[发明专利]通过转位逆转的冗余聚合物分析

说明书

本发明涉及对聚合物进行冗余测量的方法，所述方法通过逆转聚合物穿过各自具有检测区域的纳米孔的转位来进行，从而允许收集在不同时间从相同聚合物结构产生的信号。此类重复测量被组合以便降低在聚合物结构的最终确定中的噪声。在一些实施方案中，其不同核苷酸附接有可区分的荧光标记物的多核苷酸重复地转位通过纳米孔阵列的纳米孔，以对来自相同区段的光学信号的重复测量进行编译，这些测量可被组合以确定核苷酸序列。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年2月25日提交的美国临时专利申请号62/299,902的优先权的权益，其内容通过引用全部并入本文。

背景

在过去十年间发展的DNA测序技术已经彻底改变了生物科学，例如van Dijk等人，Trends in Genetics,30(9):418-426(2014)。然而，要实现该技术的全部潜力仍然存在许多需要克服的挑战，包括减少每次运行测序的成本、简化样品制备、缩短运行时间、增加序列读段长度、改进数据分析等。单分子测序技术，例如基于纳米孔的测序，可以解决这些挑战中的一些；然而，这些方法具有它们自身的一组技术难题，例如可靠的纳米结构的制造、DNA转位速率的控制、以低信噪比测量、确定性的核苷酸辨别、来自纳米级传感器的大阵列的信号的检测和处理等等，例如Branton等人,Nature Biotechnology,26(10):1146-1153(2008)。

鉴于上述情况，如果解决在大量噪音的存在下检测和测量弱信号的问题的方法和装置是可获得的，这通常对于纳米孔传感器技术及其特定应用例如基于光学的纳米孔测序将是有利的。

发明概述

本发明涉及用于解决使用纳米孔的单分子分析中的低信噪测量的问题的方法和装置。在一方面，本发明的方法和装置涉及通过聚合物分析物重复通过纳米孔的转位来降低噪声。

在一些方面，本发明涉及通过以下步骤分析聚合物特征的方法：(a)提供纳米孔阵列，其中每个纳米孔能够提供第一腔室和第二腔室之间的流体连通，并能够提供与转位穿过其的聚合物的至少一种性质相关的信号，并且其中纳米孔阵列中的一定百分率的(afraction of)纳米孔包含聚合物；(b)使聚合物穿过纳米孔阵列的纳米孔从第一腔室转位到第二腔室；(c)检测来自正在转位的聚合物的正向信号；(d)逆转聚合物的转位；(e)检测来自其穿过纳米孔的转位被逆转的聚合物的反向信号；(f)根据正向和反向信号确定每个这样的聚合物的至少一种性质。

在其他实施方案中，本发明涉及通过以下步骤分析多核苷酸的方法：(a)提供纳米孔阵列，其中每个纳米孔能够提供第一腔室和第二腔室之间的流体连通，并能够提供其不同种类的核苷酸附接有不同的荧光标记物的多核苷酸，所述不同的荧光标记物产生可区分的光学信号，使得不同种类的核苷酸可以通过来自其所附接的荧光标记物的光学信号被鉴定，并且其中纳米孔阵列中的一定百分率的纳米孔被多核苷酸占据；(b)使多核苷酸以从第一腔室到第二腔室的方向转位穿过纳米孔阵列的纳米孔；(c)检测来自正在转位的多核苷酸的正向光学信号；(d)逆转多核苷酸转位的方向；(e)检测来自其穿过纳米孔的转位被逆转的多核苷酸的反向光学信号；以及(f)根据所述正向和反向光学信号确定每个多核苷酸的核苷酸序列。

本发明有利地克服了在基于纳米孔的检测系统中，特别是那些使用光学标记的聚合物的检测系统中低信噪测量单个聚合物特征的问题。本发明的这些优点和其他优点在许多实施方案和应用中被例示，其中一些在下文并贯穿本说明书被概述。

附图简述

图1A-1F示出了在特定实施方案中的本发明的元件。

图2示出了根据本发明的一个实施方案的冗余数据的获取和使用。

图3示出了可用于本发明的一些实施方案的落射照射系统(epi-illuminationsystem)。

图4示出了其中聚合物分析物包括在其端部形成无规卷曲的聚合物的实施方案。