用于流体通道中生物分子和其它分析物的电压感测的纵向移位纳米级电极的使用制造技术

提供了用于检测分析物的装置和方法。用于分析物的电压感测的装置（１００）可包括：限定在基片中的流体通道（１０５）；感测电极对（１１５Ａ、１１５Ｂ），位于流体通道中以用于感测该流体通道中的电压；以及电动势电极对（１１０、１１０′），用于沿流体通道施加电势。所述感测电极对可包括位于沿流体通道的长度的两个分离位置的第一感测电极和第二感测电极，所述电动势电极对可位于流体通道的第一端和第二端。所述流体通道可包括纳米通道或微米通道。用于检测分析物的方法可包括下述步骤：把分析物布置在流体通道中；沿流体通道施加电势以在流体通道中产生电泳力，从而使分析物从流体通道的第一端向流体通道的第二端移位；当分析物移经位于流体通道中的感测电极对时测量该感测电极对之间的电压信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及生物聚合物测序。更具体地讲，在某些实施例中，本专利技术涉及确定生物聚合物的长度和结合到生物聚合物的探针的距离。
技术介绍
称为Coulter计数的技术在二十世纪四十年代末首先由Wallace H. Coulter作为用于红血球的高速计数的技术提出。Coulter计数还称为电阻脉冲感测，可用于测量电解质溶液中的分析物的物理参数，包括尺寸(体积)、电荷、电泳淌度和浓度。在这种技术中，两个溶液的贮液器由已知尺寸的流体阻塞物分开。在这两个贮液器之间施加恒定DC电压导致测量的基线离子电流。基线电流的大小与电解质的电导率、施加的电势、通道的长度和通道的横截面面积相关。如果分析物被引入到贮液器中，则它可以穿过流体通道并由于电解质溶液和分析物之间的电导率的差异而减小观测的电流。电流的减小的幅度取决于在分析物处于流体通道中的同时由分析物取代的电解质的体积。电阻脉冲感测技术的好处在于，它可以缩小比例以便通过使用纳米级流体阻塞物能够实现纳米级分析物的检测。这种能力导致了用于检测纳米级分子(诸如，DNA)的固态纳米孔的开发。在通过纳米孔的DNA移位的情况下，物理移位由所施加的DC电压产生的电泳力驱动。这种驱动力和检测的信号因此通常不可分离地耦合。可能希望对这两种效果去耦合， 因为用于物理移位的最佳电势不同于最佳测量的电势。已提出横向电极以便提供横向电场和电流从而感测被限制在纳米流体通道中的生物分子。参见 Liang and Chou 2008Liang，X ；Chou, S. Y.，Nanogap Detector Inside Nanofluidic Channel for Fast Real-Time Label-Free DNA Analysis. Nano Lett. 2008, 8，1472-1476，其内容通过引用全部包含于此。分析物利用由位于纳米通道的端部的载流电极产生的电泳力移动穿过通道，因此对测量与移位速度去耦合。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了这样的装置和方法使用电极感测电压变化而非产生横向电流，由此减小电极的退化。特别地，本文描述的装置使用纵向移位电极以用于流体通道中的生物分子和其它纳米级分析物的电子感测。实施例能够实现纳米级分析物的表征，例如包括具有探针附接于其上的DNA链的分析。更具体地讲，本专利技术的实施例可使用感测电极以用于流体通道中的分析物(例如，DNA)的电子感测。流体通道中的感测电极可用于确定分析物的长度或者它们可用于确定杂交到DNA的目标链的探针之间的距离。该装置设计类似于用于光学检测的纳米通道装置。可以按照100到200 μ m的距离加工两个微米级贮液器。一个或多个流体通道可连接这两个贮液器。通过钻出允许把流体引入到每个贮液器并为宏观电极提供通路的孔可以加工盖层。在使用中，电压表可用于监测两个感测电极之间的电势差。待分析的DNA可以被引入到微流体贮液器之一。宏观电极可连接到电源并用于在这两个贮液器之间施加电势。DNA片段可以被以电泳方式从微观贮液器驱动到纳米通道。 当每个DNA片段沿流体通道移动时，它可以进入和离开位于流体通道中的感测电极对。在不存在DNA的情况下，流体通道仅包含离子溶液并且通常具有在两个感测电极之间测量的基线电势差。当DNA进入流体通道时，这两个感测电极之间测量的电势可变化， 因为DNA具有与离子溶液的电导率不同的电导率。当DNA进入流体通道时，这两个感测电极之间的通道的电导率通常减小，因为DNA导电性差于缓冲溶液(参见de Pablo, P. J.； Moreno-Herrero, F ；CoIchero, J. ；Gomez-Herrero, J. ；Herrero, P. ；Baro, Α. M. ；Ordejon, P. ；Soler, J. M. ；Artacho, E. Absence of dc-Conductivity in Phys. Rev. Lett. 2000,85, 4992-4995，其全部内容通过引用包含于此)。当具有杂交到DNA的探针的DNA的部分进入流体通道时，电势可进一步变化。可分析测量的信号以确定DNA的长度和/或探针之间的距离。在一方面，本专利技术的实施例包括一种用于分析物的电压感测的装置。该装置可包括限定在基片中的流体通道；和感测电极对，位于流体通道中以用于感测该流体通道中的电压。所述感测电极对可包括位于沿流体通道的长度的两个分离位置的第一感测电极和第二感测电极。电动势电极对可位于流体通道的第一端和第二端，用于沿流体通道施加电势。所述流体通道可包括或基本上包括纳米通道或微米通道。可包括一个或多个下面的特征。所述基片可包括或基本上包括硅、二氧化硅、熔融硅石和/或砷化镓。所述感测电极对和电动势电极对中的每个电极可包括或基本上包括钼、金、铬、钛、氯化银、银和石墨烯。第一感测电极可位于流体通道的第一侧上，第二感测电极可位于流体通道的相对侧上。第一感测电极和第二感测电极中的每个感测电极可位于流体通道的第一侧上，或者第一感测电极和第二感测电极中的每个感测电极可横跨流体通道。第一感测电极可横跨流体通道，第二感测电极可位于流体通道的一侧上。所述电动势电极对可包括宏观电极，该宏观电极在流体通道中产生恒定、变化或振荡的电泳力以用于位于流体通道中的分析物的移位。可提供测量工具(诸如，电压表)以用于测量由感测电极对感测的电压。该装置可包括多个流体通道。电压放大器可位于基片上。所述流体通道可具有从Inm到5 μ m的范围选择的宽度，从Inm到5 μ m的范围选择的深度，和/或从1 μ m到IOcm的范围选择的长度。本专利技术的其它方面的实施例的元素的描述也可以应用于本专利技术的这个方面。在另一方面，本专利技术的特征在于一种用于检测分析物的方法，该方法包括把分析物布置在流体通道中。沿流体通道施加电势，并且使分析物从流体通道的第一端向流体通道的第二端移位。当分析物移经位于流体通道中的感测电极对时测量该感测电极对之间的电压信号，该感测电极对包括位于沿流体通道的长度的两个分离位置的第一电极和第二电极。所述流体通道可包括或基本上包括纳米通道或微米通道。沿流体通道施加电势的步骤可包括在流体通道中产生电泳力。使分析物移位的步骤可包括使用压力差和/或化学梯度。可包括一个或多个下面的特征。所述分析物可包括生物聚合物，诸如脱氧核糖核酸、核糖核酸和/或多肽。所述生物聚合物可包括或基本上包括单链分子。所述分析物可包括或基本上包括生物聚合物，该生物聚合物具有附接于它的至少一个探针。所述电压信号可在生物聚合物移经感测电极之间的体积时变化，并且在生物聚合物的包括探针的部分移经感测电极之间的体积时进一步变化。可记录电压信号变化之间的时间。电压信号的变化的持续时间可指示探针的存在，该电压信号可用于确定生物聚合物上的两个探针之间的距离。电压信号的变化的持续时间可用于确定分析物的长度。多个感测电极对可用于在单个分析物分子穿过流体通道时测量该分析物分子。本专利技术的其它方面的实施例的元素的描述也可以应用于本专利技术的这个方面。在另一方面，一种用于确定生物聚合物的序列的方法可包括制备包括生物聚合物的分析物。可以把分析物布置在流体通道中。可以沿流体通道施加电势，并且使分析物从流体通道的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于分析物的电压感测的装置，该装置包括：限定在基片中的流体通道；感测电极对，位于通道中以用于感测该通道中的电压，该感测电极对包括位于沿流体通道的长度的两个分离位置的第一感测电极和第二感测电极；以及电动势电极对，位于流体通道的第一端和第二端，用于沿流体通道施加电势，其中所述流体通道包括纳米通道或微米通道。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US61/093,8852008年9月3日1.一种用于分析物的电压感测的装置，该装置包括 限定在基片中的流体通道；感测电极对，位于通道中以用于感测该通道中的电压，该感测电极对包括位于沿流体通道的长度的两个分离位置的第一感测电极和第二感测电极；以及电动势电极对，位于流体通道的第一端和第二端，用于沿流体通道施加电势， 其中所述流体通道包括纳米通道或微米通道。2.如权利要求1所述的装置，其中所述基片包括从硅、二氧化硅、熔融硅石和砷化镓选择的材料。3.如权利要求1所述的装置，其中所述感测电极对和电动势电极对中的每个包括从钼、金、铬、钛、氯化银、银和石墨烯选择的材料。4.如权利要求1所述的装置，其中第一感测电极位于流体通道的第一侧上，第二感测电极位于流体通道的相对侧上。5.如权利要求1所述的装置，其中第一感测电极和第二感测电极中的每个感测电极位于流体通道的第一侧上。6.如权利要求1所述的装置，其中第一感测电极和第二感测电极中的每个感测电极横跨流体通道。7.如权利要求1所述的装置，其中第一感测电极横跨流体通道，第二感测电极位于流体通道的一侧上。8.如权利要求1所述的装置，其中所述电动势电极对包括宏观电极，该宏观电极在流体通道中产生恒定、变化或振荡的电泳力以用于位于流体通道中的分析物的移位。9.如权利要求1所述的装置，还包括测量工具，用于测量通过感测电极对感测的电压。10.如权利要求9所述的装置，其中所述测量工具包括电压表。11.如权利要求1所述的装置，还包括多个流体通道。12.如权利要求1所述的装置，还包括位于基片上的电压放大器。13.如权利要求1所述的装置，其中所述流体通道具有从Inm到5μπι的范围选择的宽度。14.如权利要求1所述的装置，其中所述流体通道具有从Inm到5μ m的范围选择的深度。15.如权利要求1所述的装置，其中所述流体通道具有从1μ m到IOcm的范围选择的长度。16.一种用于检测分析物的方法，该方法包括下述步骤 把分析物布置在流体通道中；沿流体通道施加电势；使分析物从流体通道的第一端向流体通道的第二端移位；当分析物移经位于流体通道中的感测电极对时测量该感测电极对之间的电压信号，该感测电极对包括位于沿流体通道的长度的两个分离位置的第一电极和第二电极， 其中所述流体通道包括纳米通道或微米通道。17.如权利要求16所述的方法，其中沿流体通道施加电势的步骤包括在流体通道中产生电泳力。18.如权利要求16所述的方法，其中使分析物移位的步骤包括使用压力差。19.如权利要求16所述的方法，其中使分析物移位的步骤包括使用化学梯度。20.如权利要求16所述的方法，其中所述分析物包括从脱氧核糖核酸、核糖核酸和多肽选择的生物聚合物。21.如权利要求20所述的方法，其中所述生物聚合物包括单链分子。22.如权利要求16所述的方法，其中所述分析物包括生物聚合物，该生物聚合物具有附接于它的至少一个探针。23.如权利要求22所述的方法，其中所述电压信号在生物聚合物移经感测电极之间的体积时变化，并且在生物聚合物的包括探针的部分移经感测电极之间的体积时进一步变化。24.如权利要求23所述的方法，还包括记录电压信号变化之间的时间。25.如权利要求24所述的方法，其中电压信号的变化的持续时间指示探针的存在，还包括使用该电压信号确定生物聚合物上的两个探针之间的距离。26.如权利要求16所述的方法，还包括使用电压信号的变化的持续时间确定分析物的长度。27.一种用于确定生物聚合物的序列的方法，该方法包括 制备包括生物聚合物的分析物；把分析物布置在流体通道中； 沿流体通道施加电势；使分析物从流体通道的第一端向流体通道的第二端移位；当分析物...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌新生，
申请(专利权)人：纳伯塞斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US