[发明专利]用于流体通道中生物分子和其它分析物的电压感测的纵向移位纳米级电极的使用

说明书

提供了用于检测分析物的装置和方法。用于分析物的电压感测的装置(100)可包括：限定在基片中的流体通道(105)；感测电极对(115A、115B)，位于流体通道中以用于感测该流体通道中的电压；以及电动势电极对(110、110′)，用于沿流体通道施加电势。所述感测电极对可包括位于沿流体通道的长度的两个分离位置的第一感测电极和第二感测电极，所述电动势电极对可位于流体通道的第一端和第二端。所述流体通道可包括纳米通道或微米通道。用于检测分析物的方法可包括下述步骤：把分析物布置在流体通道中；沿流体通道施加电势以在流体通道中产生电泳力，从而使分析物从流体通道的第一端向流体通道的第二端移位；当分析物移经位于流体通道中的感测电极对时测量该感测电极对之间的电压信号。

本申请要求2008年9月3日提交的序列号为61/093,885的美国临时申请的根据35U.S.C.§119(e)的优先权的利益；其全部内容通过引用包含于此。

技术领域

本发明一般地涉及生物聚合物测序。更具体地讲，在某些实施例中，本发明涉及确定生物聚合物的长度和结合到生物聚合物的探针的距离。

背景技术

称为Coulter计数的技术在二十世纪四十年代末首先由Wallace H.Coulter作为用于红血球的高速计数的技术提出。Coulter计数还称为电阻脉冲感测，可用于测量电解质溶液中的分析物的物理参数，包括尺寸(体积)、电荷、电泳淌度和浓度。在这种技术中，两个溶液的贮液器由已知尺寸的流体阻塞物分开。在这两个贮液器之间施加恒定DC电压导致测量的基线离子电流。基线电流的大小与电解质的电导率、施加的电势、通道的长度和通道的横截面面积相关。如果分析物被引入到贮液器中，则它可以穿过流体通道并由于电解质溶液和分析物之间的电导率的差异而减小观测的电流。电流的减小的幅度取决于在分析物处于流体通道中的同时由分析物取代的电解质的体积。

电阻脉冲感测技术的好处在于，它可以缩小比例以便通过使用纳米级流体阻塞物能够实现纳米级分析物的检测。这种能力导致了用于检测纳米级分子(诸如，DNA)的固态纳米孔的开发。

在通过纳米孔的DNA移位的情况下，物理移位由所施加的DC电压产生的电泳力驱动。这种驱动力和检测的信号因此通常不可分离地耦合。可能希望对这两种效果去耦合，因为用于物理移位的最佳电势不同于最佳测量的电势。

已提出横向电极以便提供横向电场和电流从而感测被限制在纳米流体通道中的生物分子。参见Liang and Chou 2008Liang，X；Chou，S.Y.，Nanogap Detector InsideNanofluidic Channel for Fast Real-Time Label-Free DNA Analysis.NanoLett.2008，8，1472-1476，其内容通过引用全部包含于此。分析物利用由位于纳米通道的端部的载流电极产生的电泳力移动穿过通道，因此对测量与移位速度去耦合。

发明内容

本发明的实施例提供了这样的装置和方法：使用电极感测电压变化而非产生横向电流，由此减小电极的退化。特别地，本文描述的装置使用纵向移位电极以用于流体通道中的生物分子和其它纳米级分析物的电子感测。实施例能够实现纳米级分析物的表征，例如包括具有探针附接于其上的DNA链的分析。

更具体地讲，本发明的实施例可使用感测电极以用于流体通道中的分析物(例如，DNA)的电子感测。流体通道中的感测电极可用于确定分析物的长度或者它们可用于确定杂交到DNA的目标链的探针之间的距离。该装置设计类似于用于光学检测的纳米通道装置。可以按照100到200μm的距离加工两个微米级贮液器。一个或多个流体通道可连接这两个贮液器。通过钻出允许把流体引入到每个贮液器并为宏观电极提供通路的孔可以加工盖层。在使用中，电压表可用于监测两个感测电极之间的电势差。

待分析的DNA可以被引入到微流体贮液器之一。宏观电极可连接到电源并用于在这两个贮液器之间施加电势。DNA片段可以被以电泳方式从微观贮液器驱动到纳米通道。当每个DNA片段沿流体通道移动时，它可以进入和离开位于流体通道中的感测电极对。