[發明專利]通過局部電位測量進行的納米孔感測

有效

• 申請號: 201810026232.2
• 申請日: 2011-04-29
• 公開（公告）號: CN108051578B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: C.M.利伯;P.謝
• 申請（專利權）人: 哈佛大學校長及研究員協會
• 主分類號: G01N33/487
• 分類號: G01N33/487;G01N27/447;C12Q1/6869;B82Y30/00;B82Y15/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 馬蔚鈞;黃希貴

本發明涉及通過局部電位測量進行的納米孔感測，其中提供了設置在支撐結構中的納米孔，具有在第一流體儲存器與納米孔入口之間的流體連接和在第二流體儲存器與納米孔出口之間的第二流體連接。第一緩沖濃度的第一離子溶液設置在第一儲存器中，不同于第一濃度的第二緩沖濃度的第二離子溶液設置在第二儲存器中，納米孔提供了第一與第二儲存器之間的唯一流體連通路徑。在納米孔傳感器中的位置上設置有電連接，其在目標物移位通過兩個儲存器之間的納米孔時產生表示局部到納米孔傳感器中的至少一個位點的電位的電信號。

本申請是一項發明專利申請的分案申請，其母案的申請日為2011年4月29日、申請號為201180071394.4 (PCT/US2011/034426)、發明名稱為“通過局部電位測量進行的納米孔感測”。

相關申請的交叉引用

本申請要求2011年4月4日提交的美國臨時申請No. 61/471,345的權益，在此其整體通過引用并入。

關于聯邦資助研究的聲明

本發明是在美國國立衛生研究院（NIH）頒發的合同No. 5DP1OD003900下政府資助作出的。政府在本發明中享有一定的權利。

技術領域

本發明一般涉及采用納米孔傳感器的感測系統，并且更特別地涉及當物質通過納米孔傳感器移位時感測物質的技術。

背景技術

固態和生物納米孔日益成為對于開發低成本、高通量感測系統作出的大量努力的焦點，所述感測系統可以用于感測寬范圍的物質，包括單一分子。例如，已經提出使用固態納米孔來使單一分子DNA測序技術成為可能。雖然已經使用改性蛋白質納米孔來檢測和區分通過DNA的酶裂解制備的單一DNA堿基，但是由通過納米孔的分子移位測序單鏈DNA（ssDNA）分子的目的尚未完全實現。

一種提出的納米孔感測的方法是基于檢測通過設置在膜或其它支撐結構中的納米孔的離子電流的調制的方法。給定在離子溶液中提供的待通過納米孔移位的分子，當該分子通過納米孔移位時，穿過納米孔的離子電流與沒有該分子的情況下通過納米孔的離子電流相比相應地減少。該納米孔感測方法的局限性在于通常記錄小的微微安離子電流信號是相當難的，所述小的微微安離子電流信號是在與非常快的分子移位速度一致的帶寬下的分子納米孔移位的特征。DNA分子通過納米孔的移位的速度可以是~1 μs/核苷酸。此外，以并行多路傳輸格式記錄這種在高帶寬下的小電流信號已被證明是極其困難的。

為了避開用于納米孔感測的離子電流測量方法的技術挑戰，已經提出了幾種替代的納米孔感測方法。這些替代的方法可以歸納為意在努力采用與納米孔整合的電子傳感器來記錄較大的并且相對更局部的納米孔信號。這些納米孔感測方法包括例如測量跨納米孔的電容耦合和測量通過移位納米孔的物質的隧穿電流。雖然提供了令人感興趣的替代感測技術，這些電容耦合和隧穿電流測量技術尚未改進用于納米孔感測的常規離子電流檢測技術，并且離子電流檢測技術仍然受到信號幅度和信號帶寬問題的挑戰。

發明內容

通過采用局部電位感測方法提供了一種納米孔傳感器，其克服了常規納米孔傳感器和納米孔傳感技術的測量敏感性和信號帶寬限制。在一個這樣的實例中，提供了一種納米孔傳感器，包括設置在支撐材料中的納米孔，具有在第一流體儲存器與納米孔入口之間的流體連接和在第二流體儲存器與納米孔出口之間的第二流體連接。第一緩沖濃度的第一離子溶液設置在第一儲存器中，并且第二緩沖濃度（不同于所述第一濃度）的第二離子溶液設置在第二儲存器中，納米孔提供了第一與第二儲存器之間的唯一流體連通路徑。電連接被設置在納米孔傳感器中的位置上，其在目標物(object)移位通過在兩個儲存器之間的納米孔時產生電信號，該電信號表示局部到納米孔傳感器中的至少一個位點的電位。

該納米孔傳感器構造使得能夠通過轉換元件(如電連接)實現局部電位感測，其提供了高敏感性、高帶寬和在移位通過納米孔的不同目標物之間的大的信號差異。作為結果，納米孔感測應用，如DNA測序，可以用該納米孔傳感器實現。