[發(fā)明專利]使用納米管監(jiān)測(cè)單分子的系統(tǒng)和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280004265.8
• 申請(qǐng)日: 2012-01-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103620403A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賽巴斯蒂安;索根菲列;肯尼斯;謝潑德;邱建洋;科林;納柯?tīng)査?/a>
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 紐約市哥倫比亞大學(xué)理事會(huì)
• 主分類號(hào): G01N33/50
• 分類號(hào): G01N33/50
• 代理公司: 上海波拓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31264
• 代理人: 楊波

有關(guān)申請(qǐng)的相互參考

本專利具有向第61/431,795號(hào)（于2011年1月11日提出）美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)和第61/453,344號(hào)（于2011年3月16日提出）美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，所公開(kāi)的全部專利內(nèi)容都明確以援用的方式出現(xiàn)在本文中。

關(guān)于聯(lián)邦科研贊助項(xiàng)目的聲明

本發(fā)明是由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)授權(quán)、政府ENG-0707748號(hào)和CHE-0641523號(hào)文件撥款資助進(jìn)行的。政府對(duì)該發(fā)明擁有某些權(quán)利。

背景技術(shù)

本應(yīng)用涉及單分子檢測(cè)以及單分子動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)的測(cè)量和與分析。

單分子層面的研究揭示了多個(gè)生物分子系統(tǒng)中的分子內(nèi)動(dòng)力學(xué)和構(gòu)象變化。對(duì)核酸分子內(nèi)的分子鏈擴(kuò)散，包括發(fā)夾結(jié)構(gòu)的配置都通過(guò)光學(xué)技術(shù)（如熒光相關(guān)光普學(xué)（FCS））進(jìn)行了研究。在某些研究中，對(duì)DNA發(fā)夾結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)記，并且在亞微秒的時(shí)間范圍內(nèi)監(jiān)控少量分子的開(kāi)合速度。但是，熒光相關(guān)光普學(xué)（FCS）的一個(gè)潛在缺點(diǎn)在于在整個(gè)觀測(cè)過(guò)程中觀測(cè)時(shí)間被限制在分子的擴(kuò)散時(shí)間內(nèi)。單分子熒光能量共振轉(zhuǎn)移（smFRET）也用于研究生物分子中的構(gòu)象變化，但是只能提供幾十毫秒時(shí)間范圍內(nèi)的動(dòng)力研究。生物分子檢測(cè)的免標(biāo)記技術(shù)包括納米線、微腔、機(jī)械懸臂、光波導(dǎo)和光鑷，但是沒(méi)有任何一項(xiàng)包含足夠高的敏感度以用于高時(shí)間分辨率的免標(biāo)記檢測(cè)，這是監(jiān)控微秒時(shí)間范圍內(nèi)生物分子過(guò)程動(dòng)力學(xué)所必需的。

基于單個(gè)分子的合成測(cè)序（SBS）系統(tǒng)已逐漸走向商業(yè)用途，因?yàn)樗鼈儫o(wú)需擴(kuò)容即可運(yùn)行，簡(jiǎn)化了樣品制備。因?yàn)樗鼈兪褂昧藷晒猓阅承┫到y(tǒng)設(shè)計(jì)在染料和染料化學(xué)反應(yīng)、激光激發(fā)系統(tǒng)、光學(xué)和過(guò)濾以及檢測(cè)器特性的設(shè)計(jì)中包含了復(fù)雜的權(quán)衡方法。這些問(wèn)題是由于在檢測(cè)電子需要電信號(hào)時(shí)，最終將光子用作檢測(cè)媒介物所造成的。

發(fā)明內(nèi)容

此處公開(kāi)的內(nèi)容是單分子檢測(cè)中已改進(jìn)的新系統(tǒng)和新技術(shù)。

在一個(gè)實(shí)施例中，本公開(kāi)主題給出了基于碳納米管電導(dǎo)調(diào)制的單分子檢測(cè)。碳納米管的電導(dǎo)可以與碳納米管的初始狀態(tài)和引入目標(biāo)實(shí)體后碳納米管的第二狀態(tài)進(jìn)行比較。

在本公開(kāi)主題的一個(gè)實(shí)施例中，單分子檢測(cè)方法使用了一個(gè)碳納米管，上面帶有探針實(shí)體以定義碳納米管的第一狀態(tài)。將碳納米管引入一個(gè)目標(biāo)實(shí)體來(lái)定義其第二狀態(tài)。比較第一狀態(tài)和第二狀態(tài)下的碳納米管電導(dǎo)以檢測(cè)生物分子實(shí)體的存在。

在一些實(shí)施例中，將點(diǎn)缺陷施加于碳納米管上并將探針實(shí)體附著在碳納米管的點(diǎn)缺陷處，從而將探針實(shí)體附在碳納米管上。一個(gè)點(diǎn)缺陷可以是單個(gè)羧基缺陷。探針實(shí)體可以通過(guò)偶合反應(yīng)附著在碳納米管上。探針實(shí)體可以是一個(gè)包含ssDNA的DNA探針。目標(biāo)實(shí)體可以是一個(gè)互補(bǔ)的目標(biāo)DNA。

在一些實(shí)施例中，將碳納米管引入緩沖合成物內(nèi)的目標(biāo)實(shí)體中，該緩沖合成物包含了目標(biāo)實(shí)體。

在一些實(shí)施例中，將碳納米管在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)下的電導(dǎo)與預(yù)定的電導(dǎo)數(shù)據(jù)項(xiàng)加以比較以確定目標(biāo)實(shí)體的特性。預(yù)定的電導(dǎo)數(shù)據(jù)可以是一個(gè)校準(zhǔn)曲線。

在一些實(shí)施例中，碳納米管可以是一個(gè)單壁的碳納米管。碳納米管可以是一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，能提供一個(gè)電子信號(hào)來(lái)測(cè)量碳納米管在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)下的電導(dǎo)。

在一些實(shí)施例中，單分子檢測(cè)方法采用免標(biāo)記技術(shù)。

在一些實(shí)施例中，單分子檢測(cè)方法用于提供單個(gè)分子、生物分子的合成測(cè)序（SBS）。該生物分子可以是DNA。

在另一個(gè)實(shí)施例中，單分子檢測(cè)系統(tǒng)包括一個(gè)附著有探針實(shí)體的碳納米管、與碳納米管進(jìn)行電子通訊的場(chǎng)效應(yīng)晶體管和提供一個(gè)目標(biāo)實(shí)體。

附圖是此公開(kāi)文件的組成部分，用于闡明公開(kāi)的主題并解釋其原理。

附圖說(shuō)明

本公開(kāi)主題的更多特征、性質(zhì)和許多優(yōu)點(diǎn)將可從以下的實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明中和附圖變得更為明顯。其中：

圖1是依據(jù)本公開(kāi)主題某些實(shí)施例的碳納米管示意圖；

圖2是依據(jù)本公開(kāi)主題某些實(shí)施例的、將一個(gè)目標(biāo)實(shí)體引入碳納米管后的示意圖；

圖3a是依據(jù)本公開(kāi)主題某些實(shí)施例的、顯示納米管電導(dǎo)控制氧化的曲線圖；

圖3b是依據(jù)本公開(kāi)主題某些實(shí)施例的、顯示電導(dǎo)作為電勢(shì)功能的曲線圖；

圖3c和圖3d是依據(jù)本公開(kāi)主題某些實(shí)施例的、半導(dǎo)體納米管的拓?fù)鋱D/掃描脈沖

顯微鏡（SGM）圖片；

圖3e是依據(jù)本公開(kāi)主題某些實(shí)施例的、顯示納米管器件的原理圖；

圖4a是依據(jù)本公開(kāi)主題某些實(shí)施例的、在引入到目標(biāo)實(shí)體之前的電導(dǎo)記錄的一系列曲線圖；

圖4b是基于圖4a的一系列電導(dǎo)記錄的直方圖；