[发明专利]包括流体通道的纳米孔感测器

说明书

本发明涉及包括流体通道的纳米孔感测器。本发明提供一种纳米孔感测器(3)，该感测器包括布置在支持结构(14)中的纳米孔(12)。流体通道(105)布置在第一流体储器(104)和纳米孔(12)之间，以通过流体通道(105)使第一流体储器(104)流体连接到纳米孔(12)。流体通道(105)具有大于通道宽度的通道长度。流体通道因此为微通道形式。第二流体储器(102)流体连接到纳米孔(12)，纳米孔(12)提供流体通道(105)和第二储器(102)之间的流体连通。连接电极(13,15)，以跨纳米孔(12)施加电位差。至少一个电转换元件(7)以连接布置在纳米孔感测器(3)中，以测定流体通道(105)局部的电位。电转换元件(7)作为场效应晶体管、单电子晶体管或对接近纳米孔(12)的电位敏感的荧光染料提供。第一流体和第二流体储器(102，105)之间的离子浓度比可以调节以便改进接近纳米孔(12)感测的电位。

本申请是申请号为201680019980.7母案的分案申请。该母案的申请日为2016年2月4日；发明名称为“包括流体通道的纳米孔感测器”。

相关申请交叉引用

本申请要求2015年2月5日提交的美国临时申请号62/112,630的权益，其全部内容通过引用结合到本文中。

关于联邦资助的研究的声明

本发明根据NIH授予的合同号5DP1OD003900在政府支持下产生。政府拥有本发明的某些权利。

技术领域

本发明一般涉及利用纳米孔感测器的感测系统，更具体地讲，涉及在物质移过纳米孔感测器时感测物质的技术。

背景技术

固态纳米孔和生物纳米孔二者正逐渐成为研发低成本、高通量感测系统中重要努力的焦点，这种感测系统可用于感测宽范围物质，包括单分子，例如聚合物分子。基于纳米孔感测的一般方法利用测定通过纳米孔的离子电流，纳米孔提供于高阻两亲膜上，两亲膜在膜两侧上提供的电极之间。由于使分子(例如，聚合物分析物，如DNA)移过纳米孔，通过DNA链的不同核苷酸碱基调节通过纳米孔的离子电流。为了测定聚合物链的序列特征，可测定离子电流变化。为了检测蛋白，也例如在作为WO2013/123379公开的国际专利申请PCT/US2013/026414中报告用于检测多核苷酸以外的分析物的纳米孔装置。虽然为了DNA测序已在使用固态纳米孔的研发方法和系统中有相当多的努力，但实现商业化仍有很多挑战。另外，不同纳米孔结构也造成特殊挑战。例如，在使用纳米孔阵列中，其中可测定通过阵列中各纳米孔的离子电流，可在普通电极和在各纳米孔相应相反侧上提供的多个电极之间进行检测。在此，多个电极需要相互电隔离，这限制纳米孔装置的集成密度水平。

在一些方面，生物纳米孔相对于固态纳米孔是有利的，原因是它们提供不变且可再现的物理孔。然而，其中提供它们的两亲膜一般易碎，且会经受降解，这提供通过膜的离子泄漏通道。分析物移位通过生物纳米孔的速度可用酶控制。多核苷酸的酶辅助移位一般为约30个碱基/秒。为了提高分析物的通量率，高得多的移位速度合乎需要，但发现，感测信号测量一般可能存在问题。

为了避免由用于纳米孔感测的离子电流测定方法造成的技术挑战，已提出数种替代纳米孔感测方法。这些替代方法一般涉及利用整合有纳米孔的电子感测器记录相对局部纳米孔信号的布置。这些纳米孔感测方法包括例如跨纳米孔测量电容耦合和通过移过纳米孔的物质测量穿隧电流。虽然提供引人关注的供选感测技术，但这些电容耦合和穿隧电流测量技术仍未对用于纳米孔感测的常规离子电流检测技术改善，离子电流检测技术仍受到信号放大和信号带宽问题挑战。

发明内容