[发明专利]用于对核酸测序的场效应装置和方法

说明书

本公开提供了用于对核酸测序的方法。方法可以包括聚合酶催化的针对核酸模板将核苷酸掺入新生核酸链中，其中将聚合酶附着于电荷传感器，所述电荷传感器检测核苷酸掺入事件。可以使用各自在电荷传感器处产生独特签名的一种或多种非天然核苷酸类型来独特鉴定模板核酸中的不同核苷酸。

本发明是在国家一般医学科学研究所(National Institute of GeneralMedical Sciences)授予的资助号1R01-GM106957的政府支持下完成的。美国政府对本发明具有一定的权利。

发明背景

本公开一般涉及基于生物传感器的检测，并且更具体地涉及可以用于核酸测序的生物传感器。

目前可用于测序DNA的商业平台相对昂贵。这些平台中的大多数使用“合成测序”方法，这由于在检测每个单体(即核苷酸)添加到正在增加的聚合物结构时合成DNA聚合物而如此称谓。因为模板DNA链严格地指导新DNA聚合物的合成，所以可以从合成期间添加到生长链中的一系列核苷酸单体推断模板DNA的序列。监测反应使用相对昂贵的硬件，如激光、检测光学和复杂的流体递送系统。迄今为止最成功的商业平台还需要昂贵的试剂和硬件来扩增DNA模板，然后才能开始合成测序。这些平台的复杂性和成本已经阻碍了它们在一些明确需要DNA测序技术的临床和研究环境中的使用。

因此，需要对核酸测序平台进行改进，使其更具成本效益，快速和方便。本公开解决了这种需要并也提供了其它优点。

发明概述

本公开提供了核酸测序的方法。方法可以包括以下步骤：(a)提供附着于固体支持物电荷传感器的聚合酶；(b)使所述聚合酶与核苷酸三磷酸的混合物接触，其中所述混合物包含不同类型的核苷酸三磷酸，其中第一类核苷酸三磷酸与所述混合物中其它类型的核苷酸三磷酸相比处于可区分的状态，其中第二类核苷酸三磷酸与所述混合物中其它类型的核苷酸三磷酸相比不处于可区分的状态，并且其中所述聚合酶针对模板核酸链将来自所述混合物的核苷酸掺入新生链；(c)经由所述电荷传感器检测所述核苷酸的掺入，其中所述第一类核苷酸三磷酸产生与由所述混合物中的其它核苷酸三磷酸产生的信号相比独特的信号，从而获得第一信号模式；(d)使用所述聚合酶、所述模板核酸、和核苷酸三磷酸的第二混合物重复步骤(b)和(c)，其中所述第二类核苷酸三磷酸与所述第二混合物中的其它类型的核苷酸三磷酸相比处于可区分状态，并且其中所述第一类核苷酸三磷酸与所述第二混合物中的其它类型的核苷酸三磷酸相比不处于可区分状态，从而获得第二信号模式；并且(e)比较所述第一和第二信号模式以测定所述模板核酸的序列。

还提供了核酸测序的方法，其包括以下步骤：(a)提供附着于固体支持物电荷传感器的聚合酶；(b)使所述聚合酶与核苷酸三磷酸的混合物接触，其中所述混合物包含不同类型的核苷酸三磷酸，其中前两类(a first two types)核苷酸三磷酸与所述混合物中的后两类(a second two types)核苷酸三磷酸相比处于第一可区分状态，并且其中所述聚合酶针对模板核酸链将来自所述混合物的核苷酸掺入新生链；(c)经由所述电荷传感器检测所述核苷酸的掺入，其中所述前两类核苷酸三磷酸产生与由所述混合物中的后两类核苷酸三磷酸产生的信号区分的信号，从而获得第一信号模式；(d)使用所述聚合酶、所述模板核酸、和核苷酸三磷酸的第二混合物重复步骤(b)和(c)，其中所述前两类核苷酸三磷酸之一与所述第二混合物中的前两类核苷酸三磷酸中另一种相比处于可区分状态，从而获得第二信号模式；并且(e)比较所述第一和第二信号模式以测定所述模板核酸的序列。

附图简述

图1显示了固定在SWNT FET上的单一酶

图2显示了通过系链(tether)附着到电荷传感器的聚合酶。

图3显示了纳米线电荷传感器附近的DNA聚合酶I的Klenow片段的带电残基。

图4A显示了聚合酶活性的催化循环。