通过局部电位测量进行的纳米孔感测的制作方法
【专利摘要】本发明提供了设置在支撑结构中的纳米孔，具有在第一流体储存器与纳米孔入口之间的流体连接和在第二流体储存器与纳米孔出口之间的第二流体连接。第一缓冲浓度的第一离子溶液设置在第一储存器中，不同于第一浓度的第二缓冲浓度的第二离子溶液设置在第二储存器中，纳米孔提供了第一与第二储存器之间的唯一流体连通路径。在纳米孔传感器中的位置上设置有电连接，其在目标物移位通过两个储存器之间的纳米孔时产生表示局部到纳米孔传感器中的至少一个位点的电位的电信号。
【专利说明】通过局部电位测量进行的纳米孔感测
[0001]相关申请的交叉引用
本申请要求2011年4月4日提交的美国临时申请N0.61/471,345的权益，在此其整体通过引用并入。
[0002]关于联邦资助研究的声明
本发明是在美国国立卫生研究院(NIH)颁发的合同N0.5DP10D003900下政府资助作出的。政府在本发明中享有一定的权利。
[0003]背景
本发明一般涉及采用纳米孔传感器的感测系统，并且更特别地涉及当物质通过纳米孔传感器移位时感测物质的技术。
[0004]固态和生物纳米孔日益成为对于开发低成本、高通量感测系统作出的大量努力的焦点，所述感测系统可以用于感测宽范围的物质，包括单一分子。例如，已经提出使用固态纳米孔来使单一分子DNA测序技术成为可能。虽然已经使用改性蛋白质纳米孔来检测和区分通过DNA的酶裂解制备的单一 DNA碱基，但是由通过纳米孔的分子移位测序单链DNA(ssDNA)分子的目的尚未完全实现。
[0005]一种提出的纳米孔感测的方法是基于检测通过设置在膜或其它支撑结构中的纳米孔的离子电流的调制的方法。给定在离子溶液中提供的待通过纳米孔移位的分子，当该分子通过纳米孔移位时，穿过纳米孔的离子电流与没有该分子的情况下通过纳米孔的离子电流相比相应地减少。该纳米孔感测方法的局限性在于通常记录小的微微安离子电流信号是相当难的，所述小的微微安离子电流信号是在与非常快的分子移位速度一致的带宽下的分子纳米孔移位的特征。DNA分子通过纳米孔的移位的速度可以是μ8/核苷酸。此外，以并行多路传输格式记录这种在高带宽下的小电流信号已被证明是极其困难的。
[0006]为了避开用于纳米孔感测的离子电流测量方法的技术挑战，已经提出了几种替代的纳米孔感测方法。这些替代的方法可以归纳为意在努力采用与纳米孔整合的电子传感器来记录较大的并且相对更局部的纳米孔信号。这些纳米孔感测方法包括例如测量跨纳米孔的电容耦合和测量通过移位纳米孔的物质的隧穿电流。虽然提供了令人感兴趣的替代感测技术，这些电容耦合和隧穿电流测量技术尚未改进用于纳米孔感测的常规离子电流检测技术，并且离子电流检测技术仍然受到信号幅度和信号带宽问题的挑战。
[0007]发明概述
通过采用局部电位感测方法提供了一种纳米孔传感器，其克服了常规纳米孔传感器和纳米孔传感技术的测量敏感性和信号带宽限制。在一个这样的实例中，提供了一种纳米孔传感器，包括设置在支撑材料中的纳米孔，具有在第一流体储存器与纳米孔入口之间的流体连接和在第二流体储存器与纳米孔出口之间的第二流体连接。第一缓冲浓度的第一离子溶液设置在第一储存器中，并且第二缓冲浓度(不同于所述第一浓度)的第二离子溶液设置在第二储存器中，纳米孔提供了第一与第二储存器之间的唯一流体连通路径。电连接被设置在纳米孔传感器中的位置上，其在目标物(object)移位通过在两个储存器之间的纳米孔时产生电信号，该电信号表示局部到纳米孔传感器中的至少一个位点的电位。[0008]该纳米孔传感器构造使得能够通过转换元件(如电连接)实现局部电位感测，其提供了高敏感性、高带宽和在移位通过纳米孔的不同目标物之间的大的信号差异。作为结果，纳米孔感测应用，如DNA测序，可以用该纳米孔传感器实现。
[0009]由以下说明书和附图以及由权利要求，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。
[0010]附图简要说明
图1A是用于测量局部电位的第一示例性纳米孔传感器构造的示意性电路图；
图1B是图1A的纳米孔传感器构造的一个示例性晶体管实施方式的电路图；
图1C是用于测量局部电位的第二示例性纳米孔传感器构造的示意性电路图；
图1D是图1C的纳米孔传感器构造的一个示例性晶体管实施方式的电路图；
图1E是图1A和IC的传感器构造的组合的一个示例性晶体管实施方式的电路图；
图1F是用于测量局部电位的纳米孔传感器构造的单电子晶体管实施方式的示意性平面视图；
图1G是用于测量局部电位的纳米孔传感器构造的量子点接触实施方式的示意性平面视图；
图1H是为实施用于测量局部电位的蛋白质纳米孔传感器构造而设置的包括荧光染料的脂质二重层的示意性侧视图；
图2A是用于测量局部电位的纳米孔传感器的示意性图和相应的电路元件；
图2B是图1B的纳米孔传感器晶体管实施方式的电路图；
图3A是为了定量分析传感器而定义的用于测量局部电位的纳米孔传感器构造的几何特征的示意性侧视图；
图3A-3B是用于测量局部电位的纳米孔传感器的纳米孔中的电位图，其中以距进入顺储存器的纳米孔的距离为函数作图，分别针对其中顺和反储存器包含相同离子浓度的流体溶液的构造，和针对顺和反储存器包含不同离子浓度的流体溶液的构造；
图3D-3E是用于测量局部电位的纳米孔传感器的纳米孔中的电场图，分别对应于图3A-3B的电位图；
图4A是当dsDNA分子移位通过纳米孔时,对于50nm厚的纳米孔膜和用于电泳物质移位的IV跨膜电压(TMV)的配置来说，在纳米孔中电位的变化作为在IOnm以下的不同纳米孔直径离子浓度比的函数的图，其中纳米孔被设置用于局部电位测量；
图4B是图4A的图的条件下对于IOnm直径纳米孔在IV TMV下在反储存器中电位的变化图；
图4C是对于设置用于局部电位测量的纳米孔传感器，噪声源和信号作为记录带宽的函数的图；
图4D是对于一定范围的储存器溶液浓度比，设置用于局部电位测量的纳米孔传感器的带宽作为顺室溶液浓度的函数的图；
图4E是在设置用于局部电位测量的纳米孔中纳米孔位点的信号衰减长度作为顺和反储存器溶液浓度比的函数的图；
图5是具有设置在膜上的纳米线FET的设置用于局部电位测量的纳米孔传感器的示意
图； 图6是图5的纳米孔传感器构造的一个示例性实施方式的透视图；
图7A-7B分别是具有设置在石墨烯膜上的纳米线FET的设置用于局部电位测量的纳米孔传感器的示意图，和该纳米孔传感器示例性的实施方式的平面图；
图8A-8B分别是具有设置在纳米线FET上的石墨烯层的设置用于局部电位测量的纳米孔传感器的示意图，和该纳米孔传感器的示例性实施方式的平面图；
图9A-9B分别是具有石墨烯膜的设置用于局部电位测量的纳米孔传感器的示意图和该纳米孔传感器的示例性实施方式的平面图；
图10A-10D是纳米孔相对于设置用于局部电位测量的纳米孔传感器中的纳米线的示例性位置的示意性平面图；
图11是当DNA碱基移位通过纳米孔时对四个DNA碱基的每一个测量的电位信号作为设置用于局部电位测量的纳米孔传感器的纳米孔直径的函数的图；
图12是在纳米线位置上形成纳米孔之前和之后设置用于局部电位测量的纳米孔传感器中的纳米线的敏感性图；
图13A分别是当DNA移位通过在设置用于局部电位测量的纳米孔传感器中的纳米孔时i)测量的通过纳米孔的离子电流和ii)测量的纳米线FET电导率的图，TMV为2V，顺/反储存器溶液浓度比为100:1，局部电位测量在反储存器中进行；
图13B分别是当DNA移位通过在设置用于局部电位测量的纳米孔传感器中的纳米孔时i)测量的通过纳米孔的离子电流和ii)测量的纳米线FET电导率的图，TMV为2.4V，顺/反储存器溶液浓度比为100:1，局部电位测量在反储存器中进行；
图13C分别是当DNA移位通过在设置用于局部电位测量的纳米孔传感器中的纳米孔时i)测量的通过纳米孔的离子电流和ii)测量的纳米线FET电导率的图，TMV为0.6V，顺/反储存器溶液浓度比为1:1，局部电位测量在反储存器中进行；和
图14分别是当DNA移位通过在设置用于局部电位测量的纳米孔传感器中的三个传感器中的纳米孔时，i)通过共享储存器的三个纳米孔测量的总离子电流，ii)测量的通过第一个纳米孔的纳米线FET电导率，iii)测量的通过第二个纳米孔的纳米线FET电导率，和iv)测量的通过第三个纳米孔的纳米线FET电导率的图。
[0011]发明详述
图1A-1E是能够进行纳米孔感测的局部电位感测方法的示例性纳米孔传感器构造的示意图。为了讨论的清楚起见，在图中示出的设备特征没有按比例显示。参照图1A，显示了包括支撑结构(如膜14)的纳米孔传感器3，在所述支撑结构中设置有纳米孔12。在该支撑结构中纳米孔12被设置在作为反储存器和顺储存器示意性显示在这里的两个流体储存器之间，使得纳米孔12是所述顺和反储存器之间仅有的流体联通路径。一个储存器连接到纳米孔的入口，而另一个储存器连接到纳米孔的出口。在该纳米孔传感器局部电位测量检测通过纳米孔的物质移位的操作中，在储存器之一中的流体溶液中提供一种或多种物质目标物，例如分子，用于移位通过纳米孔至两个储存器的另一个中。对于许多应用，并且特别是分子感测应用，可以优选在储存器之一中的离子流体溶液中提供分子或其它物质目标物。
[0012]所述纳米孔作为支撑结构中的孔、间隙或其它洞提供，并且以适于感测感兴趣的物质目标物的大小(或者为对应于几何形状，直径)提供。例如，为了感测分子纳米孔移位，可以优选小于约IOOnm的纳米孔，并且可以更优选小于10nm、5nm或2nm的纳米孔。如以下所讨论的，甚至Inm的纳米孔也可以是合适的并且对于某些分子感测应用甚至是优选的。
[0013]可以设置储存器或纳米孔传感器的其它组件以提供移动物质目标物，如分子，由一个储存器通过纳米孔至另一个储存器的驱动力。例如，可以在具有电压和电流元件16、18的电路中提供电极13和15以在储存器之间产生电泳力，用于以电泳的方式驱动流体溶液，如电导性的离子溶液，和溶液中的物质由一个储存器通过纳米孔至另一个储存器。为了能够电泳驱动物质通过纳米孔，储存器的流体溶液可以作为具有顺从于溶液中的物质的pH和其它特性的电导性离子溶液提供。由此，电路可以通过纳米孔与储存器溶液串联连接，电极13、15如在图中所示，提供了跨纳米孔的在溶液之间的电偏压。
[0014]如在图1A中所示，可以在纳米孔传感器中提供转换元件，其感应局部到元件位点的电位并且产生表示局部电位的特征。例如可以提供感应局部到器件和/或电路7的位点的电势的电连接，如器件或器件区域和/或电路7，线，或电路元件的组合，以产生表示局部电位的信号。电位感应的位置可以在储存器中，在支撑结构的表面上，或在纳米孔传感器内的其它位置。
[0015]例如，如在图1B中所示，可以提供包括例如晶体管器件22的电路20，所述晶体管器件22具有源极，S，漏极，D和沟道区24。在该实例中，沟道区24被物理设置在纳米孔传感器环境中进行局部电位测量的位置上。晶体管沟道区24的物理位置可以是在任何方便和适于获取局部电位的位点。
[0016]在图1A-1B的示例性设置中，设置电位感应电路局部至反储存器以在纳米孔12的反储存器侧提供测量局部至反储存器的电位的晶体管或其它器件。或者，如在图1C中所示，电位感应器件或电路7可以设置在纳米孔的顺储存器侧。这里，例如如在图1D中所示，可以在纳米孔12的顺储存器侧提供包括晶体管24或其它器件的电路用于测量局部至顺储存器的电位。
[0017]在另一示例性的替代设置中，如在图1E中所示，可以包括两个或更多个电路20a、20b等，具有例如感测纳米孔传感器系统中的两个或更多个位置，如纳米孔膜的每一侧，处的电位的晶体管22a、22b。取决于电位感应电路的物理实施，从而可以用这种设置测量在纳米孔膜14的两侧的电位。这是其中能够测量在纳米孔传感器中的两个位点之间的局部电位差异的示例性的设置。因此术语“测量的局部电位”意在指在纳米孔传感器中单一位点的电位，指在两个或更多个位点之间的局部电位的差异或总和，和指在纳米孔传感器设置中两个或更多个位点的局部电位。
[0018]局部电位测量可以通过任何合适的器件和/或电路或其它转换元件作出，包括生物的或其它非固态的转换元件，并且不限于上述晶体管实施方式。例如，如在图1F中所示，可以在膜14或其它支撑结构上提供单电子晶体管(SET)电路27。该SET的源极S和漏极D区域被设置在膜或其它支撑结构上，提供了 SET的隧道壁垒。在得到的量子点系统中，通过SET 27的电导率取决于关于源极S和漏极D的费米能级的SET的能量水平。有了位于SET附近的纳米孔12，当物质目标物移位通过纳米孔，改变SET电路的电导率时，SET的电位和相应的能级水平发生变化。
[0019]在另一实例中，如在图1G中所示，可以在膜14或其它结构上提供量子点接触(QPC)系统29用于进行局部电位测量。在该系统中，提供了电传导区域31，其形成源极S和漏极D区域，它们在纳米孔12的位点上通过非常薄的传导通道区域连接。通道区域足够薄使得垂直于通道区域的电子载体颗粒能量态被量子化。当物质目标物移位通过纳米孔时，该薄传导通道区域内的费米能级发生改变，导致在费米能级以下的量子化态的数目的变化，和QPC电导率的相应变化。
[0020]因此，纳米孔传感器不限于具有固态电压传感器件的固态纳米孔构造。也可以采用生物纳米孔和电位感应设置，例如具有蛋白质纳米孔或其它合适的构造的。例如，如在图1H中所示，可以提供其中设置有蛋白质纳米孔33的脂质二重层膜31。在脂质二重层中提供有电压敏感性染料，例如荧光直接染料37。在这种设置下，当物质目标物例如分子或聚合物移位通过蛋白质纳米孔时，跨脂质二重层的电压降发生变化，并且染料的荧光性通过该电压变化发生改变。光学检测或感测染料荧光和该荧光的变化提供了对该膜位置的电位的感测。可以采用光学显微镜或其它设置来进行作为来自纳米孔传感器的光学输出信号的该电位测量。
[0021]该脂质二重层纳米孔传感器是基于感测在纳米孔的位点的局部电位的生物纳米孔传感器的一个实例。用于纳米孔移位检测的局部电位测量方法不限于特定的固态或生物构造并且可以应用于任何合适的纳米孔构造。
[0022]参照图2A，可以在感测物质通过纳米孔的移位的方法中采用这些用于测量在纳米孔传感器中的一个或多个位点上的局部电位的构造。为了解释这种感测的原理，有益地作为电路35建模纳米孔传感器，该电路包括对应于传感器的物理元件的电组件，如在图2A中所示。顺和反存储器可以各自用特征的流体接入电阻36，7?/# 38模型化。该接入电阻是从储存器溶液的本体至纳米孔位点的流体电阻。纳米孔可以用特征的纳米孔溶液电阻，R/z模型化，其是穿过位于膜或其中设置纳米孔的其它结构的两侧之间的纳米孔的长度的溶液的流体电阻。该纳米孔也可以用特征电容C/z来模型化，其是膜或其中设置纳米孔的其它支撑结构的函数。两个室的接入电阻和纳米孔溶液电阻40是可变的。
[0023]在其中没有物质移位通过纳米孔的纳米孔传感器起始条件中，纳米孔可以通过以上给出的溶液电阻，R/z表征，并且两个流体储存器可以分别通过反储存器和顺储存器的接入电阻和来表征。随后，当物质目标物(如生物分子45)移位通过纳米孔12时，如图2A中所示，纳米孔的溶液电阻R/z和每一个储存器的接入电阻和发生变化，因为在纳米孔中的分子至少部分阻塞了穿过纳米孔长度的通路，改变了纳米孔的有效直径。伴随着这种阻塞，纳米孔的流体溶液电阻和两个储存器的接入电阻增大，超过在纳米孔中没有分子存在时的纳米孔电阻和两个储存器的接入电阻。
[0024]如以下详细解释的，物质目标物部分阻塞纳米孔对纳米孔溶液电阻和储存器接入电阻的影响不同。作为结果，移位物质部分阻塞纳米孔导致在纳米孔与顺和反储存器溶液之间发生电压的相应再分配，并且由此调整整个纳米孔传感器的位点上的电位。在图2A中示为A和B的两个位点的局部电位因此随着纳米孔溶液电阻的该变化和储存器溶液与纳米孔之间的电压的再分配而变化。在这些位点中的任一个上或在纳米孔传感器构造的另一位点上的电位的测量，或在两个或更多个位点之间的局部电位的差异的测量，从而提供了一种分子移位通过纳米孔的指示。
[0025]在选择的纳米孔传感器位点上的局部电位和该电位的变化可以通过例如晶体管器件中的传导通道的电导率的变化来感测。因此可以采用晶体管通道的电导率作为局部到晶体管通道的物理位置的电位的直接指示。因此，图1A-1B的纳米孔传感器设置对应于在图2A的电路35中的位点A的局部电位测量。图1C-1D的纳米孔传感器设置对应于在图2A的电路35中的位点B的局部电位测量。图1E的纳米孔传感器设置对应于在图2A的电路35中的位点A和B 二者的局部电位测量，并且允许测定这两个位点电位之间的差异。
[0026]图1B的示例性构造的一种等同电路显示在图2B中。这里分别表示了顺和反储存器的接入电阻和纳米孔的流体溶液电阻，用于测量局部电位的器件(如晶体管22的通道)的位置在这里设置在图2A的A位点，在纳米孔的反储存器侧提供了反储存器中的局部电位指示。通过这种设置，当物质目标物(如分子)移位通过纳米孔时，可以监控电位测量电路的输出信号在电位上的变化，对应于纳米孔的状态的变化和在纳米孔中一个或多个目标物的存在或不存在。
[0027]该分析可以应用于任何其中提供了局部电位测量电路和/或器件的纳米孔传感器中。该分析不限于上述FET实施方式，并且可应用于以上示出的所有实施方式，以及其它实施方式中。唯一需要的只是提供当物质目标物移位通过纳米孔时做出局部电位测量的器件或电路。
[0028]为了进一步分析纳米孔传感器系统参数，可以如在图3A的示意性表示中显示的来模型化纳米孔传感器。可以采用几种假设来使能够分析计算。首先，可以忽略由包括局部电位感应器件或电路所引起的纳米孔传感器膜、纳米孔或其它区域的几何变化，并且所述电位感应器件可以模型化为点电位检测器。假设储存器包含电传导的离子溶液。两种储存器溶液规定为通过区别离子浓度来表征。通过此说明，通过纳米孔系统的浓度分布由通过顺/反储存器浓度差驱动的稳态扩散决定。可以通过将在纳米孔的两侧上的小半球中缓冲浓度分布和电位近似为常数作出进一步的假设。假设纳米孔传感器为稳态。在这些条件下，纳米孔传感器的扩散方程如下:
【权利要求】
1.一种纳米孔传感器，包括：设置在支撑结构中的纳米孔；第一流体储存器与纳米孔入口之间的流体连接，第一缓冲浓度的第一离子溶液设置在 第一存储器中；第二流体储存器与纳米孔出口之间的流体连接，不同于第一浓度的第二缓冲浓度的第 二离子溶液设置在第二存储器中，所述纳米孔提供了第一与第二储存器之间的唯一流体连 通路径；和设置在纳米孔传感器中的位置上的电连接，其在目标物移位通过在两个储存器溶液之 间的纳米孔时产生电信号，该电信号表示局部到纳米孔传感器中的至少一个位点的电位。
2.权利要求1的纳米孔传感器，其中所述电连接设置在与两个储存器流体溶液中的一 个连通的传感器位置上，该溶液具有比两个储存器流体溶液中的另一个低的缓冲浓度。
3.权利要求1的纳米孔传感器，其中所述电连接设置在传感器的某个位置上，该位置 产生表示在纳米孔入口和纳米孔出口之一处的局部电位的电信号。
4.权利要求1的纳米孔传感器，其中所述电连接设置在传感器的某个位置上，该位置 产生表示在纳米孔入口和纳米孔出口处的局部电位之间的差异的电信号。
5.权利要求1的纳米孔传感器，其中所述纳米孔通过流体溶液电阻表征，该较低流体 溶液缓冲浓度的储存器通过存储器接入电阻表征，所述存储器接入电阻具有与纳米孔流体 溶液电阻相同的数量级并且比该较高流体溶液缓冲浓度的储存器的特征存储器接入电阻 高至少一个数量级。
6.权利要求5的纳米孔传感器，其中所述电连接设置在产生表示储存器之一中的局部 电位的电信号的传感器位置上，该储存器通过较大的储存器接入电阻表征。
7.权利要求1的纳米孔传感器，其中流体溶液缓冲浓度中的一个比流体溶液缓冲浓度 中的另一个大至少约20倍。
8.权利要求1的纳米孔传感器，其中流体溶液缓冲浓度中的一个比流体溶液缓冲浓度 中的另一个大至少约50倍。
9.权利要求1的纳米孔传感器，其中流体溶液缓冲浓度中的一个比流体溶液缓冲浓度 中的另一个大至少约100倍。
10.权利要求1的纳米孔传感器，其中第一流体储存器的流体溶液缓冲浓度和第二流 体储存器的流体溶液缓冲浓度之间的差异足以产生由纳米孔的入口和纳米孔的出口之一 测量的至少约5nm的局部电位信号衰减长度。
11.权利要求1的纳米孔传感器，其中第一流体储存器的流体溶液缓冲浓度和第二流 体储存器的流体溶液缓冲浓度之间的差异足以产生以至少约50MHz的带宽表征的局部电 位信号。
12.权利要求1的纳米孔传感器，其中所述纳米孔的特征在于直径在约lnm和约5nm之间。
13.权利要求1的石墨烯纳米孔传感器，其中所述纳米孔的特征在于直径小于约2nm。
14.权利要求1的纳米孔传感器，其中所述电连接设置在纳米孔的入口和纳米孔的出 口之一上，并且产生了表示局部到纳米孔的入口和纳米孔的出口之一的电位的电信号。
15.权利要求1的纳米孔传感器，其中所述电连接设置在所述纳米孔上并且产生了表示局部到纳米孔入口的电位和局部到纳米孔出口的电位之间的差异的电信号。
16.权利要求1的纳米孔传感器，其中所述电连接包括电气器件或器件区域。
17.权利要求1的纳米孔传感器，其中所述电连接包括电路。
18.权利要求1的纳米孔传感器，其中所述电连接包括晶体管。
19.权利要求18的纳米孔传感器，其中所述电连接包括场效应晶体管。
20.权利要求19的纳米孔传感器，其中所述电连接包括纳米线场效应晶体管。
21.权利要求20的纳米孔传感器，其中所述纳米线包括硅纳米线。
22.权利要求18的纳米孔传感器，其中所述电连接包括单电子晶体管。
23.权利要求18的纳米孔传感器，其中所述晶体管设置在所述纳米孔支撑结构上。
24.权利要求19的纳米孔传感器，其中所述场效应晶体管包括设置在纳米孔上的电子传导通道。
25.权利要求1的纳米孔传感器，其中设置纳米孔的所述支撑材料包括膜。
26.权利要求1的纳米孔传感器，其中设置纳米孔的所述支撑材料包括石墨烯的悬浮层。
27.权利要求1的纳米孔传感器，其中所述电连接包括其中设置纳米孔的石墨烯层。
28.权利要求25的纳米孔传感器，其中所述电连接包括设置在纳米孔的入口和纳米孔的出口之一的位置处的膜上的纳米线。
29.权利要求1的纳米孔传感器，其中设置纳米孔的所述支撑结构包括固态材料。
30.权利要求1的纳米孔传感器，其中设置纳米孔的所述支撑结构包括生物材料。
31.权利要求1的纳米孔传感器，进一步包括在第一流体溶液和第二流体溶液之间的电连接，其在纳米孔的入口和纳米孔的出口之间施加电偏压以电泳地驱动目标物通过纳米孔。
32.权利要求1的纳米孔传感器，其中所述电连接响应于分子移位通过纳米孔而产生表示局部到在纳米孔传感器中的至少一个位点的电位的电信号。
33.权利要求1的纳米孔传感器，其中所述电连接响应于选自DNA、RNA、核苷酸、核苷、寡核苷酸、蛋白质、多肽和氨基酸中的至少一种移位通过纳米孔而产生表示局部到在纳米孔传感器中的至少一个位点的电位的电信号。
34.权利要求1的纳米孔传感器，其中所述电连接响应于A、T、G和CDNA碱基中的每一个相应之一移位通过纳米孔而产生明显不同的表示局部到在纳米孔传感器中的至少一个位点的电位的电信号。
35.权利要求34的纳米孔传感器，其中两种流体溶液缓冲浓度中的一个比两种流体溶液缓冲溶度的另一个大至少约100倍，且其中所述电连接响应于A、T、G和C DNA碱基中的每一个相应之一移位通过纳米孔而产生不同的表示局部到在纳米孔传感器中的至少一个位点的电位的电信号，每一个不同的电信号之间的差异为至少约5mV。
36.权利要求1的纳米孔传感器，其中所述电连接响应于DNA片段移位通过纳米孔而产生表示局部到在纳米孔传感器中的至少一个位点的电位的电信号。
37.权利要求1的纳米孔传感器，其中所述电连接产生了可以作为时间的函数处理的电信号以确定目 标物通过纳米孔的移位的时间和持续时间。
38.一种纳米孔传感器，包括:设置在支撑结构中的纳米孔； 第一流体储存器与纳米孔入口之间的流体连接，第一缓冲浓度的第一离子溶液设置在第一存储器中； 第二流体储存器与纳米孔出口之间的流体连接，不同于第一浓度的第二缓冲浓度的第二离子溶液设置在第二存储器中，所述纳米孔提供了第一与第二储存器之间的唯一流体连通路径；和 设置在纳米孔传感器中的位置上的转换元件，其在目标物移位通过所述纳米孔时产生特征表示局部到纳米孔传感器中的至少一个位点的电位。
39.权利要求31的纳米孔传感器，其中所述支撑结构包括脂质二重层且其中所述转换元件包括脂质二重层的区域，该区域包括响应于局部电位的变化而改变荧光的荧光染料。
40.权利要求30的纳米孔传感器，其中所述支撑材料包括固态材料。
【文档编号】G01N33/487GK103842519SQ201180071394
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2011年4月29日 优先权日:2011年4月4日
【发明者】C.M.利伯, P.谢 申请人:哈佛大学校长及研究员协会