用于渐进双链分子的方法和系统的制作方法

用于渐进双链分子的方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于渐进双链分子的方法和系统。提供了一种用于渐进双链分子的机制。通过第一电压脉冲驱动双链分子进入膜的Y-通道。Y-通道包括主干和分支，并且分支在结处连接到主干。基于比破裂所述双链分子的碱基对所要求的力弱的第一电压脉冲，减慢在Y-通道的结处的双链分子。通过第二电压脉冲驱动双链分子进入Y-通道的结，将所述双链分子分开为第一单链和第二单链。
【专利说明】用于渐进双链分子的方法和系统
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及纳米孔/纳米通道器件，更具体地，涉及在纳米孔/纳米通道器件中的分子的捕获和控制。
【背景技术】
[0002]纳米孔测序是用于检测脱氧核糖核酸(DNA)链上出现的核苷酸的次序的方法。纳米孔(还称为孔、纳米通道、孔洞、等等)可以是内径在几个纳米量级的小孔洞。在纳米孔测序背后的理论是关于当纳米孔被浸入到导电流体中以及跨过纳米孔施加电势(电压)时会发生什么。在这些条件下，可以测量源于导电离子穿过纳米孔的弱电流并且电流的量对纳米孔的尺寸和形状很敏感。如果DNA的单个碱基或者链(或者部分DNA分子)通过纳米孔，那么可以产生通过纳米孔的电流的幅度的变化。还可以在纳米孔周围安置其它电或光传感器以便在DNA碱基通过纳米孔时可以区分DNA碱基。
[0003]可以通过使用各种方法驱动DNA穿过纳米孔，以便DNA最终通过纳米孔。纳米孔尺度具有一种效应，即DNA可以作为长串被迫穿过孔洞，一次一个碱基，像线穿过针眼一样。最近，应用纳米孔作为传感器用于快速分析如脱氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)、蛋白质等等的生物分子引起了人们的兴趣。重点强调纳米孔用于DNA测序的应用，因为此技术有可能将测序的成 本降低到$1000/人类基因组以下。

【发明内容】

[0004]根据一个实施例,提供了一种用于渐进(ratcheting)双链分子的方法。该方法包括通过第一电压脉冲驱动双链分子进入膜的Y-通道。Y-通道包括主干和分支，并且分支在结处连接到主干。该方法包括，基于比破裂双链分子的碱基对所要求的力弱的第一电压脉冲，减慢在Y-通道的结处的双链分子以及通过第二电压脉冲驱动双链分子进入Y-通道的结，将双链分子分开为第一单链和第二单链。
[0005]根据一个实施例，提供了一种用于渐进双链分子的系统。此系统包括具有Y-通道的膜，所述Y-通道包括主干和分支，其中所述分支在结处连接到所述主干。该系统包括在所述膜一侧的顶流体室和在所述膜的相对侧的底流体室；电压源的第一电压脉冲驱动所述双链分子进入所述膜的所述Y-通道。基于比破裂所述双链分子的碱基对所要求的力弱的第一电压脉冲，减慢在Y-通道的结处的双链分子。所述电压源的第二电压脉冲驱动所述双链分子进入所述Y-通道的所述结以将所述双链分子分开为第一单链和第二单链。
[0006]通过本发明的技术可以认识到另外的特征和优点。本发明的另外的实施例和方面在这里被详细描述并且被认为是所要求保护的本发明的一部分。为了更好地理解本发明具有的优点和特点，参考描述和附图。
【专利附图】

【附图说明】
[0007]说明书结论处的权利要求特别指出并要求保护被认为是本发明的主旨。通过随后联系附图的详细描述将明白本发明的前述和其它优点。
[0008]图1示出了根据实施例的DNA-渐进(ratcheting)纳米器件的透视图。
[0009]图2示出了根据实施例的其中膜包括两个Y-通道的纳米器件的缩略图。
[0010]图3示出了根据实施例的渐进DNA分子通过Y-通道的时间依赖偏置电场的图。
[0011]图4示出了根据实施例的具有在左和右分支中的传感器以分别测序单链DNA分子的纳米器件的缩略图。
[0012]图5示出了根据实施例的渐进双链分子穿过Y-通道的方法。
[0013]图6示出了根据实施例的其中膜含有具有多个分支的Y-通道的纳米器件的缩略图。
[0014]图7示出了可以包括在实施例中和/或与实施例结合的具有各种能力的计算机(计算机测试装置)的实例的框图。
【具体实施方式】
[0015]以可负担的成本测序DNA导致许多新的DNA测序方法。然而，一个已有的技术挑战是控制DNA以单-核苷酸分辨率运动。没有这样的控制，在测序过程期间，一些核苷酸将被读取许多次而另一些将被错过。因此，期望这样的器件，其能够逐核苷酸(即，逐碱基)地渐进DNA。大自然已经建立了小然而有效的DNA渐进机器:DNA聚合酶是控制DNA的逐核苷酸的定向运动的蛋白质分子。基于已有方法将DNA聚合酶用于测序技术。为了模仿通过DNA聚合酶的渐进(ratcheting)过程,这里提供了使用合成纳米材料的人造DNA渐进机器。根据实施例，纳米器件具有Y-形纳米通道(例如，Y-通道)以电驱动双链DNA (dsDNA)进入主干通道,接着通过电解链(unzipping)dsDNA并且将每一个单链DNA (ssDNA)穿过分支通道。
[0016]现在转向图1，图1为根据实施例的DNA渐进纳米器件100的截面图。Y-通道140嵌入在膜101中并且Y-通道140是Y-形纳米通道。如这里进一步讨论的，双链DNA分子(dsDNA) 110被驱动穿过并且在Y-通道140中解链。膜101可以是固态膜，如、例如Si02、Si3N4和/或另一绝缘材料。膜101可以具有IOOnm的厚度。一般地，通道可以是穿过固态膜的纳米孔或者在典型纳米流体器件(例如，片上实验室)中的表面通道，如本领域的技术人员所了解的。
[0017]一种Y-通道140是Y-形碳纳米管(Y-CNT)，如图1所示。已经开发了几种方法以制造Y-型CNT，其被设计以在分子水平传输或者倍增电荷信号(分子信号转导(transduction))。
[0018]在随后的文章中讨论了有关Y-形碳纳米管的另外的信息，在此引入其整个内容作为参考:Papadopoulos C, Rakitin A, Li J, Vedeneev AS, Xu JM (2000) Electronictransport in Y-junction carbon nanotubes.Phys Rev Lett85:3476、Deepak FL,Govindaraj A, Rao CNR (2001) Synthetic strategies for Y-junction carbonnanotubes.Chem Phys L ett345:5 - 10.Tu Y, Xiu P, Wan R, Hu J, Zhou RH, and Fang HP(2009), Water-mediated signal multiplication with Y-shaped carbon nanotubes,Proc.Natl.Acad.Sc1.106，18120-18124.[0019]在DNA渐进纳米器件100中，两个流体室(cis和trans.) 130和135通过固态膜101分离并且通过Y-通道140互相连接。顶流体室130、底流体通道135和Y-通道140都用导电溶液145填充。导电溶液145是电解质溶液，如本领域的技术人员所理解的。
[0020]Y-通道140 (Y-CNT)具有连接到左侧分支172和右侧分支174的主干170。图2示出了纳米器件100的缩略图，其中膜101包括两个Y-通道140。注意，可以在膜101中形成多个Y-通道140。
[0021]虽然将会明白，但是图2示出的纳米器件100没有双链DNA分子110和流体室130和135以便不模糊附图。下面提供了 Y-通道140的实例尺寸。主干170可以具有4到IOnm(纳米)和/或小于十纳米的宽度205 (和/或直径)。左侧分支172可以具有2到4nm和/或小于5纳米的宽度210 (和/或直径)。右侧分支174可以具有2到4nm和/或小于5纳米的宽度212 (和/或直径)。结220的角250可以是30-120度，以形成坐车和右侧分支172 和 174。
[0022]参考图1，电压源106被连接到顶流体室130中的电极108a并且连接到第流体室135中的电极108b。电压源106 (以及图4中的安培表160和165)可以通过图7中讨论的计算机测试装置700执行和/或控制。通过将两个电极108a和108b分别插入到cis.和trans.室中，向电极108a和108b施加电压源106的电压脉冲Vtl，其导致跨过膜101施加偏置电场E。。电极108a和108b可以是连接到电池或者任意直流电压源(例如，电压源106)的Ag/AgCl电极。 [0023]通过电压源106施加的电压脉冲V。，(带负电)dsDNA分子110可以被电泳地驱动进入固态Y-通道140的主干170。当dsDNA分子110到达Y通道140的结220处(图2所示)时，利用较高的偏置电场E1 (即，通过电压源106施加更高的电压脉冲V1)克服用于解链dsDNA分子110的一个碱基对的能量势垒，用于破裂两个碱基叠层并且用于将dsDNA片段旋转36度(在dsDNA中的相邻碱基对之间的角)。具体地，当dsDNA分子110被驱动(强迫)进入结220的尖端时，较高的电压脉冲V1 (导致较高的电场E1)将dsDNA分子110破裂为在Y-通道140的左侧分支172中的ssDNA112和在右侧分支174中的ssDNA114。
[0024]因此，一旦dsDNA分子110通过电场Etl (通过电压脉冲V。)驱动穿过主干170到达结220，dsDNA分子110在结220处(暂时)停止(或变慢)。然后，施加较高的电场E1 (通过电压脉冲V1),其足够高以破裂(B卩，克服解链的能量势垒)位于(邻近)结220处的dsDNA分子110的碱基对。在dsDNA分子110邻近结220时通过电压源106施加电压脉冲V1后，dsDNA分子110分别在分支172和174中解链为ssDNA分子112和ssDNA分子114。ssDNA分子112具有单碱基链(通过DNA骨干连接)并且ssDNA分子114具有单碱基链(通过DNA骨干连接))，如本领域的技术人员所理解的。
[0025]图3示出了根据实施例的渐进DNA分子110通过Y-通道140的时间依赖偏置电场图300。y-轴表不电场E,并且X-轴表不时间T。
[0026]如这里所讨论的，通过电压源106施加驱动电压脉冲V。以驱动卿，移动)dsDNA分子Iio从顶流体室130进入Y-通道140，穿过主干170并且进入结220 (即，暂时停止在结220处，因为电场EO不足够强以破裂邻近结220的尖端的碱基对)。例如，图300示出了以时间Ttl到T1施加电场Etl(通过驱动电压脉冲VtlX然后，以时间T1到T2施加导致较高的电场E1的较高的电压脉冲V1，如图3所示。一旦较高电场El破裂(即，解链)先前位于结220处的碱基对，再次施加驱动电压脉冲Vtl (时间从T2到T3)以驱动(即，前进)dsDNA分子110从而在结220处定位(B卩，停止)下一个碱基对。再次需要较高的电压脉冲V1 (并且通过电压源106施加，时间从T3到T4)以破裂现在位于结220处的该下一个碱基对。重复此过程以便一次一个碱基(即，一个核苷酸间隔)地渐进dsDNA分子110穿过Y-通道140，并且导致dsDNA分子110解链成ssDNA分子112和ssDNA分子114.[0027]如图3所示，施加具有较高电场E1的脉冲以打开一个碱基对并且使两个互补核苷酸分别穿成两个分支。通过可选地施加较低的驱动电压脉冲Vtl以及(碱基对破裂)较高的电压脉WV1，图1示出了两个ssDNA112链112和114如何在Y-通道140的两个分支172和174中并且示出了在Y-通道140的主干170中的剩余dsDNA分子105。每次施加高电压脉冲V1, DNA分子110向前移动一个核苷酸(即，一个碱基),并且此为逐核苷酸的渐进。注意ssDNA在CNT中的移动可以无摩擦。因此，电场可以容易地驱动每个ssDNA112和114通过Y-CNT (140)。注意，当切断偏置电场(B卩，切断电压源106)时，两个互补ssDNA分子112和114的杂混(hybridizing)导致反渐进。例如，当切断电压源106时，dsDNA分子110相反运动，返回到顶液态室130并且再次形成碱基对。
[0028]作为一个实例，破裂(在结220处)dsDNA分子110的碱基对之间的氢键要求的能量约2-3kBT，其中Kb是Boltzmann常数并且T是温度。
[0029]一个驱动dsDNA分子110穿过Y-通道140的实例驱动电压脉冲V。可以是0.1伏特，其导致电场Etl和向下驱动力。向下驱动力(从cis.到trans.)没有破裂/解链碱基对。较高的破裂电压脉冲V1可以是0.2伏特，施加约0.1 μ s (微秒)。
[0030]当ssDNA分子112和114中的一个(或者两个)存在于通道分支(例如，各自的分支172和/或174)并且进入底流体室135时，传感器(例如，电极150对作为一个传感器并且电极对155作为另一个传感器)建立在膜101的表面并且在通道分支的末端(例如，分支172和/或174)，该传感器可以用于检测/读取在ssDNA分子112和/或ssDNA分子114中的每个碱基。图4示出了根据实施例的具有在左侧分支172和右侧分支174中的传感器以分别测序ssDNA分子112和 ssDNA分子114的纳米器件100。图4是单链如何被测序的一个实例，并且其它测序方法可以被利用以读取单链的碱基，如本领域的技术人员所明白的。
[0031]例如，传感器可以由在左侧分支172中的电极对150构成并且当DNA碱基在这两个电极150的间隙中时，安培表160可以测量当施加电压源162的电压时的碱基敏感隧穿电流。为了增加读取精度和效率，可以使用纳米器件100以在DNA渐进机器100中同时测序两个互补ssDNA链112和114，这是当前设计的另一个益处。例如，在电极对150之间的碱基(或者可以是之前或者随后的碱基)可以是在电极对155之间的碱基(当前)的互补，并且互补碱基可以通过各自的电压源162和167以及各自的安培表160和165分别测序。
[0032]例如，当电压源162向电极对150施加电压时并且当电压源167向电极对155施加电压时，安培表160测量通过在分支172中的电极150之间的间隙中的碱基(SSDNA112)的隧穿电流并且安培表165测量通过在分支174中的电极155之间的间隙中的碱基(ssDNA114)的隧穿电流。因此，两个互补DNA链112和114同时或者接近同时被测序而dsDNA分子110被渐进，如这里所讨论的。这有助于确认在图4中被读取的碱基的精度，因为在分支172和174中的各自的碱基应该互补。
[0033]互补是在两个核酸序列之间共享的特性，以便当它们彼此反平行对准时，在每个位置处的核苷酸碱基互补。如果它们形成碱基对，那么两个碱基互补。对于DNA，腺嘌呤(A)碱基互补胸腺嘧啶(T)碱基并且反之亦然；鸟嘌呤(G)碱基互补胞嘧啶(C)碱基并且反之亦然。对于RNA，除了存在尿嘧啶以取代胸腺嘧啶外，其它相同并且因此腺嘌呤(A)碱基互补尿嘧啶(U)碱基。
[0034]图5示出了根据实施例的用于渐进双链分子(例如dsDNAllO)穿过Y-通道的方法500。参考图1-4、6和7。各种实例用于DNA，但是等同于应用到RNA。
[0035]在框505处，配置(或者控制)电压源106 (例如，计算机测试装置700)以通过第一电压脉冲(Vtl)驱动双链分子110进入在膜101中的Y-通道140。Y-通道140包括主干170和分支172以及174，并且分支172和174在结220处连接到主干。
[0036]在框510处，配置(或者控制)电压源106以基于比破裂双链分子110的碱基对所要求的力更弱的第一电压脉冲(VO)减慢在Y通道140的结220处的双链分子110。
[0037]在框515处，配置(或控制)电压源106 (例如，计算机测试装置700)以通过第二电压脉冲(V1)驱动双链分子110进入Y-通道140的结220中将双链分子110分开为第一单链112和第二单链114。
[0038]该方法还包括在分支的一个(例如，左侧分支172)中测序第一单链(例如，ssDNA112)，并且在分支的另一个(例如，右侧分支174)中测序第二单链(例如，ssDNA112)。测序分支的一个中的第一单链包括读取在第一单链中的一个碱基并且测序分支的另一个中的第二单链包括读取第二单链的另一个碱基，其中在第一单链(ssDNA12)上的一个碱基(在电极对150之间)与在第二单链上的另一个碱基(在电极对155之间)互补。
[0039]该方法还包括同时分别在分支172和174中测序第一单链和第二单链的互补碱基。
[0040]膜101包括多个Y-通道140 (和/或在任意组合的Y-通道340)，每一个都具有主干和分支，如图2和6所示。Y-通道140 (340)是Y-形碳纳米管。
[0041]配置电压源106以(自动、半自动、和/或手动)交替地施加第一电压脉冲(Vtl)第一时长(例如，时间Ttl到T1)和第二电压脉冲(V1)第二时长(例如，时间T1到T2)直到双链分子110完全分开为第一单链(SSDNA112)和第二单链(SSDNA114)。通过断开通过电压源106施加的第一电压脉冲和第二电压脉冲(二者)，可反转双链分子穿过膜101的方向(即，从底流体室135到顶流体室130 (trans.到cis.))。
[0042]图6示出了根据实施例的具有多个分支的Y-通道340的膜101的纳米器件100的缩略图。Y-通道340具有主干350，主左侧分支351和主右侧分支352。主左侧分支351分为二级左侧分支353和二级右侧分支354。类似地，主右侧分支352分为二级左侧分支355和二级右侧分支356。
[0043]随后是Y-通道340的实例尺寸。主干350可以具有5nm的宽度305 (和/或直径)。主左侧分支351和主右侧分支352的每一个可以具有3.2nm的宽度315 (和/或直径)。
[0044]二级左侧分支353和二级左侧分支355的每一个可以具有2nm的宽度315 (和/
或直径)。
[0045] 二级右侧分支354和二级右侧分支356的每一个可以具有2nm的宽度320 (和/
或直径)。
[0046]虽然没有示出以不模糊附图，但是分支353、354、355和356均具有其自身的传感器(即，连到电压源和安培表的电极对)用于读取单碱基。
[0047]当Y-通道340的主干350被制成足够大以用于dsDNA进入时，dsDNAllO可以穿过主左侧分支351或者主右侧分支352。如果dsDNAllO进入主左侧分支351，dsDNA的渐进在二级左侧分支353和二级右侧分支354的通道的结处发生。两个DNA链将解链，并且单链和互补单链分别进入二级左侧分支353和二级右侧分支354 (如上述图1-5中所讨论的)。
[0048]图7示出了计算机700的实例(例如，作为用于测试和分析的计算机测试设备的一部分)，其可以执行、控制和/或调制电压源106的电压和安培表160和165的测量，如这里讨论的。
[0049]这里讨论的各种方法、过程、模块、流程图、工具、应用、电路、元件和技术还可以包括和/或利用计算机700的能力。另外，计算机700的能力可以用于执行这里讨论的示范性实施例的特点。可以利用计算机700的一个或更多能力以执行、连接和/或支持图1-6中的这里讨论的任意元件(如本领域的技术人员明白的)。例如，计算机700可以是任意类型的计算装置和/或测试装置(包括安培表、电压源、连接器等)。计算机700的输入/输出装置770 (具有适宜的软件和硬件)可以包括这里讨论的纳米器件和结构和/或通过线缆、插头、线、电极、膜片钳(patch claom)等稱合到这里讨论的纳米器件和结构。同样,输入/输出装置770的通信接口包括硬件和软件用于与可操作地连接到的电压源、安培表等通信并进行读取和/或控制刚该电压源、安培表和电流轨迹(current trace)(例如、电流的幅度和时长)，如这里讨论的。输入/输出器件770的用户接口可以包括例如，轨迹球、鼠标、定点设备、键盘、触摸屏等，用于与计算机700交换以便输入信息、进行选择、单独控制不同电压源和/或为每个碱基分子、生物分子等显示、观察和记录电流轨迹。
[0050]一般地，关于硬件结构、计算机700可以包括一个或多个处理器710、计算机可读存储器720和一个或多个输入和/或输出(I/`O)装置770，其通过局部接口通信地耦合(未示出)。局部接口可以是，例如但不仅限于一个或多个总线或其它布线或者无线连接，如技术上已公知的。局部接口可以具有另外的元件，例如，控制器、缓冲器(高速缓存)、驱动器、转发器以及接收器以能够通信。另外，局部接口可以包括处理、控制和/或数据连接以能够适合前述部件中的通信。
[0051]处理器710是用于执行可以存储在存储器720中的软件的硬件装置。处理器710可以是实际的任意定制或者商业可得处理器，中央处理器(CPU)、数据信号处理器(DSP)或者与计算机700关联的几个处理器中的辅助处理器并且处理器710可以是基于半导体的微处理器(以微芯片的形式)或者宏处理器。
[0052]计算机可读存储器720可以包括易失性存储元件(例如，随机存取存储器(RAM)，例如动态随机存储存取器(DRAM)，静态随机存储存取器(SRAM)等)以及非易失性存储元件(例如，ROM、可擦可编程序只读存储器(EPR0M)、电子可擦可编程序只读存储器(EEPROM),可编程只读存储器(PR0M)、磁带、只读存储光盘(⑶-ROM)、碟片、磁盘、录音盒、录音带或类似等等)的任意一个或结合。另外，存储器720可以结合电子、磁性、光学和/或其它类型存储介质。注意，存储器720具有分布结构，各种部件相互远离但是可以通过处理器710处理。
[0053]在计算机可读存储器720中的软件可以包括一个或多个分离程序，其每一个都包括用于执行逻辑函数的可执行质量的规则列表。在存储器720中的软件包括合适的操作系统(0/S)750、编译器740、源代码730和示范性实施例的一个或多个应用760。如所示，应用760包括大量功能部件用于执行示范性实施例的特征、工艺、方法、功能和操作。
[0054]操作系统750可以控制其他计算机程序的执行并且提供日程、输入-输出控制、文件和数据管理、存储器管理以及通信控制和相关服务。
[0055]应用760可以是源程序、可执行程序(目标代码)、脚本或包括将被执行的一系列指令的任意其它实体。当源程序、然后程序通常通过编译器(例如，编译器740)编译、汇编、解释等等，其可以包括或者不包括在存储器720中以便合适地与0/S750连接地操作。另外，应用760可以(a)以具有数据和方法的类的面向对象编程语言编写，或者(b)以具有常规程序、常规子程序和/或函数的过程编程语言编写。
[0056]I/O装置770可以包括输入装置(或外设)，例如但不限于鼠标、键盘、扫描器、麦克风、相机等等。另外，I/o装置770还可以包括输出装置(或外设)，例如但不限于打印机、显示器等等。最后，I/O装置770还可以包括在输入和输出之间通信的装置，例如但不限于NIC或者调制/解调器(用于存取远程装置、其它文件、装置、系统或者网络)，射频(RE)或其它收发器、电话接口、桥、路由器等。I/O装置770还包括用于在各种网络(例如互联网或者局域网)上通信的部件。I/O装置770可以利用蓝牙连接和线缆(通过，例如通用串行总线(USB) 口、串行口、并行口、火线、HDMI (高清多媒体接口)等)连接到和/或与处理器710通?目。
[0057]在示范性实施例中，在硬件中执行应用760，应用760可以用下述技术的一个或结合执行，其每一个本领域的技术人员已公知:具有用于基于数据信号执行逻辑功能的逻辑门的分立逻辑电路、具有合适的组合逻辑门的专用集成电路(ASIC)、可编程门阵列(PGA)、现场可编程门阵列(FPGA)，等等。
[0058]这是使用 的术语仅用于描述具体实施例的目的并且没有旨在限制本发明。如这里使用的，除非内容中明确指明否则单数形式“一” “一个”和“这个”旨在还包括多数形式。还应该明白，术语“包括”和/或“包含”，当在此说明书中使用时，具体指状态特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个特征、整数、步骤、操作、元件和/或其组的存在或者添加。
[0059]在下面的权利要求中的对应的结构、材料、作用和所有方式或步骤加上功能元件的等价物旨在包括用于结合其它特别要求保护的其它要求保护元件执行功能的任意结构、材料和作用。提出本发明的描述用于示出和描述目的并且没有旨在穷尽或者限制本发明在公开的形式中。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本领域的技术人员应该明白许多修改和变化。选择并描述实施例以便更好地解释本发明、实际应用的原理，并且使得本领域的其它技术人员明白本发明可用于包括适合于预期的特定应用的各种修改的各种实施例。
[0060]这里描述的流程图仅是一个实例。可以在不脱离本发明的精神的情况下，对其中描述的图或者步骤(或者操作)存在多种变化。例如，可以以不同的次序执行步骤或者可以添加、删除或修改步骤。所有这些变化都被认为是所要求保护的本发明的一部分。
[0061]虽然描述了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员应该明白，现在和将来，可以进行落入本发明随后的权利要求范围内的各种改善和增强。这些权利要求被认为是保持对首次描述的本发明的适合保护。
【权利要求】
1.一种用于渐进双链分子的方法，所述方法包括: 通过第一电压脉冲驱动所述双链分子进入膜的Y-通道，所述Y-通道包括主干和分支、所述分支在结处连接到所述主干； 基于比破裂所述双链分子的碱基对所要求的力弱的所述第一电压脉冲，减慢在所述Y-通道的所述结处的所述双链分子；以及 通过以第二电压脉冲驱动所述双链分子进入所述Y-通道的所述结，将所述双链分子分开为第一单链和第二单链。
2.根据权利要求1的方法，还包括测序在所述分支的一个中的所述第一单链。
3.根据权利要求1的方法，还包括测序在所述分支的一个中的所述第二单链。
4.根据权利要求1的方法，还包括测序在所述分支的一个中的所述第一单链并且测序在所述分支的另一个中的所述第二单链； 其中测序在所述分支的一个中的所述第一单链包括读取在所述第一单链中的一个碱基；以及 其中测序在所述分支的另一个中的所述第二单链包括读取所述第二单链的另一碱基，所述另一碱基与所述一个碱基互补。
5.根据权利要求1的方法，其中所述双链分子是脱氧核糖核酸或者核糖核酸。
6.根据权利要求1的方法，还包括分别在所述分支中同时地测序所述第一单链和所述第二单链的互补碱基。
7.根据权利要求1的方法，其中所述膜包括多个Y-通道，每一个都具有其主干和对应的分支。
8.根据权利要求1的方法，其中所述Y-通道是Y形碳纳米管。
9.根据权利要求1的方法，还包括交替施加第一时长的所述第一电压脉冲和第二时长的所述第二电压脉冲直到所述双链分子完全分开为所述第一单链和所述第二单链。
10.根据权利要求1的方法，还包括通过中断所述第一电压脉冲和所述第二电压脉冲而反转所述双链分子穿过所述膜的方向。
11.一种用于渐进双链分子的系统，所述系统包括: 膜，包括Y-通道，所述Y-通道包括主干和分支，所述分支在结处连接到所述主干；以及 在所述膜一侧的顶流体室和在所述膜的相对侧的底流体室； 电压源的第一电压脉冲驱动所述双链分子进入所述膜的所述Y-通道； 其中基于比破裂所述双链分子的碱基对所要求的力弱的所述第一电压脉冲，减慢在所述Y-通道的所述结处的所述双链分子；以及 所述电压源的第二电压脉冲驱动所述双链分子进入所述Y-通道的所述结以将所述双链分子分开为第一单链和第二单链。
12.根据权利要求11的系统，其中所述第一单链在所述分支的一个中被测序。
13.根据权利要求11的系统，其中所述第二单链在所述分支的一个中被测序。
14.根据权利要求11的系统，其中在所述分支的一个中测序所述第一单链而在所述分支的另一个中测序所述第二单链； 其中测序在所述分支的一 个中的所述第一单链包括读取所述第一单链中的一个碱基；以及其中测序在所述分支的另一个中的所述第二单链包括读取所述第二单链的另一碱基，所述另一碱基与所述一个碱基互补。
15.根据权利要求11的系统，其中所述第一单链和所述第二单链的互补碱基在所述分支中的各自的一个中被同时测序。
16.根据权利要求11的系统，其中所述双链分子是脱氧核糖核酸或者核糖核酸。
17.根据权利要求11的系统，其中所述膜包括多个Y-通道，每一个都具有其主干和对应的分支。
18.根据权利要求11的系统，其中所述Y-通道是Y形碳纳米管。
19.根据权利要求11的系统，其中所述电压源交替地施加第一时长的所述第一电压脉冲和第二时长的所述第二电压脉冲直到所述双链分子完全分开为所述第一单链和所述第二单链。
20.根据权利要求11的系统，其中所述电压源通过中断所述第一电压脉冲和所述第二电压脉冲来反转所述双链分子穿`过所述膜的方向。
【文档编号】C12Q1/68GK103882107SQ201310629758
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2012年12月21日
【发明者】栾斌全, 周如洪 申请人:国际商业机器公司