[發(fā)明專利]增加的到納米孔中的分子捕獲率

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380038979.5
• 申請日: 2013-05-30
• 公開（公告）號: CN104487836B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭紅波;G·A·斯托洛維茨基;王德強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 國際商業(yè)機(jī)器公司
• 主分類號: G01N27/447
• 分類號: G01N27/447
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所11247
• 代理人: 牛南輝,于靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及增加分子的捕獲率，并且更具體地，涉及通過介電泳增加在納米孔中分子捕獲率。

背景技術(shù)

納米孔測序是用于確定核苷酸在脫氧核糖核酸(DNA)的鏈上出現(xiàn)的順序的方法。納米孔(也被稱為孔、納米通道、洞等)可以為內(nèi)徑大約若干納米的小洞。納米孔測序背后的理論是關(guān)于當(dāng)納米孔浸入導(dǎo)電流體(例如，離子緩沖物)并且跨納米孔施加電位(電壓)時出現(xiàn)了什么的理論。在這些條件下，可以測量通過納米孔的源自于離子傳導(dǎo)的輕微電流，并且電流的量對于納米孔的尺寸和形狀非常敏感。如果DNA的單堿基或者鏈通過(或者DNA分子的部分通過)納米孔，這可以產(chǎn)生通過納米孔的電流的幅值的變化。也可以在納米孔周圍放置其它電或者光傳感器，以便當(dāng)DNA通過納米孔時，可以區(qū)別DNA堿基。

通過使用各種方法，可以將DNA驅(qū)動通過納米孔。例如，電場將DNA朝向納米孔吸引，并且其可最終通過納米孔。納米孔的規(guī)模具有這樣的影響，DNA被強(qiáng)制作為長串通過洞，一次一個堿基，像線通過針眼。近來，應(yīng)用納米孔作為用于諸如脫氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)、蛋白質(zhì)等的生物分子的快速分析的傳感器的興趣越來越大。由于此技術(shù)有望將測序成本減少到$1000/人類基因組以下，對納米孔的DNA測序應(yīng)用已經(jīng)給予了特別重視。納米孔DNA測序中的兩個問題是控制通過納米孔的DNA的易位和區(qū)分單獨的DNA堿基。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)實施例，提供用于增加到納米孔中的分子的捕獲率的方法。所述方法包括提供通過將第一腔和第二腔分開的膜的納米孔。所述納米孔、所述第一腔和所述第二腔填充有離子緩沖物(buffer)。所述方法包括在所述第一腔的中間區(qū)域處提供窄頸部，其中在所述中間區(qū)域的所述窄頸部被對準(zhǔn)到所述納米孔的入口。另外，所述方法包括配置所述窄頸部，以與具有低強(qiáng)度電場的所述第一腔的其它區(qū)域相比，所述窄頸部具有高強(qiáng)度電場，以及配置所述窄頸部，以具有用于在對準(zhǔn)到所述納米孔的所述入口的中間區(qū)域處集中分子的所述高強(qiáng)度電場。在所述第一腔和所述第二腔之間施加的電壓驅(qū)動被集中在所述納米孔的所述入口處的所述分子通過所述納米孔。

根據(jù)實施例，提供用于捕獲分子的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括通過將第一腔和第二腔分開的膜的納米孔。所述納米孔、所述第一腔和所述第二腔填充有離子緩沖物。所述系統(tǒng)包括在所述第一腔的中間區(qū)域處的窄頸部，其中在所述中間區(qū)域處的所述窄頸部被對準(zhǔn)到所述納米孔的入口。與具有低強(qiáng)度電場的所述第一腔的其它區(qū)域相比，所述窄頸部具有高強(qiáng)度電場。具有高強(qiáng)度電場的所述窄頸部在對準(zhǔn)到所述納米孔的所述入口的中間區(qū)域處集中分子。在所述第一腔和所述第二腔之間施加的電壓驅(qū)動被集中在所述納米孔的所述入口處的所述分子通過所述納米孔。

通過本發(fā)明的技術(shù)實現(xiàn)另外的特征和優(yōu)點。本發(fā)明的其它實施例和方面在本文中被詳細(xì)描述并且被視為本發(fā)明要求保護(hù)的一部分。為了更好的理解本發(fā)明的優(yōu)點和特征，請參考說明書和附圖。

附圖說明

在對說明書結(jié)論處的權(quán)利要求中具體地指出并清楚地要求保護(hù)被認(rèn)為是發(fā)明的主題。從下述詳細(xì)描述并結(jié)合附圖，本發(fā)明的上述和其它特征、優(yōu)點將顯而易見。

圖1為根據(jù)實施例的使用介電泳以增加到納米孔中的分子的捕獲率的系統(tǒng)的示意圖。

圖2為根據(jù)實施例的使用介電泳以增加分子的捕獲率的系統(tǒng)的截面視圖的示意圖。

圖3示出根據(jù)實施例的系統(tǒng)中的微流體通道的細(xì)節(jié)。

圖4為根據(jù)實施例的用于在微流體腔的窄頸部處集中分子并且在納米孔中捕獲分子的方法。

圖5示出可包括在實施例中的具有功能的計算機(jī)的實例。

具體實施方式

本公開采用稱為介電泳的方法以在納米孔入口處集中分子，來增加到納米孔中的分子的捕獲率，用于超低濃度的表征。

在現(xiàn)有納米孔測序的狀態(tài)下，因為由于在納米孔中的離子緩沖物的電阻比納米孔外部的離子緩沖物的電阻大幾個數(shù)量級這一事實，跨納米孔的電場僅存在于納米孔中和納米孔的入口附近，DNA通過熱運動擴(kuò)散到納米孔的入口，并且然后被納米孔內(nèi)部的電場捕獲到納米孔中。從而需要高濃度DNA(和/或任何類型的分子)以給予合理的捕獲率，例如，到納米孔中的每秒1(一個)DNA的捕獲。為了進(jìn)一步降低DNA測序成本，必須解決DNA樣品的超低濃度。