[发明专利]使用纳米通道阵列的大分子分析方法

说明书

本申请是申请日为2008年3月28日、中国国家申请号为200880017550.7、发明名称为“使用纳米通道阵列的大分子分析方法”申请的分案申请。

与相关申请的交叉引用

本申请要求2007年3月28日提交的美国申请No.60/908,582和美国申请No.60/908,584的权益，这些申请的全文在此引为参考。

彩色附图

本专利文件包含至少一幅彩色制作的图/照片。带有彩色图/照片的本专利的拷贝，将在提出要求和支付必要的费用后由官方提供。

政府权利的声明

本发明是在美国政府的支持下做出的。按照国立卫生研究院（National Institutes of Health）资助1R43HG004199-01下，政府可以在本发明中拥有一定权利。

技术领域

本发明的领域包括纳米级的装置，以及制造和使用这样的装置进行大分子分析的方法。本发明的领域还包括多聚核酸的大小和结构分析。

背景技术

本文提到了各种不同的科学和专利出版物。每一个都以其全文引为参考。

生物分子例如DNA或RNA，是由核苷酸构成的长分子，其线性排序与生物体的基因组和后基因组表达信息直接相关。

生物分子例如DNA或RNA，是由核苷酸构成的长分子，其线性序列与生物体的基因组和后基因组表达信息直接相关。

许多情况下，在个体的一生中，核苷酸序列的突变或重排导致疾病状态，例如遗传畸变或细胞恶变。在其它情况下，每个个体之间少量的序列差异反映了群体遗传组成的多样性。因此，不同的人具有不同的疾病易感性，或对环境刺激和信号例如压力或药物治疗反应不同。例如，某些患者对某些化合物有阳性反应，而其他人则无效或甚至有不利的副作用。另一个感兴趣的领域是生物分子例如DNA对环境毒素或其它有毒刺激例如辐射的反应。有毒刺激可以引起程序化细胞死亡（凋亡），这是一种除去有毒或无功能细胞的过程。凋亡的特征为细胞和核的形态学变化，并常伴随有染色体DNA的降解。

群体基因组学、比较/进化基因组学、医学基因组学、环境或毒性基因组学，以及研究遗传多样性与医学药理学关系的药物基因组学领域，需要广泛的测序覆盖率和大样品数量。因此，从这些研究产生的知识，对于保健和制药工业将是特别有价值的。癌症基因组学和诊断学，具体来说研究导致肿瘤发生的基因组不稳定事件。因此，所有这些领域，都将从能够快速测定生物聚合物分子例如核酸上的目标元件/区域的线性序列、结构样式改变，或表观遗传学生物标志物例如沿生物聚合物的甲基化样式的技术中获益。

大多数基因组或表观基因组分析技术，对于全面分析大的基因组区域或对于大群体来说，仍然太繁琐或昂贵。因此，为了实现将基因组分析成本降低至少4个数量级、即所谓的“1000美元基因组”里程碑的目标，需要能够进行直接分子分析方法的新的思维转变的技术。参见Nicholas Wade在2006年6月18日的纽约时报《The New York Times》上的文章“寻求1000美元人类基因组”（“The Quest for the $1,000 Human Genome”,by Nicholas Wade,The New York Times,July 18,2006）。

此外，将新的药物引入市场平均要花费7-10年时间和8亿美元。因此，制药公司正寻求更安全和经济的方式来加速药物的开发，同时使毒性不合格率降到最低。

药物化合物毒性可以以基因突变、大规模染色体改变、重组和染色体数目变更的形式导致DNA的损伤。基因毒性测试是在细菌、哺乳动物细胞和动物中进行的体外和体内测试，用于检测通过各种不同机制直接或间接诱导这样的损伤的化合物。阳性化合物可能是诱导癌症和/或可遗传的缺陷的人类致癌物和/或诱变剂。药物的毒性可以是不同水平上的，但是药物诱导的DNA诱变，例如种系突变，成为许多长期不利效应的基础。