[发明专利]用于通过隧穿识别进行核酸测序的方法和系统

说明书

实施方式可包括分析核酸分子的方法。该方法可包括将核酸分子附着于蛋白。蛋白可附着于具有第一直径的颗粒。该方法也可包括施加电场以将核酸分子的第一部分移动到孔中。孔可由第一电极、绝缘体和第二电极限定。孔可具有小于第一直径的第二直径。该方法可进一步包括将核酸分子的第一部分与第一电极和第二电极二者接触。该方法可包括跨越第一电极和第二电极施加电压。可测量穿过电极和核酸分子的该部分的电流，并且可鉴定核酸分子的核苷酸。

背景

含纳米孔的设备已成为开发新分析方法的目标。纳米孔可具有检测单一分子的能力，其可为化学和生物学检测领域中有前景的技术。例如，纳米孔可用于诊断学和核酸测序。固态纳米孔生物传感可为快速的单一分子传感技术。在一些情况下，固态纳米孔在两个电极之间的离子液体中形成通道。两个电极可不为纳米孔本身的一部分，而是可位于离子液体中。当分子通过纳米孔通道时，穿过通道的电流和其它电学特性改变。这些电学特性可以提供关于分子的信息，但制造问题可使得难以鉴定核酸分子中的个别核苷酸。多个核苷酸可同时存在于孔中或可快速通过孔，其可不提供足够强的信号用于区分核苷酸。

纳米孔设备可与隧穿识别(tunneling recognition)一起使用。隧穿识别基于在电极之间放置化学实体，所述电极可在纳米孔设备本身中。化学实体的轨道将允许电子从一个电极转移到另一个电极，建立隧穿电流。固态纳米孔的尺寸和其它性质可难以适应大规模生产工艺。为了用离子电流对核酸分子进行测序，纳米孔尺寸可需要大约为纳米，其可小于2nm。建立这种大小的通道可需要精确且昂贵的技术。但是，减少纳米孔的尺寸可导致不完全或不良的润湿，所述润湿是纳米孔用作传感设备所需的。仍然需要在用于化学和生物学检测的含纳米孔的设备的设计和可制造性、以及牵涉该设备的工艺中的改进。设计和可制造性改进不应以牺牲准确和精确的分析为代价。这些和其它问题通过本文件中描述的技术得以解决。

简述

本技术的实施方式可允许通过隧穿识别对核酸分子进行测序。核酸分子可通过电场或压力梯度驱动到通道中。在通道中，核酸分子的一部分可进入两个电极之间的间隙。它们之间具有小间隙的电极可允许隧穿识别，但核酸分子可不足够频繁地扩散到小间隙中以获得足够的隧穿信号。电场或压力梯度可更容易且频繁地将核酸分子驱动到电极间隙中。可为1-2nm宽的小间隙可难以制造或制造昂贵。在一些情况下，间隙可在彼此平行排列但不在同一平面中的两个电极之间，其可比两个共面电极的端部之间的间隙更容易制造。核酸分子可拴系至(tethered to)动力蛋白，动力蛋白可附着于颗粒或珠。颗粒可大于通道。颗粒可锚定核酸分子的一端，而电场或流动将核酸分子拉过通道。以此方式，核酸分子可沿着通道拉伸，并且可由于布朗运动而在通道中振荡。核酸分子可随机地与隧穿电极相互作用以产生隧穿信号。

可将电压施加到电极。当核酸分子的一部分在电极之间的间隙内并且核酸分子桥接两个电极时，电子可从一个电极到另一个电极隧穿(tunnel through)核酸分子，生成电流。可测量电流。核酸分子可在间隙中振荡，并且测量的电流可具有振幅和频率。振幅和频率可为可变的。电流的特性可有助于鉴定核酸分子中存在的特定核苷酸或碱基。电学特性几乎可充当鉴定核酸分子的核苷酸中的指纹。动力蛋白可送入或拉入(feed through orpull in)核酸分子，以致不同的核苷酸在电极间隙中并且可以测量不同的电流信号。作为结果，可以鉴定另外的核苷酸。可以将更多的核苷酸移动到电极间隙中，因而可鉴定核酸的多个核苷酸，并且可对核酸测序。

实施方式可包括分析核酸分子的方法。该方法可包括将核酸分子附着于蛋白。蛋白可附着于具有第一直径的颗粒。该方法也可包括施加电场以将核酸分子的第一部分移动到孔中。孔可由第一电极、第一绝缘体和第二电极限定。孔可具有小于第一直径的第二直径。该方法可进一步包括将核酸分子的第一部分与第一电极和第二电极二者接触。此外，该方法可包括跨越第一电极和第二电极施加电压。可测量穿过第一电极、核酸分子和第二电极的电流。基于该电流，可鉴定核酸分子的核苷酸。