[发明专利]使用渗透不平衡除去和重新插入膜中的蛋白纳米孔

说明书

提供了用于置换基于纳米孔的测序芯片内的纳米孔的技术。将第一电解质溶液添加至所述测序芯片的外部储器中，在所述储器与位于脂质双层膜的相对侧的孔腔室之间引入渗透不平衡。所述渗透不平衡引起所述膜改变形状，并且膜内的纳米孔被喷射。然后将第二电解质溶液添加至所述外部储器中，以提供置换纳米孔并恢复膜形状。可以将所述置换纳米孔插入所述膜中，有效地置换所述初始孔，而不引起所述膜的破坏。

背景

基于纳米孔的测序芯片是可用于DNA测序的分析工具。这些装置可以并入经配置为阵列的大量传感器室。例如，测序芯片可以包括一百万个室的阵列，其具有例如1000行乘1000列的室。阵列的每个室可以包括膜和蛋白孔，所述蛋白孔具有内径约为一纳米的孔径。此类纳米孔已显示在快速核苷酸测序中有效。

当跨浸入导电流体中的纳米孔应用电压电势时，归因于离子跨纳米孔的传导的小离子电流可以存在。电流的大小对孔径和位于纳米孔内的分子的类型敏感。所述分子可以是附接至特定核苷酸的特定标签，由此允许在核酸的特定位置处检测核苷酸。可以测量(例如，在积分电容器处)包括纳米孔的电路中的电压或其他信号，作为测量分子的电阻的方式，由此允许检测哪个分子在纳米孔中。

因为该测序取决于测序芯片纳米孔及其复合的模板核酸的生物化学组成，所以芯片内纳米孔复合物的除去和置换可以实现额外核酸分子的测序。一种用于将孔除去并重新插入膜中的方法被称为膜片钳方法。然而，所述膜片钳方法的流体静力学和电动势与基于芯片的传感器阵列中的孔和膜不相容。其他标准技术也不能用于可控地除去插入脂质双层膜中的蛋白纳米孔，而不必破坏和重新形成双层。

因此，期望改进的孔除去和插入技术以使得能够置换膜内的孔而不引起膜破坏。

概述

多个实施方案提供了与基于纳米孔的测序芯片中的纳米孔和纳米孔复合物的除去和置换相关的技术和系统。

根据一个实施方案，使第一电解质溶液流至第一电解质储器，所述第一电解质储器通过包含初始纳米孔的膜与第二电解质储器分开。所述第一储器最初具有第一初始摩尔渗透压浓度，所述第二储器具有第二初始摩尔渗透压浓度，且所述第一电解质溶液具有不同于第一初始摩尔渗透压浓度的第一电解质溶液摩尔渗透压浓度。所述第一电解质溶液流至所述第一储器将所述第一电解质储器摩尔渗透压浓度从第一初始摩尔渗透压浓度改变为不同于所述第二初始摩尔渗透压浓度的新的摩尔渗透压浓度。新的和第二初始摩尔渗透压浓度之间的差异引起所述膜在所述第二电解质储器的方向弯曲，并且作为该弯曲的结果，所述纳米孔从所述膜喷射。在一个实例中，所述第一电解质溶液摩尔渗透压浓度与所述第一初始摩尔渗透压浓度的比率在1.05至1.5的范围内。随后使第二电解质溶液流至所述第一电解质储器，其中所述第二电解质溶液包含多个置换纳米孔，且其中所述第二电解质溶液具有的第二电解质溶液摩尔渗透压浓度比所述第一电解质溶液摩尔渗透压浓度更接近于所述第二初始摩尔渗透压浓度。然后将多个置换纳米孔之一插入所述膜中。在一个实施方案中，所述插入包括跨膜应用电穿孔电压。