[發(fā)明專利]用于漸進雙鏈分子的方法和系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310629758.7
• 申請日: 2013-11-29
• 公開（公告）號: CN103882107A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發(fā)明（設計）人: 欒斌全;周如洪
• 申請（專利權）人: 國際商業(yè)機器公司
• 主分類號: C12Q1/68
• 分類號: C12Q1/68;C12M1/00
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 于靜;張亞非

技術領域

本發(fā)明涉及納米孔/納米通道器件，更具體地，涉及在納米孔/納米通道器件中的分子的捕獲和控制。?

背景技術

納米孔測序是用于檢測脫氧核糖核酸（DNA）鏈上出現(xiàn)的核苷酸的次序的方法。納米孔（還稱為孔、納米通道、孔洞、等等）可以是內徑在幾個納米量級的小孔洞。在納米孔測序背后的理論是關于當納米孔被浸入到導電流體中以及跨過納米孔施加電勢（電壓）時會發(fā)生什么。在這些條件下，可以測量源于導電離子穿過納米孔的弱電流并且電流的量對納米孔的尺寸和形狀很敏感。如果DNA的單個堿基或者鏈（或者部分DNA分子）通過納米孔，那么可以產生通過納米孔的電流的幅度的變化。還可以在納米孔周圍安置其它電或光傳感器以便在DNA堿基通過納米孔時可以區(qū)分DNA堿基。?

可以通過使用各種方法驅動DNA穿過納米孔，以便DNA最終通過納米孔。納米孔尺度具有一種效應，即DNA可以作為長串被迫穿過孔洞，一次一個堿基，像線穿過針眼一樣。最近，應用納米孔作為傳感器用于快速分析如脫氧核糖核酸（DNA）、核糖核酸（RNA）、蛋白質等等的生物分子引起了人們的興趣。重點強調納米孔用于DNA測序的應用，因為此技術有可能將測序的成本降低到$1000/人類基因組以下。?

發(fā)明內容

根據(jù)一個實施例，提供了一種用于漸進（ratcheting）雙鏈分子的方法。該方法包括通過第一電壓脈沖驅動雙鏈分子進入膜的Y-通道。Y-通道包括?主干和分支，并且分支在結處連接到主干。該方法包括，基于比破裂雙鏈分子的堿基對所要求的力弱的第一電壓脈沖，減慢在Y-通道的結處的雙鏈分子以及通過第二電壓脈沖驅動雙鏈分子進入Y-通道的結，將雙鏈分子分開為第一單鏈和第二單鏈。?

根據(jù)一個實施例，提供了一種用于漸進雙鏈分子的系統(tǒng)。此系統(tǒng)包括具有Y-通道的膜，所述Y-通道包括主干和分支，其中所述分支在結處連接到所述主干。該系統(tǒng)包括在所述膜一側的頂流體室和在所述膜的相對側的底流體室；電壓源的第一電壓脈沖驅動所述雙鏈分子進入所述膜的所述Y-通道。基于比破裂所述雙鏈分子的堿基對所要求的力弱的第一電壓脈沖，減慢在Y-通道的結處的雙鏈分子。所述電壓源的第二電壓脈沖驅動所述雙鏈分子進入所述Y-通道的所述結以將所述雙鏈分子分開為第一單鏈和第二單鏈。?

通過本發(fā)明的技術可以認識到另外的特征和優(yōu)點。本發(fā)明的另外的實施例和方面在這里被詳細描述并且被認為是所要求保護的本發(fā)明的一部分。為了更好地理解本發(fā)明具有的優(yōu)點和特點，參考描述和附圖。?

附圖說明

說明書結論處的權利要求特別指出并要求保護被認為是本發(fā)明的主旨。通過隨后聯(lián)系附圖的詳細描述將明白本發(fā)明的前述和其它優(yōu)點。?

圖1示出了根據(jù)實施例的DNA-漸進（ratcheting）納米器件的透視圖。?

圖2示出了根據(jù)實施例的其中膜包括兩個Y-通道的納米器件的縮略圖。?

圖3示出了根據(jù)實施例的漸進DNA分子通過Y-通道的時間依賴偏置電場的圖。?

圖4示出了根據(jù)實施例的具有在左和右分支中的傳感器以分別測序單鏈DNA分子的納米器件的縮略圖。?

圖5示出了根據(jù)實施例的漸進雙鏈分子穿過Y-通道的方法。?

圖6示出了根據(jù)實施例的其中膜含有具有多個分支的Y-通道的納米器?件的縮略圖。?

圖7示出了可以包括在實施例中和/或與實施例結合的具有各種能力的計算機（計算機測試裝置）的實例的框圖。?

具體實施方式

以可負擔的成本測序DNA導致許多新的DNA測序方法。然而，一個已有的技術挑戰(zhàn)是控制DNA以單-核苷酸分辨率運動。沒有這樣的控制，在測序過程期間，一些核苷酸將被讀取許多次而另一些將被錯過。因此，期望這樣的器件，其能夠逐核苷酸（即，逐堿基）地漸進DNA。大自然已經建立了小然而有效的DNA漸進機器：DNA聚合酶是控制DNA的逐核苷酸的定向運動的蛋白質分子。基于已有方法將DNA聚合酶用于測序技術。為了模仿通過DNA聚合酶的漸進（ratcheting）過程，這里提供了使用合成納米材料的人造DNA漸進機器。根據(jù)實施例，納米器件具有Y-形納米通道（例如，Y-通道）以電驅動雙鏈DNA（dsDNA）進入主干通道，接著通過電解鏈（unzipping）dsDNA并且將每一個單鏈DNA（ssDNA）穿過分支通道。?