核苷酸修饰的固态纳米孔，其特征在于，所述固态纳米孔中存在若干跨膜寡核苷酸RNA短链的修饰，所述RNA短链的第一个核苷酸碱基处于纳米孔上方，第二个核苷酸碱基处于纳米孔中，其他核苷酸碱基处于纳米孔下方，所述RNA短链能够与穿孔DNA分子形成特定的碱基-碱基相互作用，减缓DNA分子穿孔速度并抑制穿孔时DNA碱基的构象波动。
2.根据权利要求1所述的跨膜寡核苷酸修饰的固态纳米孔，其特征在于，所述RNA短链的碱基数量不小于3个。
3.根据权利要求1所述的跨膜寡核苷酸修饰的固态纳米孔，其特征在于，修饰的RNA短链数量不小于4条，使得其与穿孔DNA分子有足够的碱基-碱基相互作用。
4.根据权利要求1所述的跨膜寡核苷酸修饰的固态纳米孔，其特征在于，所述RNA短链的序列为5’-GGUU-3’，其中5’端的第一个G核苷酸碱基处于纳米孔上方，第二个G核苷酸碱基处于纳米孔中，3’端的两个U核苷酸碱基处于纳米孔下方。
5.根据权利要求1所述的跨膜寡核苷酸修饰的固态纳米孔，其特征在于，所述固态纳米孔的基底二维材料选自二硫化钼、石墨烯、六方氮化硼或
6.根据权利要求1所述的跨膜寡核苷酸修饰的固态纳米孔，其特征在于，所述固态纳米孔的外径为2.5纳米-5纳米。
7.根据权利要求1所述的跨膜寡核苷酸修饰的固态纳米孔，其特征在于，所述固态纳米孔的形状为圆形、三角形或六边形。
8.根据权利要求1所述的跨膜寡核苷酸修饰的固态纳米孔，其特征在于，所述固态纳米孔的形状为中心对称的六边形，所述固态纳米孔由9条跨膜寡核苷酸RNA短链来修饰，9条RNA短链对称均分在间隔的三条纳米孔边上。
9.一种DNA固态纳米孔测序系统，其特征在于，该系统包括权利要求1-8中任一项所述的跨膜寡核苷酸修饰的固态纳米孔、电解液和纵向电流回路；所述纵向电流回路包括电源、电流测量装置和两个电极，提供纵向电场，用于驱动DNA分子和离子纵向穿过固态纳米孔，形成过孔离子电流信号，实现对DNA碱基的检测；所述固态纳米孔和所述电极均处于电解液中。
...【技术特征摘要】
1.一种跨膜寡核苷酸修饰的固态纳米孔，其特征在于，所述固态纳米孔中存在若干跨膜寡核苷酸rna短链的修饰，所述rna短链的第一个核苷酸碱基处于纳米孔上方，第二个核苷酸碱基处于纳米孔中，其他核苷酸碱基处于纳米孔下方，所述rna短链能够与穿孔dna分子形成特定的碱基-碱基相互作用，减缓dna分子穿孔速度并抑制穿孔时dna碱基的构象波动。
2.根据权利要求1所述的跨膜寡核苷酸修饰的固态纳米孔，其特征在于，所述rna短链的碱基数量不小于3个。
3.根据权利要求1所述的跨膜寡核苷酸修饰的固态纳米孔，其特征在于，修饰的rna短链数量不小于4条，使得其与穿孔dna分子有足够的碱基-碱基相互作用。
4.根据权利要求1所述的跨膜寡核苷酸修饰的固态纳米孔，其特征在于，所述rna短链的序列为5’-gguu-3’，其中5’端的第一个g核苷酸碱基处于纳米孔上方，第二个g核苷酸碱基处于纳米孔中，3’端的两个u核苷酸碱基处于纳米孔下方。
5.根据权利要求1所述的跨膜寡核苷酸修饰...
【专利技术属性】
技术研发人员：周如鸿，张冬，张明娇，
申请(专利权)人：上海浙江大学高等研究院，
类型：发明
国别省市：
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