[发明专利]基于纳米孔测序的力谱分析方法和分析装置

权利要求书

1.一种用于纳米孔的差分力谱分析装置，包括：

具有电解质溶液的溶液池，所述电解质溶液包含具有已知碱基序列的至少一种生物分子；

介质膜，用于容纳待分析的纳米孔并将所述溶液池分隔为两个腔室；

电场发生器，用于产生施加于所述溶液池的电场；

电信号检测器，用于当所述至少一种生物分子在电场的驱动下穿过所述纳米孔时检测所产生的电流数据；以及

控制模块，用于根据所述电流数据获得所述至少一种生物分子的每个碱基穿过所述纳米孔的滞留时间，从而确定能够表征所述纳米孔的至少一种特性的所述纳米孔与所述至少一种生物分子相互作用的差分力分布。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制模块根据碱基解析算法，判定并生成所述电流数据对应的解析碱基序列并获得其中每一个碱基的所述滞留时间，以及根据序列比对算法选择与所述解析碱基序列最接近的所述已知碱基序列，从而将所述解析碱基序列的所述每一个碱基的所述滞留时间映射到所述已知碱基序列。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述碱基解析算法基于隐马氏模型。

4.根据权利要求2所述的装置，其中，仅保留所获得的解析碱基序列的中段的数据而丢弃两端的数据。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，对于任意一个所述碱基，所述差分力正比于所述滞留时间。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制模块获得多组所述电流数据以计算所述已知碱基序列种的每一个碱基的滞留时间，从而对所述滞留时间进行统计平均。

7.根据权利要求1至6任一项所述的装置，其中，所述纳米孔具有分子马达，所述生物分子为具有同一已知碱基序列的DNA链，所述DNA链由所述分子马达解螺旋后的其中一条DNA单链穿过所述纳米孔；以及

其中所述分子马达以与所述电信号检测器精度匹配的步进速度解螺旋所述DNA链。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述根据以下公式计算所述碱基序列的任一碱基S的差分力δF(S，X)：

其中，X代表所述碱基S在所述生物分子穿过所述纳米孔的前进方向上的位置坐标，m为所述DNA链的质量，x₀为DNA链中相邻碱基的间距，t₀为任一碱基对解旋后运动x₀所花费的时间，t(S，X)为碱基S在坐标X的滞留时间，t表示所有碱基的平均滞留时间，以及其中碱基S是A、T、C、G四种碱基中的一种。

9.根据权利要求8所述的装置，其中

以碱基类型A、T、C、G对所述碱基序列的所有碱基S分类并统计每种碱基的差分力分布；以及

其中，对于任一坐标X，根据每种碱基的差分力大小确定所述纳米孔在该处与此种碱基相互作用强度以表征所述纳米孔的至少一种特性。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，根据A、T、C、G四种碱基在所述坐标X处的所述相互作用差异将所述纳米孔在所述坐标X处的化学结构表征为来自氢键、范德华力或其组合中的一种。

11.根据权利要求1所述的装置，其用于对CsgG蛋白、α-hemolysin蛋白、或MspA蛋白或者纳米孔孔径为所述生物分子直径的101％至200％的蛋白的纳米孔进行差分力谱分析。

12.一种用于纳米孔的差分力谱分析方法，包括：

驱动至少一种生物分子穿过待分析的纳米孔，并检测该过程的电流数据，其中所述至少一种生物分子具有已知碱基序列；

根据所述电流数据获得所述至少一种生物分子中的每个碱基穿过所述纳米孔的滞留时间，以确定所述纳米孔与所述至少一种生物分子相互作用的差分力分布，从而表征所述纳米孔在所述生物分子前进方向上的特性。