使用纳米孔的高速分子感测的利记博彩app

文档序号:9932528阅读:450来源:国知局
使用纳米孔的高速分子感测的利记博彩app
【专利说明】使用纳米孔的高速分子感测
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2013年10月23日提交的美国临时申请号61/894,577的权益,该申请W 引用的方式整体并入本文。
[000;3]背景
[0004] 基因组分析中的一些应用需要拷贝数变化的检测。例如,产前筛查可确定染色体 13、19和21的某些部分是否在胎儿自由浮动脱氧核糖核酸(DNA)中复制或缺失。实现此举的 一种方式是针对选择染色体上的具体区域富集完整基因组样品(例如,经由PCR)。然而,PCR 可W数种不同方式在产物中引入偏差或误差,包括酶的速率之间的不一致或引物对特定位 点的结合亲和力之间的差异。
[0005] 发明简述
[0006] 本文描述使用纳米孔来捕获和确定分子的身份的方法、设备和系统。所述分子可 使用大量的纳米孔(例如,在1小时内读取180百万个分子的132,000个纳米孔)W平行方式 快速地进行计数、分选和/或分箱。分子的运种快速捕获和读取可用于捕获探针分子或已经 产生W代表最初的难W检测的分子或最初分子的部分的其它分子。运可用于例如检测核酸 (例如DNA)多态现象,如拷贝数变化。可发生样品分子或样品分子的代用品的精确计数。本 文所述的方法和设备可尤其替换流式细胞仪和其它计数仪器(例如,当相对于流式细胞仪 提供增加的精确度和通量时)。在一些情况下,所述设备和方法捕获特定分子或分子的代用 品并且保持于所述纳米孔中并且接着将其喷射于洁净溶液中W类似于流式细胞仪执行捕 获、分选和分箱功能。
[0007] -方面,本公开提供一种用于分子计数和/或分选的方法,所述方法包括:(a)提供 纳米孔的阵列,其中所述阵列的个别纳米孔可通过邻近感测电极单独寻址;(b)提供多个各 自包含核巧酸的标记物,其中所述核巧酸中的至少两种与核酸样品杂交,并且其中所述标 记物能够由所述个别纳米孔捕获并且使用所述感测电极鉴别;W及(C)用所述纳米孔的阵 列W每秒每个纳米孔至少约1个标记物的速率捕获并且鉴别所述标记物。
[000引在一些实施方案中,所述感测电极W法拉第模式操作。
[0009] 在一些实施方案中,所述感测电极W非法拉第模式操作。
[0010] 在一些实施方案中,所述核酸样品来源于患者。
[0011] 另一方面,本公开提供一种用于分子计数和/或分选的方法,所述方法包括:(a)提 供纳米孔的阵列,其中所述阵列的个别纳米孔可通过W非法拉第模式操作的邻近感测电极 单独寻址;(b)提供多个能够由所述个别纳米孔捕获并且使用所述感测电极鉴别的标记物; W及(C)用所述纳米孔的阵列W每秒每个纳米孔至少约1个标记物的速率捕获并且鉴别所 述标记物。
[0012] 在一些实施方案中,所述标记物W每秒每个纳米孔至少约四个标记物的速率被捕 获并且鉴别。
[0013] 在一些实施方案中,所述多个标记物包含至少四种不同标记物。
[0014] 在一些实施方案中,所述标记物包含具有至少四种不同长度的尾端。
[0015] 在一些实施方案中,所述标记物基于所述标记物离开所述纳米孔时的电压来鉴 别。
[0016] 在一些实施方案中,所述方法进一步包括从所述纳米孔释放所述被捕获的标记 物。
[0017] 在一些实施方案中,所述多个标记物包含待分选的标记物,其中所述待分选的标 记物被捕获、鉴别并且保持于所述纳米孔中,并且其中除所述待分选的标记物外的标记物 被捕获、鉴别并且从所述纳米孔释放。
[0018] 在一些实施方案中,所述待分选的标记物成组释放并且加 W收集。
[0019] 在一些实施方案中,当待分选的标记物的数目除W由所述纳米孔捕获并且鉴别的 标记物的剩余数目的比率增加超过阔值时,所述待分选的标记物成组释放。
[0020] 在一些实施方案中,所述方法进一步包括定量构成标记物的总数的不足约0.05% 的标记物。
[0021] 在一些实施方案中,其中所述捕获和鉴别包含每小时捕获并且鉴别至少约1百万 个标记物。
[0022] 在一些实施方案中,所述速率为每小时至少约100百万个标记物。
[0023] 在一些实施方案中,所述速率为每小时至少约10亿个标记物。
[0024] 在一些实施方案中,所述捕获和鉴别包含计数和/或分选至少约8种不同类型的标 记物。
[0025] 在一些实施方案中,所述捕获和鉴别包含计数和/或分选至少约32种不同类型的 标记物。
[0026] 在一些实施方案中,所述捕获和鉴别包含计数和/或分选至少约100种不同类型的 标记物。
[0027] 在一些实施方案中,所述捕获和鉴别包含计数和/或分选至少约500种不同类型的 标记物。
[0028] 在一些实施方案中,所述捕获和鉴别包含计数和/或分选至少约500种不同类型的 标记物
[0029] 在一些实施方案中,所述纳米孔的阵列被配置为具有多个能够对不同样品执行所 述方法的区域。
[0030] 在一些实施方案中,所述标记物基于流动通过所述个别纳米孔的电流和/或所述 标记物离开所述纳米孔时的电压来鉴别。
[0031] 在一些实施方案中,所述标记物各自包含附接于珠粒的单链核酸分子。
[0032] 在一些实施方案中,所述标记物如下产生:(a)使第一探针与核酸样品杂交;(b)使 第二探针与邻近于所述第一探针的所述核酸样品杂交;(C)使所述第一探针接合于所述第 二探针W产生组合探针;W及(d)用附接于寡核巧酸的珠粒捕获所述组合探针,其中所述寡 核巧酸与所述组合探针杂交。
[0033] 在一些实施方案中,所述方法进一步包括确定所述核酸样品中的核酸序列的拷贝 数变化。
[0034] 在一些实施方案中,所述方法进一步包括检测拷贝数的差异,所述差异小于或等 于约0.05%。
[0035] 在一些实施方案中,所述方法进一步包括定量所述核酸样品中的相对RNA表达水 平。
[0036] 在一些实施方案中,所述方法进一步包括对所述核酸样品执行化ISA测定。
[0037] 在一些实施方案中,所述第一探针包含约20个与约50个之间的核巧酸。
[0038] 在一些实施方案中,所述第二探针包含约20个与约50个之间的核巧酸。
[0039] 在一些实施方案中,所述第一探针包含生物素。
[0040] 在一些实施方案中,所述珠粒为磁性的。
[0041] 在一些实施方案中,所述方法进一步包括用磁场集中邻近或接近于所述纳米孔的 阵列的标记物。
[0042] 另一方面,本公开提供一种用于测序、计数和/或分选分子的方法,所述方法包括: (a)提供纳米孔的阵列,其中所述阵列的个别纳米孔可通过W非法拉第模式或法拉第模式 操作的邻近感测电极单独寻址;(b)提供多个磁吸珠粒,所述珠粒各自偶合于待使用所述纳 米孔的阵列测序、计数和/或分选的多个分子中的分子;
[0043] 用磁铁集中在所述纳米孔的阵列附近的磁吸珠粒;W及(C)用所述纳米孔的阵列 测序、计数和/或分选所述分子。
[0044] 在一些实施方案中,所述磁吸珠粒包含金属。
[0045] 在一些实施方案中,所述磁吸珠粒包含永磁材料。
[0046] 在一些实施方案中,在集中所述磁吸珠粒之前,所述磁吸珠粒的浓度为至多100飞 摩尔浓度。
[0047] 在一些实施方案中,在集中所述磁吸珠粒之前,所述磁吸珠粒的浓度为至多10飞 摩尔浓度。
[0048] 在一些实施方案中,靠近所述纳米孔的阵列的所述磁吸珠粒的浓度通过所述集中 增加至少100倍。
[0049] 所属领域的技术人员由W下详细描述将显而易知本公开的额外方面和优势,其中 仅展示并且描述本公开的说明性实施方案。如应了解,本公开能够具有其它和不同的实施 方案,且其若干详情能够在各种明显方面具有修改,均未偏离本公开。因此,所述图式和描 述应实际上被视为说明性的,而非限制性的。
[0050] 通过引用并入
[0051] 本说明书中所提及的所有公布、专利和专利申请均W引用的方式并入本文,其并 入程度就如同各个别公布、专利或专利申请特定地且个别地指示W引用的方式并入一般。 [0化 2] 附图简述
[0053] 本发明的新颖特征尤其在随附权利要求书中陈述。对本发明的特征和优势的更好 了解将参考W下详细描述和附图(本文中也为"图")来获得,所述详细描述陈述其中利用本 发明的原理的说明性实施方案,在所述附图中:
[0054] 图1示意性地展示所述方法的步骤;
[0055] 图2A、2B和2C展示纳米孔检测器的实例,其中图2A具有安置于电极上的纳米孔,图 2B具有插入加样孔上方的膜中的纳米孔并且图2C具有在突出电极上方的纳米孔;
[0056] 图3展示纳米孔检测器的阵列;
[0057] 图4展示分成两个通道的纳米孔的阵列;
[0058] 图5展示由传递至纳米孔中的标记物实体(或标记物)产生的信号的实例;
[0059] 图6展示小型传感器电路的实例;
[0060] 图7展示使用纳米孔来计数、分选或分箱标记物实体的实例;
[0061 ]图8展示标记物实体和用于产生标记物实体的方法的实例;
[0062] 图9展示具有单向闽口的标记物实体的实例;
[0063] 图10展示标记物实体基于其脱落电压的鉴别的实例;
[0064] 图11展示使用所述脱落电压来校准外加电压的实例;
[0065] 图12展示用于分选和分箱分子实体的设备和/或方法的实例;W及
[0066] 图13展示经程序化或W其它方式配置来实施本公开的方法的计算机系统的实例。
[0067] 详述
[0068] 虽然本文已经展示并且描述本发明的各种实施方案,但所属领域的技术人员应显 而易见,所述实施方案仅举例提供。多种变化、改变和取代可由所属领域的技术人员想到, 而不偏离本发明。应了解,可采用本文所述的本发明的实施方案的多种替换物。
[0069] 如本文所用,术语"纳米孔"一般是指在膜中形成或W其它方式提供的孔、通道或 通路。膜可为有机膜,如脂质双层,或合成膜,如由聚合材料形成的膜。膜可为聚合材料。纳 米孔可邻近或接近于感测电路或与感测电路禪合的电极安置,所述感测电路例如为互补金 属氧化物半导体(CMOS)或场效应晶体管(FET)电路。在一些实施例中,纳米孔具有大约0.1 纳米(nm)至约1000 nm的特征性宽度或直径。一些纳米孔为蛋白。a-溶血素为蛋白纳米孔的 实例。
[0070] 如本文所用,术语"核酸"一般是指包含一个或多个核酸亚单位的分子。核酸可包 括选自腺巧(A)、胞喀晚(C)、鸟嚷岭(G)、胸腺喀晚(T)和尿喀晚化)或其变体的一个或多个 亚单位。核巧酸可包括4、(:、6、1'或11,或其变体。核巧酸可包括任何可并入生长中的核酸链的 亚单位。所述亚单位可为A、C、G、T或U,或者对一个或多个互补A、C、G、T或U具有特异性或与 嚷岭(即A或G,或其变体)或喀晚(即C、T或U,或其变体)互补的任何其它亚单位。亚单位可使 得个别核酸碱基或成组的碱基(例如,44^4、41'、6(:、〔6、(:1'、1'(:、61'^6、4(:、〔4或其尿喀晚对 应物)能够被解析。在一些实施例中,核酸为脱氧核糖核酸(DNA)或核糖核酸(RNA),或其衍 生物。核酸可为单链或双链。
[0071] 如本文所用,术语"聚合酶"一般是指任何能够催化聚合反应的酶。聚合酶的实例 包括不限于核酸聚合酶或连接酶。聚合酶可为聚合作用的酶。
[007。方法和设备
[0073] -方面,本公开提供用于分子计数和/或分选的方法和设备,其包括提供纳米孔的 阵列,其中各纳米孔可单独寻址并且邻近于感测电极安置。可单独寻址的纳米孔可各自提 供其本身的电子信号(例如,使用所述感测电极)。在一些情况下,施加于各可单独寻址的纳 米孔的电压可单独加 W控制。在一些情况下,所述纳米孔被分组,其中各组纳米孔相对于彼 此可单独寻址(例如,提供信号和/或可具有单独施加的电
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