[发明专利]一种纳米孔道单分子蛋白质测序仪

权利要求书

1.一种纳米孔道单分子蛋白质测序仪，其特征在于，所述纳米孔道单分子蛋白质测序仪包括纳米孔道阵列化芯片系统、微电流检测系统以及数据处理与构建系统三部分；其中纳米孔道阵列化芯片系统包含1块电性初筛芯片、4块氨基酸正交识别检测芯片、1块光学微扰动芯片和1块交流微扰动芯片；其中，氨基酸正交识别检测芯片为4块分别针对负电荷多肽、正电荷多肽、电中性且正负电荷相互屏蔽多肽、电中性且正负电荷分离多肽的芯片，且每一块检测芯片中需含有至少6种应用于“氨基酸正交识别”的专一型突变Aerolysin纳米孔道，通过多通道正交并行读取多肽序列信息；微电流检测系统包含阵列化的微弱电流测量放大系统、阵列化的微弱电流测量控制系统、信号采集与数据输出系统三部分；数据处理与构建系统是对阵列化并行正交纳米孔道芯片与微弱电流测量系统得到的数字信号进行分析处理，基于隐马尔科夫机器学习模型获得蛋白质的氨基酸序列信息；此外，纳米孔道阵列化芯片系统中的芯片上构建阵列化检测微池，四种不同芯片，即电性初筛芯片、氨基酸正交识别检测芯片、光学微扰动芯片、交流微扰动芯片上检测微池是阵列化的，分别为4×4、4×6、2×2、2×2；所述的检测微池上组装不同的生物纳米孔道以实现20种不同氨基酸测序，根据氨基酸的亲疏水性、极性、带电性性质设计选择具有氨基酸靶向识别的生物纳米孔道，在纳米孔道内构建针对不同种类氨基酸或翻译后修饰基团的灵敏结构域，通过待测目标氨基酸与纳米孔道特异性靶向位点相互作用，延长目标氨基酸与孔道的作用时间，以期获得待测目标氨基酸的纳米孔道特征离子流信号。

2.根据权利要求1所述一种纳米孔道单分子蛋白质测序仪，其特征在于，所述检测微池分别由支撑层、微电流感应层以及芯片层构成。

3.根据权利要求1所述一种纳米孔道单分子蛋白质测序仪，其特征在于，所述的检测微池体底部都加工有单独的平面微电极，并通过导线直接连接至阵列化微弱电流测量系统。

4.根据权利要求1所述一种纳米孔道单分子蛋白质测序仪，其特征在于，所述的微弱电流测量放大系统包括前置放大电路、信号调理电路以及低通滤波器三部分。

5.根据权利要求4所述一种纳米孔道单分子蛋白质测序仪，其特征在于，所述的前置放大电路采用具有CMOS缓冲输入的高性能运算放大器或采用系统级芯片设计，基于电阻反馈原理将pA级电流信号转换为mV级电压信号。

6.根据权利要求4所述一种纳米孔道单分子蛋白质测序仪，其特征在于，所述信号调理电路可以从噪音源抑制和带宽补偿两方面进行信号调理控制，设计成高度集成化阵列检测芯片通过较少磷脂膜面积及电极面积、去除电极接线、优化阵列电极制备方法实现输入电路的总电容，包括膜电容，电极与溶液的液接电容，阵列电极接线电容的降低。

7.根据权利要求4所述一种纳米孔道单分子蛋白质测序仪，其特征在于，所述低通滤波器能用于滤除高于截止频率的高频信号，可以采用有源8阶贝塞尔低通滤波器对放大电路采集的模拟信号进行降噪处理。

8.根据权利要求1所述一种纳米孔道单分子蛋白质测序仪，其特征在于，所述的阵列化的微弱电流测量控制系统通过设计阵列选择器以及微控制器来实现实时选择每一组“膜-孔”系统中的最优孔道并同时采集每一块芯片上的每一种孔道的电流读出，阵列选择器可位于前置放大电路和阵列孔道间。

9.根据权利要求7所述一种纳米孔道单分子蛋白质测序仪，其特征在于，所述信号采集与数据输出系统采用利用模数转换器将经过滤波器后的模拟信号换成数字信号。