[发明专利]纳米孔式分析装置

说明书

技术领域

本发明涉及使DNA、蛋白质等的生物体高分子通过纳米等级尺寸的细孔（在本申请中称为纳米孔）并进行分析的装置。本发明特别涉及能够使生物体高分子的纳米孔通过频率提高的纳米孔式分析装置。

背景技术

使用被称作纳米孔的纳米等级尺寸的细孔分析DNA或蛋白质等高分子聚合物的方法的开发正在进步。虽然开通纳米孔在技术上比较困难，但是最初，可以在生物领域内通过向脂质双重膜导入离子通道而实现（非专利文献1）。另外，使用纳米孔的测定方法也开发出按照用于生物体的离子通道测量的膜片钳位术的方法。接下来，尝试利用半导体工序开通纳米孔，开发出使用离子束的方法（非专利文献2）或使用电子线的方法（非专利文献3）。

随着能够制造纳米孔，开发出使用纳米孔的分析DNA或蛋白质等高分子的方法。纳米孔式分析所需要的主要技术有以下两个。

1.检测技术：检测高分子通过纳米孔时的物理变化

2.移动控制技术：使高分子移动，并通过纳米孔

对于上述检测技术，已知有封锁电流方式、隧道电流方式、电容方式。所谓封锁电流方式，是检测高分子将纳米孔的开口部部分地封锁而引起的影响的方式（非专利文献4）。具体的构造在于，通过具有纳米孔的膜将空间分离为两部分，对空间各自填充含有离子的液体，且配置电极。当对电极施加一定的电压时，离子通过纳米孔地移动，电流流动（离子通过电流）。在存在带电的高分子的情况下，该高分子也在电势差的作用下，被牵引向一边侧并通过纳米孔。这时，因为纳米孔的开口部被部分地封锁，所以离子难以流通，离子通过电流的大小降低。封锁电流方式是通过检测该电流值降低，分析高分子的存在或成分的方法。除开口面积之外，离子的流动阻力还受到高分子的荷电状态或与纳米孔壁面之间的相互作用的影响。

另一方面，所谓的隧道电流方式是在高分子通过纳米孔时，隧道电流在设置于纳米孔旁边的隧道电流用电极和高分子之间仅有的间隙内流动，通过检测该隧道电流，分析高分子的存在或成分的方法（非专利文献5、非专利文献6）。

所谓的电容方式是高分子通过纳米孔时，由于纳米孔被部分地封锁，具有纳米孔的膜的电容变化，通过检测该变化，分析高分子的存在或成分的方法（非专利文献7）。

另外对于上述移动控制技术，有电势差移动方式、酶移动方式、力学的移动方式。所谓的电势差移动方式，是如上述利用封锁电流方式那样，在被具有纳米孔的膜分离的两个空间内配置电极，通过对电极施加电压，使带电的高分子随电场梯度移动的方法，其优点可列举有，可以以简单的构造实现，对高分子没有多余的施加。

所谓的酶移动方式，是在纳米孔旁边配置酶，利用高分子和酶的反应使高分子移动的方法。例如，在高分子为单链DNA的情况下，存在在纳米孔旁边配置DNA聚合酶，通过产生双链合成反应，使DNA每个碱基一个个地移动的方法。在该方法中，因为DNA需要位于DNA聚合酶旁边，所以从高效率化这点来说，优选同时采用电势差移动方式，向纳米孔旁边集聚集DNA。

所谓的力学移动方式，是将高分子固定为串链，并通过用光镊使串链移动，从而实现高分子移动的方式。在该方法中，高分子的没有串成串链的端部需要进入纳米孔，此时，采用电势差移动方式。

因此，电势差移动方式作为将试样运送到纳米孔开口部的驱动力，可以和任意方法一同使用。

试样经过以下三个移动状态被运送至纳米孔开口部并通过纳米孔。第一种是通过试样扩散的移动，第二种是通过电泳的移动，第三种是试样为长链状的情况下其前端抵达纳米孔开口部的可能性（非专利文献8）。在第二种和第三种中，电势差的影响有较大关系。

在现有的纳米孔式的分析中，在试样为低浓度的情况下，由于试样到达纳米孔开口部的频率下降，因此存在通过纳米孔的频率变小，测量的处理能力下降的问题。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1:Kasianowicz J.J.;Brandin E.;Branton D.;Deamer D.W.：Proc.Nat1.Acad.Sci.U.S.A.1996,93,13770-13773

非专利文献2:Li J.;D.Stein;C.McMu11an;D.Branton;M.J.Aziz;J.A.Go1ovchenko J.A.:2001,Nature,412,166

非专利文献3:Storm A.J.;J.H.Chen;X.S.Ling;H.Zandbergen;C.Dekker2003,Nat.Mater.2,537540