[发明专利]用于基于纳米线探测器的核酸测序的设备和方法

说明书

技术领域

本公开涉及一种用于基于纳米线探测器的核酸测序的设备和方法。

背景技术

已知采取核酸测序的重要性不断增大，已经开发了各种技术用于确定核苷酸序列。

一些已知的技术是基于将核酸分子分割为单独排序的短片段，通常为数百个碱基。随后对根据该单独的部分而收集的信息进行处理并且汇总，以用于重构形成了核酸分子的整个碱基序列。然而，序列的重构是极其复杂的并且极其耗费资源(特别是处理能力和时间)的操作。此外，可能发生的是，并未正确地读取和重构一些片段，并且因此测序可能不完整。

纳米技术领域中的发展已经使得能够开发出能够处理单独的分子的新的装置和技术，特别是向核酸提供电荷。例如，在一些装置中，使用合适的电场以使得单个核酸分子通过隔膜中的纳米孔。实际中，装置具有由隔膜分隔的两个腔室，隔膜具有纳米孔并且被设置有使得电场形成的电极。含有核酸分子的溶液被装载到该两个腔室之一中。随后，通常展现为纠缠的链的核酸分子的一端，可以由于电场的作用而被引入纳米孔中。纳米孔具有如下尺寸，其使得一个分子一部分的存在阻碍了其他分子的端部的进入(纳米孔的直径可以例如在5nm与10nm之间)。如此方式，能够对单个序列进行隔离和处理。由电场施加的力使得，当形成分子的链在其端部之后穿过纳米孔时，该形成分子的链伸展。因此而伸展的链可以被分析以便测序。

该类型装置的示例在Liu Q.,Wu H.,Wu L.,Xie X.,Kong J.,等人的(2012)“Voltage-Driven Translocation of DNA through a High Throughput Conical Solid-State Nanopore”，PLoS ONE 7(9):e46014；DOI:10.1371/journal.pone.0046014的文章中；以及在Tsutsui,M等人的“Transverse Electric Field Dragging of DNA in a Nanochannel”，Sci.Rep.2,394；DOI:10.1038/srep00394(2012)中被描述。已知采取核酸测序的重要性不断增大，已经开发了各种技术用于确定核苷酸序列。

然而，可应用的探测技术仍然仅使得能够识别相对较短的碱基序列，在大多数有利的场合下至多几千个。因此存在根据相关的计算负担和错误可能性来重组部分序列的需求。

发明内容

本公开的至少一个实施例提供了用于核酸测序的设备和方法，该设备和方法将克服上述限制。

本公开的一个实施例是一种用于核酸测序的设备。设备包括在探测位置处的碱基探测装置、以及输运装置。碱基探测装置被配置用于探测核酸链的在探测位置处的部分的碱基。输运装置被配置用于延展核酸链，并且用于使得延展的核酸链沿着路径滑动通过探测位置。碱基探测装置包括沿着路径设置的多个场效应纳米线探测器，并且每个场效应纳米线探测器包括各自的纳米线和核酸探针，核酸探针由各自的碱基序列所限定并且固定至各自的纳米线。

附图说明

为了更好理解本公开，现在将纯粹借由非限定性示例以及参照附图而描述本公开的一些实施例，其中：

图1是根据本公开实施例的、穿过集成了用于核酸测序设备的一部分的本体的剖视图；

图2是图1的本体的顶部平视图；

图3是图1的设备的方框图；

图4－图7示出了在各自操作配置中图1的剖视图；

图8是图1的设备的一部分的更详细方框图；

图9示出了图1的设备的放大细节；以及

图10－图12是示出了关于图1的设备的电量的图表。

具体实施方式

参照图1和图2，用于核酸测序的设备整体被标注为附图标记1，并且包括本体2，该本体2容纳：流体回路(fluidic circuit)3；碱基探测装置4；和输运装置5，其被配置用于控制核酸链在流体回路3中的移动。

在一个实施例中，本体2包括第一支撑结构层7和第二结构层8，在两者之间设置有纳米厚度(例如小于20nm)的间隔件层9。第一结构层7可以例如是本征半导体材料的衬底，或者可以是聚合物材料或一些其他非导电材料。备选地，第一结构层7也可以是掺杂半导体材料，并且例如通过界定了流体回路3自身的介电层而与流体回路3电绝缘。第二结构层8和间隔件层9可以例如分别由氮化铝(或者本征硅或者一些其他非导电的或与流体回路3绝缘的导电材料)和氧化硅构成。