[发明专利]基于小电导机械力敏感性通道的生物埃米孔系统

说明书

本发明属于纳米孔检测领域，具体涉及一种基于小电导机械力敏感性通道(Mechanosensitivechannelofsmallconductance,MscS)的生物埃米孔系统。本发明提供一种埃米孔系统在检测带电荷分子中的应用，其特征在于，所述埃米孔系统包含MscS埃米孔、绝缘膜、第一介质和第二介质。本发明提供的MscS埃米孔的孔径只需改变外界条件即可实现可逆性原位调整，适用于多种类型、尺寸的分子的直接检测，例如，核苷酸、氨基酸、肽、药物分子等。

本申请要求2021年08月30日提交的中国发明专利申请【CN2021110062606】、名称为“基于PaMscS的用于dNTPs和新冠病毒检测的生物纳米孔系统”的优先权，以及，2021年08月30日提交的中国发明专利申请【CN2021110042496】、名称为“基于PaMscS的用于小分子药物检测和全血检测的生物纳米孔系统”的优先权，两个优先权发明专利申请以引用方式全文并入。

技术领域

本发明属于纳米孔检测领域，具体涉及一种基于小电导机械力敏感性通道的生物埃米孔系统。

背景技术

纳米孔单分子检测技术是一种集操作简单、灵敏度高、检测速度快、无需标记等优点的传感检测技术，广泛应用于蛋白质检测、基因测序和标志物检测等领域。目前，基因检测的费用、灵敏度和精度是该检测技术发展中亟待解决的主要问题，因此开发新型纳米孔材料是解决这些问题的关键手段。

生物纳米孔是一种自然形成纳米尺度的孔，其孔尺寸与许多重要的生物分子的大小相似。当分子通过纳米孔内部的通道时，特定的阻塞电流和易位事件产生。根据分子的阻塞电流和易位频率，可以实现对目标分子的定性和定量分析。因此，通道孔径大小是影响纳米孔的检测能力和应用范围的主导因素。一些具有合适通道孔径的蛋白质纳米孔已被用于纳米生物技术的应用，如α-溶血素(α-hemolysin，α-HL)、MspA、CsgG、气单胞菌溶素(Aerolysin)、phi29连接器等。这些生物纳米孔主要来自细菌孔蛋白或病毒门，并且有大约为单链DNA(ssDNA)或双链DNA(dsDNA)大小的孔径(1.0nm-3.6nm)。因此，它们适用于检测核酸，并已被用于DNA/RNA测序、核酸生物标记物检测和生物分子相互作用研究。然而，目前需要根据特定的应用需求对生物纳米孔进行局部修饰，如定点诱变或修饰特定的适配体等，才能适应更广泛的测序范围。以α-HL为例，其有限的孔径约1.4nm，因此应用范围仅限制在ssDNA、RNA或其他分子的分析中，通过利用环糊精(cyclodextrin)修饰，可用于直接检测单磷酸脱氧核糖核苷dNMPs，无需荧光标记。但通过修饰手段改变生物纳米孔的孔径需要大量的生物工程技术辅助，此外，与固态纳米孔相比，蛋白质孔在调节尺寸方面的灵活性要差很多。在此意义上，迫切需要找到一种具有灵活结构的纳米孔来高效地检测各种尺寸的分子。

综上所述，为改善现有技术的不足，本发明提供了一种新型的基于小电导机械力敏感性通道的生物埃米孔系统，埃米孔是一种尺寸比纳米孔更小的孔径蛋白质，这种新型蛋白质埃米孔系统无需适配体或修饰，为实时分子传感、基因检测和DNA计算提供了一条低成本、高通用的新途径。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种埃米孔系统在检测带电荷分子中的应用，其特征在于，所述埃米孔系统包含埃米孔、绝缘膜、第一介质和第二介质；所述埃米孔被嵌入所述绝缘膜中，所述绝缘膜将所述第一介质与所述第二介质分隔开，所述埃米孔提供连通所述第一介质与所述第二介质的通道，向所述第一介质和所述第二介质之间施加驱动力后，位于所述第一介质的所述带电荷分子与所述埃米孔相互作用；所述埃米孔为MscS埃米孔，所述埃米孔具有径向对称且形状似圆柱体的七聚体结构，所述七聚体结构包含7个侧面开口和1个底部开口。

进一步地，所述开口的电荷性质和/或孔径大小是可调节的。

进一步地，所述开口的调节方式包括使所述绝缘膜受到机械力刺激和/或使所述绝缘膜的物理状态变化。