增加的到纳米孔中的分子捕获率的制作方法
【专利摘要】提供一种用于捕获分子的机构。纳米孔通过将第一腔与第二腔分开的膜，并且所述纳米孔、所述第一腔和所述第二腔填充有离子缓冲物。窄颈部处于所述第一腔的中间区域，并且所述窄颈部被对准到所述纳米孔的入口。与具有低强度电场的所述第一腔的其它区域相比，所述窄颈部具有高强度电场。在对准到所述纳米孔的所述入口的中间区域处，具有高强度电场的所述窄颈部集中所述分子。施加在所述第一腔和所述第二腔之间的电压驱动被集中在所述纳米孔的所述入口处的所述分子通过所述纳米孔。
【专利说明】増加的到纳米孔中的分子捕获率
【技术领域】
[0001]本发明涉及增加分子的捕获率，并且更具体地，涉及通过介电泳增加在纳米孔中分子捕获率。
【背景技术】
[0002]纳米孔测序是用于确定核苷酸在脱氧核糖核酸(0嫩)的链上出现的顺序的方法。纳米孔(也被称为孔、纳米通道、洞等)可以为内径大约若干纳米的小洞。纳米孔测序背后的理论是关于当纳米孔浸入导电流体(例如，离子缓冲物)并且跨纳米孔施加电位(电压)时出现了什么的理论。在这些条件下，可以测量通过纳米孔的源自于离子传导的轻微电流，并且电流的量对于纳米孔的尺寸和形状非常敏感。如果0嫩的单碱基或者链通过(或者0嫩分子的部分通过)纳米孔，这可以产生通过纳米孔的电流的幅值的变化。也可以在纳米孔周围放置其它电或者光传感器，以便当0嫩通过纳米孔时，可以区别0嫩碱基。
[0003]通过使用各种方法，可以将0嫩驱动通过纳米孔。例如，电场将0嫩朝向纳米孔吸引，并且其可最终通过纳米孔。纳米孔的规模具有这样的影响，0嫩被强制作为长串通过洞，一次一个碱基，像线通过针眼。近来，应用纳米孔作为用于诸如脱氧核糖核酸(0嫩)、核糖核酸(1^4)、蛋白质等的生物分子的快速分析的传感器的兴趣越来越大。由于此技术有望将测序成本减少到$1000/人类基因组以下，对纳米孔的0嫩测序应用已经给予了特别重视。纳米孔0嫩测序中的两个问题是控制通过纳米孔的0嫩的易位和区分单独的0嫩碱基。
【发明内容】
[0004]根据实施例，提供用于增加到纳米孔中的分子的捕获率的方法。所述方法包括提供通过将第一腔和第二腔分开的膜的纳米孔。所述纳米孔、所述第一腔和所述第二腔填充有离子缓冲物(^打虹)。所述方法包括在所述第一腔的中间区域处提供窄颈部，其中在所述中间区域的所述窄颈部被对准到所述纳米孔的入口。另外，所述方法包括配置所述窄颈部，以与具有低强度电场的所述第一腔的其它区域相比，所述窄颈部具有高强度电场，以及配置所述窄颈部，以具有用于在对准到所述纳米孔的所述入口的中间区域处集中分子的所述高强度电场。在所述第一腔和所述第二腔之间施加的电压驱动被集中在所述纳米孔的所述入口处的所述分子通过所述纳米孔。
[0005]根据实施例，提供用于捕获分子的系统。所述系统包括通过将第一腔和第二腔分开的膜的纳米孔。所述纳米孔、所述第一腔和所述第二腔填充有离子缓冲物。所述系统包括在所述第一腔的中间区域处的窄颈部，其中在所述中间区域处的所述窄颈部被对准到所述纳米孔的入口。与具有低强度电场的所述第一腔的其它区域相比，所述窄颈部具有高强度电场。具有高强度电场的所述窄颈部在对准到所述纳米孔的所述入口的中间区域处集中分子。在所述第一腔和所述第二腔之间施加的电压驱动被集中在所述纳米孔的所述入口处的所述分子通过所述纳米孔。
[0006]通过本发明的技术实现另外的特征和优点。本发明的其它实施例和方面在本文中被详细描述并且被视为本发明要求保护的一部分。为了更好的理解本发明的优点和特征，请参考说明书和附图。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]在对说明书结论处的权利要求中具体地指出并清楚地要求保护被认为是发明的主题。从下述详细描述并结合附图，本发明的上述和其它特征、优点将显而易见。
[0008]图1为根据实施例的使用介电泳以增加到纳米孔中的分子的捕获率的系统的示意图。
[0009]图2为根据实施例的使用介电泳以增加分子的捕获率的系统的截面视图的示意图。
[0010]图3示出根据实施例的系统中的微流体通道的细节。
[0011]图4为根据实施例的用于在微流体腔的窄颈部处集中分子并且在纳米孔中捕获分子的方法。
[0012]图5示出可包括在实施例中的具有功能的计算机的实例。
【具体实施方式】
[0013]本公开采用称为介电泳的方法以在纳米孔入口处集中分子，来增加到纳米孔中的分子的捕获率，用于超低浓度的表征。
[0014]在现有纳米孔测序的状态下，因为由于在纳米孔中的离子缓冲物的电阻比纳米孔外部的离子缓冲物的电阻大几个数量级这一事实，跨纳米孔的电场仅存在于纳米孔中和纳米孔的入口附近，DNA通过热运动扩散到纳米孔的入口，并且然后被纳米孔内部的电场捕获到纳米孔中。从而需要高浓度DNA(和/或任何类型的分子)以给予合理的捕获率，例如，到纳米孔中的每秒I ( 一个)DNA的捕获。为了进一步降低DNA测序成本，必须解决DNA样品的超低浓度。
[0015]实施例使用介电泳，其为使用交流电(AC)电场来在非带电颗粒和/或带电介电颗粒上生成电偶极子并然后使用非均匀电场以作为偶极子操控这些颗粒(例如，非带电和/或带电分子)的技术。偶极子经受由电场梯度施加的力，并且相应地在具有最高电场的位置处(例如这里讨论的具有最高电场强度315的区域108)集中。本公开利用介电泳技术(在分子上)以在纳米孔的入口处集中分子，以增加到纳米孔中的分子的捕获率。
[0016]现在参考附图，图1为根据实施例的使用介电泳以增加到纳米孔中的DNA分子的捕获率的系统100的示意图。根据实施例，图1为系统100的顶视图，并且图2为系统100的截面图。
[0017]图1中，系统100包括具有微流体通道102的装置101。微流体通道102填充有离子缓冲物115和DNA分子119。通过装置101形成纳米孔103，其入口在微流体通道102的最窄部分(即，窄颈部160)。以在顶部/顶端连接的两个三角形的形状形成微流体通道102。三角形的底为(约)lmm (毫米)，其被表示为宽度W。微流体通道102的最窄部分(窄颈部160)为(约)I或2微米，其被以宽度Ψ表示。微流体通道102的长度为(约)I或2mm(毫米)，其被表示为长度L。注意这仅是一个实施例，原则上，根据这里所公开的教导，任何在纳米孔103的入口处具有最窄部的其它形状的微流体通道102将可以适用。
[0018]在微流体通道102的两个相对端，诸如Ag/AgCl电极的两个电化学电极105和106被浸到离子缓冲物115中。在两个电极105和106之间施加电压源107的AC电压，以生成电场。电压源的AC电压(可以为DC电压)生成从微流体通道102的一个端到另一端的电场。
[0019]分子119的任何带电颗粒和/或非带电颗粒在此AC电场下，通过颗粒和其反离子(counter 1n)的分离(对于带电颗粒)和/或通过颗粒本身的极化(对于非带电颗粒)而被极化。此极化产生有效电偶极子，并且偶极子经受由电场梯度产生的力。于是，这些颗粒将集中在具有最高电场强度的区域。图1中，如区域/位置108所示，微流体通道102的最窄部分具有最高电场(即，图3示出的最高有效电场强度315)，从而DNA分子119集中在区域108内部。区域108为纳米孔103的入口所在的位置，并且分子119的此集中(通过窄颈部160中的最高电场强度315)增强/改善到纳米孔103中的DNA分子119的捕获率。对于上文提及的实施例，如果在毫米尺寸通道102中的全部DNA分子119被集中在2μπιΧ2μπι区域，在纳米孔103的入口的DNA分子119的浓度将增加到2.5x10s倍(作为一个实例)。因为DNA的捕获率和纳米孔103的入口的DNA分子119的浓度成比例，到纳米孔103中的DNA分子119的捕获率将增加到2.5x10s倍。
[0020]图2示出根据实施例的，装置101和用于通过纳米孔103的分子119(和/或DNA)的易位的实验装置的截面图。从图2进一步看出，装置101包括许多层。层110为诸如Si的衬底。层109和111为诸如Si3N4的电绝缘材料。可以用光刻，通过层109而打开窗口，并且可以使用反应离子刻蚀(RIE)和诸如TMAH (四甲基氢氧化铵)或者KOH (氢氧化钾)的湿法刻蚀来通过衬底110而打开窗口，以产生层111的自支撑膜(free-standing membrane)(而没有刻蚀层111)。层112为具有对层111的材料的(不同的)刻蚀选择性另一电绝缘材料，以便可以将微流体通道102刻蚀到层112中且停在层111上。图2中，在层112中说明微流体通道102。
[0021]用透射电子显微镜、聚焦离子束钻孔或反应离子刻蚀，通过层(膜)111，产生纳米孔103 (直径从亚nm至10nm)。层113为由诸如PDMS (聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane))的任何电绝缘材料制成的盖，以密封微流体通道102。为了不模糊图1，图1中未示出层113。图1示出已经剥离了层113的顶视图，但是要理解存在有层113 (但是视觉上没有示出)。
[0022]流体基元(fluidic cell) 114在晶片的背侧(即，在衬底110的背侧)并且填充有与前侧上的微流体通道102相同的离子缓冲物115。诸如Ag/AgCl电极的两个电化学电极116和117分别在前侧微流体通道102和背侧流体基元114处被浸到离子缓冲物115中。在两个电极116和117之间施加电压源118的电压，以驱动分子119通过纳米孔103。还利用电压源118的电压，以生成由电流表125测量的通过纳米孔103的离子电流，并且使用测量的离子电流(通过电流表125)，表征在纳米孔103中时的分子119。由电流表25测量的离子电流流出，通过电极117，通过离子缓冲物115，通过纳米孔103(其中纳米孔103中的分子119改变/影响离子电流)，回到电极116，并且然后回到电压源118中。
[0023]注意有两种方法来避免由电压源107的电压产生的AC场和由电压源118的电压产生的离子电流(流经电流表125并且被其测量)的交叉串扰(cross-talking):
[0024]情况(I)中，在DNA分子119被集中到纳米孔103的入口之后即刻电压源107的八￠:场(被关闭)关闭时，可以测量离子电流(由电流表125测量)；
[0025]情况⑵中，当离子电流(由电流表125测量)采用100纽2的低通滤波器时，来自电压源107的化场可以为高频率(例如册12)。
[0026]如上面所提及，分子119将集中在纳米孔103的入口所位于的区域108内部。这将增强到纳米孔103中的分子119的捕获率。例如，通常采用约10=1(纳摩尔)的0嫩分子浓度(例如，高浓度)，以获得约1/秒的0嫩分子捕获率(每秒10嫩分子)。如先前在实施例中提及的，如果在微流体纳米通道102中施加…场(通过电压源107),在纳米孔103的入口的0嫩分子119的浓度增加到2.51105倍。从而，加载到纳米通道102中的0嫩分子的原始浓度可以低至(例如，低浓度)40^1(豪微微摩尔或者4x10—14摩尔)。
[0027]下面提供对非带电分子119和带电分子119的进一步讨论。电偶极子为正和负电荷/颗粒的分离。其最简单实例是一对幅值相等但是符号相反且通过一定(通常较小)距离分离的电荷(如下所示，其在分子119上出现
[0028]对于非带电分子119，由电压源107(通过电极105和106)施加的(…)电压极化非带电分子119，导致在非带电分子119上的偶极子。由电压源107的电压产生的电场在非带电分子119上产生偶极子，以便高强度电场在区域108中集中分子119(通过其各自的偶极子
[0029]对于带电分子119，离子缓冲物115(例如溶液)具有倾向于屏蔽带电分子119的可移动离子。这些屏蔽离子被称为反离子。由于通过在反离子上的热搅动使其分隔一些距离，带电分子119上的原始电荷和反离子形成电双层。此相反电荷组成的电双层实际上是偶极子。此外，带电分子119自身的极化还添加了附加的偶极矩。另外，由电压源107的电压产生的电场产生高强度电场，以在区域108中集中分子119(通过其各自的偶极子)
[0030]这样，系统100中的非带电分子119和带电分子119为偶极子。微流体通道102的中间的变窄的形状(即，窄颈部160)导致，当施加电压源107的电压时，分子119(即，具有偶极子的带电和非带电的分子119)在区域108(即，纳米孔103的入口)中集中。然后通过由跨纳米孔103的电压源118的电压产生的电场，将集中的分子119驱动(捕获)到纳米孔103中。因为纳米孔103中的离子缓冲物115的电阻比纳米孔103外部的离子缓冲物115的大几个数量级，几乎电压源118的全部电压落在纳米孔103内部的离子缓冲物115上，并且在纳米孔103外部有(存在)少量(例如，少得多的)电场。因此，0嫩分子119做/履行布朗运动，直到其达到纳米孔103的入口，并且然后纳米孔103内部的电场(通过电压电源118)能够将0嫩分子119捕获到纳米孔103中。因此，这解释了为什么到纳米孔中的0嫩分子的捕获率与0嫩浓度成比例，并且为什么需要增加在纳米孔入口的0嫩的集中。如本领域技术人员所理解的，布朗运动指的是悬浮在流体(液体或者气体)中的颗粒的随机运动，其由于气体或者液体中的快速运动的原子或者分子的轰击所导致。
[0031]转到图3，示出根据实施例的微流体通道102(在系统100中)的进一步细节。尽管为清楚起见，省略系统100的一些元件，应理解系统100还包括图1和2中所讨论的元件。
[0032]图3中，微流体通道102被示出具有下面所示的相应的电流密度分布305。例如，当施加电压源107的电压时，在微电流通道102中出现微电流通道102的实例电流密度分布305。电流密度分布305为电极105和106之间的在微电流通道102中的电流流动。例如，取决于交流电流⑷的方向，出现通过微电流通道102的下列电流流动(对于相反电流流动反向，反之亦然)。
[0033]当施加电压源107时，电(离子)流从电极105流到微流体通道102的左(三角形)腔322中的离子缓冲物115中，(密集地)通过(在区域108处)窄颈部160，通过右(三角形)腔324，通过电极106出来，并且回到电压源107中。如本领域技术人员所理解的，当电流交替时，电流以相反方向流动。因为从纳米通道102的一端到另一端的总电流是恒定的，微流体通道102的中间的变窄的形状(例如，区域108内的窄颈部160)导致电流密度在区域108增加。对于前面提到的情况，纳米通道102的宽度从一端处(例如，右和左腔322和324的最宽距离)的lmm(例如，W)缩至中央处(窄颈部160)的2ym(例如，W，)，并且从一端到纳米通道102的中央的电流密度增加为500倍。电流密度分布305中的最高电流密度的位置被指定为310。因为电场与电流密度成线性比例，所以，跨微流体通道102/在微流体通道102中的电场在位置315处(其在窄颈部160内)为最高/最强。低电场位置332和334在窄颈部160的任一侧。
[0034]要注意，尽管电流密度分布305、最高电流密度310位置、低电场位置332和334以及最高电场315密度被示为与微流体通道102分离，(电流流动的)电流密度分布305和(具有最高电场位置315和低电场位置332和334的)电场实际上在微流体通道102内(并且流经微流体通道102)。
[0035]通过具有带有在中间收窄的形状的微流体通道102，最高电场强度位置315导致分子119(由于其各自的偶极子)集中/被吸引到纳米孔103所位于的区域108，使得通过电压源118的电压将分子119拉到纳米孔103中。在区域108处的分子119的高浓度(由微流体通道102的窄颈部160导致，该窄颈部160引起导致最高电场强度位置310的高电流密度位置310)高于任何由离子缓冲物115中的分子的随机运动导致的分子119的浓度。这样，在微流体通道102中的离子缓冲物115中，相比于现有技术中(基于分子的随机运动)所需的高浓度的分子119，可以使用超低浓度的分子119。
[0036]图4为根据实施例的用于在微流体通道102中的窄颈部160处集中分子119并且在纳米孔103中捕获分子119的方法400。可以参考图1、2和3。
[0037]在块405，纳米孔103通过将第一腔(S卩，微流体腔)与第二腔(即，流体通道114)分开的膜(即，层111)，并且纳米孔103、第一腔和第二腔填充有离子缓冲物115。
[0038]在块410，在第一腔的中间区域提供/形成窄颈部160 (在左腔322和右腔324之间的区域)，并且在中间区域处的窄颈部160被对准到纳米孔103的入口(顶部)。微流体通道102包括如本文讨论的要进入并且经过纳米孔103的分子119。
[0039]在块415，与包括低强度电场(位置)332和334的第一腔的其它区域(不在窄颈部160处，例如左腔322和右腔324)相比，窄颈部160被配置为包括高强度电场(位置315)。由于窄颈部160具有最高(电流流动的)电流密度310，高强度电场315处于微流体通道102中(例如，在微流体通道102中辐射)，并且由电压源107的(AC)电压导致。
[0040]在块420，包括高强度电场315的窄颈部160在对准到纳米孔103的入口的中间区域(例如，由微流体通道102中的区域108所指定)处集中分子119。
[0041]在块425，在第一腔(微流体通道102)和第二腔(流体基元114)之间施加的(电压源118的)电压驱动集中在纳米孔103的入口处(例如，在区域108内)的分子119通过纳米孔103。
[0042]进一步，该方法包括:第一腔(微流体通道102)包含在窄颈部160两侧的左部分(例如，左腔322)和右部分(例如，右腔324)。该方法包括:窄颈部160接合第一腔的左部分(例如，左腔322)和右部分(例如，右腔324)。
[0043]该方法包括当左部分和右部分接近窄颈部160时，左部分和右部分尺寸减少(例如，以便形成微流体通道102的蝶形形状)。该方法包括:第一腔的窄颈部160包括比第一腔(微流体通道102)的在左部分(例如，在左腔322中流动的电流(的密度))中和右部分(例如，在右腔324中流动的电流(的密度))中的低电流密度(在最高电流密度310的左右侧)高的电流密度(例如，最高电流密度310)。该方法包括:窄颈部160中的较高电流密度(例如，最高电流密度310)对应于(导致)中间区域(例如，区域108)处的窄颈部160中的高强度电场(最高丨最强电场315)，以导致在纳米孔103的入口处集中分子119。
[0044]该方法包括:分子119被初始填充(例如，通过注射器或其它机构)在第一腔的左部分(即，左腔322)和/或右部分(即，右腔324)中，以在纳米孔103中被捕获。该方法包括，由于如本文所讨论的，在带电和非带电分子119上均有偶极子，高强度电场315(在区域108处)导致分子119被吸引到与纳米孔103对准的窄颈部。
[0045]窄颈部160的尺寸被配置/设计为(仅)包括单纳米孔130。窄颈部160的宽度胃’小于(左部分和右部分的)宽度I的一半(例如，1/3、1/4、1/5、1/6….1/10)。左部分和右部分的宽度以一角度减少，以形成窄颈部160的宽度。
[0046]图5示出具有功能的计算机500的实例(例如，作为用于测试和分析的计算机装置的部分)，其可被包括在示例性实施例中。本文所讨论的各种方法、程序、模块、流程图、工具、应用、电路、元件和技术也可并入和/或利用计算机500的功能。再者，利用计算机500的功能以实施本文所讨论的示例性实施例的特征。利用计算机500的一个或多个功能，以实施、连接至、和/或支持本文图1-4中所讨论的任何元件(如本领域技术人员所理解的)。例如，计算机500可为任何类型的技术装置和/或测试装置(包括电流表、电压源、连接器等)。计算机500的输入丨输出装置570 (具有恰当的软件和硬件)包括和丨或通过电缆、插头、线、电极等被耦合至本文所讨论的纳米装置。另外，如本文所讨论的，输入/输出装置570的通信接口包括硬件和软件，该硬件和软件用于通信到、可操作地连接至、读取和/或控制电压源、电流表、离子电流、电场等。例如，输入/输出装置570的用户界面包括跟踪球、鼠标、指点装置、键盘、触摸屏等，用于与计算机500交互，例如对于每个碱基、分子、生物分子等，输入信息、做出选择、独立地控制不同电压源和/或显示、查看和记录离子电流。
[0047]通常地，就硬件结构而言，计算机500包括一个或多个处理器510、计算可读存储存储器和通过本地接口通信地耦合的一个或多个输入/输出装置(1/0)57(^如本领域技术人员所知，本地接口可以为，例如但是不限于，一个或多个总线或者其它有线或无线连接。本地接口具有另外的元件，例如控制器、缓冲器(缓存)、驱动器、中继器和接收器，以能够通信。进一步，本地接口包括地址、控制和/或数据连接以能够在上述组件之间恰当通信。
[0048]处理器510为用于执行可以存储在存储器520中的软件的硬件装置。处理器510几乎可以为任何定制或者市售的处理器、中央处理单元(⑶扔、数据信号处理器(039)或者与计算机500关联的若干处理器中的辅助处理器。
[0049]计算机可读存储器520可以包括易失存储器元件(例如，诸如动态随机存取存储器①狀的、静态随机存取存储器的随机存取存储器(狀的)和非易失存储器元件(例如，如1、可擦除可编程只读存储器、电可擦除可编程只读存储器、可编程只读存储器$801)、带、光盘只读存储器(0)-801)、磁盘、软盘、带盒、盒式录音带等等)中的任何一个或组合。再者，存储器520包含电子、磁性、光学和/或其它类型的存储器介质。注意，存储器520可以具有分布式结构，其中各种部件彼此远离，但是可以被处理器510存取。
[0050]计算机可读存储器520中的软件包括一个或多个单独的程序，每个均包括用于实施逻辑功能的可执行指令的有序列表。存储器520中的软件包括合适的操作系统(0/3) 550、编译器540、源代码530和示例性实施例的一个或多个应用。如所示，应用560包括用于实施所述示例性实施例的特征、处理、方法、功能和操作的众多功能部件。如本文所讨论，计算机500的应用560代表众多应用、代理、软件部件、模块、接口、控制器等，但是应用560不旨在限制。应用560为源程序、可执行程序(目标代码〉、脚本或者包括要被进行的一组指令的任何其它实体。
[0051]1/0装置570包括输入装置(或者外围装置)，例如但不限制于，鼠标、键盘、扫描仪、麦克风、相机等。再者，1/0装置570还包括输出装置(或者外围装置)，例如但不限制于，打印机、显示器等。最后，1/0装置570进一步包括通信输入和输出的装置，例如但不限制于，犯或者调制器/解调器(用于访问远程设备、其它文件、装置、系统或网络〉、射频(即)或其它收发器、电话接口、桥接器、路由器等。1/0装置570还包括用于通过诸如因特网或内联网的各种网络来通信的部件。利用蓝牙连接和电缆(通过，例如，通用串行总线⑴38)端口、串行端口、并行端口、火线、!1011 (高清晰度多媒体接口)等)，1/0装置570被连接至处理器510和丨或与处理器510通信。
[0052]应用560可以被包括在任何计算机可读介质520中，以被指令执行系统、设备、月艮务器或者装置使用或者与其连接，例如基于计算机的系统、包含处理器的系统或者可以从指令执行系统、设备或者装置取出指令并且执行指令的其它系统。在本文档的上下文中，“计算机可读存储介质”可以为可以存储、读取、写入、通信或者传输程序以被指令执行系统、设备或者装置使用或与其连接的任何装置。计算机可读介质可以为，例如但不限制于，电子、磁性、光学或者半导体系统、设备或装置。
[0053]要理解，计算机500包括被包括在本文所讨论的各种装置、服务器和系统中的软件和硬件部件的非限制性实例，并且要理解，另外的软件和硬件部件可被包括在示例性实施例中所讨论的各种装置和系统中。
[0054]本文所使用的术语仅用于描述特定的实施例的目的，不旨在限制本发明。如本文所用的单数形式“一”、“一个”、“所述”也旨在包括复数形式，除非文中另有明确说明。要进一步理解，在本说明书中使用的用语“包括”和/或“包含”详述所述特征、整数(106860)、步骤、操作、元素和/或部件的存在，但不排除一个或者多个其它特征、总体、步骤、操作、元素部件和/或其组合。
[0055]下面权利要求中的相应的结构、材料、作用及所有装置或步骤加功能元件的等价物，均旨在包括用于与其它具体要求保护的要求权利的元素相结合执行功能的任何结构、材料或者作用。已经介绍的本发明的描述用于说明和描述目的，并非旨在穷尽的或限制于所公开形式的发明。在不脱离本发明的范围和精神下的很多修改和变化对本领域技术人员将是显而易见的。选取和描述实施例以便最佳解释本发明的原理和实际应用，以及使得本领域技术人员理解本发明针对所想到的适于特定应用的各种修改的各种实施例。
[0056]这里所描绘的流程图仅是一个实例。在不脱离本发明的精神下，有很多对该图或者步骤(或者操作)的变化。例如，可以不同的顺序进行这些步骤或者添加、删除或修改步骤。所有这些变化被认为是所要求保护的发明的一部分。
[0057]已经描述了本发明的优选实施例，将要理解，本领域技术人员，现在或者将来，可以进行落入所附权利要求保护范围之内的各种改进和提高。这些权利要求将被解释为保持对首次描述的本发明的合适保护。
【权利要求】
1.一种用于捕获分子的方法，所述方法包括: 提供通过将第一腔和第二腔分开的膜的纳米孔，所述纳米孔、所述第一腔和所述第二腔填充有离子缓冲物； 在所述第一腔的中间区域处提供窄颈部，在所述中间区域处的所述窄颈部被对准到所述纳米孔的入口； 将所述窄颈部配置为，与包括低强度电场的所述第一腔的其它区域相比，所述窄颈部包括高强度电场；以及 将所述窄颈部配置为包括所述高强度电场，所述高强度电场在对准到所述纳米孔的所述入口的所述中间区域处集中分子； 其中，在所述第一腔和所述第二腔之间施加的电压驱动被集中在所述纳米孔的所述入口处的所述分子通过所述纳米孔。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一腔包括在所述窄颈部的一侧上的左部分和在所述窄颈部的另一侧上的右部分。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述窄颈部接合所述第一腔的左部分和右部分。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，当所述左部分和所述右部分接近所述窄颈部时，所述左部分和所述右部分的尺寸减少。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，与所述第一腔的所述左部分和所述右部分中的低电流密度相比，所述第一腔的所述窄颈部包括较高电流密度。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述窄颈部中的所述较高电流密度对应于在所述中间区域处的所述窄颈部中的所述高强度电场，以在所述纳米孔的所述入口处集中所述分子。
7.根据权利要求2所述的方法，其中，所述分子被初始填充在所述第一腔的所述左部分和所述右部分中的至少一个中，以被捕获在所述纳米孔中。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述高强度电场导致所述分子被吸引到与所述纳米孔对准的所述窄颈部。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述窄颈部的宽度为I微米。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述窄颈部的宽度为2微米。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述窄颈部的尺寸被配置为包含单纳米孔。
12.根据权利要求3所述的方法，其中，所述窄颈部的宽度小于所述左部分和所述右部分的宽度的一半。
13.根据权利要求3所述的方法，其中，所述左部分和所述右部分的宽度以一角度减少，以形成所述窄颈部的宽度。
14.根据权利要求5所述的方法，其中，所述左部分包括低强度电场。
15.根据权利要求5所述的方法，其中，所述右部分包括低强度电场。
16.一种用于捕获分子的系统，所述系统包括: 通过将第一腔和第二腔分开的膜的纳米孔，所述纳米孔、所述第一腔和所述第二腔填充有离子缓冲物； 在所述第一腔的中间区域处的窄颈部，在所述中间区域处的所述窄颈部被对准到所述纳米孔的入口； 所述窄颈部包括与包括低强度电场的所述第一腔的其它区域相比的高强度电场；以及 所述窄颈部包括在对准到所述纳米孔的所述入口的所述中间区域处集中分子的所述高强度电场； 其中，在所述第一腔和所述第二腔之间施加的电压驱动被集中在所述纳米孔的所述入口处的所述分子通过所述纳米孔。
17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述第一腔包括在所述窄颈部的一侧上的左部分和在所述窄颈部的另一侧上的右部分。
18.根据权利要求16所述的系统，其中，所述窄颈部接合所述第一腔的所述左部分和所述右部分。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，当所述左部分和所述右部分接近所述窄颈部时，所述左部分和所述右部分的尺寸减少。
20.根据权利要求18所述的系统，其中，与所述第一腔的所述左部分和所述右部分中的低电流密度相比，所述第一腔的所述窄颈部包括较高电流密度。
21.根据权利要求20所述的系统，其中，所述窄颈部中的所述较高电流密度对应于在所述中间区域处的所述窄颈部中的所述高强度电场，以在所述纳米孔的所述入口处集中所述分子。
22.根据权利要求17所述的系统，其中，所述分子被初始填充在所述第一腔的所述左部分和所述右部分中的至少一个中，以被捕获在所述纳米孔中。
23.根据权利要求22所述的系统，其中，所述高强度电场导致所述分子被吸引到与所述纳米孔对准的所述窄颈部。
24.根据权利要求16所述的系统，其中，所述窄颈部的宽度为I微米。
25.根据权利要求16所述的系统，其中，所述窄颈部的宽度为2微米。
26.根据权利要求16所述的系统，其中，所述窄颈部的尺寸被配置为包含单纳米孔。
27.根据权利要求18所述的系统，其中，所述窄颈部的宽度小于所述左部分和所述右部分的宽度的一半。
28.根据权利要求18所述的系统，其中，所述左部分和所述右部分的宽度以一角度减少，以形成所述窄颈部的宽度。
29.根据权利要求20所述的系统，其中，所述左部分包括低强度电场。
30.根据权利要求20所述的系统，其中，所述右部分包括低强度电场。
【文档编号】G01N27/447GK104487836SQ201380038979
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年5月30日 优先权日:2012年7月27日
【发明者】彭红波, G·A·斯托洛维茨基, 王德强 申请人:国际商业机器公司