使用纳米孔的高速分子感测制造技术

描述使用纳米孔来捕获和确定分子的身份的方法和设备。所述分子可使用大量的纳米孔(例如，在1小时内读取180百万个分子的132,000个纳米孔)以平行方式快速地进行计数、分选和/或分箱。分子的这种快速捕获和读取可用于捕获探针分子或已经产生以代表最初的难以检测的分子或最初分子的部分的其它分子。可发生样品分子或样品分子的代用品的精确计数。在一些情况下，所述设备和方法捕获特定分子或分子的代用品并且保持于所述纳米孔中并且接着将其喷射于洁净溶液中以类似于流式细胞仪执行捕获、分选和分箱功能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2013年10月23日提交的美国临时申请号61/894,577的权益，该申请以引用的方式整体并入本文。背景基因组分析中的一些应用需要拷贝数变化的检测。例如，产前筛查可确定染色体13、19和21的某些部分是否在胎儿自由浮动脱氧核糖核酸(DNA)中复制或缺失。实现此举的一种方式是针对选择染色体上的具体区域富集完整基因组样品(例如，经由PCR)。然而，PCR可以数种不同方式在产物中引入偏差或误差，包括酶的速率之间的不一致或引物对特定位点的结合亲和力之间的差异。专利技术简述本文描述使用纳米孔来捕获和确定分子的身份的方法、设备和系统。所述分子可使用大量的纳米孔(例如，在1小时内读取180百万个分子的132,000个纳米孔)以平行方式快速地进行计数、分选和/或分箱。分子的这种快速捕获和读取可用于捕获探针分子或已经产生以代表最初的难以检测的分子或最初分子的部分的其它分子。这可用于例如检测核酸(例如DNA)多态现象，如拷贝数变化。可发生样品分子或样品分子的代用品的精确计数。本文所述的方法和设备可尤其替换流式细胞仪和其它计数仪器(例如，当相对于流式细胞仪提供增加的精确度和通量时)。在一些情况下，所述设备和方法捕获特定分子或分子的代用品并且保持于所述纳米孔中并且接着将其喷射于洁净溶液中以类似于流式细胞仪执行捕获、分选和分箱功能。一方面，本公开提供一种用于分子计数和/或分选的方法，所述方法包括：(a)提供纳米孔的阵列，其中所述阵列的个别纳米孔可通过邻近感测电极单独寻址；(b)提供多个各自包含核苷酸的标记物，其中所述核苷酸中的至少两种与核酸样品杂交，并且其中所述标记物能够由所述个别纳米孔捕获并且使用所述感测电极鉴别；以及(c)用所述纳米孔的阵列以每秒每个纳米孔至少约1个标记物的速率捕获并且鉴别所述标记物。在一些实施方案中，所述感测电极以法拉第模式操作。在一些实施方案中，所述感测电极以非法拉第模式操作。在一些实施方案中，所述核酸样品来源于患者。另一方面，本公开提供一种用于分子计数和/或分选的方法，所述方法包括：(a)提供纳米孔的阵列，其中所述阵列的个别纳米孔可通过以非法拉第模式操作的邻近感测电极单独寻址；(b)提供多个能够由所述个别纳米孔捕获并且使用所述感测电极鉴别的标记物；以及(c)用所述纳米孔的阵列以每秒每个纳米孔至少约1个标记物的速率捕获并且鉴别所述标记物。在一些实施方案中，所述标记物以每秒每个纳米孔至少约四个标记物的速率被捕获并且鉴别。在一些实施方案中，所述多个标记物包含至少四种不同标记物。在一些实施方案中，所述标记物包含具有至少四种不同长度的尾端。在一些实施方案中，所述标记物基于所述标记物离开所述纳米孔时的电压来鉴别。在一些实施方案中，所述方法进一步包括从所述纳米孔释放所述被捕获的标记物。在一些实施方案中，所述多个标记物包含待分选的标记物，其中所述待分选的标记物被捕获、鉴别并且保持于所述纳米孔中，并且其中除所述待分选的标记物外的标记物被捕获、鉴别并且从所述纳米孔释放。在一些实施方案中，所述待分选的标记物成组释放并且加以收集。在一些实施方案中，当待分选的标记物的数目除以由所述纳米孔捕获并且鉴别的标记物的剩余数目的比率增加超过阈值时，所述待分选的标记物成组释放。在一些实施方案中，所述方法进一步包括定量构成标记物的总数的不足约0.05％的标记物。在一些实施方案中，其中所述捕获和鉴别包含每小时捕获并且鉴别至少约1百万个标记物。在一些实施方案中，所述速率为每小时至少约100百万个标记物。在一些实施方案中，所述速率为每小时至少约10亿个标记物。在一些实施方案中，所述捕获和鉴别包含计数和/或分选至少约8种不同类型的标记物。在一些实施方案中，所述捕获和鉴别包含计数和/或分选至少约32种不同类型的标记物。在一些实施方案中，所述捕获和鉴别包含计数和/或分选至少约100种不同类型的标记物。在一些实施方案中，所述捕获和鉴别包含计数和/或分选至少约500种不同类型的标记物。在一些实施方案中，所述捕获和鉴别包含计数和/或分选至少约500种不同类型的标记物在一些实施方案中，所述纳米孔的阵列被配置为具有多个能够对不同样品执行所述方法的区域。在一些实施方案中，所述标记物基于流动通过所述个别纳米孔的电流和/或所述标记物离开所述纳米孔时的电压来鉴别。在一些实施方案中，所述标记物各自包含附接于珠粒的单链核酸分子。在一些实施方案中，所述标记物如下产生：(a)使第一探针与核酸样品杂交；(b)使第二探针与邻近于所述第一探针的所述核酸样品杂交；(c)使所述第一探针接合于所述第二探针以产生组合探针；以及(d)用附接于寡核苷酸的珠粒捕获所述组合探针，其中所述寡核苷酸与所述组合探针杂交。在一些实施方案中，所述方法进一步包括确定所述核酸样品中的核酸序列的拷贝数变化。在一些实施方案中，所述方法进一步包括检测拷贝数的差异，所述差异小于或等于约0.05％。在一些实施方案中，所述方法进一步包括定量所述核酸样品中的相对RNA表达水平。在一些实施方案中，所述方法进一步包括对所述核酸样品执行ELISA测定。在一些实施方案中，所述第一探针包含约20个与约50个之间的核苷酸。在一些实施方案中，所述第二探针包含约20个与约50个之间的核苷酸。在一些实施方案中，所述第一探针包含生物素。在一些实施方案中，所述珠粒为磁性的。在一些实施方案中，所述方法进一步包括用磁场集中邻近或接近于所述纳米孔的阵列的标记物。另一方面，本公开提供一种用于测序、计数和/或分选分子的方法，所述方法包括：(a)提供纳米孔的阵列，其中所述阵列的个别纳米孔可通过以非法拉第模式或法拉第模式操作的邻近感测电极单独寻址；(b)提供多个磁吸珠粒，所述珠粒各自偶合于待使用所述纳米孔的阵列测序、计数和/或分选的多个分子中的分子；用磁铁集中在所述纳米孔的阵列附近的磁吸珠粒；以及(c)用所述纳米孔的阵列测序、计数和/或分选所述分子。在一些实施方案中，所述磁吸珠粒包含金属。在一些实施方案中，所述磁吸珠粒包含永磁材料。在一些实施方案中，在集中所述磁吸珠粒之前，所述磁吸珠粒的浓度为至多100飞摩尔浓度。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于分子计数和/或分选的方法，所述方法包括：a.提供纳米孔的阵列，其中所述阵列的个别纳米孔可通过邻近感测电极单独寻址；b.提供多个各自包含核苷酸的标记物，其中所述核苷酸中的至少两种与核酸样品杂交，并且其中所述标记物能够由所述个别纳米孔捕获并且使用所述感测电极鉴别；和c.用所述纳米孔的阵列以每秒每个纳米孔至少约1个标记物的速率捕获并且鉴别所述标记物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.23 US 61/8945771.一种用于分子计数和/或分选的方法，所述方法包括：
a.提供纳米孔的阵列，其中所述阵列的个别纳米孔可通过邻近
感测电极单独寻址；
b.提供多个各自包含核苷酸的标记物，其中所述核苷酸中的至
少两种与核酸样品杂交，并且其中所述标记物能够由所述个别纳米孔
捕获并且使用所述感测电极鉴别；和
c.用所述纳米孔的阵列以每秒每个纳米孔至少约1个标记物的
速率捕获并且鉴别所述标记物。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述感测电极以法拉第模式
操作。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述感测电极以非法拉第模
式操作。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述核酸样品来源于患者。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述标记物以每秒每个纳米
孔至少约四个标记物的速率被捕获并且鉴别。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述多个标记物包含至少四
种不同标记物。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述标记物包含具有至少四
种不同长度的尾端。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述标记物基于所述标记物
离开所述纳米孔时的电压来鉴别。
9.如权利要求1所述的方法，其进一步包括从所述纳米孔释放
所述被捕获的标记物。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述多个标记物包含待分选
的标记物，其中所述待分选的标记物被捕获、鉴别并且保持于所述纳
米孔中，并且其中除所述待分选的标记物外的标记物被捕获、鉴别并
且从所述纳米孔释放。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述待分选的标记物成组
释放并且加以收集。
12.如权利要求10所述的方法，其中当待分选的标记物的数目
除以由所述纳米孔捕获并且鉴别的标记物的剩余数目的比率增加超
过阈值时，所述待分选的标记物成组释放。
13.如权利要求1所述的方法，其进一步包括定量构成标记物的
总数的不足约0.05％的标记物。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述捕获和鉴别包含每小时
捕获并且鉴别至少约1百万个标记物。
15.如权利要求1所述的方法，其中所述速率为每小时至少约100
百万个标记物。
16.如权利要求1所述的方法，其中所述速率为每小时至少约10
亿个标记物。
17.如权利要求1所述的方法，其中所述捕获和鉴别包含计数和
/或分选至少约8种不同类型的标记物。
18.如权利要求1所述的方法，其中所述捕获和鉴别包含计数和
/或分选至少约32种不同类型的标记物。
19.如权利要求1所述的方法，其中所述捕获和鉴别包含计数和

\t/或分选至少约100种不同类型的标记物。
20.如权利要求1所述的方法，其中所述捕获和鉴别包含计数和
/或分选至少约500种不同类型的标记物。
21.如权利要求1所述的方法，其中所述捕获和鉴别包含计数和
/或分选至少约500种不同类型的标记物
22.如权利要求1所述的方法，其中所述纳米孔的阵列被配置为
具有多个能够对不同样品执行所述方法的区域。
23.如权利要求1所述的方法，其中所述标记物基于流动通过所
述个别纳米孔的电流和/或所述标记物离开所述纳米孔时的电压来鉴
别。
24.如权利要求1所述的方法，其中所述标记物各自包含附接于
珠粒的单链核酸分子。
25.如权利要求1所述的方法，其中所述标记物如下产生：
a.使第一探针与核酸样品杂交；
b.使第二探针与邻近于所述第一探针的所述核酸样品杂交；
c.使所述第一探针接合于所述第二探针以产生组合探针；以及
d.用附接于寡核苷酸的珠粒捕获所述组合探针，其中所述寡核
苷酸与所述组合探针杂交。
26.如权利要求25所述的方法，其进一步包括确定所述核酸样
品中的核酸序列的拷贝数变化。
27.如权利要求26所述的方法，其进一步包括检测拷贝数的差
异，所述差异小于或等于约0.05％。
28.如权利要求25所述的方法，其进一步包括定量所述核酸样
品中的相对RNA表达水平。
29.如权利要求25所述的方法，其进一步包括对所述核酸样品
执行ELISA测定。
30.如权利要求25所述的方法，其中所述第一探针包含约20个
与约50个之间的核苷酸。
31.如权利要求25所述的方法，其中所述第二探针包含约20个
与约50个之间的核苷酸。
32.如权利要求25所述的方法，其中所述第一探针包含生物素。
33.如权利要求25所述的方法，其中所述珠粒为磁性的。
34.如权利要求33所述的方法，其进一步包括用磁场集中邻近
或接近于所述纳米孔的阵列的标记物。
35.一种用于分子计数和/或分选的方法，所述方法包括：
a.提供纳米孔的阵列，其中所述阵列的个别纳米孔可通过以非
法拉第模式操作的邻近感测电极单独寻址；
b.提供多个能够由所述个别纳米孔捕获并且使用所述感测电极
鉴别的标...

【专利技术属性】
技术研发人员：RW戴维斯，
申请(专利权)人：吉尼亚科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US