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【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及新型膜纳米结构及其用途。特别地,本申请涉及在蛋白质传感和分子门创建应用中的宽通道膜核酸纳米孔。
技术介绍
1、纳米孔是跨膜聚合物和复合物,所述聚合物和复合物可以限定穿孔从而在半流体脂质双层或聚合物中形成通道,所述通道在两种流体(通常是液体,适当的水溶液)之间形成隔断,离子和某些分子可以从中通过。由核酸双链分子,特别是dna双链分子组成的跨膜纳米孔,体现了开发传感纳米孔的可能性。
2、已经从六个六边形排列的、相互连接的dna双链分子的结构核心获得了dna纳米结构,其产生中空通道(见例如,douglas s.m.,marblestone a.h.,teerapittayanon s.,vazquez a.,church g.m.,shih w.m.nucleic acids res.37,5001-5006(2009);zheng j.等人,nature 461,74-77(2009);rothemund p.w.nature 440,297-302(2006);fu j.等人,nat.nanotechnol.9,531-536(2014);burns j.r.等人,angew.chem.int.ed.52,12069-12072(2013);seiferta.,k.,burns j.r.,fertig n.,keyser u.f.,howorkas.acs nano 9,1117-1126(2015);langecker等人,(2012)science,vol.338,issue 6109,pp.932-
3、当使用插入固态基质dna的纳米结构(等人,nano.lett.,15(5),3134-3138(2015);wo 2013/083983)时,纳米孔设计的模块化构建原理可以实现定制的孔径,并实现可控门安装以调节传输,但不引发纳米孔本身的任何构象或尺寸变化(burns j.r.,seiferta.,fertig n.,howorka s.a.,nat.nanotechnol.11,152-156(2016))。由dna合成的圆形纳米管在本领域中也是已知的(zheng等人,j.am.chem.soc.,136,10194-10197(2014)),而纳米载体,与跨膜纳米孔相反,旨在靶向药物递送,其在暴露于适配体时打开也是已知的(hamid等人,(2019)nature reviews genetics,21,5-26)。
4、为了用作一系列生物分子分析物(如循环抗体、癌症或病原体生物标志物)的传感器,通常需要由核酸纳米孔形成的合适的膜通道来满足某些标准,即:
5、1)通道内腔应当至少约3nm宽,以容纳通道内腔开口内部或附近的大生物分子;所述大生物分子在通道附近或通道内的结合导致比分析物在孔入口的一般邻近位置结合时更高的读数灵敏度;
6、2)所述孔应在结构上限定并抗弯曲或构象变形,以在电读数中获得恒定的基本水平(即减少背景噪声);和
7、3)所述孔尺寸应易于调整,以使其适应不同的生物分子大小——例如,应将其配置为在构象或尺寸上适合于可能与孔相互作用或穿过孔的分析物或生物分子。
8、wo-2018/011603-a1以及wo2020/025974-a1中描述了最小内部孔径为几纳米的跨膜核酸结构定义的纳米孔。
9、在传统的纳米孔传感器中,分析物的检测通过孔堵塞从而导致可检测信号的变化而发生。所述信号可以是测量系统的结果,所述测量系统通过将纳米孔放置在绝缘半流体膜内并在存在可溶性分析物的情况下测量通过纳米孔的电压驱动离子流而创建。因为通过孔隙的可测量电流的减少,信号的变化可以被检测到。这种阻碍电流通过孔隙的现象被称为电流阻断。通过孔的离子物质流的变化可以作为电流、电势(例如电压)或阻抗的变化被测量。关于分析物的进一步信息可以通过不同的离子电流特征来揭示,例如电流阻断的持续时间和程度以及电流水平的变化。显然,当电流阻断最大时,检测程度最高,然而,这通常需要将孔腔的大小工程化为与待检测的分析物的预期大小紧密对应。因此,检测小的分析物或大小可能变化的分析物,例如小分子或较大分析物分子的片段,例如寡肽,可能很难检测到,因为如果几乎完全的电流阻断是不可能的,则信号幅度可能较低或可变。因此,信号输出的保真度在一定程度上取决于电测量,所述电测量受到基础物理或生物系统的固有变化和/或由于被测量信号的微小波动而不可避免的测量噪声的影响。因此,希望增加核酸纳米孔可用的可检测输出的范围,特别是减少对分析物与孔的大小匹配的依赖性,从而实现输出信号的可检测变化,例如电流阻断。
10、本专利技术解决了本领域的不足。根据本文提供的教导,本专利技术的这些和其他用途、特征和优点对于本领域技术人员来说应该是显而易见的。
技术实现思路
1、本专利技术涉及纳米力学可致动核酸纳米孔的设计和实施,以及结合该纳米结构的系统装置和方法。
2、本专利技术的第一方面提供了一种跨膜可致动核酸纳米孔,所述纳米孔包括:
3、提供支架组件的一条或多条多核苷酸链和提供多钉(staple)组件的多条多核酸链,其中所述多个钉组件中的每一个与所述支架组件杂交;和
4、触发器,所述触发器能够响应刺激而致动;
5、其中所述触发器的致动导致所述纳米孔从第一构象到至少第二构象的构象变化,并且其中所述构象变化是可检测的。
6、本专利技术的第二方面提供了一种膜,所述膜中插入了至少一个如本文所述的跨膜可致动核酸纳米孔。
7、本专利技术的第三方面提供了传感器设备,其中所述传感器设备包括如本文所述的膜和荧光测量装置。
8、本专利技术的第四方面提供了一种传感器设备,所述传感器设备包括本文所定义的跨膜核酸纳米孔。
9、本专利技术的第五方面提供了用于感测分析物的存在的方法,所述方法包括:
10、i.提供如本文所定义的传感器设备;
11、ii.使包括在传感器设备内的纳米孔与分析物接触,并建立通过纳米孔的离子流或穿过纳米孔的电子流;和
12、iii.测量所述纳米孔上的电信号,
13、其中所述感测包括分析物检测或表征,其中电测量的变化指示所述分析物的存在。
14、本专利技术的第六方面提供了一种用于感测分析物的存在的方法,包括:
15、(a)提供如本文所定义的传感器设备;
16、(b)使包括在传感器设备内的纳米孔与分析物接触,所述分析物作为刺激物以启动所述纳米孔从第一构象到至少第二构象的构象变化;和
17、(c)通过荧光共振能量转移(fret)技术测量输出信号响应。
18、在本申请的范围内,其明确旨在,在先前段落、权利要求和/或下文的描述和附图中所阐述的各个方面、实施方案、实施例和替代方案,特别是本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.跨膜可致动核酸纳米孔,纳米孔包括:
2.根据权利要求1所述的跨膜纳米孔,其中所述提供支架组件的一条或多条多核苷酸链和至少一个所述多个顶钉组件之一或两者还包括至少一个疏水锚,所述疏水锚用于促进纳米孔插入膜。
3.根据权利要求1或2所述的跨膜纳米孔,其中所述纳米孔限定了通道,其中所述通道限定了内腔,所述内腔的横截面具有多边形形状。
4.根据权利要求3所述的跨膜纳米孔,其中所述纳米孔从第一构象到至少第二构象的构象变化导致内腔形状从第一形状到第二形状的变化。
5.根据根据权利要求4所述的跨膜纳米孔,其中所述第一或第二形状选自:三角形、正方形、四边形、五边形、六边形、七边形和八边形。
6.根据权利要求3或权利要求4所述的跨膜纳米孔,其中所述纳米孔从第一构象到至少第二构象的构象变化导致内腔横截面面积(CSA)从第一内腔CSA到第二内腔CSA的变化。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的跨膜纳米孔,其中所述纳米孔包括一个或多个纳米结构模块。
8.根据权利要求7所述的跨膜纳米孔,其中所述纳米孔还包括连接在一个
9.根据权利要求8所述的跨膜纳米孔,其中所述模块或每个模块是相同的,使得当所述纳米孔处于所述第一构象或所述第二构象时,所述纳米孔具有关于所述纳米孔的纵轴的旋转对称性。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的跨膜纳米孔,其中所述模块或每个模块与至少一个其他模块连接。
11.根据权利要求10所述的跨膜纳米孔,其中所述模块之间的连接由选自以下结构提供:所述模块之一的钉链或钉链的一部分、所述模块之一的支架链或支架链的一部分、子模块、提供间隔组件的一条或多条多核苷酸链。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的跨膜纳米孔,其中至少一个疏水锚包含在一个或多个纳米结构模块中。
13.根据权利要求12所述的跨膜纳米孔,其中所述纳米孔包括至少一个纳米结构模块,所述纳米结构模块包括多个与之结合的疏水锚。
14.根据权利要求13所述的跨膜纳米孔,其中所述包括与之结合的多个疏水锚的至少一个纳米结构模块被配制为与半流体膜的平面同轴定向,使得多个疏水锚垂直插入所述半流体膜。
15.根据权利要求2至14中任一项所述的跨膜纳米孔,其中所述疏水锚包括选自脂质和卟啉的分子。
16.根据权利要求15所述的跨膜纳米孔,其中所述脂质选自:甾醇、烷基化酚、黄酮、饱和和不饱和脂肪酸和合成脂质分子(包括十二烷基-β-D-葡萄糖苷)。
17.根据权利要求16所述的跨膜纳米孔,其中:
18.根据权利要求1至17中任一项所述的跨膜纳米孔,其中包含在支架组件中的至少一条多核苷酸链、所述多个钉组件和/或当存在时的间隔组件,包括脱氧核糖核酸(DNA)。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的跨膜纳米孔,其中所述纳米孔和/或其组件的组装通过DNA折纸技术进行。
20.根据权利要求8至19中任一项所述的跨膜纳米孔,其中所述触发器包含在子模块中。
21.根据权利要求20所述的跨膜纳米孔,其中所述触发器位于所述纳米孔内至少一个顶点附近。
22.根据权利要求20所述的跨膜纳米孔,其中所述触发器位于所述纳米孔内至少两个顶点附近。
23.根据权利要求20所述的跨膜纳米孔,其中所述触发器位于所述纳米孔内至少两个相对的顶点附近。
24.根据权利要求1至23中任一项所述的跨膜纳米孔,其中所述触发器包括支架组件的一个或多个区域,所述区域为单链。
25.根据权利要求1至23中任一项所述的跨膜纳米孔,其中所述触发器包括钉组件的一个或多个区域,所述区域为单链。
26.根据权利要求25所述的跨膜纳米孔,其中所述触发器由刺激致动,所述刺激包括杂交,所述杂交为靶寡核苷酸或多核苷酸或其部分与触发器的单链区的杂交。
27.根据权利要求1至25所述的跨膜纳米孔,其中所述触发器包括接头序列。
28.根据权利要求27所述的跨膜纳米孔,其中所述接头序列包括结合部分。
29.根据权利要求28所述的跨膜纳米孔,其中所述结合部分选自以下的一个或多个:
30.根据权利要求28或29所述的跨膜纳米孔,其中所述触发器由刺激致动,所述刺激包括将分析物分子结合到结合部分。
31.根据权利要求30所述的跨膜纳米孔,其中所述分析物选自以下分析物的一种或多种:肽、多肽、蛋白质、糖蛋白、酶、核酸、寡核苷酸、多核苷酸、蛋白质核酸复合物、多蛋白复合物、抗原、抗体、...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.跨膜可致动核酸纳米孔,纳米孔包括:
2.根据权利要求1所述的跨膜纳米孔,其中所述提供支架组件的一条或多条多核苷酸链和至少一个所述多个顶钉组件之一或两者还包括至少一个疏水锚,所述疏水锚用于促进纳米孔插入膜。
3.根据权利要求1或2所述的跨膜纳米孔,其中所述纳米孔限定了通道,其中所述通道限定了内腔,所述内腔的横截面具有多边形形状。
4.根据权利要求3所述的跨膜纳米孔,其中所述纳米孔从第一构象到至少第二构象的构象变化导致内腔形状从第一形状到第二形状的变化。
5.根据根据权利要求4所述的跨膜纳米孔,其中所述第一或第二形状选自:三角形、正方形、四边形、五边形、六边形、七边形和八边形。
6.根据权利要求3或权利要求4所述的跨膜纳米孔,其中所述纳米孔从第一构象到至少第二构象的构象变化导致内腔横截面面积(csa)从第一内腔csa到第二内腔csa的变化。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的跨膜纳米孔,其中所述纳米孔包括一个或多个纳米结构模块。
8.根据权利要求7所述的跨膜纳米孔,其中所述纳米孔还包括连接在一个或多个纳米结构模块之间的至少一个子模块。
9.根据权利要求8所述的跨膜纳米孔,其中所述模块或每个模块是相同的,使得当所述纳米孔处于所述第一构象或所述第二构象时,所述纳米孔具有关于所述纳米孔的纵轴的旋转对称性。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的跨膜纳米孔,其中所述模块或每个模块与至少一个其他模块连接。
11.根据权利要求10所述的跨膜纳米孔,其中所述模块之间的连接由选自以下结构提供:所述模块之一的钉链或钉链的一部分、所述模块之一的支架链或支架链的一部分、子模块、提供间隔组件的一条或多条多核苷酸链。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的跨膜纳米孔,其中至少一个疏水锚包含在一个或多个纳米结构模块中。
13.根据权利要求12所述的跨膜纳米孔,其中所述纳米孔包括至少一个纳米结构模块,所述纳米结构模块包括多个与之结合的疏水锚。
14.根据权利要求13所述的跨膜纳米孔,其中所述包括与之结合的多个疏水锚的至少一个纳米结构模块被配制为与半流体膜的平面同轴定向,使得多个疏水锚垂直插入所述半流体膜。
15.根据权利要求2至14中任一项所述的跨膜纳米孔,其中所述疏水锚包括选自脂质和卟啉的分子。
16.根据权利要求15所述的跨膜纳米孔,其中所述脂质选自:甾醇、烷基化酚、黄酮、饱和和不饱和脂肪酸和合成脂质分子(包括十二烷基-β-d-葡萄糖苷)。
17.根据权利要求16所述的跨膜纳米孔,其中:
18.根据权利要求1至17中任一项所述的跨膜纳米孔,其中包含在支架组件中的至少一条多核苷酸链、所述多个钉组件和/或当存在时的间隔组件,包括脱氧核糖核酸(dna)。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的跨膜纳米孔,其中所述纳米孔和/或其组件的组装通过dna折纸技术进行。
20.根据权利要求8至19中任一项所述的跨膜纳米孔,其中所述触发器包含在子模块中。
21.根据权利要求20所述的跨膜纳米孔,其中所述触发器位于所述纳米孔内至少一个顶点附近。
22.根据权利要求20所述的跨膜纳米孔,其中所述触发器位于所述纳米孔内至少两个顶点附近。
23.根据权利要求20所述的跨膜纳米孔,其中所述触发器位于所述纳米孔内至少两个相对的顶点附近。
24.根据权利要求1至23中任一项所述的跨膜纳米孔,其中所述触发器包括支架组件的一个或多个区域,所述区域为单链。
25.根据权利要求1至23中任一项所述的跨膜纳米孔,其中所述触发器包括钉组件的一个或多个区域,...
【专利技术属性】
技术研发人员:斯特凡·霍沃卡,邢永正,
申请(专利权)人:UCL商业有限公司,
类型:发明
国别省市:
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