本发明专利技术包括了用于分析聚合物和/或聚合物单元的组合物、设备和方法。所述聚合物可以是同型-或异型聚合物，例如，DNA、RNA、多糖或肽。所述设备包括电极，所述电极形成聚合物可以穿过的隧道缺口。电极用附着于其上的试剂来功能化，所述试剂能够与聚合物单元形成短暂的键。当在试剂和单元之间形成短暂的键时，产生可检测信号，用于分析聚合物。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测序聚合物的受控的隧道间隙设备对相关申请的引用 本申请要求2010年2月2日提交的美国临时专利申请编号61/300，678，2010年8月31日提交的美国临时专利申请编号61/378，838的优先权，这两者都通过完全引用合并在本文中。政府权益 本专利技术是由国家卫生研究所授予的拨款HG004378和R21HG004770，来自国家人类基因组研究所的测序技术计划的拨款HG004378，以及来自国家癌症学会的拨款U54CA143682的政府支持所作出的。政府在本专利技术中享有一定权益。专利技术背景 DNA测序的新方法需要降低成本和提高个人化基因组学的可用性(M. Zwolak, M. DiVentra, Reviews of Modern Physics 80, 141 (2008))。另外，长的连续读出结果将帮助揭不基因组的长程结构(E. Pennish, Science 318, 1842 (2007)；A. J. Sharp, et al.,Annu. Rev. Genomic Hum. Genet. ARI, 407 (2006)。与 Sanger 测序和下一代方法相比，纳米孑し测序(nanopore sequencing) (D. Branton et al., Nature Biotechnology 26,1146 (2008))是无酶的技术，在其中利用电泳迫使DNA分子通过细孔，从而序列读取机制可以在分子的全长上维持其精确度。穿过孔洞的离子电流对于纳米孔中的序列是敏感的(M.Akeson, et al. , Biophys J. 77, 3227( 1999)；A. Meller, et al. , Proc. Natl. Acad.Sci. (USA)97, 1079 (2000)；N. Ashkenasy, et al. , Angew. Chem. Int. Ed. 44, 1401(2005))但是纳米孔通道中的所有碱基贡献了电流阻断(A. Meller, et al. , Phys. Rev.Lett. 86, 3435 (2001))以及在超出孔洞的强势场区域中的那些(A. Aksimentiev, etal. , Biophysical Journal 87，2086(Sep, 2004)；M. Muthukumar, et al. , Proc. Natl.Acad. Sci· (USA) 103，5273 (2006))。结果，使用离子电流读取尚没有获得单碱基分辨。Lee和Thundat提出，跨越DNA分子的电子贯穿可能是足够局部化的，以感测和鉴定单个核苷酸(J. W. Lee, and T. Thundat. US Patent 6, 905, 586 (2005))，该猜想由 Zwolak 和Di Ventra 的计算所支持(M. Zwolak, M. Di Ventra, Nano Lett. 5, 421 (2005))。进ー步的计算显示，在间隙中分子的热运动拓宽了隧道电流的分布(J. Lagerqvist, et al.,Biophys J. 93，2384 (2007)；R. Zikic et al., Phys. Rev. E 74，011919 I (2006)),实质上降低选择性。隧道间隙中分子的取向范围可以通过使用化学键将其拴系在读取电极上来大大地降低(X. D. Cui et al., Science 294，571 (2001 ))，然而，使用强键不是DNA测序的选项，在DNA测序中与电极的接触必需快速地从ー个核苷酸滑动到下一个核苷酸。OhshiiO和Umezawa展现了氢键可以用于提供扫描隧道显微镜图像中的化学反衬(T.Ohshiro, Y. Umezawa, Proc. Nat. Acad. Sci. 103, 10 (2006))表明这些较弱的键可以充当对单个分子的“滑动接触”。在申请W02008124706A2 (“通过识别测序”)、61/037647 (用于DNA测序的纳米管道纳米孔”)、61/083，001 (“用于DNA测序的串联读取器”)61/083，993 (“用于测序聚合物的基于碳纳米管的设备”)、61/103，019 (“用于测序的反式碱基隧道读取器”)，所有这些通过引用来合并，描述了在隧道间隙中使DNA中的目标碱基接触电极的方案，所述电极是用被设计以特异性地与一种碱基或另一种碱基氢键合的试剂功能化的。结果，每种DNA碱基需要不同的读取器，从而序列必需通过排列四个独立读取器的输出来组装。此外，对被设计以靶向特定位点的试剂的依赖，意味着当两种不同的位点被靶向时(每个电极一种)，电极必需被独立地功能化，这在纳米尺度的间隙中是难以实现的。专利技术概述 本专利技术提供了用于分析聚合物和/或聚合物单元的组合物、设备和方法。所述聚合物可以是同型-或异型聚合物，例如，DNA、RNA、多糖或肽。所述设备具有电极，所述电极形成聚合物可以穿过的隧道间隙。电极用附着于其上的试剂来功能化，所述试剂能够与聚合物单元形成瞬时的键。当在试剂和单元之间形成瞬时的键时，产生可检测信号，用于分析聚合物。配置和调节隧道间隙宽度，来优化在电极与聚合物的单元形成瞬时键时产生的信号的选择性。附图的简要描述 附图I说明了用4-巯基苯甲酰胺功能化的电极对T (附附图说明图1A)、G (附图1B)、C (附图1C)和A (附图1D)的氢键键合。附图2提供了 O. 5V偏压的TCB中示范性的背景隧道信号。附图2A处在10 pA的电流下，附图2B处于2 pA的电流下。附图3显示了电极功能化对于嘌呤的电流峰波分布的示范性的作用。裸电极(附图3A-dA和附图3C-dG)得到了宽阔的分布(TCB中间隙电导率20 pS，0. 7μΜ dA，2. 9 μ MdG)。在电流的log中拟合是Gaussian型的(参见附图18-20)。当一个电极用4-巯基苯功能化时分布缩窄了十倍(附图3B-dA，附图3D-dG)(间隙电导率12 pS，Ibl = 6 pA, V =O. 5V)。在电流的log中拟合是双Gaussian型的，一个峰在iQ(“ I”)处，第二个在2 iQ(“2”)处(参见式III)。对于(ΙΑ,Υρδ. 9 ρΑ，对于dG为5. 6 pA。当两个电极都被功能化时(附图3E-dA，3G-dG)，峰值电流是明显不同的(对于dG，iQ=9. 4 pA，对于dA，iQ=16. 5 pA)。附图3F显示了 dA和dG的混合物的分布。dA的更高的峰的分配通过在降低的dA浓度测量的分布来确认了(附图3H)。附图3F和3H中高电流尾部与两种分子(dA+dG)读取结果的小数量是一致的。峰宽度的分布在附图29中给出。附图4提供了当腺嘌呤核苷扩散到间隙中时V= 0.5V、背景电流=6 pA的电流vs.时间轨迹的示范性的曲线。插图显示了结合信号的鼓起。所有四种核苷观察到了相似类型的信号。参见附图15。附图5显示了用于嘧啶读取的电极功能化的示范性的作用。对于用裸电极读取(在附图5A和5B中的宽分布)，Gbl提高到40 pS来提高计数率。5A和5B中的窄分布是用被功能化的两种电极采集的，对dT产本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.02.02 US 61/300678;2010.08.31 US 61/3788381.一种用于分析聚合物的设备，所述设备包括 Ca)第一和第二电极，它们形成所述聚合物可以穿过的隧道间隙；和(b)附着到所述第一电极的第一试剂和附着到所述第二电极的第二试剂，其中所述第一和第二试剂各自能够与聚合物的单元形成瞬时的键， 其中当瞬时的键形成时产生可检测信号。2.权利要求I的设备，其中，所述试剂和隧道间隙的宽度被配置以在所述第一和第二试剂与聚合物的所述单元形成瞬时的键时对聚合物的每种单体产生特定的可检测信号。3.权利要求I的设备，其中所述第一和/或第二电极包含金、碳、钼、石墨烯或氮化钛。4.权利要求I的设备，其中所述产生的可检测信号是由隧道间隙中聚合物的仅一个单元的结合引起的。5.权利要求I的设备，其中所述隧道间隙具有约I到约4nm的宽度。6.权利要求I的设备，其中所述第一和第二试剂是相同的。7.权利要求I的设备，其中所述瞬时的键是氢键。8.权利要求I的设备，其中所述第一和第二试剂包含水性溶液中的至少一种氢键供体和至少一种氢键接受体。9.权利要求I的设备，其中所述第一和第二试剂独立地选自由巯基苯甲酸、4-巯基苯脲、咪唑-2-羰基化物和4-氨甲酰基苯基二硫代氨基甲酸盐构成的组。10.权利要求I的设备，其中所述聚合物是DNA或RNA,所述单元是核苷酸。11.权利要求I的设备，其中所述单元选自由A、C、T、G和mC构成的组。12.权利要求I的设备，其中所述聚合物是蛋白质，所述单元是氨基酸。...
【专利技术属性】
技术研发人员：S林赛，S常，J何，P张，S黄，
申请(专利权)人：阿利桑那卅评议会，
类型：发明
国别省市：
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