[发明专利]两性分子层的形成

说明书

技术领域

一方面，本发明涉及诸如脂双层等两性分子层的形成。本发明特别涉及的是适合于要求高度灵敏性地测量电信号的应用(例如单通道记录和用于生物传感器的随机传感或药物筛选应用)的高品质层的形成。在一个具体方面，本发明涉及的是采用两性分子层(例如脂双层)的阵列的应用。在另一个方面，本发明涉及设置在凹槽中的电极(例如用于执行电生理学测量的电极)的性能。

背景技术

将细胞蛋白质用于生物传感和药物发现应用的潜力早就受到重视。然而，在研发该技术以充分实现该可能性时有很多挑战需要克服。关于利用荧光和光学途径的文献有很多，但是该文档关注于电信号的测量以识别生物传感中的分析物。

在一类技术中，可以将两性分子层用作分隔两个体积(volume)的水溶液的层。所述层阻止电流在两个体积之间的流动。膜蛋白被插入到所述层中以选择性地允许离子跨越所述层通过，并将其记录为通过所述两个体积的水溶液中的电极所检测到的电信号。目标分析物的存在调节了离子的流动，并通过观测所导致的电信号变化进行检测。因此该技术允许所述层用作生物传感器以检测分析物。所述层是所存在的单分子生物传感器的必要组件，其目的是双重的。第一，所述层为用作传感元件的蛋白提供了平台。第二，所述层将所述体积之间的离子流分开，所述层的电阻确保系统中离子流的优势部分通过目的膜蛋白，通过所述双层的离子流可以忽略不计，因此允许进行单蛋白通道检测。

一种具体应用是随机传感，其中膜蛋白的数量保持很小(通常为1至100)，使得可以监测单蛋白分子的行为。该方法提供了与各个特异性分子相互作用有关的信息，因此得到了比大量测量(bulk measurement)更加丰富的信息。然而，由于涉及到小的电流(通常为若干pA)，该方法的必备条件是极高的阻封(通常为至少1GΩ，并且对于某些应用还要高一或两个量级)和足够的电敏感性以测量电流。虽然在实验室中已经满足了随机传感的要求，但是所需的条件和专门知识限制了其应用。另外，实验室方法费力耗时，并且不容易扩大至高密度阵列，高密度阵列是所有商业生物传感器都需求的。而且，单独的双层膜的脆性意味着在实验室常使用抗震台。

将利用背景回顾用于形成诸如脂双层等两性分子层的现有技术。

在本领域中，已知有数种用于形成平面人造脂双层的方法，最著名的包括折叠双层形成法(例如，Montal&Mueller的方法)、浸尖法、涂布法、膜片钳法和油包水微滴界面法。

目前在研究实验室，大量的常规单离子通道表征使用折叠双层法、涂布双层法或浸尖法进行。使用这些方法的原因是容易形成双层或能够形成高阻封(例如10GΩ至100GΩ)。浸尖双层和来自大单室脂质体的膜片钳法的双层也得到研究，因为它们能够以无溶剂的方式形成，据认为这对于一些蛋白通道的活性是重要的。

Montal&Mueller(Proc.Natl.Acad.Sci.USA.(1972)，69，3561-3566)的方法流行的原因在于其是一种形成适用于蛋白孔插入(protein poreinsertion)的良好品质的折叠脂双层的具有成本效率且相对简单的方法，其中脂单层携带于水/空气界面而通过膜内开孔的任意一侧，所述开孔垂直于该界面。通常，通过首先将脂质溶解于有机溶剂中而将脂质添加到电解质水溶液的表面，然后让其中一滴于开孔的任意一侧的水溶液的表面上蒸发。有机溶剂蒸发后，所述溶液/空气界面以物理方式上下运动而通过开孔的任意一侧，直到形成双层。该技术要求存在作为预处理涂料施加到开孔表面的疏水性油。疏水性油的主要功能是在双层和开孔膜之间形成环形区，其中脂单层必须在一定距离(通常为1μm至25μm)上聚集在一起。

浸尖法双层形成必须使开孔表面(例如移液器尖端)与携带脂质单层的测试溶液的表面接触。同样，首先通过使施加到溶液表面的溶解在有机溶剂中的脂质滴蒸发，在溶液/空气界面产生脂单层。然后通过机械活动以使所述开孔出入所述溶液表面而运动，从而形成脂双层。

对于涂布双层，将溶解在有机溶剂中的脂质滴直接施加在所述开孔上，所述开孔浸没在测试水溶液中。使用漆刷或等效物将脂质溶液很薄地铺展在开孔上。脂质的薄化导致脂双层的形成，但是难以完全从双层中去除溶剂，结果导致所形成的双层的稳定性较低，在测量过程中容易有更多的噪音。