[发明专利]通过局部电位测量进行的纳米孔感测

说明书

本发明涉及通过局部电位测量进行的纳米孔感测，其中提供了设置在支撑结构中的纳米孔，具有在第一流体储存器与纳米孔入口之间的流体连接和在第二流体储存器与纳米孔出口之间的第二流体连接。第一缓冲浓度的第一离子溶液设置在第一储存器中，不同于第一浓度的第二缓冲浓度的第二离子溶液设置在第二储存器中，纳米孔提供了第一与第二储存器之间的唯一流体连通路径。在纳米孔传感器中的位置上设置有电连接，其在目标物移位通过两个储存器之间的纳米孔时产生表示局部到纳米孔传感器中的至少一个位点的电位的电信号。

本申请是一项发明专利申请的分案申请，其母案的申请日为2011年4月29日、申请号为201180071394.4 (PCT/US2011/034426)、发明名称为“通过局部电位测量进行的纳米孔感测”。

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年4月4日提交的美国临时申请No. 61/471,345的权益，在此其整体通过引用并入。

关于联邦资助研究的声明

本发明是在美国国立卫生研究院（NIH）颁发的合同No. 5DP1OD003900下政府资助作出的。政府在本发明中享有一定的权利。

技术领域

本发明一般涉及采用纳米孔传感器的感测系统，并且更特别地涉及当物质通过纳米孔传感器移位时感测物质的技术。

背景技术

固态和生物纳米孔日益成为对于开发低成本、高通量感测系统作出的大量努力的焦点，所述感测系统可以用于感测宽范围的物质，包括单一分子。例如，已经提出使用固态纳米孔来使单一分子DNA测序技术成为可能。虽然已经使用改性蛋白质纳米孔来检测和区分通过DNA的酶裂解制备的单一DNA碱基，但是由通过纳米孔的分子移位测序单链DNA（ssDNA）分子的目的尚未完全实现。

一种提出的纳米孔感测的方法是基于检测通过设置在膜或其它支撑结构中的纳米孔的离子电流的调制的方法。给定在离子溶液中提供的待通过纳米孔移位的分子，当该分子通过纳米孔移位时，穿过纳米孔的离子电流与没有该分子的情况下通过纳米孔的离子电流相比相应地减少。该纳米孔感测方法的局限性在于通常记录小的微微安离子电流信号是相当难的，所述小的微微安离子电流信号是在与非常快的分子移位速度一致的带宽下的分子纳米孔移位的特征。DNA分子通过纳米孔的移位的速度可以是~1 µs/核苷酸。此外，以并行多路传输格式记录这种在高带宽下的小电流信号已被证明是极其困难的。

为了避开用于纳米孔感测的离子电流测量方法的技术挑战，已经提出了几种替代的纳米孔感测方法。这些替代的方法可以归纳为意在努力采用与纳米孔整合的电子传感器来记录较大的并且相对更局部的纳米孔信号。这些纳米孔感测方法包括例如测量跨纳米孔的电容耦合和测量通过移位纳米孔的物质的隧穿电流。虽然提供了令人感兴趣的替代感测技术，这些电容耦合和隧穿电流测量技术尚未改进用于纳米孔感测的常规离子电流检测技术，并且离子电流检测技术仍然受到信号幅度和信号带宽问题的挑战。

发明内容

通过采用局部电位感测方法提供了一种纳米孔传感器，其克服了常规纳米孔传感器和纳米孔传感技术的测量敏感性和信号带宽限制。在一个这样的实例中，提供了一种纳米孔传感器，包括设置在支撑材料中的纳米孔，具有在第一流体储存器与纳米孔入口之间的流体连接和在第二流体储存器与纳米孔出口之间的第二流体连接。第一缓冲浓度的第一离子溶液设置在第一储存器中，并且第二缓冲浓度（不同于所述第一浓度）的第二离子溶液设置在第二储存器中，纳米孔提供了第一与第二储存器之间的唯一流体连通路径。电连接被设置在纳米孔传感器中的位置上，其在目标物(object)移位通过在两个储存器之间的纳米孔时产生电信号，该电信号表示局部到纳米孔传感器中的至少一个位点的电位。

该纳米孔传感器构造使得能够通过转换元件(如电连接)实现局部电位感测，其提供了高敏感性、高带宽和在移位通过纳米孔的不同目标物之间的大的信号差异。作为结果，纳米孔感测应用，如DNA测序，可以用该纳米孔传感器实现。