纳米孔传感器阵列中单元的分离的制作方法

本技术总体上涉及用于确定生物聚合物(诸如多核苷酸或多肽)的序列的装置，并且更具体地涉及纳米孔测序装置。

背景技术：

1、一些多核苷酸测序技术涉及在支持物表面上或在预定的反应室内执行大量受控反应。然后可以观察或检测受控反应，并且随后的分析可以有助于鉴定该反应中所涉及的多核苷酸的特性。此类测序技术的示例包括涉及长读单分子测序、连接测序、合成测序、可逆终止子化学或焦磷酸测序方法的下一代测序或大规模并行测序。

2、一些多核苷酸测序技术利用纳米孔，该纳米孔可以提供用于离子电流的路径。例如，当多核苷酸穿过纳米孔时，多核苷酸中的每个核酸影响通过纳米孔的电流。例如，穿过纳米孔的每个通过核苷酸或一系列核苷酸产生特征电流。可以记录对穿越多核苷酸的不同核苷酸中的每一个核苷酸都是独特的这些特征电流以确定多核苷酸的序列。

3、一些纳米孔测序技术可以以阵列格式操作多个连接的纳米孔装置，如图1中所示。例如，图1中所示的纳米孔阵列100a包括多个纳米孔单位单元，并且这些单位单元共享与共同顺式电极130a相关联的共同顺式阱114a和与共同反式电极134a相关联的共同反式阱116a。整个阵列100a可填充有电解质流体120a。阵列中的特定单位单元101a可包括具有驻留于膜124a中的纳米孔123a的成孔蛋白118a。纳米孔123a可以与固态孔125a流体串联连接。当多核苷酸穿越纳米孔123a时的特征电流可以使用设置在纳米孔123a和固态孔125a之间的场效应晶体管(fet)122a来测量。fet 122a的位置在图1中由图1中所示的其“源极”和“漏极”指示。

4、在百分之几的单位单元中可能存在缺失或破裂膜，破裂膜1241a的一个示例在图1的右手侧示出。由于所有单位单元共享共同的顺式/反式阱，并且由于固态孔的电阻是蛋白质纳米孔的电阻的约10％，所以大电流1001a可以通过具有缺失/破裂膜的单位单元1010a。这种大电流可能具有有害影响，诸如影响相邻单位单元的信号，或耗尽共同顺式/反式阱中电解质的氧化还原试剂。

技术实现思路

1、以下是用于对生物聚合物(例如，多核苷酸或蛋白质)进行测序的某些装置以及使用这些装置的方法的示例。

2、在一些实施方案中，这种装置可具有纳米孔和多个阱和/或流体隧道。生物聚合物可以易位通过这种纳米孔装置中的纳米孔。当生物聚合物的一种或多种单体(例如，核苷酸或氨基酸)在纳米孔附近或纳米孔处时，纳米孔的电阻可响应于一种或多种单体的身份而变化。在一些实施方案中，多个纳米孔传感器装置可形成纳米孔测序阵列。

3、在一些实施方案中，公开了用于减轻当操作纳米孔测序阵列时可能发生的不期望的副作用的方法和系统。例如，所公开的方法和系统可防止一些故障或失效的纳米孔传感器装置影响整个测序阵列的操作。对于另一个示例，所公开的方法和系统可以减轻由通过阵列内的故障或失效的纳米孔传感器的大的不受控制的电流导致的氧化还原试剂的消耗。在具有固态孔/沟道和生物纳米孔(例如，设置在膜中的蛋白质纳米孔)的示例性纳米孔传感器中，如果固态孔/沟道和/或生物孔未适当地形成，例如如果蛋白质纳米孔未插入膜中，则纳米孔传感器可被认为是故障或失效的。如果膜没有形成(例如，在脂质膜的涂覆期间脂质膜没有适当地形成)，则纳米孔传感器也可以被认为是故障或失效的。如果在测序过程期间膜爆裂、破裂或被刺穿，则纳米孔传感器也可被认为是故障或失效的。

4、在一些实施方案中，纳米孔传感器装置可包括集成电子器件和/或微机电系统以主动地控制装置中的流体/离子/电流。例如，该装置可包括微电机阀(mems阀)以将失效的纳米孔传感器与阵列的其余部分分离。又如，该装置可包括空气/气泡生成器、空气/气泡消泡器或压力脉冲生成器，以阻塞、调节或解除阻塞装置中的流体/离子/电流。在一些实施方案中，该装置包括可生成足以中断顺式电极和反式电极之间的离子电流流动的气泡的部件。该部件可以包括将用于电解的电极连接到电压源的开关，或将加热元件(例如，电阻加热器)连接到电压源的开关。

5、可结合本公开使用的示例性纳米孔测序装置和操作该装置的方法的额外细节可见于美国临时专利申请号63/200868、63/169041和63/202971以及国际专利申请号pct/us2021/038125中，其全部内容以引用方式并入本文。

6、本文公开的系统、装置、套件和方法各自具有几个方面，其中没有任何一个方面单独负责其期望的属性。在不限制权利要求书的范围的情况下，现在将简要讨论一些突出的特征。还设想了许多其他示例，包括具有更少、额外和/或不同部件、步骤、特征、对象、益处和优点的示例。各部件、方面和步骤也可以通过不同的方式进行布置和排序。在考虑该讨论之后，特别是在阅读题为“具体实施方式”的部分之后，将理解本文公开的装置和方法的特征如何提供优于其他已知装置和方法的优点。

7、应当理解，本文公开的装置和/或阵列的任何特征可以以任何期望的方式和/或构型组合在一起。此外，应当理解，使用该装置的方法的任何特征可以以任何期望的方式组合在一起。此外，应当理解，此方法和/或装置和/或阵列的特征的任何组合可以一起使用，和/或可以与本文公开的示例中的任一示例组合。更进一步，应当理解，装置中的任一装置和/或阵列中的任一阵列和/或方法中的任一方法的任何特征或特征组合可以以任何期望的方式组合在一起，和/或可以与本文公开的示例中的任一示例组合。

8、应当理解，前述概念和下文更详细讨论的额外概念的所有组合都被设想为是本文公开的发明主题的一部分并且可用于实现本文所述的益处和优点。

技术特征：

1.一种装置，所述装置包括纳米孔单元阵列，所述纳米孔单元中的每个纳米孔单元包括：

2.根据权利要求1所述的装置，其中开关将所述气泡生成电极可操作地连接到电压源。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述反式阱包括电解质，并且所述气泡生成电极被配置为当所述开关被定位成将所述电压源连接到所述气泡生成电极时电解所述电解质以生成气泡。

4.根据权利要求3所述的装置，其中电解所述电解质导致在所述反式阱中形成至少一个气泡。

5.根据权利要求3所述的装置，其中所述气泡生成电极还可操作地连接到场效应晶体管(fet)的栅极端子，并且其中当所述开关将所述电压源连接到所述气泡生成电极时所述fet被关断。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的装置，其中所述开关被配置为当所述装置检测到所述膜支持物已经发生故障时将所述电压源连接到所述气泡生成电极。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中所述气泡生成电极由耐腐蚀材料形成。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中所述气泡生成电极还可操作地连接到电压检测器。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其中纳米孔延伸穿过所述膜支持物。

10.根据权利要求9所述的装置，其中所述纳米孔是由设置在所述膜中的一种或多种多核苷酸、一种或多种多肽、一种或多种类型的生物聚合物、一种或多种碳纳米管、一种或多种类型的固态材料或它们的任何组合形成的结构中的孔。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的装置，其中所述膜支持物由脂质、硅、石墨烯、固态材料、合成材料、脂质的仿生等同物或它们的任何组合形成。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的装置，其中所述装置包括具有多个测序沟道的晶片，所述测序沟道被配置为允许生物聚合物相对于所述晶片的表面基本上水平地或基本上垂直地易位。

13.一种装置，所述装置包括纳米孔单元阵列，所述纳米孔单元中的每个纳米孔单元包括：

14.根据权利要求13所述的装置，其中所述加热元件通过将所述加热元件可操作地连接到电压源的开关激活。

15.根据权利要求14所述的装置，其中所述加热元件是被配置为在所述反式阱内生成所述气泡的电阻加热器。

16.根据权利要求15所述的装置，其中所述装置被配置为当所述装置检测到所述膜支持物已经发生故障时激活所述加热元件。

17.一种装置，所述装置包括：

18.根据权利要求17所述的装置，其中所述阀被配置为当所述装置检测到所述膜支持物已经发生故障时阻塞所述流体连接。

19.根据权利要求17至18中任一项所述的装置，其中所述阀被静电地、电动地、电化学地、电磁地、气动地、热地或以它们的任何组合方式致动。

20.根据权利要求17至19中任一项所述的装置，其中所述阀包括弹性体膜、硅膜、翼片、被配置为存储流体的空腔、加热元件、一个或多个电极或它们的任何组合。

21.根据权利要求17至20中任一项所述的装置，其中所述阀的至少一部分由刺激-响应性聚合物、氧化还原-响应性材料、水凝胶或它们的任何组合形成。

22.根据权利要求21所述的装置，其中所述阀的至少一部分响应于电流而改变体积。

23.根据权利要求17至22中任一项所述的装置，所述装置还包括场效应晶体管(fet)。

24.一种分离用于多核苷酸测序的阵列中的单元的方法，所述方法包括：

25.根据权利要求24所述的方法，其中中断所述单元中的离子流包括通过电解所述单元中的流体来生成气泡。

26.根据权利要求24所述的方法，其中中断所述单元中的离子流包括通过加热所述单元中的流体来生成气泡。

27.根据权利要求24所述的方法，其中中断所述单元中的离子流包括通过电致动静电阀来闭合所述单元中的所述静电阀。

28.根据权利要求24所述的方法，其中中断所述单元中的离子流包括通过热致动弹性体阀来闭合所述单元中的所述弹性体阀。

29.根据权利要求24至28中任一项所述的方法，其中检测所述阵列中的单元是不具备功能的包括检测所述单元的预定隔室中的电势低于阈值。

技术总结
公开了用于对生物聚合物进行测序的装置和使用这些装置的方法。在一个示例中，这种装置具有纳米孔、多个阱和流体隧道以允许生物聚合物在该装置中易位。在一些实施方案中，该装置可包括集成电子器件或微机电系统，诸如阀、气泡生成器/消除器或压力脉冲生成器，以主动地控制该装置中的流体/离子/电流。

技术研发人员：B·博亚诺夫,C·切希拉,A·弗兰纳里,G·克赖恩德,R·S·穆萨,D·塞加莱
受保护的技术使用者：因美纳有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7