本文提供了用于单分子感测的组合物、装置、系统和方法。还提供了用于核酸测序的装置。本文描述的组合物、装置、系统和方法提供了改进的基于生物分子的信息的检索。
1、基于生物分子的(例如，基于dna的)信息存储系统，具有大的存储容量和随时间的稳定性。然而，对于用于产生和读取用于信息存储的生物分子的可扩展的、自动化的、高度准确的和高度效率的系统存在需求。
4、本文提供了用于单分子感测的方法，包括：(a)使分子传感器与至少一个电荷调节剂(charge modulator)接触，其中接触产生电流的变化；(b)测量电流的变化；和(c)将电流的变化与至少一个电荷调节剂的存在或不存在相关联，从而感测单分子。还提供了方法，其中单分子包括生物分子。本文还提供了方法，其中生物分子包括核酸。本文还提供了方法，其中核酸包括dna、rna或其混合物。本文还提供了方法，其中电荷传感器包含石墨烯使能的场效应晶体管(graphene-enabled field effect transistor，gefet)或cmos装置。本文还提供了方法，其中分子传感器与电荷传感器电连通。本文还提供了方法，其中分子传感器包含聚合酶。本文还提供了方法，其中分子传感器包含等温聚合酶。本文还提供了方法，其中分子传感器包含phi29聚合酶或其变体。本文还提供了方法，其中至少一个电荷调节剂包含负电荷或正电荷。本文还提供了方法，其中至少一个电荷调节剂包含电荷调节核苷酸(cmn)。本文还提供了方法，其中接触包括将cmn掺入多核苷酸引物中。本文还提供了方法，其中cmn包含相对于典型核苷酸的至少一种修饰。本文还提供了方法，其中修饰包括对cmn的碱基的修饰。本文还提供了方法，其中修饰包括7-脱氮或8-溴修饰的碱基。本文还提供了方法，其中cmn包含对5’位置的修饰。本文还提供了方法，其中修饰包括对5’聚磷酸酯或其化学变体的修饰。本文还提供了方法，其中修饰包括硫醇化或溴化磷酸酯。本文还提供了方法，其中聚磷酸酯包含至少3种、4种、5种、6种、8种或10种磷酸酯或其变体。本文还提供了方法，其中修饰包括对末端5’聚磷酸酯或其化学变体的修饰。本文还提供了方法，其中修饰包括聚合物。本文还提供了方法，其中聚合物包含核酸链、肽链、多糖、脂质、合成聚合物和树枝状大分子中的一种或更多种。本文还提供了方法，其中核酸链包含25-5000个碱基。本文还提供了方法，其中核酸链是支链的(树枝状)。本文还提供了方法，其中核酸链包含二级结构。本文还提供了方法，其中二级结构包含发夹、环、螺旋、g-四链体和i-基序中的一种或更多种。本文还提供了方法，其中核酸链包含单链、双链或三链。本文还提供了方法，其中核酸链包含至少一种电荷调节化学修饰。本文还提供了方法，其中至少一种电荷调节化学修饰增加了cmn相对于未修饰的核苷酸的电荷。本文还提供了方法，其中至少一种电荷调节化学修饰物包括胺、烷基胺、胍鎓、季胺、咪唑鎓、吡啶鎓和吡咯鎓中的一种或更多种。本文还提供了方法，其中至少一种电荷调节化学修饰降低了cmn相对于未修饰的核苷酸的电荷。本文还提供了方法，其中至少一种电荷调节化学修饰包括磷酸酯、亚磷酸酯、磺酸酯、亚硫酸酯、羧酸酯、黄原酸酯、硫代羧酸、硼膦酸酯和硼酸中的一种或更多种。本文还提供了方法，其中核酸链包含至少一个糖修饰的核苷酸。本文还提供了方法，其中糖修饰的核苷酸包含脱氧或双脱氧核苷酸。本文还提供了方法，其中核酸链包括dna-dna、dna-rna或dna-pna杂交体。本文还提供了方法，其中核酸链包含磷酸酯修饰。本文还提供了方法，其中磷酸酯修饰包括疏水基团。本文还提供了方法，其中疏水基团包括直链或支链烷基链。本文还提供了方法，其中磷酸酯修饰包括亲水基团。本文还提供了方法，其中亲水基团包括聚乙二醇。本文还提供了方法，其中聚乙二醇包含1000-100,000道尔顿的分子量。本文还提供了方法，其中肽链长度为1-100个氨基酸。本文还提供了方法，其中cmn包含带电小分子。本文还提供了方法，其中带电小分子包含螯合剂、染料和金属复合物中的一种或更多种。本文还提供了方法，其中金属复合物包括二茂铁、ru-dipy和双环戊二烯基二铁。本文还提供了方法，其中电流的变化为1纳安至100皮安。本文还提供了方法，其中电流的变化为100皮安至1微安。本文还提供了方法，其中电流的变化是背景电流的至少1.01-3倍。本文还提供了方法，其中步骤a-c重复至少50次。本文还提供了方法，其中该方法被配置为每秒检测1-200个生物分子。
5、本文提供了用于感测单分子的化学敏感场效应晶体管装置，包含：固体支持物，其中固体支持物包含多于一个位点，其中每个位点包含：石墨烯层；栅极电极和漏极电极，其中栅极电极和漏极电极经由石墨烯层电连通；以及至少一个绝缘层，其中该绝缘层位于栅极电极和漏极电极之间；其中位点具有50-1000纳米的间距。本文还提供了装置，其中该装置还包含至少一个接地屏蔽件(ground shield)。本文还提供了装置，其中至少一个接地屏蔽件处于地电位。本文还提供了装置，其中该装置还包含至少一个埋置栅极(buriedgate)。本文还提供了装置，其中至少一个接地屏蔽件包含开口，该开口允许石墨烯层和至少一个埋置栅极之间的电连通。本文还提供了装置，其中石墨烯层为大约一个原子厚。本文还提供了装置，其中该装置包含100个至10亿个位点。本文还提供了装置，其中每个位点尺寸为50nm-200nm。本文还提供了装置，其中每个位点是孔、通道或是大体上平坦的。本文还提供了装置，其中装置为4mm2至2000mm2。本文还提供了装置，其中装置为4mm2至16mm2。本文还提供了装置，其中装置为200mm2至900mm2。本文还提供了装置，其中装置为4mm2至900mm2。
6、本文提供了用于单分子多核苷酸测序的方法，包括：a)使多于一个多核苷酸与至少一种引物和至少一种聚合酶接触以形成多于一个三元复合物，其中该三元复合物包含石墨烯结合物(graphene binder)；b)实时检测多核苷酸的一个或更多个碱基，其中当多于一个三元复合物与本文描述的石墨烯层结合时发生检测；c)从表面去除三元复合物；和d)重复步骤a-c以对多核苷酸测序。本文还提供了方法，其中石墨烯结合物包含芳香族基团。本文还提供了方法，其中石墨烯结合物包含芳基或杂芳基基团。本文还提供了方法，其中石墨烯结合物包含c6-c30芳基或杂芳基基团。本文还提供了方法，其中石墨烯结合物包含芳香烃。本文还提供了方法，其中石墨烯结合物包含萘、联苯、芴、蒽、菲、并四苯、(chrysene)、三亚苯、芘、并五苯、苝、苯并[a]芘、心环烯(corannulene)、苯并[ghi]苝、晕苯、卵苯或苯并[c]芴。本文还提供了方法，其中步骤c)包括洗涤表面。本文还提供了方法，其中三元复合物经由引物、聚合酶或多核苷酸文库附接至石墨烯结合物上。本文还提供了方法，其中三元复合物经由接头附接。本文还提供了方法，其中三元复合物经由接头使用缀合附接。本文还提供了方法，其中缀合包括亲核试剂/羰基；叠氮化物/膦；1,4-迈克尔加成、1,3-偶极环加成、逆电子需求环加成；烯烃复分解；或交叉偶联反应。本文还提供了方法，其中去除包括使表面与溶本文档来自技高网...
>12.根据权利要求1-11中任一项所述的方法，其中接触包括将CMN掺入多核苷酸引物中。13.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述CMN包含相对于典型核苷酸的至少一种修饰。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述至少一种修饰包括对所述CMN的碱基的修饰。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述至少一种修饰包括7-脱氮或8-溴修饰的碱基。
16.根据权利要求13-15中任一项所述的方法，其中所述CMN包含对5’位置的修饰。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述至少一种修饰包括对5’聚磷酸酯或其化学变体的修饰。
18.根据权利要求13-16中任一项所述的方法，其中所述至少一种修饰包括硫醇化或溴化磷酸酯。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其中所述聚磷酸酯包含至少3个、4个、5个、6个、8个或10个磷酸酯或其变体。
20.根据权利要求13-16中任一项所述的方法，其中所述至少一种修饰包括对末端5’聚磷酸酯或其化学变体的修饰。
21.根据权利要求13-20中任一项所述的方法，其中所述至少一种修饰包括聚合物。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述聚合物包括核酸链、肽链、多糖、脂质、合成聚合物和树枝状大分子中的一种或更多种。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述核酸链包含25-5000个碱基。
24.根据权利要求22或23所述的方法，其中所述核酸链是支链的(树枝状)。
25.根据权利要求22-24中任一项所述的方法，其中所述核酸链包含二级结构。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述二级结构包括发夹、环、螺旋、G-四链体和I-基序中的一种或更多种。
27.根据权利要求16-26中任一项所述的方法，其中所述核酸链包括单链、双链或三链。
28.根据权利要求16-27中任一项所述的方法，其中所述核酸链包含至少一种电荷调节化学修饰。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述至少一种电荷调节化学修饰增加了所述CMN相对于未修饰的核苷酸的电荷。
30.根据权利要求28所述的方法，其中所述至少一种电荷调节化学修饰包括胺、烷基胺、胍鎓、季胺、咪唑鎓、吡啶鎓和吡咯鎓中的一种或更多种。
31.根据权利要求28所述的方法，其中所述至少一种电荷调节化学修饰降低了所述CMN相对于未修饰的核苷酸的电荷。
32.根据权利要求28所述的方法，其中所述至少一种电荷调节化学修饰包括磷酸酯、亚磷酸酯、磺酸酯、亚硫酸酯、羧酸酯、黄原酸酯、硫代羧酸、硼膦酸酯和硼酸中的一种或更多种。
33.根据权利要求16-32中任一项所述的方法，其中所述核酸链包含至少一个糖修饰的核苷酸。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述糖修饰的核苷酸包括脱氧或双脱氧核苷酸。
35.根据权利要求16-34中任一项所述的方法，其中所述核酸链包括DNA-DNA、DNA-RNA或DNA-PNA杂交体。
36.根据权利要求16-35中任一项所述的方法，其中所述核酸链包含磷酸酯修饰。
37.根据权利要求36所述的方法，其中所述磷酸酯修饰包括疏水基团。
38.根据权利要求37所述的方法，其中所述疏水基团包括直链或支链烷基链。
39.根据权利要求36所述的方法，其中所述磷酸...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种用于单分子感测的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述单分子包括生物分子。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述生物分子包括核酸。
4.根据权利要求3中任一项所述的方法，其中所述核酸包括dna、rna或其混合物。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述电荷传感器包含石墨烯使能的场效应晶体管(gefet)或cmos装置。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述分子传感器与电荷传感器电连通。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述分子传感器包含聚合酶。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述分子传感器包含等温聚合酶。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述分子传感器包含phi29聚合酶或其变体。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中所述至少一个电荷调节剂包含负电荷或正电荷。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其中所述至少一个电荷调节剂包含电荷调节核苷酸(cmn)。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的方法，其中接触包括将cmn掺入多核苷酸引物中。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述cmn包含相对于典型核苷酸的至少一种修饰。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述至少一种修饰包括对所述cmn的碱基的修饰。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述至少一种修饰包括7-脱氮或8-溴修饰的碱基。
16.根据权利要求13-15中任一项所述的方法，其中所述cmn包含对5’位置的修饰。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述至少一种修饰包括对5’聚磷酸酯或其化学变体的修饰。
18.根据权利要求13-16中任一项所述的方法，其中所述至少一种修饰包括硫醇化或溴化磷酸酯。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其中所述聚磷酸酯包含至少3个、4个、5个、6个、8个或10个磷酸酯或其变体。
20.根据权利要求13-16中任一项所述的方法，其中所述至少一种修饰包括对末端5’聚磷酸酯或其化学变体的修饰。
21.根据权利要求13-20中任一项所述的方法，其中所述至少一种修饰包括聚合物。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述聚合物包括核酸链、肽链、多糖、脂质、合成聚合物和树枝状大分子中的一种或更多种。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述核酸链包含25-5000个碱基。
24.根据权利要求22或23所述的方法，其中所述核酸链是支链的(树枝状)。
25.根据权利要求22-24中任一项所述的方法，其中所述核酸链包含二级结构。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述二级结构包括发夹、环、螺旋、g-四链体和i-基序中的一种或更多种。
27.根据权利要求16-26中任一项所述的方法，其中所述核酸链包括单链、双链或三链。
28.根据权利要求16-27中任一项所述的方法，其中所述核酸链包含至少一种电荷调节化学修饰。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述至少一种电荷调节化学修饰增加了所述cmn相对于未修饰的核苷酸的电荷。
30.根据权利要求28所述的方法，其中所述至少一种电荷调节化学修饰包括胺、烷基胺、胍鎓、季胺、咪唑鎓、吡啶鎓和吡咯鎓中的一种或更多种。
31.根据权利要求28所述的方法，其中所述至少一种电荷调节化学修饰降低了所述cmn相对于未修饰的核苷酸的电荷。
32.根据权利要求28所述的方法，其中所述至少一种电荷调节化学修饰包括磷酸酯、亚磷酸酯、磺酸酯、亚硫酸酯、羧酸酯、黄原酸酯、硫代羧酸、硼膦酸酯和硼酸中的一种或更多种。
33.根据权利要求16-32中任一项所述的方法，其中所述核酸链包含至少一个糖修饰的核苷酸。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述糖修饰的核苷酸包括脱氧或双脱氧核苷酸。
35.根据权利要求16-34中任一项所述的方法，其中所述核酸链包括dna-dna、dna-rna或dna-pna杂交体。
36.根据权利要求16-35中任一项所述的方法，其中所述核酸链包含磷酸酯修饰。
37.根据权利要求36所述的方法，其中所述磷酸酯修饰包括疏水基团。
38.根据权利要求37所述的方法，其中所述疏水基团包括直链或支链烷基链。
39.根据权利要求36所述的方法，其中所述磷酸酯修饰包括亲水基团。
40.根据权利要求39所述的方法，其中所述亲水基团包括聚乙二醇。
41.根据权利要求40所述的方法，其中所述聚乙二醇包含1000-100,000道尔顿的分子量。
42.根据权利要求22所述的方法，其中所述肽链长度为1-100个氨基酸。
43.根据权利要求11所述的方法，其中所述cmn包含带电小分子。
44.根据权利要求43所述的方法，其中所述带电小分子包含螯合剂、染料和金属复合物中的一种或更多种。
45.根据权利要求44所述的方法，其中所述金属复合物包括二茂铁、ru-dipy和双环戊二烯基二铁。
46.根据权利要求1-45中任一项所述的方法，其中所述电流的变化为1纳安至100皮安。
47.根据权利要求1-45中任一项所述的方法，其中所述电流的变化为100皮安至1微安。
48.根据权利要求1-45中任一项所述的方法，其中所述电流的变化是背景电流的至少1.01-3倍。
49.根据权利要求1-45中任一项所述的方法，其中步骤a-c重复至少50次。
50.根据权利要求1-45中任一项所述的方法，其中该方法被配置为每秒检测1-200个单分子。
51.一种用于感测单分子的化学敏感场效应晶体管装置，所述装置包含：
52.根据权利要求51所述的装置，其中所述装置还包含至少一个接地屏蔽件。
53.根据权利要求52所述的装置，其中所述至少一个接地屏蔽件处于地电位。
54.根据权利要求51-53中任一项所述的装置，其中所述装置还包含至少一个埋置栅极。
55.根据权利要求52-54中任一项所述的装置，其中所述至少一个接地屏蔽件包含开口，所述开口允许所述石墨烯层和所述至少一个埋置栅极之间的电连通。
56.根据权利要求51-55中任一项所述的装置，其中所述石墨烯层为大约一个原子厚。
57.根据权利要求51-56中任一项所述的装置，其中所述装置包含100个至10亿个位点。
58.根据权利要求51-57中任一项所述的装置，其中每个位点的尺寸为50nm-200nm。
59.根据权利要求51-58中任一项所述的装置，其中每个位点是孔、通道或是大体上平坦的。
60.根据权利要求51-59中任一项所述的装置，其中所述装置为4mm2至900mm2。
61.根据权利要求51-59中任一项所述的装置，其中所述装置为4mm2至16mm2。
62.根据权利要求51-59中任一项所述的装置，其中所述装置为200mm2至2000mm2。
63.一种用于单分子多核苷酸测序的方法，所述方法包括：
64.根据权利要求63所述的方法，其中所述石墨烯结合物包含芳香族基团。
65.根据权利要求63或64所述的方法，其中所述石墨烯结合物包含芳基或杂芳基基团。
66.根据权利要求63-65中任一项所述的方法，其中所述石墨烯结合物包含c6-c30芳基或杂芳基基团。
67.根据权利要求63-66中任一项所述的方法，其中所述石墨烯结合物包含芳香烃。
68.根据权利要求63-67中任一项所述的方法，其中所述石墨烯结合物包括萘、联苯、芴、蒽、菲、并四苯、(chrysene)、三亚苯、芘、并五苯、苝、苯并[a]芘、心环烯、苯并[ghi]苝、晕苯、卵苯或苯并[c]芴。
69.根据权利要求63-68中任一项所述的方法，其中步骤c)包括洗涤所述表面。
70.根据权利要求63-69所述的方法，其中所述三元复合物经由所述引物、所述聚合酶或多核苷酸文库附接至所述石墨烯结合物。
71.根据权利要求63-70所述的方法，其中所述三元复合物经由接头附接。
72.根据权利要求63-71所述的方法，其中所述三元复合物经由接头使用缀合附接。
73.根据权利要求72所述的方法，其中所述缀合包括亲核试剂/羰基；叠氮化物/膦；1,4-迈克尔加成、1,3-偶极环加成、逆电子需求环加成；烯烃复分解；或交叉偶联反应。
74.根据权利要求63-73中任一项所述的方法，其中去除包括使所述表面与溶剂接触。
75.根据权利要求74所述的方法，其中所述溶剂包括有机溶剂。
76.根据权利要求75所述的方法，其中所述有机溶剂包括mecn、甲醇、乙醇、2-丙醇、丙酮、dmf、甲酰胺、thf或dmso。
77.根据权利要求75或76所述的方法，其中所述有机溶剂是经加热的。
78.根据权利要求63-77中任一项所述的方法，其中所述聚合酶包括phi29聚合酶或其变体。
79.根据权利要求63-78中任一项所述的方法，其中所述聚合酶被配置用于掺入权利要求11-45中任一项所述的电荷修饰的核苷酸。
80.根据权利要求63-79中任一项所述的方法，其中所述聚合酶在步骤a)中与所述表面结合。
81.根据权利要求63-79中任一项所述的方法，其中所述聚合酶在步骤a)中不与所述表面结合。
82.根据权利要求63-81中任一项所述的方法，其中所述多于一个多核苷酸包含至少100,000个独特的多核苷酸。
83.根据权利要求63-82中任一项所述的方法，其中所述多于一个多核苷酸的长度为50-30,000个碱基。
84.根据权利要求63-83中任一项所述的方法，其中检测包括使所述三元复合物与至少一个核苷酸接触。
85.根据权利要求63-84中任一项所述的方法，其中检测包括测量当掺入cmn时电流的变化。
86.根据权利要求63-85中任一项所述的方法，其中所述埋置栅极在步骤(a)期间具有正电位。
87.根据权利要求63-86中任一项所述的方法，其中所述埋置栅极在步骤(b)期间具有正电位或负电位。
88.一种用于分子感测的装置，所述装置包含：
89.根据权利要求88所述的装置，其中所述纳米隙为1nm-50nm。
90.根据权利要求88所述的装置，其中所述纳米隙为10nm-30nm。
91.根据权利要求88所述的装置，其中所述纳米隙为不多于50nm。
92.根据权利要求88-91中任一项所述的装置，其中所述钝化层包含氧化物。
93.根据权利要求92所述的装置，其中所述氧化物包含硅、氮化物或碳化物。
94.根据权利要求88-93中任一项所述的装置，其中所述第一电极和所述第二电极包含铂、氮化钛或钛。
95.根据权利要求88-94中任一项所述的装置，其中所述第一电极和所述第二电极各自包含表面金层。
96.根据权利要求95所述的装置，其中所述金层厚度为不多于75埃。
97.根据权利要求88-96中任一项所述的装置，其中所述第一基础层包含氧化硅或氮化硅。
98.根据权利要求88-97中任一项所述的装置，其中所述第二基础层包含硅。
99.根据权利要求88-98中任一项所述的装置，其中所述装置还包含电荷传感器，其中所述电荷传感器与所述第一电极和所述第二电极电连通。
100.根据权利要求99所述的装置，其中所述电荷传感器附接至所述第一电极和所述第二电极。
101.根据权利要求99-100中任一项所述的装置，其中所述电荷传感器包含聚合物。
102.根据权利要求101所述的装置，其中所述聚合物包含至少一种核酸、氨基酸、糖或脂质。
103.根据权利要求99-102中任一项所述的装置，其中所述电荷传感器包含碳。
104.根据权利要求99-103中任一项所述的装置，其中所述电荷传感器经由硫-金相互作用附接至所述第一电极或所述第二电极中的至少一个。
105.根据权利要求99-104中任一项所述的装置，其中所述电荷传感器还经由系链附接至分子传感器。
106.根据权利要求105所述的装置，其中所述分子传感器包含酶。
107.根据权利要求105所述的装置，其中所述分子传感器包含抗体。
108.根据权利要求106所述的装置，其中所述酶包括聚合酶。
109.根据权利要求88-108中任一项所述的装置，其中所述第二电极的最长线性尺寸垂直于所述颈部区域。
110...
【专利技术属性】
技术研发人员：杰里米·拉奇，安德烈斯·费尔南德斯，大卫·多德，亚历山大·戈里亚诺夫，
申请(专利权)人：特韦斯特生物科学公司，
类型：发明
国别省市：
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