[发明专利]使用纳米晶体管的核酸测序

说明书

实施方案可包括测定核酸序列的方法。核酸可以是DNA。所述方法可包括通过聚合酶从第一核酸链和第二核酸链形成双链核酸分子。形成双链核酸分子可包括将第一化合物添加至第二核酸链。第一化合物可包括与第三核酸链连接的核苷酸。第三核酸链可以连接到部分。所述方法还可以包括使核苷酸从第三核酸链和所述部分脱离。所述方法可以进一步包括测量由所述部分导致的晶体管的电特征的变化。此外，所述方法可以包括基于测量的电特征的变化来识别核苷酸。

背景

纳米晶体管，即尺寸在纳米级的晶体管，已被用作化学或生物传感器(S. Sorgenfrei等人，Nano Lett. 11(9):3739-3743 (2011)；R. Chen等人，PNAS 100(9):4984-4989(2003)；S. Peng等人，在第三届International Workshop on Structural HealthMonitoring的研讨会论文，可在ionicviper.org/system/files/Carbon%20Nanotube%20Sensor_resource.pdf获得)。纳米晶体管通常包括固态组件，并且在一些情况下，固态纳米晶体管包括两个电极之间的半导体材料。通过电极之间的半导体材料发送电流。通过纳米晶体管的电特征基于化合物的存在或与纳米晶体管接近而改变。与纳米晶体管上的纳米级组件相互作用的化合物通常改变这些纳米晶体管的电特征和操作，允许将纳米晶体管用作传感器。已经考虑将纳米晶体管用于核酸测序，例如，在单分子测序中(美国专利公开号2006/0246497 A1)。通过本文中描述的技术解决了对纳米晶体管测序的准确性，精确度，操作，效率，经济性和/或其他方面的改进。

概述

本技术的实施方案允许使用纳米晶体管分析核酸分子。当分子靠近或接触纳米晶体管时，纳米晶体管可以经历电特征(诸如电流频率或电流幅度)的变化。为了分析核酸分子，可以使用作为标记的部分，并将其连接到核苷酸或其他核酸分子前体。具有所述部分的核苷酸可以与核酸分子杂交，并且然后可以在纳米晶体管中测量电特征的变化。可以基于电特征的变化识别所述部分，并且然后也可以相应地识别与所述部分结合的核苷酸。因此，然后可以确定核酸分子的序列。

在一些实施方案中，为了帮助感测核苷酸，可以使用拴系化合物将聚合酶拴系到晶体管。核苷酸与包含所述部分的标记化合物连接。聚合酶使核苷酸与核酸分子杂交。核苷酸的杂交可以使核苷酸与标记化合物分离。在核苷酸与标记化合物分离后，标记化合物的一部分可以与拴系化合物的一部分结合。结果，可以使所述部分与纳米晶体管足够接近以被检测到。标记化合物的剩余物可以部分或完全与拴系化合物分离。然后，标记化合物可以再次与拴系化合物结合并重复该过程。晶体管中电特征的所得变化可有助于识别所述部分。在标记化合物与拴系化合物完全分离后，随后可以通过聚合酶将具有另一部分的另一核苷酸添加到待测序的核酸分子。本技术的实施方案可以允许通过电特征而不是光特征来分析核酸分子。此外，实施方案还可以避免在分析中洗涤循环的需要。

一些实施方案可包括测定核酸序列(例如DNA)的方法。所述方法可包括通过由拴系化合物连接到晶体管的核酸聚合酶延伸新生链。核酸聚合酶可以并入与包含部分(moiety)的标记化合物连接的核苷酸。核酸聚合酶还可以从新生链和所述部分切割核苷酸。所述方法可以进一步包括测量由所述部分导致的晶体管的电特征的变化。此外，所述方法可以包括基于测量的电特征的变化来识别核苷酸。

实施方案可包括核酸分子系统。所述系统可包括与拴系化合物连接的核酸聚合酶。聚合酶可以配置为延伸新生链。所述系统还可包括与标记化合物连接的核苷酸。标记化合物可包含部分(moiety)。所述系统还可以包括与电源电连通的晶体管。聚合物可以连接到晶体管。此外，所述系统可以包括仪表装置，所述仪表装置被配置为在通过核酸聚合酶从核苷酸切割标记化合物之后，测量来自所述部分的晶体管的电特征。