【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、2020年严重急性呼吸综合征冠状病毒2(sars-cov-2)大流行导致正常社会的方方面面突然和急剧地关闭，部分原因是许多国家无法推出快速有效地跟踪和追踪装置。这种感染的快速社区传播水平使人们更加关注许多公共卫生系统对缓慢的基于实验室的感染诊断的过度依赖，优选的金标准诊断方法是实时逆转录pcr(rt-pcr)检测。虽然基于实验室的检测仍然是准确性的最终基准，但有限的能力水平和缓慢的扩大速度意味着公共卫生当局在规划未来在紧急需要时的快速反应时，不能继续依赖这种方法。即时检验的选择在很大程度上受限于侧流血清学检测，所述侧流血清学检测通过在家读取或邮寄检测提供了快速结果的潜力。然而，对测试性能特征的关注仍然存在，特别是在症状出现前的早期感染阶段，以及应用于普通人群时的低阳性预测值。因此，需要提供替代检测平台，所述平台可以在即时检验中提供高水平的准确性，但可以快速部署和使用。
2、纳米孔是一种跨膜聚合物和复合物，所述跨膜聚合物和复合物可限定穿孔，并在膜中形成通道，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。
3、最近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纳米孔，其包含中空通道(见例如，douglas s.m.,marblestone a.h.
4、为了用作大生物分子分析物(如循环抗体、癌症或病原体标志物)的传感器，由核酸纳米孔形成的合适的膜通道应该满足某些标准，即：
5、1)通道内腔应当至少约3nm宽，以适应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。
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的纳米孔。
9、然而，潜在生物分子分析物的大小和形式的多样性使精确即时检验传感技术的设计和实施具有挑战性。正如对sars-cov-2大流行的反应所表明的那样，全球公共卫生当局需要向焦虑人群保证，所使用的测试技术既可靠又准确。与高水平假阴性或假阳性检测结果相关的风险是采用即时检验诊断的主要障碍。然而，例如，在未来本地化流行病成为全球范围的疫情之前，将本地化流行病阻断在其踪迹中的承诺，在很大程度上取决于感染焦点的踪迹和轨迹检测能力。同样，许多主要的公共卫生方案依赖于当地的检测能力，这在发达国家和发展中国家都可能是一个问题。因此，需要进一步提高快速即时检验诊断技术的准确性和可靠性，以满足这些深层次需求。
10、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、本专利技术涉及新型核酸纳米孔几何结构的设计和实施，以匹配一种或多种待测分析物的几何结构。这不同于结合分子与一般圆形或多边形孔的简单栓系，并依赖于结合部分与孔几何形状(协同提高了分析物结合时通过纳米孔的电信号产生的信息质量)的协同相互作用。
2、本专利技术的第一方面提供了一种传感核酸的纳米孔，其中所述纳米孔具有几何形状，并且其中所述纳米孔限定了穿过其中的中心内腔，并且其中所述纳米孔的几何形状被配置为适应中心内腔内或附近的分析物分子的全部或部分，从而优化分析物分子对中心内腔的阻塞。
3、本专利技术的第二方面提供了传感核酸纳米孔，包括：
4、核酸纳米孔，其中纳米孔限定穿过其中的中心内腔，并且其中所述中心内腔具有限定第一孔隙的顺式第一孔隙端和限定第二孔隙的反式第二孔隙端；和
5、分析物结合部分，其中所述分析物结合部分包括亲和结合分子，并且其中所述分析物结合部分位于第一和第二孔隙之间的中心内腔中；
6、其中所述纳米孔具有三级结构，并且所述纳米孔的三级结构被配置为符合至少一部分分析分子的三维形状。
7、本专利技术的第三方面提供了一种至少包括本文所述一个纳米孔的膜。
8、本专利技术的第四方面提供了一种包括本文所述的传感核酸纳米孔的传感器设备。
9、本专利技术的第五方面提供了一种增强分析物分子与跨膜核酸纳米孔结合的方法，所述方法包括：
10、选择纳米孔的几何形状，使其符合至少一部分分析物分子的三维形状，从而使所述纳米孔能够适应分析物分子并修改通过或穿过所述纳米孔的可测量的电信号或光信号；和
11、制造具有所需几何形状的核酸纳米孔。
12、本专利技术的第六方面提供了通过本专利技术第五方面的方法获得的核酸纳米孔。
13、本专利技术的第七方面提供了可通过本专利技术第五方面的方法可获得的核酸纳米孔。
14、本专利技术的第八方面提供了一种分子传感方法，所述方法包括：
15、提供本文所述的传感器设备；
16、将分析物分子与所述纳米孔接触，并建立通过至少一个纳米孔的离子流或穿过所述纳米孔的电子流；和
17、测量所述纳米孔上的电信号，
18、其中所述分子传感包括分析物分子检测或表征，其中电测量的变化指示分析物分子。
1本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种传感核酸纳米孔，其中纳米孔具有几何形状，并且所述纳米孔限定了穿过其中的中心内腔，其中所述纳米孔的所述几何形状被配置为适应中心内腔中或附近的分析物分子的全部或部分，从而优化分析物分子对中心内腔的阻塞。
2.根据权利要求1所述的纳米孔，其中所述纳米孔被配置为定位在膜内。
3.根据权利要求2所述的纳米孔，其中所述纳米孔还包括至少一个疏水锚，所述疏水锚有助于纳米孔插入膜中。
4.根据权利要求3所述的纳米孔，其中所述至少一个疏水锚由多核苷酸链和至少一个疏水锚分子组成。
5.根据权利要求4所述的纳米孔，其中所述至少一个疏水锚分子：
6.根据权利要求4至5中任一项所述的纳米孔，其中所述纳米孔包括至少四个疏水锚分子。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的纳米孔，其中所述至少一种疏水锚分子选自：脂质和卟啉。
8.根据权利要求7所述的纳米孔，其中所述脂质选自甾醇、烷基化苯酚、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)。
9.根据权利要求8所述的纳米孔，其中：
<...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种传感核酸纳米孔，其中纳米孔具有几何形状，并且所述纳米孔限定了穿过其中的中心内腔，其中所述纳米孔的所述几何形状被配置为适应中心内腔中或附近的分析物分子的全部或部分，从而优化分析物分子对中心内腔的阻塞。
2.根据权利要求1所述的纳米孔，其中所述纳米孔被配置为定位在膜内。
3.根据权利要求2所述的纳米孔，其中所述纳米孔还包括至少一个疏水锚，所述疏水锚有助于纳米孔插入膜中。
4.根据权利要求3所述的纳米孔，其中所述至少一个疏水锚由多核苷酸链和至少一个疏水锚分子组成。
5.根据权利要求4所述的纳米孔，其中所述至少一个疏水锚分子：
6.根据权利要求4至5中任一项所述的纳米孔，其中所述纳米孔包括至少四个疏水锚分子。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的纳米孔，其中所述至少一种疏水锚分子选自：脂质和卟啉。
8.根据权利要求7所述的纳米孔，其中所述脂质选自甾醇、烷基化苯酚、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)。
9.根据权利要求8所述的纳米孔，其中：
10.根据前述权利要求中任一项所述的纳米孔，其中所述中心内腔具有限定第一孔隙的第一端和限定第二孔隙的第二端。
11.根据前述权利要求中任一项所述的纳米孔，其中分析物结合部分位于中心内腔内。
12.根据权利要求10或11中任一项所述的纳米孔，其中分析物结合部分位于第一孔隙附近或第一孔内。
13.根据权利要求11或12中任一项所述的纳米孔，其中所述分析物结合部分包括亲和结合分子。
14.根据权利要求13所述的纳米孔，其中所述亲和结合分子包括选自以下的分子：
15.根据权利要求13所述的纳米孔，其中所述亲和结合分子包括sars-cov-2刺突蛋白受体结合结构域(rbd)或其片段或衍生物。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的纳米孔，其中分析物结合部分包括栓系在纳米孔的亲和结合分子。
17.根据前述权利要求中任一项所述的纳米孔，其中所述纳米孔具有三级结构，并且所述纳米孔的所述三级结构被配置为符合分析物分子的三维形状的至少一部分，以促进分析物分子和纳米孔之间的匹配接合。
18.根据权利要求17所述的纳米孔，其中所述纳米孔的所述三级结构被配置为促进结合部分和分析物分子之间的空间或区域特异性相互作用。
19.根据前述权利要求中任一项所述的纳米孔，其中所述分析物分子选自以下列表：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、以下大小范围内的大分子：1-10kd、1-50kd、1-100kd、10-50kd、10-100kd、20-50kd和20-100kd、碳水化合物、生物聚合物、毒素、代谢物和/或细胞因子。
20.根据前述权利要求中任一项所述的纳米孔，其中所述纳米孔限定了具有规则多边形形状的第一孔隙和/或中心内腔。
21.根据权利要求20所述的纳米孔，其中所述规则多边形形状选自：三角形、正方形、四边形、五边形、六边形、七边形和八边形。
22.根据前述权利要求中任一项所述的纳米孔，其中所述纳米孔限定了具有不规则多边形形状的第一孔隙和/或中心内腔。
23.根据前述权利要求中任一项所述的纳米孔，其中所述纳米孔和/或其组件的组装是通过dna折纸技术进行的。
24.一种传感核酸纳米孔，包括：
25.根据权利要求24所述的纳米孔，其中所述纳米孔被配置为定位在膜内。
26.根据权利要求25所述的纳米孔，其中所述纳米孔还包括至少一个疏水锚，所述至少一个疏水锚有助于将纳米孔插入膜中。
27.根据权利要求26所述的纳米孔，其中所述至少一个疏水锚由多核苷酸链和至少一个疏水锚分子组成。
28.根据权利要求27所述的纳米孔，其中所述至少一个疏水锚分子：
29.根据权利要求27或28中任一项所述的纳米孔，其中所述纳米孔包括至少四个疏水锚分子。
30.根据权利要求27至29中任一项所述的纳米孔，其中所述至少一种疏水锚分子选自：脂质和卟啉。
31.根据权利要求30所述的纳米孔，其中所述脂质选自甾醇、烷基化苯酚、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)。
32.根据权利要求31所述的纳米孔，其中：
33.根据权利要求32所述的纳米孔，其中所述分析物结合部分位于第一孔隙附近或第一孔隙内。
34.根据权利要求24至33中任一项所述的纳米孔，其中所述亲和结合分子包括选自以下的分子：
35.根据权利要求24至34中任一项所述的纳米孔，其中所述亲和结合分子包括sars-cov-2刺突蛋白受体结合结构域(rbd)或其片段或衍生物。
36.根据权利要求24至35中任一项所述的纳米孔，其中所述分析物结合部分包括栓系在纳米孔的亲和结合分子。
37.根据权利要求24至36中任一项所述的纳米孔，其中所述纳米孔的所述三级结构被配置为符合分析物分子的三维形状的至少一部分，以促进分析物分子和纳米孔之间的匹配接合。
38.根据权利要求37所述的纳米孔，其中所述纳米孔的所述三级结构被配置为促进结合部分和分析物分子之间的空间或区域特异性相互作用。
39.根据权利要求24至38中任一项所述的纳米孔，其中所述分析物分子选自以下列表：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、以下大小范围内的大分子：1-10kd、1-50kd、1-100kd、10-50kd、10-100kd、20-50kd和20-100kd、碳水化合物、生物聚合物、毒素、代谢物和细胞因子。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：斯特凡·霍沃卡，邢永正，亚当·多雷，
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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