專利名稱：Dna測序方法以及用于實現(xiàn)所述方法的檢測器和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的教導涉及DNA測序和可用于DNA測序的檢測器的領域。本發(fā)明的教導也涉及操縱DNA和其它帶電荷的聚合物的運動以及用于實現(xiàn)這種運動的系統(tǒng)的領域。另外，本發(fā)明的教導涉及使用納米孔(nanopore)的DNA檢測領域。
背景技術：
DNA測序遺傳分析方法已經(jīng)是復雜的、昂貴的和冗長的。用于進行DNA測序的檢測器已經(jīng)是昂貴的，且需要光學部件。對核酸測序的方法已經(jīng)要求對靶核酸鏈的多個拷貝測序。需要花費更低的、耗時更少的DNA測序方法，也需要花費更低的檢測器，該檢測器不需要標記DNA。還需要復雜度更低的、花費更低的DNA操縱方法和系統(tǒng)，以及操縱DNA分子來實現(xiàn)DNA測序的方法和系統(tǒng)。此外，需要更快的且不要求大量擴增待分析的目標鏈的核酸測序方法和系統(tǒng)。

發(fā)明內容
根據(jù)不同的實施方案，提供了一種分析物檢測系統(tǒng)，其包括納米通道，所述納米通道具有第一端部、與所述第一端部相對的第二端部、頂部和與所述頂部相對的底部?？梢蕴峁┮粚﹄娪倦姌O，以使帶電荷的分析物穿過所述納米通道運動。所述電泳電極可以包括在第一端部處的第一電泳電極和在第二端部處的第二電泳電極。也可以提供一對正交電極，其包括在頂部處的第一正交電極和在底部處的第二正交電極，或者，在一側上的第一正交電極和在另一側上的第二正交電極?？梢郧皟蓪﹄姌O沒有占用的軸線上提供另一對正交電極。另一個選擇是，在相同平面中具有第二和第三電極對。在有些實施方案中，所述檢測器可以包括設置在納米通道中的多個納米場效應晶體管裝置(nanoFET)。在有些實施方案中，所述nanoFET中的一個或多個可以包括垂直的FET，例如，在鍺層上、在硅柱上垂直排列的FET和/或包含q-尖形狀(包括金-鋁合金尖)的FET。所述多個nanoFET可以包括至少4個不同的nanoFET，每個被彼此不同的受體分析物官能化。在有些實施方案中，靶DNA分子可以結合在珠子上，且所述珠子可以設置在納米通道中，以在測序方法過程中保留靶分子。在有些實施方案中，外切核酸酶可以結合在珠子上，且所述珠子可以設置在納米通道中。根據(jù)不同的實施方案，提供了一種DNA測序系統(tǒng)，其包括多個核酸堿基檢測部件和憶阻器網(wǎng)絡。在有些實施方案中，所述憶阻器網(wǎng)絡可以與所述多個檢測器發(fā)生電通信，且可以包括三維網(wǎng)絡。所述多個核酸堿基檢測部件可以包括多個納米孔、多個納米通道、多個雜交探針、它們的組合等。在有些實施方案中，所述多個核酸堿基檢測部件包括至少4個檢測器，且所述4個檢測器可以包括構造成檢測腺嘌呤的第一檢測器、構造成檢測胞嘧啶的第二檢測器、構造成檢測鳥嘌呤的第三檢測器和構造成檢測胸腺嘧啶的第四檢測器。在有些實施方案中，一個額外的檢測器或所述4個檢測器之一可以構造成檢測尿嘧啶。在其它實施方案中，一個或多個額外的檢測器或所述4個檢測器之一可以構造成檢測其它核苷，諸如肌苷或假尿苷。在有些實施方案中，所述檢測器可以構造成檢測任意天然的或合成的核酸類似物。在有些實施方案中，所述檢測器可以構造成檢測用作標志物或標記的蛋白、RNA、碳水化合物、其它生物分子或其它分子，其中用作標志物或標記的蛋白、碳水化合物、其它生物分子或其它分子與單鏈或雙鏈核酸分子的一部分雜交、結合或締合。在有些實施方案中，所述憶阻器網(wǎng)絡可以包括憶阻器/晶體管混合網(wǎng)絡。在有些實施方案中，憶阻器和/或憶阻器混合電路執(zhí)行多個傳感器的實時數(shù)據(jù)分析，所述傳感器在DNA測序系統(tǒng)的納米孔或納米通道檢測部位處。根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案，可雜交的寡核苷酸(在本文中也稱作經(jīng)編碼的分子)可以與靶DNA分子雜交，并用于檢測不同序列沿著靶分子的存在。例如，可以使靶ssDNA分子接觸不同的經(jīng)編碼的分子的混合物，并可以使用納米孔、納米通道、它們的組合、等來檢測反應產(chǎn)物?？梢赃x擇和/或構造可雜交的經(jīng)編碼的分子，以影響穿過檢測器(例如，穿過納米孔檢測器中的電極對途徑)的離子電流傳播。每個經(jīng)編碼的雜交分子可以造成穿過電途徑的電信號，所述信號可以檢測到，并用于揭示關于靶物的信息。從檢測的信號收集的信息可以用于測定靶物序列的一部分和那些部分沿著靶物長度的位置。在有些實施方案中，與每個經(jīng)編碼的分子有關的信號可以是獨特的，這允許直接鑒別經(jīng)編碼的分子。在其它實施方案中，可能存在由經(jīng)編碼的分子產(chǎn)生的電信號的圖譜。所述圖譜可以源自來自不同檢測器的不同信號、來自相同檢測器的不同信號水平、來自一個或多個檢測器(其測定經(jīng)編碼的分子不鄰近檢測器或與檢測器相互作用)的檢測、或它們的任意組合。根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案，也提供了包含經(jīng)編碼的分子的混合物的試劑盒，和使用所述試劑盒進行基因分型的方法。所述試劑盒可以包括一起地或單獨地包裝的經(jīng)編碼的分子。所述試劑盒也可以含有一種或多種標準品、試劑、緩沖液、它們的組合等。根據(jù)不同的實施方案，本發(fā)明的教導提供了 DNA測序和基因分型的方法，其中使用本文所述的DNA測序系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的教導的另一個方面，提供了操縱DNA分子或其它帶電荷的聚合物的裝置、系統(tǒng)和方法。在有些實施方案中，可以操縱DNA，以相對于檢測器進行定位，從而實現(xiàn)聚合物的DNA測序。在有些實施方案中，提供了用于定向DNA分子的裝置，所述裝置包括納米孔或納米通道。根據(jù)不同的實施方案，提供了一種DNA分子運動裝置，所述裝置包括納米通道，所述納米通道具有第一端部、與所述第一端部相對的第二端部、頂部和與所述頂部相對的底部。還提供了一對平移電極，包括在納米通道的第一端部處的第一平移電極和在納米通道的第二端部處的第二平移電極。提供了至少3對正交電極，每對包括在頂部處的第一正交電極和在底部處的第二正交電極。可以提供控制裝置，用于單個地控制施加于每個電極對的至少一個電極上的電壓。在有些實施方案中，所述納米通道裝有電泳介質，且所述平移電極對可以包括一對電泳電極。根據(jù)不同的實施方案，本發(fā)明的教導提供了 DNA測序和基因分型的方法，其中使用本文所述的DNA測序系統(tǒng)。根據(jù)不同的實施方案，提供了用于DNA測序的DNA分子操縱系統(tǒng)。所述系統(tǒng)可以用于控制DNA分子在測序方法過程中的運動和速度。在有些實施方案中，提供了一種DNA操縱系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括納米通道，所述納米通道具有第一端部、與所述第一端部相對的第二端部、頂部和與所述頂部相對的底部?？梢蕴峁┮粚﹄娪倦姌O，以使帶電荷的分析物穿過所述納米通道運動。所述電泳電極可以包括在第一端部處的第一電泳電極和在第二端部處的第二電泳電極。也可以提供一對正交電極，其包括在頂部處的第一正交電極和在底部處的第二正交電極。在有些實施方案中，所述系統(tǒng)可以包括設置在納米通道中的多個納米場效應晶體管裝置(nanoFET)。所述多個nanoFET可以包括至少4個不同的nanoFET，每個被彼此不同的受體分析物官能化。在有些實施方案中，靶DNA分子可以結合在珠子上，且所述珠子可以設置在納米通道中，以在測序方法過程中保留靶分子。在有些實施方案中，外切核酸酶可以結合在珠子上，且所述珠子可以設置在納米通道中。根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案，提供了一種DNA分子操縱裝置，其使用隧穿電流作為可檢測的信號，用于測定DNA分子的單個核酸堿基。所述裝置可以包括內部冗余·部件(built in redundancy feature),使得堿基可以被讀取多次。在有些實施方案中,提供了多個電極結構，且在有些實施方案中，所述DNA相對于同一個電極運動多次。在有些實施方案中，使用電場或其它裝置使DNA運動，然后使用正交電場保持就位。根據(jù)不同的實施方案，使用鍵或其它機理，在DNA分子的一端或兩端伸長DNA鏈，然后使掃描頭相對于結合的DNA移動。在有些實施方案中，DNA結合在DNA鏈尺度的剛性結構的表面上，例如，結合在納米管或納米珠子上，然后使用納米定位臺，使DNA與所述結構一起移動經(jīng)過固定的掃描頭。在有些實施方案中，排列一對或碳納米管，并間隔大約單個堿基的長度，并使DNA穿過2個碳納米管運動，所述納米管用作電極。在有些實施方案中，2個納米管定向成直角，使得DNA鏈被I個納米管或納米柱定位，且堿基特異性的隧穿電流被另一個納米管讀出。根據(jù)不同的實施方案，本發(fā)明的教導提供了 DNA測序和基因分型的方法，其中使用本文所述的DNA測序系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的教導的其它不同實施方案，提供了可用于核酸測序的納米孔，以及用于形成納米孔結構的方法。所述方法可以包括處理在基質中形成的納米孔，所述基質包括至少一個硅或二氧化硅材料層。所述納米孔可以包括具有暴露的硅烷醇基的內側壁。在一個替代實施方案中，可以使用納米通道。可以使暴露的硅烷醇基與含有氨基的化合物(諸如含有氨基的烷氧基硅烷)反應，以將硅烷醇基轉化成含有氨基的官能團。然后，可以使氨基與N-羥基琥珀酰亞胺的丙烯酸酯和丙烯酰胺的共聚產(chǎn)物反應。丙烯酸的N-羥基琥珀酰亞胺酯會與氨基反應。在有些實施方案中，可以用五氟苯酚的丙烯酸替代N-羥基琥珀酰亞胺的丙烯酸酯。所述反應會導致共聚產(chǎn)物通過酰胺化共價結合在內側壁上。得到的表面處理聚合物可以用于影響ssDNA分子穿過納米孔的遷移速率，用于在ssDNA穿過納米孔時使它延長，用于賦予ssDNA優(yōu)先朝向，用于將ssDNA物理地限制在納米孔內的區(qū)域內，用于減少傳感元件和ssDNA之間的分離，用于減少納米孔的有效大小，從而實現(xiàn)更大的生產(chǎn)容差、更少需求的生產(chǎn)工藝。因而，與檢測處于未伸長方向的堿基時相比，伸長的ssDNA的單個堿基可以被納米孔中的檢測部分更容易地檢測到。
根據(jù)不同的實施方案，本文使用的術語“納米孔”也適用于納米通道的概念。術語“納米孔”不包括關于幾何形狀、長寬比、大小、形狀、橫截面剖面等的任何限制，但是表征“納米孔”自身的幾何形狀的突出尺寸小于0. I微米。納米孔可以是“貫通的”或“不通的”，由單一或多種材料組成，所述材料排列成例如層或其它形式，每個層由一種或多種材料制成。所述層(象單個原子一樣薄)可以具有非恒定的厚度，且脫離基本上平面的幾何形狀。導電材料(“電極”)可以相對于局部納米孔側壁幾何形狀齊平，可以向孔的中央軸線伸出，或可以在周圍方向倒凹。在有些實施方案中，所述電極層不需要覆蓋整個平面，所述層的僅一部分可以暴露于納米孔內。可以將多個單獨的電極定位在同一層上，并使各個部分分別地暴露于納米孔的表面上。根據(jù)不同的實施方案，提供了一種對貫穿基質的納米孔進行表面修飾的方法，所述基質包括用作電極層的至少一個導體層，所述導體可以是碳納米管、石墨烯層、InSnO、貴金屬或貴金屬合金。所述電極層例如可以與電壓源發(fā)生電連接，可以使用造成所述電極起陽極作用的應用電勢。納米孔的內側壁的至少一部分可以由至少一個暴露的表面層來限定。在有些實施方案中，所述層可以包括金。根據(jù)不同的實施方案，暴露的貴金屬或其合金可以在其暴露的表面處與硫醇化的化合物(例如，a -巰基-多元醇)反應，從而形成與暴露的金屬表面的硫連接。所述硫醇化的化合物也可以包括末端核酸堿基親和部分，所述部分可以實現(xiàn)非共價的、物理的、暫時的且可逆的親和力。盡管在這點上在本文中可以提及結合，應當理解，所述選擇性的締合是非共價的、物理的、暫時的且可逆的。在本文中，“結合”可以表示“非零的/正親和力”，短語“暫時結合”或者可以表示親和力驅動的相互作用或感知，它們的實際結合僅僅是許多可能的相互作用或感知機會之一。在與互補的核酸堿基暫時選擇性地結合以后，所述結合可能影響穿過電極的電流或電壓。然后可以檢測和分析電流或電壓的變化，以確定哪類堿基與所述結合部分暫時結合。此外，可以感知電信號(例如，DC信號、AC信號或二者)的變化，所述變化源自多種電傳導性質(例如，電阻、電容、電感、極化矩、隧穿電流等)中的任一種的變化。在有些實施方案中，提供了在基質中形成的納米孔，其中所述基質包括多個隔開的層，每個層包括貴金屬或貴金屬合金。在有些實施方案中，所述多個層中的至少一個可以包括暴露的表面，所述表面具有與其結合的第一種核酸堿基結合劑(親和劑)。所述多個層中的至少一個不同的層可以包括暴露的表面，所述表面具有與其結合的、不同于第一種的第二種核酸堿基結合劑(親和劑)。所述第一種和第二種核酸堿基結合劑(親和劑)中的每一種可以包括，例如，包含至少一種脫氧核糖核苷酸磷酸酯的硫醇化的二醇。可以將所述納米孔結構構造成，當所述第一種或第二種核酸堿基結合劑(親和劑)與穿過納米孔的ssDNA分子的互補堿基暫時結合時，可以檢測到穿過各個電極的電流、電壓或二者的變化，并用于鑒別暫時結合的堿基。根據(jù)不同的實施方案，提供了一種方法，所述方法包括貫穿基質，形成納米孔，所述基質包括至少一個石墨烯層。所述納米孔可以包括內側壁，所述內側壁的至少一部分包括暴露的石墨烯表面。所述暴露的石墨烯表面可以通過反應來修飾，所述反應使核酸堿基 結合劑(親和劑)與所述表面共價地結合。所述結合劑(親和劑)可以包括羰基連接部分和脫氧核糖核苷酸磷酸酯。在有些實施方案中，所述磷酸酯可以包括二磷酸酯或三磷酸酯。在一個替代實施方案中，所述結合劑可以直接地連接到石墨烯上，無需連接基團。在另一個實施方案中，所述結合劑可以由核苷堿基組成，不含有作為常規(guī)dNTP的一部分的糖或磷酸酯基團。根據(jù)本發(fā)明的教導的其它實施方案，提供了貫穿基質形成的納米孔。所述納米孔可以包括內側壁，且可以具有直徑。所述內側壁可以是表面修飾的，以具有與其表面化學結合的聚合物，所述聚合物沿半徑向內(例如，向納米孔的半徑中心)延伸。所述聚合物可以向內延伸這樣的距離所述距離是直徑長度的至少25%，例如，直徑長度的約35%或約45%。所述直徑可以是IOOnm或更小，例如，20nm或更小或IOnm或更小。聚合物可以包括任一種本文所述的納米孔表面修飾聚合物。在本發(fā)明的教導的其它實施方案中，提供了一種貫穿基質形成的多層納米孔。所述納米孔可以包括內側壁，所述內側壁至少部分地由第一層限定。所述第一層可以包括在內側壁處的暴露的表面。在有些實施方案中，所述暴露的表面可以限定一個電極、一個或多 個對電極和一個或多個電介體，所述電介體將所述電極與所述一個或多個對電極隔開。在有些實施方案中，至少2個對電極被限定在納米孔內側壁處，且每個可以被不同的核酸堿基結合劑(親和劑)進行表面修飾，所述結合劑共價地鍵合在暴露的表面處。利用這樣的構型，所述2種不同的核酸堿基中的每一種可以被第一層電極鑒別出。具有多個不同的電極層的構型可以用于檢測所有可能的核酸堿基，和/或提供可用于驗證結果的檢測冗余。參考附圖將會更完整地理解本發(fā)明的教導的這些和其它方面。


圖I是根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案的檢測方案的一個示意圖，其中使用4個連續(xù)排列的nanoFET堆進行DNA測序，每個堆包括4個分別用G、A、T和C受體分子官能化的 nanoFET。圖2是根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案的檢測系統(tǒng)的一個示意圖，所述檢測系統(tǒng)包括電泳通道、排列在所述通道中的多個官能化的nanoFET、電路和要在所述納米通道中測序的DNA靶分子。圖3A-3B不意地圖解了根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案,一種制備要用于DNA測序使用的nanoFET芯片中的珠子、酶和靶DNA的方法。圖4示意地圖解了納米孔檢測系統(tǒng)、單鏈DNA支架形式的靶分子和與DNA支架的不同部分雜交從而沿著支架形成雙鏈區(qū)段的多個不同的可雜交的經(jīng)編碼的分子。圖5A-5C描繪了顯示出3對電極的DNA分子操縱納米通道，其中電場相位和DNA間距是處于完美對準(圖5A)、沒有對準(圖5B)和處于調諧的對準(圖5C)，分別根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案。圖6A-6C描繪了顯示出3對電極的DNA分子操縱納米孔，其中電場相位和DNA間距是對準的(圖6A)、異相(圖6B)和重新對準的(圖6C)，分別根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案。圖7描繪了顯示出3對電極、一對平移電極和一個勢壘的DNA分子操縱納米孔，這是根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案。圖8A-8C描繪了 DNA分子操縱納米孔兩相裝置，其顯示出在一個層中的3對(一組)電極和在另一個層中的3對(一組)電極，其中所述2個組彼此異相(圖8A)、所述2個組彼此異相(圖SB)和所述2個組通過場強度的變化重新對準(圖SC)。圖9A-9C分別是顯示出電極排列和電極間隙的DNA分子操縱通道的頂視圖、側視圖和端視圖，根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案。圖10A-10C分別是顯示出電極排列和隧穿電極的DNA分子操縱通道的頂視圖、側視圖和端視圖，根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案。圖11A-11C分別是顯示出電極排列和角電極的DNA分子操縱通道的頂視圖、側視圖和端視圖，根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案。圖12A-12C分別是盤旋通道形式的DNA分子操縱 通道的頂視圖、側視圖和端視圖，并顯示了電極排列和隧穿電極，根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案。圖13A-13C分別是DNA分子操縱結合槽和用于掃描所述槽而設置的原子力顯微鏡的頂視圖、側視圖和端視圖，根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案。圖14A-14C分別是DNA分子拉長結構和電極排列的頂視圖、側視圖和端視圖，根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案。圖15是根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案的雙納米管構型的側視圖，其中DNA分子穿過2個碳納米管(它們起隧穿電極的功能)來拉長，DNA的單個堿基的距離隔開所述納米管，并使用所述管之間的隧穿電流來表征間隙中的分離的堿基。圖16是根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案的雙納米管構型的側視圖，其中穿過可移動的納米管尖部來拉長DNA分子，且另一個碳納米管包括固定的柱，在固定的納米管柱和可移動的納米管尖部之間構造出間隙，所述納米管尖部從側面接近柱，且在所述管之間的隧穿電流用于表征間隙中的分離的堿基。圖17是根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案的固定的柱納米管和原子力顯微鏡(AFM)尖部構型的側視圖，其中繞著固定的柱納米管和原子力顯微鏡(AFM)尖部構型拉長DNA分子，將在固定的柱納米管和AFM尖部之間的間隙構造成，每次將剛好一個堿基呈現(xiàn)給AFM尖部。圖18是根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案的檢測方案的示意圖，其中使用角結構和納米芽(nanobud)進行DNA測序，且在顯示的實施例中，所述納米芽被核酸受體分子官能化。圖19是根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案穿過納米孔移動的ssDNA分子的橫截面?zhèn)纫晥D的不意圖。圖20是沿著圖19的線2-2做出的、圖19所示的納米孔的頂視圖，并描繪了物理孔徑和有效孔徑。圖21是根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案穿過納米孔移動的ssDNA分子的橫截面?zhèn)纫晥D的示意圖，其中所述納米孔包括與電極表面結合的選擇性的核酸堿基結合劑(親和劑)。圖22是沿著圖21的線4-4做出的、圖21所示的納米孔和分子的頂視圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案的電極和對電極構型。圖23是根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案穿過納米孔移動的ssDNA分子的橫截面?zhèn)纫晥D的示意圖，其中所述納米孔包括選擇性的核酸堿基結合劑(親和劑)以結合4種不同的核酸堿基A、C、G、T，其中所述堿基結合劑(親和劑)結合4種不同的各自的電極。
圖24是沿著圖23的線6_6做出的、圖23所示的納米孔和分子的頂視圖，顯示了在根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案的構型中的2個電極和I個對電極。圖25是根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案穿過納米孔移動的ssDNA分子的橫截面?zhèn)纫晥D的示意圖，其中所述納米孔包括單個單獨的石墨烯層。圖26是根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案可以用作電極層的石墨烯層的示意圖。圖27是圖26的一部分的放大圖，顯示了石墨烯層中的核之間的平均距離。圖28是納米孔表面修飾方法的橫截面?zhèn)纫晥D，所述方法可以用于制備根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案的納米孔，其中對在二氧化硅層的暴露的內側壁上的硅烷醇基進行氨基甲硅烷基化。
圖29是納米孔表面修飾方法的橫截面?zhèn)纫晥D，所述方法可以用于制備根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案的納米孔，其中通過使丙烯酸的N-羥基琥珀酰亞胺酯和N，N- 二甲基丙烯酰胺的反應產(chǎn)物與暴露的表面上的氨基反應，使捕集或纏繞共聚物化學地鍵合在圖28所示的納米孔的暴露的內表面上。圖30是納米孔表面修飾方法的橫截面?zhèn)纫晥D，所述方法可以用于制備根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案的納米孔，其中在圖29所示的納米孔的內側壁上的捕集或纏繞共聚物用氨基結束的多元醇進一步加帽，和/或與二氨基結束的多元醇交聯(lián)。圖31是納米孔表面修飾方法的橫截面?zhèn)纫晥D，所述方法可以用于制備根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案的納米孔，其中通過與硫醇化的核酸堿基結合劑(親和劑)反應，對納米孔的金陽極層的暴露的內側壁進行表面修飾。
圖32A-32F顯示了根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案的6種各自的硫醇化的多元醇的化學結構，所述多元醇可以用于綴合在金陽極的表面上的核酸結合劑(親和劑)。圖33A-33D顯示了根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案的4種各自的核酸結合劑(親和劑)的化學結構，所述結合劑可以與本文所述的不同的糖/磷酸酯部分和硫醇化的多元醇反應，以將通過硫醇連接而結合的核酸結合劑(親和劑)綴合到金陽極的表面上。圖34顯示了一種脫氧核糖核苷酸三磷酸酯，其可以包括在圖33A-33D中所示的堿基之一，且可以用作根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案的核酸結合劑(親和劑)。圖35和36分別顯示了 PNA部分和DNA部分，所述部分可以用于形成根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案的核酸結合劑(親和劑)。
具體實施例方式NanoFET、鄉(xiāng)內米皿道矛口鄉(xiāng)內米孑L根據(jù)不同的實施方案，提供了一種分析物檢測系統(tǒng)，其包括納米通道，所述納米通道具有第一端部、與所述第一端部相對的第二端部、頂部和與所述頂部相對的底部，或者，在一側上的第一正交電極和在另一側上的第二正交電極。提供了一對電泳電極，其包括在第一端部處的第一電泳電極和在第二端部處的第二電泳電極。也提供了一對正交電極，其包括在頂部處的第一正交電極和在底部處的第二正交電極?？梢栽谇皟蓪﹄姌O沒有占用的軸線中提供另一對正交電極。另一種選擇是，具有在相同平面中的第二和第三電極對。在所述納米通道中設置了多個設置于通道中的納米場效應晶體管裝置(nanoFET)。在有些實施方案中，一個或多個nanoFET可以包括垂直的FET，例如，在鍺層上、在硅柱上垂直排列的FET和/或包含q-尖形狀(包括金-鋁合金尖)的FET。所述多個nanoFET可以包括至少4個不同的nanoFET，每個被彼此不同的受體分析物官能化。在有些實施方案中，靶DNA分子可以結合在珠子上，且所述珠子可以設置在納米通道中，以在測序方法過程中保留靶分子。在有些實施方案中，外切核酸酶可以結合在珠子上，且所述珠子可以設置在納米通道中。根據(jù)不同的實施方案，提供了一種DNA測序裝置，其包括nanoFET，所述nanoFET已經(jīng)被官能化，以檢測在nanoFET的表面上的電荷變化。各個nanoFET的表面可以用分析物受體分子官能化，所述受體分子表現(xiàn)出的對目標分析物的親和力高于相同的nanoFET在沒有所述分析物受體分子的情況下所具有的親和力。在有些實施方案中，所述受體分子可以包括核酸堿基結合部分，所述部分可以暫時結合靶核酸的堿基，例如，通過氫鍵合?？梢允褂闷渌Y合部分。這種官能化的nanoFET可以以連續(xù)方式在納米通道中排列，例如，如圖I所示。在其它實施方案中，所述檢測可以源自電場與分子的相互作用，所述分子已經(jīng)與nanoFET暫時地結合。所述場可以是DC場、AC場或DC和AC場的組合。在其它實施方案中，可以用分析物受體分子官能化緊密接近的電極，所述分析物受體分子表現(xiàn)出的對目標分析 物的親和力高于同一個電極在沒有所述分析物受體分子的情況下所具有的親和力。在有些實施方案中，所述受體分子可以包括核酸堿基結合部分，所述部分可以暫時結合靶核酸的堿基，例如，通過氫鍵合?？梢允褂闷渌Y合部分。在其它實施方案中，可以官能化nanoFET和電極。在有些實施方案中，所述相同部分可以用于官能化nanoFET和電極。在其它實施方案中，不同的部分可以用于官能化nanoFET和電極。在有些實施方案中，與nanoFET接近的電極可以是在nanoFET的Inm以內。在其它實施方案中，與nanoFET接近的電極可以距離nanoFET Inm至10nm。在其它實施方案中，與nanoFET接近的電極可以距離nanoFET IOnm至 lOOnm。如圖I所示,通過施加電場，并使分析物暫時結合修飾的nanoFET的官能化的表面，可以使分析物穿過納米通道遷移。所述暫時結合可以引起獨特的物理信號，諸如電導率?？梢允褂闷渌\輸方法，并包括，例如，流體流、向心力、它們的組合等。在有些實施方案中，用A的受體分子官能化nanoFET A，用B的受體分子官能化nanoFET B，用C的受體分子官能化nanoFET C，用D的受體分子官能化nanoFET D。通過對準A、B、C和D nanoFET,可以構建A、B、C和D的單個檢測模塊。在有些實施方案中，可以連續(xù)地連接多個檢測模塊，以增加檢測準確度，因為可以使同一個分析物結合多個nanoFET多次。通過使用每種類型的多個nanoFET，可以檢測分析物多次，從而增加靈敏度和準確度。在有些實施方案中，可以使用不同數(shù)目的nanoFET，所述nanoFET被不同的分子官能化。作為一個非限制性實例，如果A比B、C或D更難以檢測，與用B、C或D官能化的nanoFET檢測器的數(shù)目相比，可以用A官能化更多的nanoFET檢測器?？梢允褂霉倌芑臋z測器的任意組合和任意次序。在有些實施方案中，可以使用與nanoFET接近的、不同地官能化的電極的任意組合和任意次序。在其它實施方案中，可以使用類似地或不同地官能化的電極和nanoFET的任意組合和次序，其中所述各自接近的電極和nanoFET中的每一個可以被官能化。在其它實施方案中，可以使用類似地或不同地官能化的電極和nanoFET的任意組合和次序，其中所述各自接近的電極和nanoFET中的一些可以被官能化。所述裝置和方法可以用于任意分析物檢測，例如，通過連接適當?shù)牟煌氖荏w分子。DNA測序在本文中僅用于例證、而不是限制本發(fā)明的教導。在有些實施方案中，所述受體分子可以包括與要檢測的分析物堿基互補的堿基，例如，T對A、A對T、C對G、G對C。在有些實施方案中，所述受體分子可以包括合成的受體，諸如PNA或其它非-DNA受體。在有些實施方案中，一個額外的檢測器或所述4個檢測器之一可以構造成檢測尿嘧啶。在其它實施方案中，一個或多個額外的檢測器或所述4個檢測器之一可以構造成檢測其它核苷，諸如肌苷或假尿苷。在有些實施方案中，所述檢測器可以構造成檢測任意天然的或合成的核酸類似物。在有些實施方案中，所述檢測器可以構造成檢測用作標志物或標記的蛋白、RNA、碳水化合物、其它生物分子或其它分子，其中用作標志物或標記的蛋白、碳水化合物、其它生物分子或其它分子與單鏈或雙鏈核酸分子的一部分雜交、結合或締合。在其它實施方案中，通過使用適當?shù)姆治鑫锸荏w分子，所述分析物檢測系統(tǒng)可以用于測定蛋白的序列或部分序列。在有些實施方案中，使用納米絲晶體管、碳管晶體管、石墨烯晶體管或其它更標準的基于半導體的晶體管，可以制造nanoFET。在有些實施方案中，可以在nanoFET附近進行來自nanoFET的電流的額外放大，以使噪音最小化。在有些實施方案中，可以使用放大器，、諸如電壓放大器、電流放大器、積分儀、它們的組合等。在有些實施方案中，可以制作進行額外放大的放大器(其鄰近nanoFET),作為在其中制造納米通道和/或nanoFET的相同過程集合的一部分。在有些實施方案中，可以制作進行額外放大的放大器(其鄰近nanoFET)，作為與用于制造納米通道和/或nanoFET的那些不同的過程集合的一部分，但是仍然可以是相同結構的一部分。在其它實施方案中，可以制作進行額外放大的放大器(其鄰近nanoFET)，作為單獨結構的一部分。所述單獨的結構可以是印刷電路板、混合電路。根據(jù)不同的實施方案，可以用外切核酸酶順序地消化DNA分子，以形成帶負電荷的核苷酸單磷酸酯產(chǎn)物。在一個示例性的實施方案中，可以將所述產(chǎn)物導入納米通道中或納米孔中，所述納米孔嵌有被G、A、T、C和/或其它核苷的受體分子官能化的nanoFET。通過調節(jié)所述電泳電極產(chǎn)生的電場強度，或通過調節(jié)固定化在nanoFET上的受體分子的親和力，可以結合持續(xù)時間。序列信息是DNA測序中的最重要的信息，所以所述結合可以是短暫的事件，其可以用于防止序列信息的相位誤差。為了實現(xiàn)有效的檢測，通過在除了流動方向以外的方向施加電場，可以使核苷酸集中于nanoFET上。圖2顯示了一個示例性的排列，其中將正交電極排列成，下拉帶負電荷的產(chǎn)物分析物至納米通道10的底部，并將電泳電極排列在納米通道10的相對端部，以使產(chǎn)物穿過納米通道移動，并經(jīng)過4個不同的nanoFET 12、13、14和15。NanoFET 12、13、14和15可以如本文所述官能化，或用包含核酸堿基和連接部分(例如，硫醇化的二醇連接)的核酸堿基結合劑連接至金陽極nanoFET表面上。如圖2所示，可以提供對電極18、20、22和24，以分別與nanoFET 12、13、14和15形成電極對。在有些實施方案中，這如下實現(xiàn)建立非常小的通道，dNTP可以穿過所述通道移動，例如，小至5nm X IOOnm的通道。在其它實施方案中，所述納米通道的寬度可以大于5nm，其中nanoFET或電極之一被構造在納米通道的一個壁上，而nanoFET或電極中的另一個可以構造在AFM (原子力顯微鏡)的尖部上。然后可以將AFM的尖部構造成放在納米通道內。AFM的尖部可以構造成，相對于在納米通道的壁上的nanoFET或電極之一是可調節(jié)的。可以使用多個AFM尖部，其中許多尖部可以一起調節(jié)，例如2、4、8或更多個尖部可以構造成一起調節(jié)。或者，多個AFM尖部之一可以是可單個地調節(jié)的。在其它實施方案中，可以用另一個電極替換nanoFET,使得2個電極可以構造成一對，以測量穿過樣品分子的隧穿電流。隧穿電流電極之一或二者可以被與樣品分子相互作用的部分官能化。在隧穿電極對中的2個電極可以被相同的部分官能化，或被在隧穿電極對中的每個電極上的不同的部分官能化。在有些實施方案中，可以垂直于nanoFET所位于的平面施加電場，以確保它們會與在nanoFET上的受體分子相互作用。在有些實施方案中，可以去除負責穿過納米通道運輸dNTP的場，使得存在足夠相互作用和測量的時間。在有些實施方案中，可以振蕩正交場，例如，以與電泳場的變化同步，從而允許與nanoFET相連的親和分子或隧穿電極相互作用。在有些實施方案中，可以調節(jié)正交場，以改變核苷酸的結合或解離的速率。在有些實施方案中，所述正交場可以構造成處于這樣的頻率所述頻率與樣品分子的一部分的振蕩共振。在有些實施方案中，所述正交場的頻率可以在一定范圍內變化，使得在已經(jīng)結合到電極、隧穿電極或nanoFET之一上的樣品分子或分析物的目標部分之間可以測定出檢測的隧穿電流或nanoFET中的電流的差異，這是由于與電極、隧穿電極或nanoFET和目標分析物結合的受 體的親和力高于對樣品分子或分析物的其它非目標部分的親和力。在有些實施方案中，在檢測中的差異可能源自隧穿電流或穿過nanoFET的電流的量的變化。在其它實施方案中，所述差異可能導致隧穿電流或穿過nanoFET的電流的相位的變化。在其它實施方案中，檢測的差異可以源自隧穿電流或穿過nanoFET的電流的量和相位的組合?？梢钥刂茰囟?、緩沖液組成等，以提供適當?shù)慕Y合時間。在有些實施方案中，可以循環(huán)所述溫度，以提供受控的結合和解離。在有些實施方案中，可以使用第二正交對或組的電極，其中可以使用第二對正交電極來將樣品分子定位在與所述電泳電極垂直的軸線上。該第二正交對電極可以用于定位樣品分子。樣品分子或分析物的定位，可以導致與在沒有所述場存在下由第二正交對或組的電極產(chǎn)生的機會相比，官能化的電極、隧穿電極或nanoFET之間改善的結合或相互作用的機會。樣品分子或分析物之間的改善的結合或相互作用可以導致來自隧穿電流或nanoFET中的電流的改善的檢測。圖3A-3B不意地圖解了根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案,一種制備要用于DNA測序使用的nanoFET芯片中的珠子的方法。所述方法可以用于制備珠子，所述珠子可用于裝置(諸如圖2所示的裝置)中。如圖3A-3B所示，可以將多種外切核酸酶連接至珠子上，可以使靶DNA與珠子上的連接位點雜交，所述珠子可以用于將靶物保持在裝置中。作為一個示例性的nanoFET芯片裝置操作，外切核酸酶會從靶DNA每次切下I個dNTP,使切下的dNTP穿過官能化的nanoFET或隧穿電極移動，在其中檢測dNTP。在有些實施方案中，通過使靶DNA與基質結合，防止靶DNA被掃入納米通道。這可以在造成dNTP被掃入納米通道的電極附近進行，或在電極和nanoFET之間的某處進行。根據(jù)外切核酸酶的電荷，可能必須通過具有足夠長度的連接物類似地使它結合基質，所述長度使它可以與靶DNA相互作用。在每種靶DNA的附近可以存在幾種酶，以便使酶反應的時間最小化。在有些實施方案中，可以去除或調節(jié)與將釋放的dNTP掃入納米通道中有關的電壓，以便允許靶DNA和連接的外切核酸酶之間的相互作用。在有些實施方案中，可以使用改變樣品分子的速度的其它方式。所述裝置的該部分可以是在沒有正交場的區(qū)域中，從而防止靶DNA和外切核酸酶之間的相互作用。在有些實施方案中，可以去除和替換靶DNA和外切核酸酶。通過使用DNA PNA的連接的引物，或使用非特異性的引物，可以實現(xiàn)連接。在有些實施方案中，可以使用其它連接方法，諸如使用生物素和抗生蛋白鏈菌素。在有些實施方案中，所述靶DNA可以具有一條鏈被保護免于外切核酸酶活性，使得第二條鏈可以被加入的聚合酶合成，從而允許外切核酸酶進行重復降解，并隨后進行DNA序列的重復檢測。所述靶DNA可以具有連接在一端上的通用引物，隨后加入補體，所述補體可以與聚合酶一起加入?；蛘?，所述引物可以是發(fā)夾引物，從而避免對第二引物的需要。根據(jù)不同的實施方案，所述裝置可以具有大量通道以增加處理量?？梢砸允箚蝹€靶物與每個通道結合的方式，使靶DNA連接至基質上；可以使用富集方案(諸如在WO2006/135782中描述的方案)，以確保比在其它情況下由泊松分布產(chǎn)生的效果更好的優(yōu)勢，這樣的參考文獻通過引用整體并入本文中。可以以幾種不同的方式制造所述通道。在有些實施方案中，將所述晶體管制造在平面表面上，然后建立通道結構，例如，從介電材料中。可以使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。在有些實施方案中，從硅中建立通道，例如，通過使用天然的晶系進行刻蝕以建立V槽，或使用更傳統(tǒng)的垂直刻蝕。所述制造也可以包括金屬化、在通道的側面上形成植入物和加入碳納米管或納米絲檢測器部件。所述通道可以被壁物理地隔開，或被空區(qū)域被動地分離，類似于在凝膠上具有泳道。根據(jù)不同的實施方案，所述DNA測序系統(tǒng)可以包括多個核酸堿基檢測部件和憶阻器網(wǎng)絡。在有些實施方案中，所述憶阻器網(wǎng)絡可以與所述多個檢測器發(fā)生電通信，且可以包括三維網(wǎng)絡。在有些實施方案中，所述憶阻器網(wǎng)絡可以包括憶阻器/晶體管混合網(wǎng)絡。所述多個核酸堿基檢測部件可以包括多個納米孔、多個納米通道、多個雜交探針、它們的組合等。在有些實施方案中，所述多個核酸堿基檢測部件包括至少4個檢測器，且所述4個檢測器可以包括構造成檢測腺嘌呤的第一檢測器、構造成檢測胞嘧啶的第二檢測器、構造成檢測鳥嘌呤的第三檢測器和構造成檢測胸腺嘧啶的第四檢測器。在有些實施方案中，一個額外的檢測器或所述4個檢測器之一可以構造成檢測尿嘧啶。在其它實施方案中，一個或多個額外的檢測器或所述4個檢測器之一可以構造成檢測其它核苷，諸如肌苷或假尿苷。在有些實施方案中，所述檢測器可以構造成檢測任意天然的或合成的核酸類似物。在有些實施方案中，所述檢測器可以構造成檢測用作標志物或標記的蛋白、RNA、碳水化合物、其它生物分子或其它分子，其中用作標志物或標記的蛋白、碳水化合物、其它生物分子或其它分子與單鏈或雙鏈核酸分子的一部分雜交、結合或締合。根據(jù)不同的實施方案，本發(fā)明的教導提供了一種用于DNA測序的方法，其中使用本文所述的DNA測序系統(tǒng)。在有些實施方案中，憶阻器和/或憶阻器混合電路執(zhí)行多個傳感器的實時數(shù)據(jù)分析，所述傳感器在DNA測序系統(tǒng)的納米孔或納米通道檢測部位處。在有些實施方案中，根據(jù)本發(fā)明的教導可以使用的憶阻器和使用它們的方法，包括在下述文獻中描述的那些例如，Strukov 等人，The missing memristor found, Nature,第 453 卷，2008 年 5月 I 日,Williams, How We Found the Missing Memristor, IEEE Spectrum,2008 年 12月 11 日，Johnson, 3_D memristor chip debuts, EE Times2008 年 11 月 26 日，和 Eid 等A, Real-Time DNA Sequencing from Single Polymerase Molecules,在線公開于ScienceDOI :10. 1126/science. 1162986，2008年11月20日。這些出版物中的每一篇通過引用整體并入本文中。根據(jù)不同的實施方案，使用憶阻器、憶阻器/晶體管雜合體或它們的組合來收集、和分析來自傳感器的實時數(shù)據(jù)，所述傳感器在多個納米通道或納米孔結構中的每一個中。在有些實施方案中，使用在陣列中的單個或多個傳感器來進行DNA測序。為了本公開內容的目的，“納米通道”和“納米孔”可互換地使用。從這樣的裝置構建的電路會模仿腦的方面。用晶體管實現(xiàn)神經(jīng)元，用在橫桿中的納米絲實現(xiàn)軸突，并用在交叉點處的憶阻器實現(xiàn)突觸。在有些實施方案中，這樣的電路可以構造成執(zhí)行多個傳感器的實時數(shù)據(jù)分析。在有些實施方案中，將憶阻器橫桿記憶單元堆疊在CMOS邏輯芯片的頂部上。印痕光刻可以用于將憶阻器橫桿添加在CMOS邏輯電路的頂部上。在有些實施方案中，使用集成的混合電路，其包括晶體管和憶阻器。構型比特可以位于憶阻器橫桿中的CMOS晶體管之上?？梢允褂冒w管/憶阻器雜合體的3-D憶阻器芯片，其具有邏輯和密度以執(zhí)行來自多個傳感器(例如，在多個納米孔、納米通道或其它檢測器中的多個傳感器)的信號的有意義的實時數(shù)據(jù)分析。在本發(fā)明的教導范圍內的一個示例性應用是，分析在納米孔、納米通道或其它檢測部件處檢測到的實時DNA測序數(shù)據(jù)，其中將憶阻器或3-D憶阻器/晶體管雜合體的性質構造成處理比常規(guī)裝置遠遠更多的數(shù)據(jù)，且更有效。根據(jù)本發(fā)明的教導，所述數(shù)據(jù)可以以非 易失方式存儲在存儲器中。在有些實施方案中，可以加工數(shù)據(jù)的實時分析。憶阻器或憶阻器/晶體管雜合體的以神經(jīng)網(wǎng)絡方式有效地起作用的能力，使得這樣的電路能夠學習和介A DNA測序過程，以修改DNA測序過程的結果，并使它更有效。根據(jù)不同的實施方案，憶阻器、憶阻器/晶體管雜合體、晶體管或隧穿電極的長期模仿神經(jīng)網(wǎng)絡能力，使得能夠監(jiān)測熒光發(fā)射和非-熒光實時DNA測序數(shù)據(jù)，且也可以學習。這樣的網(wǎng)絡可以為測序系統(tǒng)提供反饋、改變DNA測序參數(shù)并使得該系統(tǒng)更有效。例如，通過改進的憶阻器、憶阻器/晶體管雜合體、晶體管或隧穿電極反饋，可以提高讀出長度，并隨后在局部檢測器環(huán)境中進行調節(jié)。根據(jù)不同的實施方案，以神經(jīng)網(wǎng)絡方式使用的憶阻器或憶阻器/晶體管雜合體的實時數(shù)據(jù)分析會提供關于一個或多個ZMW或其它檢測器或檢測器部件的運行的實時反饋，以提高性能或改變過程和結果。這樣的系統(tǒng)可以如下提高讀出長度打開或關閉裝置，在適當?shù)臅r間添加化學試劑，或進行其它這樣的操作。憶阻器或憶阻器/晶體管雜合體可以用于提供關于接受的數(shù)據(jù)的實時反饋，這是由于它們的形成神經(jīng)網(wǎng)絡的能力。根據(jù)本發(fā)明的教導，納米孔、納米通道或其它核酸堿基檢測部件的網(wǎng)絡可以與憶阻器或憶阻器/晶體管雜合體集成，以形成這樣的DNA測序系統(tǒng)所述系統(tǒng)實時地報告，且可以調節(jié)自身(它們被使用得更多時)，以連續(xù)地改善堿基檢測。所述意外的性能可以源自處理越來越多的堿基調用的網(wǎng)絡和存儲檢測到的4種不同堿基A、C、G和T中的每一種的電信號范圍的憶阻器。在有些實施方案中，所述系統(tǒng)可以使用邏輯來測定檢測的電信號是否落入在第一堿基的預期信號的強度和第二堿基的預期信號的強度、持續(xù)時間或相位之間的某處，使得可靠的堿基調用可以基于這樣的中間信號而做出。在具有冗余的系統(tǒng)中，如果在以后測得中間強度信號是來自與以前調用的堿基不同的堿基，所述系統(tǒng)可以記憶如何調用以后的堿基，所述堿基造成信號的類似的中間強度、持續(xù)時間或相位。使用憶阻器和憶阻器/晶體管雜合體實現(xiàn)的其它優(yōu)點包括在通過引用并入本文中的文獻中描述的那些。根據(jù)不同的實施方案，使用憶阻器或憶阻器/晶體管雜合體，可以實現(xiàn)熒光發(fā)射數(shù)據(jù)、離子電流、隧穿電流、nanoFET電流和在納米孔處的多個傳感器所獲得的其它數(shù)據(jù)或來自其它檢測裝置的數(shù)據(jù)的非易失存儲。該存儲可以用于受管制的臨床環(huán)境中，其中數(shù)據(jù)的非易失性由于法律原因是重要的。在憶阻器裝置中的存儲器的持久性優(yōu)于大多數(shù)其它電子裝置存儲器。根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案，可雜交的寡核苷酸(在本文中稱作經(jīng)編碼的分子)可以與靶DNA分子雜交，并用于檢測不同序列沿著靶分子的存在。例如，可以使靶ssDNA分子接觸不同的經(jīng)編碼的分子的混合物，并可以使用納米孔、納米通道、它們的組合等來檢測由與反應產(chǎn)物的相互作用產(chǎn)生的信號。可以選擇和/或構造可雜交的經(jīng)編碼的分子，以影響穿過檢測器(例如，穿過納米孔檢測器中的電極對途徑)的離子電流 傳播。每個經(jīng)編碼的雜交分子可以引起獨特的電信號，所述電信號可以在電學上與其它信號區(qū)分開，并用于揭示關于靶物的信息?；蛘?，隧穿電流或穿過nanoFET的電流可以用于建立可辨別的信號。從所述檢測的獨特信號收集的信息可以用于測定靶物序列的一部分和所述部分沿著靶物長度的位置。結果可以是單鏈的DNA鏈，除了經(jīng)編碼的分子雜交的各個長度以外。每個經(jīng)編碼的分子可以在與靶物部分互補的各個位置處與DNA鏈的各個延伸雜交。通過以此方式檢測靶物的不同部分，可以在靶物上進行測序和/或基因分型。盡管使用這樣的經(jīng)編碼的分子進行基因分型的系統(tǒng)可能不一定用于測序整個靶物，并且使用經(jīng)編碼的分子的系統(tǒng)可能更準確地被描述為基因分型系統(tǒng)，應當理解，這樣的系統(tǒng)在本文中也稱作DNA測序系統(tǒng)。參考圖4，將更充分地理解根據(jù)這些實施方案的一個示例性的DNA測序系統(tǒng)。圖4示意地圖解了納米孔檢測系統(tǒng)、單鏈DNA支架形式的靶分子和與DNA支架的不同部分雜交從而沿著支架形成雙鏈區(qū)段的多個不同的可雜交的經(jīng)編碼的分子。如顯示的，經(jīng)編碼的分子被裝配在DNA支架上，成為寡核苷酸(寡物)的線性陣列?？梢赃x擇或制備不同的經(jīng)編碼的分子，以在穿過納米孔移動期間對離子電流、隧穿電流或穿過nanoFET的電流具有不同的影響?；蛘?，在有些實施方案中，所述檢測器可以構造成檢測用作標志物或標記的蛋白、RNA、碳水化合物、其它生物分子或其它分子，其中用作標志物或標記的蛋白、碳水化合物、其它生物分子或其它分子與單鏈或雙鏈核酸分子的一部分或蛋白雜交、結合或締合。在圖4中，地址I表示特定DNA序列。被鑒別為地址I寡物的經(jīng)編碼的分子是，具有與地址I互補的序列的寡物，使得地址I寡物與地址I雜交。地址I寡物。通過構建地址I寡物，以在穿過納米孔移動過程中表現(xiàn)出獨特離子電流效應，可以產(chǎn)生獨特的信號或代碼。如所示的，地址I寡物包括帶負電荷的DNA主鏈，但是應當理解，地址I寡物可以替代性地包括PNA主鏈、帶正電荷的PNA主鏈等。如果使用一組不同的地址寡物，它們可以彼此區(qū)分開，并與未雜交的靶物的延伸區(qū)分開，這是由于穿過納米孔檢測到的離子電流的差異。帶負電荷的DNA地址寡物會在測量的電路電流中表現(xiàn)出不同于中性PNA地址寡物的電流水平。同樣地，帶正電荷的PNA會表現(xiàn)出第三電流水平。DNA的單鏈延伸會表現(xiàn)出對離子電流的另一種不同的影響，且可以用于進一步解碼靶物。作為用作標志物或標記的蛋白、RNA、碳水化合物、其它生物分子或其它分子的檢測結果，作為電流水平的差異的結果，可以產(chǎn)生另一個電流水平，其中用作標志物或標記的蛋白、碳水化合物、其它生物分子或其它分子與單鏈或雙鏈核酸分子的一部分或蛋白雜交、結合或締合。所述不同的電流水平可以類似于熒光試驗中的不同的顏色。在有些實施方案中，電流水平可以源自離子電流、隧穿電流、nanoFET中的電流，或離子電流、隧穿電流或nanoFET中的電流中的任一種的組合。在有些實施方案中，使用與DNA的單鏈延伸相對應的離子電流水平作為代碼的標點。在有些實施方案中，有效代碼可以繼之以單鏈區(qū)段的特征性電流水平，例如，繼之以指示雙鏈區(qū)段的電流水平。在有些實施方案中，有效代碼可以繼之以單鏈區(qū)段的特征性電流水平，然后繼之以指示單個雙鏈區(qū)段的電流水平。檢測到的偏離圖譜的代碼可以作為異常值拋棄。在有些實施方案中，第一組電流水平可以用于奇數(shù)地址，第二組電流水平可以用于偶數(shù)地址。這樣的標點可以用于減少固定長度的支架所產(chǎn)生的代碼的總數(shù)，且可以充當數(shù)據(jù)分析的質量控制功能。在其它實施方案中，不同類型的電流檢測(諸如離子電流、隧穿電流或nanoFET電流或它們的任意組合)可以以類似的交替方式使用，且因而可以用于減少代碼的數(shù)目，且充當數(shù)據(jù)分析的質量控制功能。在有些實施方案中，使用松散性作為影響穿過納米孔 的離子電流的性質，且根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案可以使用包含不同松散性的經(jīng)編碼的分子。此外，根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案，可以在經(jīng)編碼的分子中使用影響離子電流的任意化學部分或影響離子電流的化學部分集合。這樣的化學部分可以是地址寡物主鏈的一部分、與主鏈相連、用于指定序列的堿基的一部分或與堿基相連。在有些實施方案中，地址大小可以是在下述范圍內2-50個核苷酸，例如，4-30個核苷酸、5-30個核苷酸或10-20個核苷酸。地址寡物的長度可以影響用于獲取電流水平的明確評估的時間的長度。與編碼分子的長度相關聯(lián)的時間的長度也可以用于提供編碼分子的類型的明確測定，或可以用于增加可利用的不同代碼的數(shù)目，或可以使用澄清和其它代碼的組合。地址寡物或其它標記穿過納米孔的時間長度可以取決于，例如，寡物長度和跨納米孔的電壓偏倚。更低的電壓偏倚可以提供更多的時間來獲得準確的電流測量，但是也會降低數(shù)據(jù)收集速率。更低的電壓偏倚也意味著更低的基線電流，后者可以影響可區(qū)分的不同電流水平的數(shù)目。更短的寡物和更高的電壓偏倚對于生產(chǎn)、高數(shù)據(jù)收集速率和更大的代碼空間(例如，更可區(qū)分的電流水平)而言是有利的。更長的地址寡物和更低的電壓偏倚會提高電流水平數(shù)據(jù)的質量?？梢越?jīng)驗地和/或實驗地確定寡物長度和電壓偏倚的最佳選擇。在其它實施方案中，樣品分子穿過納米孔或納米通道的速率可以受到所述結構的其它部件的影響。根據(jù)不同的實施方案，可以使用這樣的地址寡物所述地址寡物具有在支架上彼此剛好相鄰的地址，使得完成的經(jīng)編碼的分子是完全雙鏈的。雙鏈的雜交靶物可以用于適當尺寸的納米孔中，以嚴格地單列方式穿過納米孔。根據(jù)不同的實施方案，通過將支架DNA分子包囊在囊泡或具有半透性殼的空心珠子中，可以生產(chǎn)經(jīng)編碼的分子。所述殼可以構造成捕集支架DNA，但是允許一種或多種地址寡物的穿過。在示例性的實施方案中，所述支架分子可以被保留，這基于它們的長度，或由于龐大的部分或以其它方式進行限制的部分的連接。所述珠子可以足夠大，以包括100萬或更多個靶支架分子拷貝，約I至約1000，000個拷貝，或約I至10，000個拷貝?？梢砸黄鹗褂肐個、數(shù)十個、數(shù)百個、數(shù)千個或數(shù)百萬個珠子或更多。在一個示例性的實施方案中，提供了 3類地址寡物DNA-、PNA0和PNA+。在第一步中，將珠子集合分成3個組。第一組珠子用DNA+寡物溫育，第二組用PNAO寡物溫育，第三組用PNA+寡物溫育。在實現(xiàn)與地址I寡物的雜交以后，地址寡物與支架交聯(lián)。實現(xiàn)交聯(lián)，使得在隨后的生產(chǎn)步驟中或當在試驗中使用經(jīng)編碼的分子時，所述寡物不會交換。接著，可以將所有珠子混合到一起，并重新分成3組。每個組可以用地址2寡物之一溫育，隨后交聯(lián)?？梢灾貜驮撨^程，直到所有地址都被占據(jù)。在結束時，每個珠子含有經(jīng)編碼的分子的集合，它們都具有相同的代碼。為了使用經(jīng)編碼的分子集合，可以破碎或裂解開珠子，可以測試小量分子以測定代碼，并可以將剩余的分子連接至要在試驗中使用的分析物特異性的探針上。在一個示例性的實施方案中，就使用連接試驗的SNP檢測而言，可以將經(jīng)編碼的分子連接至等位基因特異性的寡物上，所述寡物對特定等位基因是特異性的，例如，對特定SNP是特異性的。根據(jù)不同的實施方案，可以使經(jīng)編碼的分子以嚴格地單列方式穿過納米孔或納米通道?？梢跃S持經(jīng)編碼的寡物沿著支架的階，且在單個電流中的各個變化可以對應著穿過納米孔的不同寡物。在有些實施方案中，可以將修飾部分連接至靶物上，使得寡物的特定一端可以首先移動穿過通向納米孔的開口。這樣的標志物或定位部分可以用于定向要測序或基因分型的分子。在其它實施方案中，可以使用“拖溜槽”，使得樣品分子更可能在一個方向進入納米孔或納米通道。如果維持階信息，在具有7個地址的支架中引起3個不同的電流 水平的寡物會產(chǎn)生37或2187個不同的代碼。就SNP分析而言，每個SNP可以使用2個代碼。每個等位基因特異性的寡物具有I個代碼。因而，具有7個地址的3個電流水平能夠在單個多路反應中分析約1000個SNP。對于某些電壓偏倚，可以使用約300-400微秒來檢測穿過納米孔的IOkb雙鏈DNA分子。因此，每1-10毫秒可以檢測I個經(jīng)編碼的分子。在I毫秒，這對應著1，000個分子/秒或60，000個分子/分鐘。對于2，000個不同的代碼，60，000個讀數(shù)意味著，每個代碼可以讀出大約30次。該數(shù)據(jù)冗余度足以在統(tǒng)計上確信特定代碼是否存在于樣品中。因而，所述經(jīng)編碼的分子可以在1-10分鐘中從1000-SNP反應中讀出。在有些實施方案中，可以使用更高的電壓偏倚，直到檢測到離子電流、隧穿電流或nanoFET電流之一的可檢測的變化，此后，要么可以改變電壓偏倚以允許額外的檢測時間，要么可以實現(xiàn)改變樣品分子穿過納米孔或納米通道的速度的其它措施。根據(jù)不同的實施方案，1，000個基因型/1-10分鐘可以基于使用單個檢測通道。所述檢測裝置可以包括這樣的簡單的裝置所述裝置包括一個室和被納米孔隔開的2個電極以及能夠實現(xiàn)電壓偏倚和電流測量的相對簡單的電子器件。在有些實施方案中，可以使用10個或更多個、或100個或更多個平行的通道或孔，使得可以在100個平行通道上分析在1000-叢水平的反應，以產(chǎn)生100，000個基因型/1-10分鐘的檢測處理量。在有些實施方案中，可以實現(xiàn)電壓偏倚或改變樣品分子穿過納米孔或納米通道的速度的其它措施，使得單個孔或通道可以具有經(jīng)過調整的它們各自的樣品分子的速度。在有些實施方案中，區(qū)分10個不同的電流水平。此外，可以使用ADNA作為支架。在一個示例性的實施方案中，使用20個核苷酸地址，且對于50kb A DNA分子，提供2500個地址。對于10個電流水平，可得到1025°°個可能的代碼。可構建出無限數(shù)目的代碼。根據(jù)不同的實施方案，通過電子隧穿、功能電極、原子力顯微術、靜電力顯微術、它們的組合等，提供跨納米孔的檢測，例如，如本文所述。根據(jù)不同的實施方案，使用小量試劑可以合成大量經(jīng)編碼的珠子，這會導致與使用單個地經(jīng)編碼的珠子合成相比更低的生產(chǎn)成本?？梢栽黾泳€性的經(jīng)編碼的分子的長度，以產(chǎn)生無限的代碼空間。經(jīng)編碼的分子的檢測比經(jīng)編碼的珠子的檢測更快，且經(jīng)編碼的分子能夠實現(xiàn)均勻形式的分析物測定，從而導致改善的動力學。例如，根據(jù)不同的實施方案，與它們在珠子表面上的反應相比，連接反應在溶液中更快地進行。根據(jù)不同的實施方案，本發(fā)明的教導的方法提供了對小量分析物具有更高靈敏度的試驗。不需要維持光學途徑，因而會增加儀器設計的靈活性，并促進具有多個檢測通道的設計。電流水平可以比熒光發(fā)射更離散，這會導致在辨別信號時提高的統(tǒng)計能力。根據(jù)不同的實施方案，使用本文所述的經(jīng)編碼的分子集合的方法會表現(xiàn)出非常大的代碼空間、使用簡單的儀器操作快速讀出離散信號的時間、在實現(xiàn)非常靈敏的、均勻的分析物測定時有效的生產(chǎn)方法。在有些實施方案中，可以與數(shù)字測定格式結合地實現(xiàn)本發(fā)明的教導。根據(jù)不同的實施方案，本發(fā)明的教導的經(jīng)編碼的分子、使用它們的方法和包含它們的試劑盒可用于許多用途，包括、例如，檢測SNP、定量mRNA、基因分型、RNA表達測定、蛋白表達測定、小分子定量測定、在生命科學領域以外的應用、它們的組合等。盡管參照納米孔進行了例證，應當理解，本發(fā)明的教導也包括使用在納米通道檢、測器和在其它DNA序列檢測器中的經(jīng)編碼的分子的方法。根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案，提供了包含經(jīng)編碼的分子的混合物的試劑盒，也提供了使用所述試劑盒進行測序和/或基因分型的方法。所述試劑盒可以包括一起或單獨地包裝的經(jīng)編碼的分子。所述試劑盒也可以含有一種或多種標準品、試劑、緩沖液、它們的組合等。在用于DNA測序的其它系統(tǒng)、方法和部件中或使用它們，可以實現(xiàn)在本發(fā)明的教導范圍內的前述實施方案和它們的變體。示例性的教導(本發(fā)明的教導可以與其一起和在其中實現(xiàn)，且其可以與本發(fā)明的教導一起和在其中實現(xiàn))包括在下述文獻中描述的系統(tǒng)、方法和部件例如，Li 等人，DNA molecules and configurations in a solid-state nanoporemicroscope, Nature Materials,第 2 卷，第 611-615 頁(2003 年 9 月)，Golovchenko 等人的美國專利號6，464, 842, Branton等人的美國專利號6，627, 067, Golovchenko等人的美國專利號6，783，643，和Golovchenko等人的美國專利申請公開號US 2002/0187503A1、US2004/0229386A1, Polonsky 等人的 US 2008/0187915A1, Sun 的 US 2006/0084128, Livak 的US 2007/0190543Al，Sun 等人的 US 2007/0238186A1，Sun 等人的 US 2008/0050752，Oldham等人的US 2009/0181381A1，和Sun等人的US 2009/0226927，它們每篇通過引用整體并入本文中。用于DNA測序的DNA的定向根據(jù)不同的實施方案，DNA分子運動裝置包括納米通道，所述納米通道具有第一端部、與所述第一端部相對的第二端部、第一側面或頂面和與第一側面或頂面相對的相對側面或底面。所述裝置包括一對平移電極，所述平移電極包括在納米通道的第一端部處的第一平移電極和在第二端部處的第二平移電極。排列至少3對正交電極，每對包括在第一側面或頂面處的第一正交電極和在相對側面或底面處的第二正交電極。在有些實施方案中，所述裝置可以是系統(tǒng)的一部分，所述系統(tǒng)另外包括控制裝置，所述控制裝置用于單個地控制施加于每個電極對的至少一個電極上的電壓。在有些實施方案中，所述納米通道裝有電泳介質，且所述平移電極對可以包括一對電泳電極。根據(jù)不同的實施方案，提供了一種電場控制系統(tǒng)，其中可以使納米通道中的電場的峰與DNA的周期性對準。這樣的細調可以實現(xiàn)希望的DNA減慢和/或停止?？梢哉{節(jié)電場，以在DNA上提供凈力，從而減慢它和/或停止它。圖5A-5C描繪了可以用于控制DNA的運動的電極排列和電場。在圖5A-5C中，電極對9IA和91B、93A和93B、95A和95B沿著DNA分子操縱通道97排列，并提供共同地圖解為99的電場，其具有相位。DNA分子101穿過所述通道移動。顯示的電場不是準確的，但是意圖傳達根據(jù)不同實施方案的場調節(jié)的一般概念。在圖5A中，對準電場相位和DNA間距，并實現(xiàn)DNA靶物的更好的受控運動。根據(jù)不同的實施方案，電場控制系統(tǒng)可以細調電場，以調節(jié)尺寸、環(huán)境條件、DNA的間距等變量的變化。DNA間距可以隨著電泳場、pH條件等而變化，相位和DNA間距的變異性，如圖5B所示。在有些實施方案中，通過調整在一個或多個電極對上的電壓，可以調整相位對準。在有些實施方案中，通過直接地調節(jié)單個電極的電壓，可以調整相位對準。在這樣的就位、操作前調節(jié)或細調以后，可以對準相位和DNA間距，如圖5C所示。在有些實施方案中，可以使用DNA的遷移速率作為測量方法，以調節(jié)電極場至需要的間距。在有些實施方案中，用最佳場水平使DNA遷移最小化。本發(fā)明的教導因而會為 DNA分子運動控制系統(tǒng)提供飛行中可維持性。此外，所述系統(tǒng)可以包括可反轉的電泳場，所以可以使DNA分子在第一個方向穿過納米通道，然后反轉它的行程，并在相反反向穿過納米通道。實現(xiàn)的該可重復性可以提供DNA分析的冗余，并確保讀出的準確度。所述受控的運動可以用于，例如，使DNA分子與納米孔或納米通道對準，用于在其中的進一步加工。根據(jù)不同的實施方案，本發(fā)明的教導提供了一種使用本文所述的DNA分子操縱系統(tǒng)進行DNA操縱的方法。根據(jù)不同的實施方案，本發(fā)明的教導的方法提供了對小量分析物具有更高靈敏度的試驗。不需要維持光學途徑，因而會增加儀器設計的靈活性，并促進具有多個檢測通道的設計。電流水平可以比熒光發(fā)射更離散，這會導致在辨別信號時提高的統(tǒng)計能力。盡管參照納米通道進行了例證，應當理解，本發(fā)明的教導也包括使用納米孔檢測器和其它DNA堿基序列檢測器的方法。根據(jù)不同的實施方案，通過電子隧穿、功能電極、原子力顯微術、靜電力顯微術、它們的組合等，可以提供跨納米孔的檢測。根據(jù)本發(fā)明的教導的不同實施方案，提供了對在美國公開的專利申請?zhí)朥S2008/0187915中描述的裝置、系統(tǒng)和方法的改進。例如，可以使用勢壘替代描述的阱，例如，通過將負電勢應用于中央電極(相對于在側面的那些)。在這樣的裝置中，捕集能的強度不受影響，因此裝置的活力也不受影響。相反，結果是電荷的平衡位置不連貫移位半個聚合單位間距離。在有些實施方案中，在納米孔內的壘可以由任意數(shù)目的電極(包括單個電極)來建立。根據(jù)不同的實施方案，且不同于勢阱，可以補償聚合物的柔性，且可以使在中央電極的側面上的電場具有正效應。由于電力指向離開中央電極，穿過電場的DNA會拉長，并保持于拉伸下。這樣的拉伸預加載是有利的，因為拉長的DNA更接近地類似于剛性桿模型，且可以更穩(wěn)健地再現(xiàn)可用于裝置的最佳操作的單體間間距。此外，拉伸預加載也會增加分子的剛度，并從而增加它的穩(wěn)定性，減少布朗運動的有害效應。在有些實施方案中，可以有益地使用DNA分子的彈性來補償生產(chǎn)容差，后者經(jīng)常不會精確地提供準確間隔。在剛性桿的理想情況下，尺寸失配會導致捕集能的降低或歸零，結果導致裝置的性能的降低。但是，在有些實施方案中，因為DNA分子的彈性和通過調節(jié)電極對之間的電勢差來控制牽拉力的能力，可以獨立地拉長ssDNA分子的兩側，以匹配不同層的實際尺寸產(chǎn)生的要求。根據(jù)不同的實施方案，基于裝置的實際幾何形狀，提供了調節(jié)過程，以使捕集能最大化，例如，以找到每個電極的最佳電勢。在有些實施方案中，可以實現(xiàn)反饋過程，其中加在一個或多個電極上的電壓發(fā)生改變，如圖6A-6C所示，這基于被同一個電極感知的或被一個或多個其它電極或傳感器感知的、得到的可測量的電性能的變化。在有些實施方案中，在納米孔中提供勢壘U來替代勢阱。這樣的壘可以與拖電極產(chǎn)生的電場的疊加相容，如圖7所示。盡管可以使用電勢譜的許多組合，利用本文所述的和圖7所示的電勢分布，可以使在納米孔內的DNA分子的整個長度處于張力下?？梢宰C實，鎖定電場的捕集作用會克服拖場的平移作用。在幾何學上和電學上對稱的情況下，具體地，其中V1=V3，且 gl=g2結果是，
權利要求
1.一種分析物檢測系統(tǒng)，其包括 納米通道，所述納米通道具有第一端部、與所述第一端部相對的第二端部、第一側面和與所述第一側面相對的第二側面； 一對電泳電極，所述一對電泳電極包括在所述第一端部處的第一電泳電極和在所述第二端部處的第二電泳電極； 一對正交電極，所述一對正交電極包括在所述第一側面處的第一正交電極和在所述第二側面處的第二正交電極；和 設置在所述通道中的多個納米場效應晶體管裝置(nanoFET )。
2.根據(jù)權利要求I所述的分析物檢測系統(tǒng)，其中所述多個nanoFET包括至少4個不同的nanoFET,每個nanoFET被彼此不同的受體分析物官能化。
3.根據(jù)權利要求I所述的分析物檢測系統(tǒng)，其另外包括與珠子結合的靶DNA分子，其中所述珠子設置在所述納米通道中。
4.根據(jù)權利要求I所述的分析物檢測系統(tǒng)，其另外包括與珠子結合的外切核酸酶，其中所述珠子設置在所述納米通道中。
5.—種DNA測序系統(tǒng),其包括 多個核酸堿基檢測部件；和 與多個檢測器電通信的憶阻器網(wǎng)絡。
6.根據(jù)權利要求5所述的DNA測序系統(tǒng)，其中所述多個核酸堿基檢測部件包括多個納米孔、多個納米通道和多個雜交探針中的至少一個。
7.根據(jù)權利要求5所述的DNA測序系統(tǒng)，其中所述多個核酸堿基檢測部件包括至少4個檢測器，所述至少4個檢測器包括構造成檢測腺嘌呤的檢測器、構造成檢測胞嘧啶的檢測器、構造成檢測鳥嘌呤的檢測器和構造成檢測胸腺嘧啶的檢測器。
8.根據(jù)權利要求5所述的DNA測序系統(tǒng)，其中所述憶阻器網(wǎng)絡包括憶阻器/晶體管混合網(wǎng)絡。
9.構造成標記靶核酸分子的不同區(qū)段的多個經(jīng)編碼的分子，所述多個中的每個經(jīng)編碼的分子表現(xiàn)出對穿過檢測器電路的離子電流的各自的獨特效應，所述檢測器電路包括穿過每個分子的各個途徑，所述多個中的每個經(jīng)編碼的分子表現(xiàn)出不同于所述多個經(jīng)編碼的分子中的至少一個其它分子的、對穿過所述檢測器電路的離子電流的效應。
10.根據(jù)權利要求9所述的多個經(jīng)編碼的分子，其中所述經(jīng)編碼的分子中的至少一個包括正電荷，且所述多個經(jīng)編碼的分子中的至少一個包括中性電荷。
11.根據(jù)權利要求9所述的多個經(jīng)編碼的分子，其中所述多個經(jīng)編碼的分子包括具有第一松散性的經(jīng)編碼的分子和具有比第一種經(jīng)編碼的分子大的第二松散性的第二種經(jīng)編碼的分子。
12.—種DNA分子運動裝置，其包括 納米通道，所述納米通道具有第一端部、與所述第一端部相對的第二端部、頂部和與所述頂部相對的底部； 一對平移電極，所述一對平移電極包括在所述第一端部處的第一平移電極和在所述第二端部處的第二平移電極； 至少3對正交電極，每對包括在所述頂部處的第一正交電極和在所述底部處的第二正交電極；和 控制裝置，所述控制裝置用于單個地控制施加于每個電極對的至少一個電極上的電壓。
13.根據(jù)權利要求12所述的DNA分子運動裝置，其中所述納米通道裝有電泳介質，且所述一對平移電極包括一對電泳電極。
14.一種定向和測序DNA分子的方法，所述方法包括 提供檢測基質，所述檢測基質包括在其中形成的納米槽； 使DNA分子的至少一端結合所述納米槽； 在所述DNA分子結合在所述納米槽中的同時，用原子力顯微鏡掃描所述DNA分子，以形 成信號；和 使用所述信號，確定所述DNA分子的DNA序列。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中所述使至少一端結合包括使所述DNA分子的兩端結合所述納米槽。
16.根據(jù)權利要求14所述的方法，其另外包括用電場操縱所述DNA分子的端部。
17.—種方法,其包括 提供穿過基質的納米孔，所述基質包括至少一個二氧化硅材料層，所述納米孔包括具有暴露的硅烷醇基的內側壁； 使所述暴露的硅烷醇基與含有氮的單體反應，以將所述硅烷醇基轉化成硅烷基；和在有所述硅烷基存在下，使酯化的丙烯酸與丙烯酰胺共聚，使得所述丙烯酸的酯鍵與所述硅烷基反應，釋放出羥基化的釋放基團，所述丙烯酸共價地鍵合所述硅烷基，并在所述內側壁上形成共聚產(chǎn)物。
18.根據(jù)權利要求17所述的方法，其另外包括使所述共聚產(chǎn)物與二-氨基聚乙二醇交聯(lián)，以形成交聯(lián)產(chǎn)物和羥基化的第二釋放基團。
19.根據(jù)權利要求18所述的方法，其中酯化的丙烯酸包括丙烯酸的N-羥基琥珀酰亞胺酯，且所述羥基化的第二釋放基團包括N-羥基化的琥珀酰亞胺。
全文摘要
在有些實施方案中，提供了一種分析物檢測系統(tǒng)，其包括納米通道、電極排列和設置在所述納米通道中的多個nanoFET裝置?？梢允褂枚鄠€核酸堿基檢測部件，它們包括多個納米孔、多個納米通道、多個雜交探針、它們的組合等。根據(jù)本發(fā)明的教導的其它實施方案，使不同的編碼的分子與靶DNA分子雜交，并用于檢測不同序列沿著靶分子的存在。也提供了一種試劑盒，所述試劑盒包括編碼的分子的混合物。在有些實施方案中，包括納米通道、納米孔等的裝置被用于操縱DNA分子的運動，例如，用于準備DNA測序檢測。還提供了納米孔結構和制備它們的方法，以及使用納米孔結構進行核酸測序的方法。提供了表面修飾的納米孔以及制備它們的方法。在有些實施方案中，提供了用于減慢單鏈DNA(ssDNA)穿過納米孔的遷移的表面修飾的納米孔，以及構造成檢測在ssDNA鏈上的多個不同堿基中的每一個的納米孔。
文檔編號G01N33/50GK102753708SQ201180009326
公開日2012年10月24日 申請日期2011年1月4日 優(yōu)先權日2010年1月4日
發(fā)明者A·N·K·勞, C·康萘爾, E·S·諾德曼, H·孫, J·R·奧尼爾, K·J·利瓦克, M·F·奧爾德姆, T·柯特瑟格羅, U·厄爾曼奈拉 申請人:生命科技股份有限公司