根據瞬時電信號表征樣品中分子間相互作用和運動的方法和設備技術

提供了檢測樣品中瞬時電信號的裝置。還提供了含有本裝置的系統。本裝置和系統可用于各種應用，特別是用于表征樣品，更特別適于表征樣品中存在的分子。（*該技術在2021年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
相關申請的交叉參考根據35U.S.C.§119(e)，本申請要求2000年10月20日申請的系列號為60/242,047的美國臨時申請的優先權，以及2001年4月20日申請的系列號為60/285,578的美國臨時申請的優先權；這兩篇申請并入本文作為參考。
技術介紹
有許多應用是希望檢測和/或表征樣品中分子運動和/或相互作用，如在兩個或多個分子間是否存在結合作用(共價或非共價)。這樣的應用用于不同領域內，包括研究和醫療，如診斷領域。例如，許多研究和臨床診斷方案是以檢測樣品中的分析物為基礎，使用能夠檢測和/或表征一種或多種分析物的存在和/或數量的機理，所述分析物是根據其與互補結合對成員的結合而被檢測出。由于這種應用對于廣泛的科目均有重要意義，已經發展出大量的不同方案和方法來實行這種應用。許多方案和方法使用可檢測的標記，所述標記可以反過來修飾目的分子的特征。其它方法使用間接的化學或物理測量手段來分析樣品，但是通常在這些方法中，要使用昂貴的復雜檢測設備，或者靈敏度非常有限。因此，仍需要發展一種新的方法來表征樣品中的分子運動和/或相互作用。
技術實現思路
本專利技術提供了根據瞬時電信號來表征樣品中第一分子和第二固定化(immobilized)分子的方法和設備。在本方法中，樣品中第一分子相對于第二固定化分子的單向運動產生了瞬時電信號，檢測這個電信號并將其與樣品中第一和第二分子的至少一個特性相聯系，如總電量，運動，速度，數量，結構，或結合作用，其中在許多具體實施方式中，將由第二分子(結合位點)附近的第一分子的過量電荷所產生的瞬時電信號與樣品中的第一和第二分子之間發生的相互作用相聯系。本方法和設備可用于各種應用，包括但不限于(1)檢測和/或表征聚合酶催化的模板依賴性引物延伸反應，如，核酸測序，SNP檢測，基因表達圖譜，實時PCR等；(2)分析檢測應用，如檢測樣品中的蛋白和/或核酸分析物；和(3)表征分子運動，如測量分子和/或離子的擴散長度。附圖說明圖1.1和1.2顯示了產生本專利技術所利用的瞬時電信號的機理示意圖。圖1.3(即1.3.a和1.3.b)；1.4(即1.4.a和1.4.b)和1.5(即1.5.a和1.5.b)提供了代表瞬時電信號的一些實例。圖2.1顯示本專利技術的一種具體實施方式的系統(即代表性的平面傳感器系統)。圖2.2和2.3顯示使用本專利技術實施方式中的二重電極進行的DNA聚合結果。圖2.4提供根據本專利技術解釋瞬時電信號如何獲得關于樣品中A和B的定性/定量的信息的實例。圖3顯示本專利技術在測序應用中的示意圖。圖4∶1到4∶3顯示根據本專利技術的SNP檢測方法示意圖。圖5顯示可選擇的SNP檢測方法示意圖，其中含有目的SNP序列的PCR產物被檢測。圖6顯示根據本專利技術的另一SNP檢測方法示意圖。圖7顯示根據本專利技術的實時PCR應用示意圖。圖8顯示根據本專利技術的微生物病原檢測方法示意圖。圖9顯示根據本專利技術的抗體-抗原檢測應用示意圖。圖10顯示根據本專利技術的蛋白質-蛋白質相互作用試驗示意圖。圖11顯示根據本專利技術的配體-受體試驗示意圖。圖12顯示根據本專利技術的雜交試驗示意圖。圖13顯示根據本專利技術的代表性電極檢測部件示意圖。圖14顯示本專利技術集成硅片裝置的放大圖。圖15顯示適于檢測模板依賴性引物延伸反應的裝置。圖16顯示適于高處理量蛋白篩選的陣列(array)裝置。圖17A和17B顯示下面實驗部分中實施方式1中所用的樣機設備圖18A至18E和圖21顯示在下面實驗部分所記載的測序試驗的結果。圖19A和19B顯示根據本專利技術的基因表達陣列分析試驗的示意圖。圖20顯示本專利技術的試驗系統的噪音成份讀數。圖22顯示本專利技術另一具有代表性的CMOS裝置示意圖。名詞定義本文所用的術語“核酸”指由核苷酸如脫氧核糖核苷酸或核糖核苷酸構成的大分子。本文所用的術語“核糖核酸”和“RNA”指由核糖核苷酸構成的大分子。本文所用的術語“脫氧核糖核酸”和“DNA”指由脫氧核糖核苷酸構成的大分子。本文所用的術語“寡核苷酸”指長度約為10-100個核苷酸的單鏈核苷酸多體本文所用的術語“多核苷酸”指單鏈或雙鏈大分子，由核苷酸單體構成，這些單體長度通常為大于100到約8000或更多個核苷酸。多核苷酸包括單鏈或多鏈構型，其中的一條鏈或多條鏈可能或不可能彼此完全匹配。“核苷酸”指核酸的亞單位，包括磷酸基團，一個5碳糖和含氮堿基，以及這種亞單位的類似物。本文所用術語“多肽”指在一個氨基酸的羧基基團與另一氨基酸的氨基基團之間形成酰胺鍵而生成的化合物。本文所用的術語“寡肽”指具有少于約10個至20個殘基即氨基酸單體單元的肽。本文所用的術語“多肽”指具有大于約10個至20個殘基的肽。本文所用術語“蛋白”指具有大于約50個殘基的特定序列的多肽。本文所用術語“陣列”指具有多個瞬時電信號檢測部件的基質，該部件穩定地連接在基質的表面，其結合物質(binding agent)可以多種不同模式空間地定位在基質表面，通常彼此之間是流體分離的。術語“結合物質”指任何特異性結合對的成員的物質，其中該物質可包括肽，如蛋白或其片段；核酸，如寡核苷酸，多核苷酸；以及諸如此類。術語“生物大分子”包括肽或多核苷酸，以及由氨基酸或核苷酸類似物或非核苷酸基團構成的化合物，或含有氨基酸或核苷酸類似物或非核苷酸基團的化合物。這樣，該術語包括那些常規多核苷酸骨架被非天然存在的或合成的骨架所取代的化合物，以及那些一個或多個常規堿基被合成的能夠參與形成Watson-Crick型氫鍵的堿基所取代的核酸。具體實施例方式提供根據瞬時電信號表征樣品中第一分子和第二固定化分子的方法和裝置。在本方法中，檢測樣品中由于第一分子相對第二固定化分子的單向運動所產生(即引起)的瞬時電信號，并將該瞬時電信號與樣品中第一分子和第二分子的至少一種特征相聯系，如總電荷，運動，速度，數量，結構或結合作用，在許多具體實施方式中，將瞬時電信號與樣品中第一和第二分子間的相互作用相聯系，所述瞬時電信號是由臨近第二分子(結合位點)的第一分子的過量電荷所產生。本方法和裝置可用于各種應用，包括但不限于(1)檢測和/或表征聚合酶催化的模板依賴性引物延伸反應，如用于核酸測序，SNP檢測，基因表達圖譜，實時PCR等；(2)分析檢測應用，如樣品中的蛋白檢測和/或核酸分析；以及(3)分析分子運動，如測量分子和/或離子的擴散長度。在進一步詳述本專利技術之前，應該明白本專利技術不限于下面所述的特定具體實施方式，因為可對特定具體實施方式進行各種改變，但是仍然屬于本專利技術所要求的范圍。還應知道所用的術語是為了描述特定具體實施方式，并非限制本專利技術的范圍。本專利技術的范圍由權利要求書界定。在說明書和權利要求書中，除非另有清楚的說明，單數形式的“一種”“一個”“該”均包括復數參照。除非另有說明，所用的所有技術性和科學性術語與本專利技術所屬
的普通技術人員所知的含義相同。當給定了數值范圍時，應該理解，除非另有清楚的說明，在該范圍的上限和下限之間的相對于下限單位的十分之一間隔的每個居間值，以及任何其它已述的或在該范圍之內的居間值，均落入本專利技術的范圍。這些小范圍的上限和下限可獨立地包括在這些小范圍之內，也可經過在規定范圍內特定地排除極限后，包括在本專利技術中。在所述范圍包括一個或二個端值時，排除了該一個或二個端值的范圍也包括本文檔來自技高網...

【技術保護點】
表征導電介質樣品中第一分子Ｘ和第二固定化分子Ｙ的方法，所述方法包括：（ａ）提供含有所述固定化第二分子Ｙ、所述導電介質樣品、以及所述第一分子Ｘ的系統；（ｂ）檢測由所述第一分子Ｘ在所述導電介質樣品內相對于所述固定化第二分子Ｙ進行的單向運 動所產生的瞬時電信號；以及（ｃ）將所述檢測的瞬時電信號與樣品中所述第一分子Ｘ和所述第二分子Ｙ的至少一種特征相聯系。

【技術特征摘要】
...

【專利技術屬性】
技術研發人員：N普曼德，A阿西比，
申請(專利權)人：斯坦福大學受托管理委員會，
類型：發明
國別省市：US[美國]