[发明专利]一种快速分析单分子的纳米孔测试仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够用于单分子多种特性研究的纳米孔测试仪，该测试 仪能够应用于基因的超快速测序、用于生物单分子(DNA、RNA、蛋白质 分子等)的筛选、分离、计数，能够用于纳米量级大小的药物分子的筛选 和分析。

背景技术

目前，检测生物单分子的方法，尤其是检测DNA分子排序的常用方法 有“Sanger方法”和“shotgun方法”，以及“454生命科学公司”的Jonathan Rothberg与其同事发明的方法——焦磷酸测序法。这些测序方法，基本原 理和方法都是对样品先“分段”、再“测序”，最后“拼接”。使用这些技术对一 种生物的基因进行完全测序，其花费十分昂贵，所需时间长。

基因测序技术进一步发展和普及应用需要研发新的测序方法，降低测序 成本、提高测序速度。新一代基因测序技术的革新目标主要集中在以下几 个方面：(1)测序成本低；(2)测序速度(超)快；(3)结果准确性高； (4)每次阅读碱基长度大。目前，新一代测序技术的研发以单分子测序技 术为指导思想，主要技术有：合成测序技术，杂交测序技术，连接测序技 术，纳米孔测序技术。其中，美国哈佛大学Daniel Branton、Jene Golovchenko 以及加利福尼亚大学Dave Deamer教授等提出的纳米孔测序技术是最有潜 力实现低价高效超快的全基因测序技术。

但是，利用现有的纳米孔研制方法制作纳米孔，成品率不高；纳米孔的 厚度一般也比较大，有10nm左右；而且，所研制的纳米孔是单独存在的， 即单个纳米孔被制作在一块面积较大的绝缘固体薄膜的中心(蛋白质α-溶 血素生物纳米孔也是被安置在一块面积较大的绝缘平面上)。单个的纳米 孔在测序应用中有许多缺点。首先，穿孔的DNA分子是随机竞争的结果； 不能够控制单独一个DNA分子穿越纳米孔。其次，穿孔的DNA分子速度 很大，而且不是匀速运动；不能控制DNA分子的穿越速度。这些因素导致 不能获取穿孔DNA分子的准确信息，从而导致对基因序列的误判，严重制 约纳米孔技术的实用化发展。

中国发明专利申请“一种合成的固体侧向纳米孔”(申请号： 2007100729863)公开了一种合成的固体侧向纳米孔，其目的是为了有效引 导单个DNA分子无纠缠、匀速地穿越纳米孔，并对其准确测序。其不足之 处是缺乏对单个样品分子的有效选择。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够挑选单个样品分子，并引导其无纠缠、匀 速进入纳米孔的快速分析单分子的纳米孔测试仪，用于生物分子如DNA、 RNA、蛋白质、核糖，甚至细胞、以及药物分子等的多种特性研究，解决 对单个样品分子性质的快速测定。

本发明实现过程如下：

一种快速分析单分子的纳米孔测试仪，包括样品操纵系统和信号处理 系统，其中：样品操纵系统用于引导被分析样品无纠缠、伸展开、匀速地 穿越纳米孔通道系统，其包括微纳米孔通道系统和动态检测调控系统；信 号处理系统包括信号采集系统、信号分析系统和计算机显示系统，

微纳米孔通道系统由高绝缘材料制作而成，其对单个分析样品进行选 择，并保证分析样品无缠绕、匀速地进出并穿越整个通道；

信号采集系统用于实时收集样品在外力作用下流经通道系统时引起的 通道阻塞效应信号；

信号分析系统用于接收信号采集系统采集到的信号，进行数据整理， 同时，接收动态检测调控系统检测到的样品输运信息，根据分析结果，将 信息反馈给动态检测调控系统；

计算机显示系统根据信号分析系统传递的信息，结合生物物理数学模 型，确定分析样品的特定性质；

动态检测调控系统接受信号采集系统采集到的样品输运信息，根据信 号分析系统的分析结果，控制样品的运动方向和速度。

所述的微纳米孔通道系统采用了“T”字形结构的两段样品进出通道、在 初始进样通道内沉积有选择单分子的多个检测调控电极(一般2～5个)， 通道内设置有调整样品运动方向的电极，使用软件控制多电极配合组对。 微纳米孔通道系统包括有样品储蓄池，样品回收池，初始进样通道，进样 通道，辅助出样通道，出样通道，选择单个DNA分子以及检测和调控样品 输运状态的电极和纳米孔。微纳米孔通道系统包括有孔径可小至1.5纳米、 孔深至单原子级的纳米孔。