[发明专利]控制生物分子在纳米孔中运动的装置和方法

说明书

本发明提供一种控制生物分子在纳米孔中运动的装置，其包括：用于容纳离子液的纳米孔管，其侧壁上设置有纳米孔；用于容纳包含生物分子的离子液的离子液腔体，其中，所述纳米孔管的有所述纳米孔的部分设置在所述离子液腔体的离子液内；电源，用于给所述纳米孔管的内部和外部之间施加电场；以及马达，用于控制所述纳米孔管的旋转。本发明的装置能够有效地控制生物分子在纳米孔中的运动。

技术领域

本发明属于生物分子探测领域，尤其涉及一种控制生物分子在纳米孔中运动的装置和方法。

背景技术

纳米孔是指在二维薄膜上直径在纳米量级的小孔，主要分为生物纳米孔和固态纳米孔。利用纳米孔构造的器件可应用于单个生物大分子或纳米颗粒的探测，其中最重要的一个应用为DNA分子序列的测定。在纳米孔DNA测序应用中，核酸分子在电场力的驱动下穿过纳米孔。由于DNA分子链上四种碱基在结构上都有所区别，每个碱基对纳米孔中离子电流的阻塞效应各不相同，从而形成各自独特的电流特征。通过记录这种电流特征，就可以获得DNA分子的碱基序列。这种测序方法在速度、成本、及结构紧凑性等方面具有显著的优势，因而被广泛关注。目前，基于生物纳米孔的测序器件已经面世。为了获得性能更加可靠、准确率更高的纳米孔测序器件，固态纳米孔一直被人们寄予厚望。随着半导体微加工工艺的发展，目前已经可以在各种薄膜材料上制造出尺寸可控的固态纳米孔。固态纳米孔在膜厚及孔径控制方面已经没有技术障碍，最亟待突破的技术关键在于DNA分子在纳米孔中运动速度的控制。纳米孔中离子电流的幅度在皮安至纳安量级，这种微弱的信号由电流放大器探测，而电流放大器的带宽在kHz量级，因此，只有毫秒时间尺度上的信号变化才能被有效地探测到。而目前情况下，单个DNA碱基在固态纳米孔中的驻留时间小于1微秒，远小于单碱基有效测量所需时间，从而无法从电流信号中分析获得碱基序列。已见报导的固态纳米孔DNA减速方案包括逆向液压控制及减小驱动电压等方案，这些方案虽然能在一定程度上对DNA施加一个作用力，减小DNA穿孔速度，但是DNA受到的合力依然无法使得它的穿孔速度降在毫秒量级，从而实现单碱基分辨。因此，设计一种能有效控制DNA分子在纳米孔中运动的装置和方法具有潜在的重大应用价值。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种控制生物分子在纳米孔中运动的装置，其包括：

用于容纳离子液的纳米孔管，其侧壁上设置有纳米孔；

用于容纳包含生物分子的离子液的离子液腔体，其中，所述纳米孔管的有所述纳米孔的部分设置在所述离子液腔体的离子液内；

电源，用于给所述纳米孔管的内部和外部之间施加电场；以及

马达，用于控制所述纳米孔管的旋转。

根据本发明的控制生物分子在纳米孔中运动的装置，优选地，还包括连接至所述电源的负极的第一电极和连接至所述电源的正极的第二电极，所述第一电极位于所述离子液腔体的离子液内，所述第二电极位于所述纳米孔管的离子液内。

根据本发明的控制生物分子在纳米孔中运动的装置，优选地，所述电源为前置电流放大器，用于施加电场并且测量电流回路中的电流信号。

根据本发明的控制生物分子在纳米孔中运动的装置，优选地，所述纳米孔管为石英玻璃管。

根据本发明的控制生物分子在纳米孔中运动的装置，优选地，所述第一电极和所述第二电极为外表面被氯化的银电极。

根据本发明的控制生物分子在纳米孔中运动的装置，优选地，还包括电流检测部件，用于测量电流的变化。

另一方面，本发明还提供了一种采用本发明的装置控制生物分子在纳米孔中运动的方法，包括如下步骤：

开启电源，给纳米孔管的内部和外部之间施加电场；以及

开启马达，使所述纳米孔管绕其中心轴旋转。