[发明专利]基于运动蛋白的基因转运速度控制装置的制造方法

说明书

本发明提供一种基于运动蛋白的基因转运速度控制装置的制造方法，包括步骤：i)、形成具有多聚阴离子尾的运动蛋白；ii)、提供纳米孔装置，包括壳体、流体腔密封层、柔性基底纳米孔结构、流体腔基座；柔性基底纳米孔结构包括金属层，以缩小纳米孔尺寸至1～100nm；运动蛋白稳定于纳米孔中；运动蛋白通过金属‑硫键锚定于纳米孔中，以使待检测基因链通过纳米孔的转运速度至少慢于0.1ms每碱基对。本发明使用点击化学方法将运动蛋白锚定在纳米孔中，以使待检测基因链通过纳米孔的转运速度至少慢于0.1ms/每碱基对，再调整温度与pH可以有效地控制基因链的转运速度，可将待检测基因链通过纳米孔51的转运速度进一步降低至数十甚至数百毫秒量级，从而提高光谱检测的灵敏度。

技术领域

本发明属于基因测序领域和生物分子传感领域，尤其涉及一种基于运动蛋白的基因转运 速度控制装置的制造方法。

背景技术

遗传信息的测量对生命科学和医学领域具有革命性的推动作用。未来精准医疗与个性化 医疗需求成本更低、速度更快、精度更高以及读长更长的新型测序技术。

新一代单分子实时测序技术解决了读长更长和速度更快的需求；最近飞速发展的生物纳 米孔测序技术进一步解决了成本更低的需求。生物纳米孔测序技术不需要准备大量的样品， 样品制备过程不需要耗费生物与化学试剂，大大降低了测序成本，也节省了DNA克隆和扩 增的时间，节约了时间成本。英国Oxford Nanopore Technologies(ONT)公司发布第一款商 用生物纳米孔测序仪MinION，具有手掌大小的体积，便携性非常好，极大地拓展了测序仪 的应用场景。比如MinION被用于非洲地区的埃博拉病毒的快速检测和鉴定工作，被美国国 家航空航天局用于太空中的测序工作。

然而，目前的生物纳米孔镶嵌在脂双层膜上，对环境敏感(pH，温度，盐浓度等)，稳定性和耐用性比较差，使用寿命有限；另外，生物纳米孔一般只能采用离子阻断电流的检测机制，需要特制低噪电流放大电路达到足够的灵敏度，使测序单元的大规模矩阵化集成具有 非常大的挑战性。

为克服生物纳米孔的缺点，具有良好稳定性、耐用性，适合大规模批量生产，容易与光 电检测集成的固态纳米孔被广泛研究。目前的固态纳米孔技术主要也是通过测量离子阻断电 流来实现测序，但其面临诸多挑战：首先，DNA链在纳米孔中的转运行为不易控制，碱基的 朝向不受控制，具有很大的随机性，DNA移动速度太快(0.1～1μs/bp)；DNA与纳米孔表面发 生非特异性结合，形成二级或三级结构，阻塞纳米孔，限制DNA链的正常转运行为；在传 统的生物和固态纳米孔检测技术中，一般使用离子阻断电流来分辨不同的碱基序列，然而电 流检测技术具有一个本质的局限性：纳米孔周围的电场会向两侧延伸，导致纳米孔有效长度 延长，限制了检测分辨率。这些问题都严重限制了固态纳米孔测序技术的成功实现。

为了解决上述问题，本发明提出下面几项技术方案，以实现方便快捷准确的纳米孔测序： 新型柔性基底固态纳米孔制备技术；模块化的纳米孔装置实时快速组装模式；使用运动蛋白 有效地控制DNA或RNA在固态纳米孔中的转运速度；将光谱测量技术结合至固态纳米孔测 量中，提高序列测量的准确度。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供基于运动蛋白的DNA转运速度 控制装置，用于解决固态纳米孔存在的几个问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于运动蛋白的基因转运速度控制装 置，包括运动蛋白、壳体、流体腔密封层、柔性基底纳米孔结构、流体腔基座、电源、第一 电极和第二电极，

所述第一电极和所述第二电极分别与所述电源的两极相连接；

所述柔性基底纳米孔结构包括柔性基底、孔基底和纳米孔结构，所述纳米孔结构包括纳 米孔腔、纳米孔；所述纳米孔腔贯穿所述孔基底，所述纳米孔是所述纳米孔腔的一端开口， 所述纳米孔腔呈非线性缩小腔体或线性缩小腔体向所述纳米孔延伸；

所述纳米孔结构还包括：