使用二硫键以形成用于纳米流体设备的可逆的和可重复使用的涂层制造技术

本文公开了用于纳米孔结构的可重复使用的涂层。纳米孔结构包括包含纳米通道的基质，和布置在纳米通道的至少一部分表面上的化学化合物的单层。该化学化合物与引入到该纳米通道中的至少一种分析物结合化合物形成可逆键。还公开了制造和使用该可重复使用的涂层的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术背景本专利技术涉及纳米孔，更具体地涉及纳米孔涂层。具有纳米尺寸的纳米孔可以提供关于分析物(例如，脱氧核糖核酸(DNA)、蛋白质和其他生物分子)的化学性质的信息。固态纳米孔装置可以包括具有至少单孔、“纳米孔(nanopore)”或“纳米通道”的基质或膜，所述基质或膜分隔填充有电解质溶液的顺式和反式室(cisandtranschamber)。纳米孔结构和装置的特定尺寸和组成对于期望的应用而调整。在操作中，通过施加电压在由含有孔隙的基质分隔的电解质溶液之间产生电势差，并测量通过纳米孔的离子电流。随后，分析物通过纳米孔诱导所测量的开孔电流水平的波动。检测到的波动或者检测的信号的变化表明分析物的一个或多个单分子通过纳米孔，这也可以称为易位(translocation)事件。或者，分子也可以因为结合事件而保留在纳米孔内，导致持续的信号改变。当分析物结合并随后离开纳米孔时，信号随后回到开孔电流水平，这是易位事件。纳米通道内的易位和受体-分析物结合数据可以揭示关于分析物的性质。间接测量分析物与纳米通道内的受体部位的结合的技术(如上文所述的电方法)可以提供关于许多小的化学和生物化学化合物的化学与生物学性质的有价值信息。纳米通道的内表面可以包括涂层或者功能层，其可被选择或配置为在预先确定的感兴趣的分析物经过纳米通道的易位过程中与该分析物相互作用。
技术实现思路
根据一个实施方式，纳米孔结构包括包含纳米通道的基质和布置在纳米通道的至少一部分表面上的化学化合物的单层。该化学化合物与引入到该纳米通道中的至少一种分析物结合化合物形成可逆键。在另一个实施方式中，使用纳米孔结构内可重复使用的涂层的方法包括在纳米孔结构内纳米通道的表面上形成化学化合物的单层；使分析物结合化合物与单层的化学化合物反应以形成可逆键，其中分析物结合化合物包含形成可逆键的官能团和分析物结合基团；测量事件的一个或多个电信号，该事件是易位事件、结合事件或者易位事件与结合事件二者；断开可逆键；和从纳米通道冲洗掉分析物结合化合物。在又一个实施方式中，在纳米孔结构中形成可逆分析物结合涂层的方法包括用包含初始反应性官能团的化学化合物涂布纳米通道的表面；将分析物结合化合物布置到纳米通道的表面上以与反应性官能团形成可逆键，分析物结合化合物包含分析物结合基团；将分析物引入到纳米通道中，其中分析物结合分析物结合基团；和将断开剂引入到纳米通道中以再形成覆盖纳米孔的初始反应性官能团。借助本专利技术的技术实现了另外的特征和优势。本专利技术的其他实施方式和方面在本文中详细描述并且被认为是要求保护的专利技术的一部分。为更好地理解具有所述优势和特征的本专利技术，参照说明书和附图。附图简要说明被认为是本专利技术的主题内容被特别指出并且在说明书结尾处的权利要求中明确要求保护。本专利技术的前述和其他特征以及优势从结合附图的以下详细描述来看是明显的，在附图中：图1说明了纳米孔装置的示例性实施方式的部分剖开的侧视图。图2说明了纳米孔结构内涂布的纳米通道的示例性实施方式的部分剖开的侧视图。图3说明了具有可重复使用的二硫化物涂层的纳米孔结构的示例性实施方式的部分剖开的侧视图。图4说明了在纳米孔结构中使用可逆涂层的方法的示例性实施方式的框图。图5说明了制备具有可逆结合的分析物结合基团的可重复使用的纳米孔结构的方法的示例性实施方式的框图。图6说明了制备和使用纳米孔结构中可重复使用的涂层的方法的示例性实施方式的示意图。具体实施方式本文公开了使用可逆键以可逆地涂布纳米孔结构和/或纳米孔装置内的纳米通道表面的方法。同时公开了包括涂层的纳米孔结构以及制备和使用该涂层的方法。在一个示例性实施方式中，可逆键是二硫键，其是在两个硫原子之间形成的共价键。如本文所用，术语“分析物”是指经历分析或者意图被检测到的化合物、分子、物质、化学成分或者生物分子。本公开并非旨在限于特定分析物。代表性分析物包括离子、糖类、蛋白质、核酸和核酸序列。如本文所用，术语“纳米孔”是指具有基质和通过基质的“纳米通道”或者纳米尺度通路的结构，离子电流可以经过它流动。纳米孔的内径可以根据预期用途而相当程度地变化。如本文所用，术语“纳米孔装置”是指分隔两个流体储室的纳米孔。在操作中，这两个流体储室(顺式和反式)填充有包含带电离子、电解质和/或感兴趣的分析物的水性溶液。带电离子、电解质和/或分析物通过纳米通道在流体储备室之间移动，这由浓度梯度或者施加的电场驱动。如本文所用，术语“可逆键”是指可以通过本领域已知的适合分析方法破坏(break)、断开(sever)、切割(cleave)或者逆转的任何化学键。术语破坏、切割、断开和类似的术语可以交换使用。如本文所用，术语“巯基(sulfhydryl)”、“硫代(thio)”和“硫醇(thiol)”是指含有硫的官能团。巯基和硫醇官能团包括-SH部分。巯基和硫醇官能团是反应性的并且可以被氧化以形成二硫键。如本文所用，术语“二硫化物”和“二硫键”是指由连接的硫原子对构成的结构单元。特别是，两个巯基基团结合以形成-S-S键。这样的二硫连接可以被还原剂破坏，其然后再形成原来的巯基基团。如本文所用，术语“还原剂”是指还原或破坏二硫键的任何元素、化合物或者元素和/或化合物的组合。如本文所用，术语“配体”和“分析物结合基团”可以互换使用。术语配体和分析物结合基团是指已知或推测与另一个分子或分析物缔合的任何分子或官能团。术语配体和分析物结合基团包括抑制剂、激活剂、激动剂、拮抗剂、天然底物、天然底物的类似物、抗体、化学化合物、化学官能团或其任意组合。如本文所用，术语“单层”是指基本上厚度为一个分子、厚度为一个原子或者厚度为一个层的层。虽然基本上厚度为一个层，但大约零到两个分子的变化仍在所公开的实施方式的范围内。纳米孔装置是具有由纳米孔结构分隔的两个流体储室的装置。纳米孔结构包括基质或膜(例如二氧化硅氮化物(silicanitride)膜)，其包括延伸经过基质并且连接两个流体储室的纳米通道。纳米通道是纳米尺度或更大直径的通道，其可以使用例如透射电子显微术(TEM)钻孔穿过基质。纳米孔基质可以包括多于一个纳米通道以进行平行分析。纳米通道和流体储室可以填充有包含带电离子(缓冲液)和/或其他分析物的水性电解质溶液，带电离子和/或其他分析物经过纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
纳米孔结构，其包括：基质，所述基质包含纳米通道；和布置在所述纳米通道的至少一部分表面上的化学化合物的单层，其中所述化学化合物与引入到所述纳米通道中的至少一种分析物结合化合物形成可逆键。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.15 US 14/053,9561.纳米孔结构，其包括：
基质，所述基质包含纳米通道；和
布置在所述纳米通道的至少一部分表面上的化学化合物的单
层，其中所述化学化合物与引入到所述纳米通道中的至少一种分析
物结合化合物形成可逆键。
2.权利要求1所述的纳米孔结构，其中所述至少一种分析物结
合化合物包含形成所述可逆键的官能团，并且所述可逆键可以选择
性断开。
3.权利要求1所述的纳米孔结构，其中所述分析物结合化合物
包含结合分析物的分析物结合基团。
4.权利要求3所述的纳米孔结构，其中所述分析物结合基团是
蛋白质、肽、抗体、小分子、聚合物、脂质、多核苷酸、DNA链、
碳水化合物、或其任意组合。
5.权利要求1所述的纳米孔结构，其中所述可逆键通过化学方
法、温度方法、电方法、pH方法、或其任意组合选择性断开。
6.权利要求1所述的纳米孔结构，其中所述单层包含第一巯基
基团。
7.权利要求6所述的纳米孔结构，其中所述分析物结合化合物
包含第二巯基基团，并且所述可逆键是二硫键。
8.权利要求7所述的纳米孔结构，其中所述二硫键用还原剂断
开。
9.权利要求1所述的纳米孔结构，其中所述单层的化学化合物
包含与所述纳米通道的表面形成接触产物的官能团，并且所述官能
团是丙烯酸根基团、酰卤基团、酰胺基团、胺基团、羧酸根基团、
羧酸硫醇基团、酯基团、醚基团、异羟肟酸基团、羟基基团、甲基
丙烯酸根基团、硝酸根基团、腈基团、磷酸根基团、膦基团、膦酸
基团、硅烷基团、硫酸根基团、硫醚基团、亚硫酸根基团、硫醇根

\t基团、烯基团、炔基团、叠氮基团、缩醛基团、醛基团、二烯基团、
酸酐、或其任意组合。
10.权利要求1所述的纳米孔结构，其中所述基质还包含第二纳
米通道。
11.一种使用纳米孔结构内的可重复使用的涂层的方法，所述方
法包括：
在所述纳米孔结构内的纳米通道的表面上形成化学化合物的单
层；
使分析物结合化合物与所述单层的化学化合物反应以形成可逆
键，其中所述分析物结合化合物包含形成所述可逆键的官能团和分
析物结合基团；
测量事件的一个或多个电信号，所述事件是易位事件、结合事
件，或者所述易位事件和结合事件二者；
断开所述可逆键；和
从所述纳米通道冲洗掉所述分析物结合化合物。
12.权利要求11所述的方法，其中所述单层的化学化合物包含<...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·甘，J·M·罗贝兹科梅拉斯，P·罗吉斯，J·旺格，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US