[发明专利]用于膜中自限性蛋白质孔插入的法拉第系统和方法

说明书

本文描述了用于在法拉第条件下将单个孔(316)插入膜(314)中的系统和方法。可以跨阵列的单元的膜施加阶梯式或斜坡式电压波形，其中所述电压波形开始于第一电压并且经一段时间幅值增加到第二电压。所述电压波形具有将氧化还原对(308)的第一物质维持在其当前氧化态的极性。所述第一电压经选择为足够低以降低损坏所述膜的风险，同时电压增加速率经选择为提供足够的时间以将所述孔插入所述膜中。一旦将孔插入所述膜中，跨所述膜的所述电压迅速下降，从而降低损坏所述膜的风险，即使在电极之间施加的电压进一步增加。

相关申请的交叉引用

本申请要求于 2020 年 6 月 10 日提交的美国临时专利申请号 62/705,097 的优先权，其内容全文出于所有目的以引用方式并入本文。

本申请可能与于 2019 年 12 月 11 日提交的国际专利申请号 PCT/EP2019/084581 相关，该申请要求于 2018 年 12 月 11 日提交的美国临时申请号 62/777,976的优先权，上述每个申请的内容全文出于所有目的以引用方式并入本文。

以引用方式并入

本说明书中提到的所有出版物和专利申请都以引用方式并入本文，所达到的程度如同每个单独的出版物或专利申请都被具体地和单独地指出以引用方式并入。

背景技术

基于纳米孔的测序芯片是一种可用于 DNA 测序的分析工具。此类装置可以包含大量配置为阵列的传感器单元。例如，测序芯片可以包括一百万个单元的阵列，例如具有1000 行乘 1000 列的单元。阵列的每个单元可包括膜和蛋白质孔，该蛋白质孔具有内径为一纳米等级的孔径。这种纳米孔已被证明在快速核苷酸测序中有效。

当在浸入导电流体中的纳米孔上施加电压电位时，可能存在因离子跨所述纳米孔的传导而产生的小离子电流。电流的大小对孔径和位于纳米孔内的分子类型敏感。分子可以是附着到特定核苷酸的特定标签，从而可以检测核酸特定位置处的核苷酸。可测量包含纳米孔的电路中的电压或其他信号（例如，在集成电容器上）以作为测量分子的电阻的方式，从而可以检测哪些分子在纳米孔中。

为了使测序芯片正常工作，对于给定的单元，通常只应在膜上插入一个孔。如果将多个孔插入单个膜中，则核苷酸同时通过多个孔产生的电签名将更难以解译。

在孔插入步骤期间跨膜施加电压可促进孔插入过程，可能通过降低膜的稳定性并允许孔更容易地将其自身插入膜中。然而，跨膜施加过大的电压会导致膜的广泛破坏，从而使单元无法使用。

因此，将有利的是提供一种用于将单个孔可靠地插入膜中同时降低过度损坏膜的风险的系统和方法。

发明内容

各种实施例提供了涉及将单个孔插入基于纳米孔的测序芯片的单元的膜中的技术和系统。在一些实施例中，将孔插入膜中降低了将额外的孔插入膜中的可能性。

其他实施例涉及与本文描述的方法相关联的系统和计算机可读介质。

在一些实施例中，提供了一种形成纳米孔传感器单元阵列的方法。该方法包括：接近单元引入纳米孔，该单元具有工作电极和密封该单元的膜，其中该工作电极由 AC 耦合的电源供电；跨该单元的该膜施加电压波形，其中该电压波形开始于第一电压并且经一段时间幅值增加到第二电压；以及在施加该电压波形的步骤期间将该纳米孔插入该膜中。

在一些实施例中，第一电压介于约 0 与 100 mV 之间并且第二电压介于约 100至 2000 mV 之间。

在一些实施例中，工作电极是电容性电极。

在一些实施例中，电压波形包括介于第一电压与第二电压之间的多个递增阶跃。

在一些实施例中，多个递增阶跃递增约 1 至 100 mV。

在一些实施例中，多个递增阶跃递增约 1 至 25 mV。