用于生物傳感器小孔形成的方法技術

公開了用于分子檢測和感測的生物芯片。所述生物芯片包括襯底。所述生物芯片包括多個在所述襯底上形成的具有大于每平方毫米500個小孔的密度的離散位點。每一個離散位點包括配置在所述襯底上以形成小孔的側壁。每一個離散位點包括配置在所述小孔底部的電極。在一些實施方案中，形成所述小孔，以使得所述小孔之間的串擾減小。在一些實施方案中，將配置在所述小孔底部的電極組織成成組的電極，其中每一組電極共享共同的對電極。在一些實施方案中，配置在所述小孔底部的電極具有專用對電極。在一些實施方案中，使所述側壁的表面硅烷化，以使得所述表面促進膜在所述小孔中或所述小孔附近的形成。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】交叉引用本申請要求2013年10月23日提交的標題為“MethodsforFormingLipidBilayersonBiochips”的美國臨時申請第61/894,661號的權益，所述臨時申請通過引用整體并入本文。背景生物芯片可用于各種類型的分子檢測和感測，包括核酸分子的測序。核酸測序是一個可用于提供核酸樣品的序列信息的過程。此類序列信息在對受試者進行診斷和/或治療中可能是有幫助的。例如，受試者的核酸序列可用于鑒別、診斷遺傳疾病，并且可能開發針對該遺傳疾病的治療。作為另一個實例，對病原體的研究可導致針對接觸性傳染病的治療。有可獲得的方法可用于對核酸進行測序。然而，此類方法是昂貴的，而且可能無法在一個時間段內精確地提供對診斷和/或治療受試者而言可能是必要的序列信息。概述納米孔可用于檢測各種分子，包括但不限于對聚合物諸如核酸分子進行測序。本文中認識到需要改進的生物芯片和制造生物芯片(例如，包含納米孔)的方法。在一些情況下，常規半導體加工技術在生產用作生物芯片的硅裝置中是有缺陷的。例如，提供了可生產經受住(例如，在接觸過程中或之后可運行的)高腐蝕環境諸如水溶液(例如，包含離子)的生物芯片的方法。在另一個方面，本文所述的方法產生有助于有機膜(例如，脂質雙層)形成的生物芯片表面。在另一個方面，所述方法提供了進行生物芯片中的離子電流流的電測量所需的電化學電極。除其它以外，根據本文所述的方法產生的生物芯片可用于核酸分子鑒定和聚合物(例如，核酸)測序。在一些情況下，聚合物穿過納米孔，而該聚合物的各種亞單位(例如，核酸的腺嘌呤(A)、胞嘧啶(C)、鳥嘌呤(G)、胸腺嘧啶(T)和/或尿嘧啶(U)堿基)影響流過納米孔的電流。如本文所述，可通過在跨納米孔和/或跨膜施加的多個電壓下測量電流來鑒定各種亞單位。在一些情況下，標記的核苷酸的聚合將標簽分子釋放和/或呈遞至納米孔，所述標簽分子可通過在多個跨納米孔和/或膜施加的電壓下測量電流來鑒定。在一個方面，本公開提供了用于形成用于納米孔感測裝置的脂質雙層的方法，所述方法包括：(a)提供包含與多個感測電極流體連通的流體流路的芯片；(b)使脂質溶液流入流體流路；和(c)使至少一個氣泡流至流體流路上，從而形成與感測電極相鄰的脂質雙層，其中所述氣泡橫跨多個感測電極，并且其中所述氣泡與感測電極相鄰，持續至少約1秒。在一些實施方案中，所述氣泡與感測電極相鄰，持續約1ms至約5分鐘之間。在一些實施方案中，所述氣泡與感測電極相鄰，持續至少約30秒。在一些實施方案中，所述氣泡與感測電極相鄰，持續至多約5分鐘。在一些實施方案中，在至少50％的感測電極上方形成脂質雙層。在一些實施方案中，在至少70％的感測電極的上方形成脂質雙層。在一些實施方案中，所述方法還包括將納米孔插入與每一個感測電極相鄰的脂質雙層。在一些實施方案中，所述芯片包含小孔，并且其中所述感測電極存在于小孔中。在另一個方面，本公開提供了用于形成用于納米孔感測裝置的脂質雙層的方法，所述方法包括：(a)提供包含與多個感測電極流體連通的流體流路的芯片；(b)使至少一個氣泡流入流體流路并與所述多個感測電極相鄰，以使得所述氣泡橫跨多個感測電極；和(c)將氣泡的周邊與脂質接觸，其中所述脂質在氣泡下方擴散并擴散至流體流路上，從而形成與感測電極相鄰的脂質雙層。在一些實施方案中，使所述氣泡與脂質接觸至少約30秒。在一些實施方案中，使所述氣泡與脂質接觸約5ms至約5分鐘。在一些實施方案中，在至少70％的感測電極上方形成脂質雙層。在一些實施方案中，所述方法還包括將納米孔插入與每一個感測電極相鄰的脂質雙層。在一些實施方案中，所述納米孔為恥垢分枝桿菌(Mycobacteriumsmegmatis)孔蛋白A(MspA)、α-溶血素、與恥垢分枝桿菌孔蛋白A(MspA)或α-溶血素中的至少一個具有至少70％同源性的任何蛋白質，或其任意組合。在一些實施方案中，插入納米孔包括通過所述電極施加電刺激，以促進所述納米孔在所述脂質雙層中的插入。在一些實施方案中，所述脂質雙層表現出大于約1GΩ的電阻。在一些實施方案中，所述脂質雙層和所述納米孔蛋白一起表現出約1GΩ或更小的電阻。在一些實施方案中，所述脂質包含有機溶劑。在一些實施方案中，所述氣泡為蒸汽氣泡。在一些實施方案中，所述芯片包含小孔，并且所述感測電極存在于小孔中。在一些實施方案中，所述脂質選自由以下組成的組：二植烷酰基-磷脂酰膽堿(DPhPC)、1,2-二植烷酰基-sn-甘油-3磷酸膽堿、1,2-二-O-植烷基-sn-甘油-3-磷酸膽堿(DoPhPC)、棕櫚酰基-油酰基-磷脂酰膽堿(POPC)、二油酰基-磷脂酰甲酯(DOPME)、二棕櫚酰基磷脂酰膽堿(DPPC)、磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰絲氨酸、磷脂酸、磷脂酰肌醇、磷脂酰甘油、鞘磷脂、1,2-二-O-植烷基-sn-甘油；1,2-二棕櫚酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-N-[甲氧基(聚乙二醇)-350]；1,2-二棕櫚酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-N-[甲氧基(聚乙二醇)-550]；1,2-二棕櫚酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-N-[甲氧基(聚乙二醇)-750]；1,2-二棕櫚酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-N-[甲氧基(聚乙二醇)-1000]；1,2-二棕櫚酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-N-[甲氧基(聚乙二醇)-2000]；1,2-二油酰基-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺-N-乳糖基；GM1神經節苷脂、溶血磷脂酰膽堿(LPC)或其任意組合。在另一個方面，本公開提供了納米孔傳感系統，其包括：(a)包含與多個感測電極流體連通的流體流路的芯片，其中每一個所述感測電極被配置來檢測核酸摻入事件后的離子電流；和(b)耦接于所述芯片的控制系統，所述控制系統被編程來：(i)將脂質溶液流入流體流路；(ii)將至少一個氣泡流入流體流路并與感測電極相鄰，持續至少約1秒的時間段，其中所述氣泡橫跨多個感測電極，并且其中所述氣泡至流體流路的流動形成與感測電極相鄰的脂質雙層。在一些實施方案中，所述氣泡與感測電極相鄰，持續約5ms至約5分鐘之間的時間段。在一些實施方案中，所述芯片包含小孔，并且其中所述感測電極存在于小孔中。在一些實施方案中，控制系統在所述芯片外部。在一些實施方案中，控制系統包含計算機處理器。在一些實施方案中，所...

【技術保護點】
一種生物芯片，所述生物芯片包含：襯底；和多個在所述襯底上形成的具有大于每平方毫米500個小孔的密度的離散位點，其中每一個離散位點包括：配置在所述襯底上以形成小孔的側壁；和配置在所述小孔底部的電極。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2013.10.23 US 61/894,6611.一種生物芯片，所述生物芯片包含：
襯底；和
多個在所述襯底上形成的具有大于每平方毫米500個小孔的密
度的離散位點，其中每一個離散位點包括：
配置在所述襯底上以形成小孔的側壁；和
配置在所述小孔底部的電極。
2.根據權利要求1所述的生物芯片，其中形成所述小孔以使得
所述小孔之間的串擾減小。
3.根據權利要求1所述的生物芯片，其中配置在所述小孔底部
的電極從最接近所述電極的納米孔或膜產生大部分的其信號。
4.根據權利要求1所述的生物芯片，其中將配置在所述小孔底
部的電極組織成多組電極。
5.根據權利要求4所述的生物芯片，其中每一組電極共享共同
的對電極。

【專利技術屬性】
技術研發人員：RW戴維斯，ES劉，ET哈拉達，A阿圭爾，A特蘭斯，J波拉，C切奇，
申請(專利權)人：吉尼亞科技公司，
類型：發明
國別省市：美國;US