[发明专利]双孔装置

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35 USC § 119(e)要求2011年07月20日提交的序列号为61/572,843的美国临时申请的权益，并通过引用其内容全部纳入本申请。

背景技术

纳米孔(nanopore)是在脂膜中自然形成的作为蛋白质通道(生物孔)的、或是通过在固态基体中钻孔或蚀刻工程改造(固态孔)的纳米级通路。当这样的纳米孔合并入包括两个由纳米孔隔开的室的纳米装置时，可利用灵敏的膜片钳放大器施加跨膜电压，并测量通过该孔的离子电流。

纳米孔为廉价的全基因组DNA测序提供很大的希望。在这方面，可以通过电泳捕获单个DNA分子并驱使其通过孔，检测到的各捕获事件是离子电流的瞬时变化。然后当DNA通过孔通路时，可以从变化的离子电流记录内的图谱、或从纳米孔内或附近的一些其他辅助传感器推测出DNA分子序列。

原则上，纳米孔测序器在测序操作过程中无需扩增样品、使用酶和用于催化的试剂，也无需用于检测测序进程的光学器件，而其中一些或全部器件是常规合成测序方法所必需的。

纳米孔传感器是纯粹的电学装置，而且可以检测其浓度/体积不大于从血液或唾液样本中可得浓度/体积的DNA。此外，纳米孔有望大大提高所测序DNA的阅读长度，从450个碱基到大于10000个碱基。

对于纳米孔测序有两个原理障碍：(1)对于从头测序缺乏足够的灵敏度来精确确定核酸中各核苷酸身份(单核苷酸灵敏度缺乏)；和(2)缺乏在感知期间调节各核苷酸单元通过纳米孔的传输率的能力。虽然许多研究小组正研发和改善纳米孔以解决障碍1，但没有不涉及使用酶或光学器件的方法来解决障碍2，两者只能在专门的纳米孔技术中起作用，并与纯粹的电学方法相比，复杂性和成本更高。

概述

在一实施例中，提供一种装置，包括上室，中间室和下室，其中，所述上室通过第一孔与所述中间室连通，所述中间室通过第二孔与所述下室连通，其中，所述第一孔和第二孔的直径约1纳米到约100纳米，彼此间隔约10纳米至约1000纳米，且其中各室包括用于连接电源的电极。

在一方面，所述第一和第二孔大体上是同轴的。

在一方面，所述装置包括选自下组的材料：硅、氮化硅、二氧化硅、石墨烯、碳纳米管、Ti0₂、Hf0₂、Al₂0₃、金属层、玻璃、生物纳米孔、具有生物孔嵌入的膜、及它们的组合。

在一方面，所述第一孔和第二孔约0.3纳米至约100纳米深。

在一方面，所述电源配置用于在所述上室和所述中间室之间提供第一电压，和在所述中间室和所述下室之间提供第二电压，且其中所述第一电压和第二电压独立可调。

在一方面，所述电源包括电压钳系统或膜片钳系统以生成各第一和第二电压。在一方面，所述中间室调整为相对于两电压接地。在一方面，所述中间室包括介质以便在各孔和中间室内的电极之间提供导电性。

在一些方面，所述电源，如电压钳系统或膜片钳系统，进一步配置用于测量通过各孔的离子电流。

另一实施例提供一种装置，包括上室，中间室和下室；以及在各室内的电极，其中所述上室通过第一孔与所述中间室连通，所述中间室通过第二孔与所述下室连通，其中，所述第一孔和第二孔的直径约1纳米到约100纳米，彼此间隔约10纳米至约1000纳米；所述电极用于连接电压钳系统或膜片钳系统以便在各孔施加电压和测量通过各孔的离子电流，其中所述中间室内的电极连接到两电压钳或膜片钳系统的共同地线(common ground)。

在一个实施例中，还提供一种用于控制荷电聚合物跨孔运动的方法，包括：(a)将包括荷电聚合物的样品加载在上述任一实施例中的装置的上室、中间室或下室之一内，其中所述装置连接到电压钳或膜片钳系统以便在所述上室和所述中间室之间提供第一电压和在所述中间室和所述下室之间提供第二电压；(b)设置初始第一电压和初始第二电压以使所述聚合物在诸室之间移动，从而定位通过第一和第二孔的聚合物；以及(c)调整第一电压和第二电压，以致两电压产生作用力以便在受控条件下牵拉所述荷电聚合物离开所述中间室，从而所述荷电聚合物在一个方向上并以可控的方式移动通过两个孔，其中，两电压的量值不同。