[发明专利]用于核酸检测和鉴别的纳米传感器

说明书

公开了基于核酸链置换以单核苷酸分辨率检测或鉴别核酸的方法、系统和纳米传感器装置。可以通过延时荧光测量或通过基于电的石墨烯FET进行检测，其可以与无线通信组合以提供检测信号的实时传输。

相关申请的交叉引用

本专利文件要求以下申请的权益和优先权：(1)2015年12月23日提交的名称为“使用二维石墨烯电子和DNA链置换的高度特异性SNP序列”的美国临时专利申请号62/387,460，(2)2016年8月25日提交的名称为“使用二维石墨烯电子和DNA链置换的高度特异性SNP检测方法”的美国临时专利申请号62/379,549，和(3)2016年5月6日提交的名称为“用于单核苷酸分解核酸检测和鉴别的纳米传感器”的美国临时专利申请号62/333,064。上述专利申请的全部内容通过引用并入作为本专利文件的公开内容的一部分。

关于联邦政府资助的研究或开发的声明

本发明是在国家卫生研究所(NIH)的国家药物滥用研究所(NIDA)给予的款号R01DA024871和R01DA025296的政府支持下完成的。政府拥有本发明的某些权利。

技术领域

本专利文件涉及用于检测和鉴别核酸的纳米传感器和技术。

发明背景

来自遗传突变的疾病可以以单个重组错误开始。单突变的早期诊断是预防和治疗疾病的关键。DNA测序对遗传疾病的诊断，生物信息学，法医学和环境监测具有重要意义。鉴别长DNA链中的单个错配具有重要意义，因为它能够检测单核苷酸多态性(SNP)。SNP是基因中的单核苷酸突变，并且在生物物种的成员或成对染色体之间变化。这些突变可用作多种疾病的标志物，包括各种形式的癌症，遗传疾病和个性化医疗。SNP引起的微小变化会对健康产生巨大影响。因此，希望以高灵敏度和特异性检测这些突变，引起了极大关注。

发明概述

公开了用于检测或鉴别特定核酸分子的方法，系统和装置，以用于诸如癌症或遗传疾病的诊断，法医学或个性化的医疗准备。

在一方面，公开了基于电的核酸检测装置，例如使用石墨烯FET的电生物传感器。所述装置包括石墨烯芯片，用于在向石墨烯芯片施加输入电压时测量通过石墨烯芯片的电流的微控制板，以及用于接收所传输测量值的移动装置。在一些实施方案中，石墨烯芯片包括基板、基板上的石墨烯表面、位于石墨烯表面两端的形成第一电极和第二电极的导电物质、以及使第一电极和第二电极绝缘的绝缘物质。绝缘物质进一步在石墨烯表面上形成溶液储槽以接收核酸样品。在一些实施方案中，微控制板包括向石墨烯芯片施加输入电压时测量通过石墨烯芯片的电流的数字仪表，以及发送测量的电流和输入电压的通信模块。移动装置从通信模块接收测量的电流并处理测量的电流以显示电阻变化。在一些实施方案中，将分析无线通信平台添加到电生物传感器以使得检测到的分子信号能够实时传输。由装置的溶液储槽中的探针和靶核酸结合触发的电阻变化产生的电信号被捕获并使用微控制板远程传输，并通过蓝牙标准通过无线通信实时传送到包括智能手机、平板电脑或计算机在内的个人电子设备。

在一些实施方案中，通过测量IV曲线中狄拉克点位移的变化和由于顺序添加到装置储槽中的探针核酸和靶核酸的杂交引起的电阻变化来实现核酸检测。在一些实施方案中，核酸探针是双链核酸探针，例如DNA拉链和DNA镊子。