[发明专利]用于分子传感器的酶电路

说明书

在多个实施例中，公开了一种分子电路。该电路包括负电极、与负电极间隔开的正电极、以及导电地附接至正电极和负电极两者从而形成具有通过酶的导电通路的电路的酶分子。在多个示例中，该酶是聚合酶。该电路还可包括用于将酶接线至电极的分子臂。在多个实施例中，该电路用作传感器，其中在底物与酶相互作用时测量电信号，例如电路中的电压、电流、阻抗、电导率或电阻的变化。

对相关申请的引用

本申请要求于2017年4月25日提交的名称为“用于分子传感器的酶电路”的美国临时专利申请62/489,881的优先权和权益，该临时专利申请的公开内容通过完整引用结合在此。

技术领域

本公开总体地涉及分子传感器，更具体地说，涉及一种在其中由酶闭合两个电极之间的电路的分子传感器。

背景技术

在二十世纪七十年代，艾维拉姆和拉特纳带来了分子电子学的广阔领域。分子电子学通过使用单个分子作为电路元件实现了电路的终极缩小。根据分子的性质，包含单分子元件的分子电路可用作开关、整流器、致动器和传感器。特别令人感兴趣的是这种电路作为传感器的应用，其中分子相互作用为单分子传感提供了基础。尤其是，信息性的电流变化可包括电流的增大或减小、脉冲、或其他时间变化。

虽然在分子电子学领域取得了不少成就，但仍需要可用作分子传感器的新分子电路。尤其是，仍需要一种改良的单分子系统，这种系统能够产生具有更大信噪比的分子信息，从而使真正表示分子相互作用的信号与非信息性噪声区分开来。

发明内容

在多个实施例中，公开了一种基于单分子酶的电路，其中单个酶分子直接连接至正电极和负电极以形成电路。这些电路能够产生高度信息性的酶活性信号。这些改良信号具有更高的信噪比水平，因此信号与噪声之间的区别更大，并且这些改良信号包括携带关于酶与目标底物之间的结合的详细信息的特征。

在多个实施例中，一种分子传感器包括如本文所述的基于酶的分子电路(导电通路)。这种具有聚合酶的传感器可用于从由聚合酶处理的DNA模板感测序列信息。

在本公开的多个实施例中，公开了一种分子电路。该电路包括：正电极；与正电极隔开的负电极；以及连接至正电极和负电极从而在正电极与负电极之间形成导电通路的酶。

在多个方面中，所述电路的酶可包括连接至正电极的第一接线点和连接至负电极的第二接线点。

在多个方面中，所述电路还可包括具有第一端和第二端的至少一个臂分子，所述第一端结合至酶，所述第二端结合至所述电极中的至少一个，其中所述至少一个臂分子作为酶与所述电极中的至少一个之间的电线。

在多个方面中，所述至少一个臂分子可选自由双链寡核苷酸、肽核酸双链体、肽核酸-DNA杂化双链体、蛋白质α螺旋、类似石墨烯的纳米带、天然聚合物、合成聚合物和抗体Fab结构域组成的组。

在多个方面中，所述电极中的至少一个连接至酶的内部结构元件。

在多个方面中，所述内部结构元件可选自由α螺旋、β褶板和串联的多个这种元件组成的组。

在多个方面中，所述电极中的至少一个可在酶的能够发生构象变化的位置连接至酶。

在多个方面中，至少一个臂分子可包括具有取决于张拉、扭曲或扭转的电导率的分子。

在多个方面中，所述酶可包括聚合酶。

在多个方面中，所述聚合酶包括大肠杆菌Pol I Klenow片段。

在多个方面中，所述聚合酶包括逆转录酶。

在多个方面中，所述聚合酶包括经过基因修饰的逆转录酶。