通過局部電位測量進行的納米孔感測的製作方法
2023-06-09 07:39:26 2
通過局部電位測量進行的納米孔感測的製作方法
【專利摘要】本發明提供了設置在支撐結構中的納米孔，具有在第一流體儲存器與納米孔入口之間的流體連接和在第二流體儲存器與納米孔出口之間的第二流體連接。第一緩衝濃度的第一離子溶液設置在第一儲存器中，不同於第一濃度的第二緩衝濃度的第二離子溶液設置在第二儲存器中，納米孔提供了第一與第二儲存器之間的唯一流體連通路徑。在納米孔傳感器中的位置上設置有電連接，其在目標物移位通過兩個儲存器之間的納米孔時產生表示局部到納米孔傳感器中的至少一個位點的電位的電信號。
【專利說明】通過局部電位測量進行的納米孔感測
[0001]相關申請的交叉引用
本申請要求2011年4月4日提交的美國臨時申請N0.61/471,345的權益，在此其整體通過引用併入。
[0002]關於聯邦資助研究的聲明
本發明是在美國國立衛生研究院(NIH)頒發的合同N0.5DP10D003900下政府資助作出的。政府在本發明中享有一定的權利。
[0003]背景
本發明一般涉及採用納米孔傳感器的感測系統，並且更特別地涉及當物質通過納米孔傳感器移位時感測物質的技術。
[0004]固態和生物納米孔日益成為對於開發低成本、高通量感測系統作出的大量努力的焦點，所述感測系統可以用於感測寬範圍的物質，包括單一分子。例如，已經提出使用固態納米孔來使單一分子DNA測序技術成為可能。雖然已經使用改性蛋白質納米孔來檢測和區分通過DNA的酶裂解製備的單一 DNA鹼基，但是由通過納米孔的分子移位測序單鏈DNA(ssDNA)分子的目的尚未完全實現。
[0005]一種提出的納米孔感測的方法是基於檢測通過設置在膜或其它支撐結構中的納米孔的離子電流的調製的方法。給定在離子溶液中提供的待通過納米孔移位的分子，當該分子通過納米孔移位時，穿過納米孔的離子電流與沒有該分子的情況下通過納米孔的離子電流相比相應地減少。該納米孔感測方法的局限性在於通常記錄小的微微安離子電流信號是相當難的，所述小的微微安離子電流信號是在與非常快的分子移位速度一致的帶寬下的分子納米孔移位的特徵。DNA分子通過納米孔的移位的速度可以是μ8/核苷酸。此外，以並行多路傳輸格式記錄這種在高帶寬下的小電流信號已被證明是極其困難的。
[0006]為了避開用於納米孔感測的離子電流測量方法的技術挑戰，已經提出了幾種替代的納米孔感測方法。這些替代的方法可以歸納為意在努力採用與納米孔整合的電子傳感器來記錄較大的並且相對更局部的納米孔信號。這些納米孔感測方法包括例如測量跨納米孔的電容耦合和測量通過移位納米孔的物質的隧穿電流。雖然提供了令人感興趣的替代感測技術，這些電容耦合和隧穿電流測量技術尚未改進用於納米孔感測的常規離子電流檢測技術，並且離子電流檢測技術仍然受到信號幅度和信號帶寬問題的挑戰。
[0007]發明概述
通過採用局部電位感測方法提供了一種納米孔傳感器，其克服了常規納米孔傳感器和納米孔傳感技術的測量敏感性和信號帶寬限制。在一個這樣的實例中，提供了一種納米孔傳感器，包括設置在支撐材料中的納米孔，具有在第一流體儲存器與納米孔入口之間的流體連接和在第二流體儲存器與納米孔出口之間的第二流體連接。第一緩衝濃度的第一離子溶液設置在第一儲存器中，並且第二緩衝濃度(不同於所述第一濃度)的第二離子溶液設置在第二儲存器中，納米孔提供了第一與第二儲存器之間的唯一流體連通路徑。電連接被設置在納米孔傳感器中的位置上，其在目標物(object)移位通過在兩個儲存器之間的納米孔時產生電信號，該電信號表示局部到納米孔傳感器中的至少一個位點的電位。[0008]該納米孔傳感器構造使得能夠通過轉換元件(如電連接)實現局部電位感測，其提供了高敏感性、高帶寬和在移位通過納米孔的不同目標物之間的大的信號差異。作為結果，納米孔感測應用，如DNA測序，可以用該納米孔傳感器實現。
[0009]由以下說明書和附圖以及由權利要求，本發明的其它特徵和優點將變得顯而易見。
[0010]附圖簡要說明
圖1A是用於測量局部電位的第一示例性納米孔傳感器構造的示意性電路圖；
圖1B是圖1A的納米孔傳感器構造的一個示例性電晶體實施方式的電路圖；
圖1C是用於測量局部電位的第二示例性納米孔傳感器構造的示意性電路圖；
圖1D是圖1C的納米孔傳感器構造的一個示例性電晶體實施方式的電路圖；
圖1E是圖1A和IC的傳感器構造的組合的一個示例性電晶體實施方式的電路圖；
圖1F是用於測量局部電位的納米孔傳感器構造的單電子電晶體實施方式的示意性平面視圖；
圖1G是用於測量局部電位的納米孔傳感器構造的量子點接觸實施方式的示意性平面視圖；
圖1H是為實施用於測量局部電位的蛋白質納米孔傳感器構造而設置的包括螢光染料的脂質二重層的示意性側視圖；
圖2A是用於測量局部電位的納米孔傳感器的示意性圖和相應的電路元件；
圖2B是圖1B的納米孔傳感器電晶體實施方式的電路圖；
圖3A是為了定量分析傳感器而定義的用於測量局部電位的納米孔傳感器構造的幾何特徵的示意性側視圖；
圖3A-3B是用於測量局部電位的納米孔傳感器的納米孔中的電位圖，其中以距進入順儲存器的納米孔的距離為函數作圖，分別針對其中順和反儲存器包含相同離子濃度的流體溶液的構造，和針對順和反儲存器包含不同離子濃度的流體溶液的構造；
圖3D-3E是用於測量局部電位的納米孔傳感器的納米孔中的電場圖，分別對應於圖3A-3B的電位圖；
圖4A是當dsDNA分子移位通過納米孔時,對於50nm厚的納米孔膜和用於電泳物質移位的IV跨膜電壓(TMV)的配置來說，在納米孔中電位的變化作為在IOnm以下的不同納米孔直徑離子濃度比的函數的圖，其中納米孔被設置用於局部電位測量；
圖4B是圖4A的圖的條件下對於IOnm直徑納米孔在IV TMV下在反儲存器中電位的變化圖；
圖4C是對於設置用於局部電位測量的納米孔傳感器，噪聲源和信號作為記錄帶寬的函數的圖；
圖4D是對於一定範圍的儲存器溶液濃度比，設置用於局部電位測量的納米孔傳感器的帶寬作為順室溶液濃度的函數的圖；
圖4E是在設置用於局部電位測量的納米孔中納米孔位點的信號衰減長度作為順和反儲存器溶液濃度比的函數的圖；
圖5是具有設置在膜上的納米線FET的設置用於局部電位測量的納米孔傳感器的示意
圖； 圖6是圖5的納米孔傳感器構造的一個示例性實施方式的透視圖；
圖7A-7B分別是具有設置在石墨烯膜上的納米線FET的設置用於局部電位測量的納米孔傳感器的示意圖，和該納米孔傳感器示例性的實施方式的平面圖；
圖8A-8B分別是具有設置在納米線FET上的石墨烯層的設置用於局部電位測量的納米孔傳感器的示意圖，和該納米孔傳感器的示例性實施方式的平面圖；
圖9A-9B分別是具有石墨烯膜的設置用於局部電位測量的納米孔傳感器的示意圖和該納米孔傳感器的示例性實施方式的平面圖；
圖10A-10D是納米孔相對於設置用於局部電位測量的納米孔傳感器中的納米線的示例性位置的示意性平面圖；
圖11是當DNA鹼基移位通過納米孔時對四個DNA鹼基的每一個測量的電位信號作為設置用於局部電位測量的納米孔傳感器的納米孔直徑的函數的圖；
圖12是在納米線位置上形成納米孔之前和之後設置用於局部電位測量的納米孔傳感器中的納米線的敏感性圖；
圖13A分別是當DNA移位通過在設置用於局部電位測量的納米孔傳感器中的納米孔時i)測量的通過納米孔的離子電流和ii)測量的納米線FET電導率的圖，TMV為2V，順/反儲存器溶液濃度比為100:1，局部電位測量在反儲存器中進行；
圖13B分別是當DNA移位通過在設置用於局部電位測量的納米孔傳感器中的納米孔時i)測量的通過納米孔的離子電流和ii)測量的納米線FET電導率的圖，TMV為2.4V，順/反儲存器溶液濃度比為100:1，局部電位測量在反儲存器中進行；
圖13C分別是當DNA移位通過在設置用於局部電位測量的納米孔傳感器中的納米孔時i)測量的通過納米孔的離子電流和ii)測量的納米線FET電導率的圖，TMV為0.6V，順/反儲存器溶液濃度比為1:1，局部電位測量在反儲存器中進行；和
圖14分別是當DNA移位通過在設置用於局部電位測量的納米孔傳感器中的三個傳感器中的納米孔時，i)通過共享儲存器的三個納米孔測量的總離子電流，ii)測量的通過第一個納米孔的納米線FET電導率，iii)測量的通過第二個納米孔的納米線FET電導率，和iv)測量的通過第三個納米孔的納米線FET電導率的圖。
[0011]發明詳述
圖1A-1E是能夠進行納米孔感測的局部電位感測方法的示例性納米孔傳感器構造的示意圖。為了討論的清楚起見，在圖中示出的設備特徵沒有按比例顯示。參照圖1A，顯示了包括支撐結構(如膜14)的納米孔傳感器3，在所述支撐結構中設置有納米孔12。在該支撐結構中納米孔12被設置在作為反儲存器和順儲存器示意性顯示在這裡的兩個流體儲存器之間，使得納米孔12是所述順和反儲存器之間僅有的流體聯通路徑。一個儲存器連接到納米孔的入口，而另一個儲存器連接到納米孔的出口。在該納米孔傳感器局部電位測量檢測通過納米孔的物質移位的操作中，在儲存器之一中的流體溶液中提供一種或多種物質目標物，例如分子，用於移位通過納米孔至兩個儲存器的另一個中。對於許多應用，並且特別是分子感測應用，可以優選在儲存器之一中的離子流體溶液中提供分子或其它物質目標物。
[0012]所述納米孔作為支撐結構中的孔、間隙或其它洞提供，並且以適於感測感興趣的物質目標物的大小(或者為對應於幾何形狀，直徑)提供。例如，為了感測分子納米孔移位，可以優選小於約IOOnm的納米孔，並且可以更優選小於10nm、5nm或2nm的納米孔。如以下所討論的，甚至Inm的納米孔也可以是合適的並且對於某些分子感測應用甚至是優選的。
[0013]可以設置儲存器或納米孔傳感器的其它組件以提供移動物質目標物，如分子，由一個儲存器通過納米孔至另一個儲存器的驅動力。例如，可以在具有電壓和電流元件16、18的電路中提供電極13和15以在儲存器之間產生電泳力，用於以電泳的方式驅動流體溶液，如電導性的離子溶液，和溶液中的物質由一個儲存器通過納米孔至另一個儲存器。為了能夠電泳驅動物質通過納米孔，儲存器的流體溶液可以作為具有順從於溶液中的物質的pH和其它特性的電導性離子溶液提供。由此，電路可以通過納米孔與儲存器溶液串聯連接，電極13、15如在圖中所示，提供了跨納米孔的在溶液之間的電偏壓。
[0014]如在圖1A中所示，可以在納米孔傳感器中提供轉換元件，其感應局部到元件位點的電位並且產生表示局部電位的特徵。例如可以提供感應局部到器件和/或電路7的位點的電勢的電連接，如器件或器件區域和/或電路7，線，或電路元件的組合，以產生表示局部電位的信號。電位感應的位置可以在儲存器中，在支撐結構的表面上，或在納米孔傳感器內的其它位置。
[0015]例如，如在圖1B中所示，可以提供包括例如電晶體器件22的電路20，所述電晶體器件22具有源極，S，漏極，D和溝道區24。在該實例中，溝道區24被物理設置在納米孔傳感器環境中進行局部電位測量的位置上。電晶體溝道區24的物理位置可以是在任何方便和適於獲取局部電位的位點。
[0016]在圖1A-1B的示例性設置中，設置電位感應電路局部至反儲存器以在納米孔12的反儲存器側提供測量局部至反儲存器的電位的電晶體或其它器件。或者，如在圖1C中所示，電位感應器件或電路7可以設置在納米孔的順儲存器側。這裡，例如如在圖1D中所示，可以在納米孔12的順儲存器側提供包括電晶體24或其它器件的電路用於測量局部至順儲存器的電位。
[0017]在另一示例性的替代設置中，如在圖1E中所示，可以包括兩個或更多個電路20a、20b等，具有例如感測納米孔傳感器系統中的兩個或更多個位置，如納米孔膜的每一側，處的電位的電晶體22a、22b。取決於電位感應電路的物理實施，從而可以用這種設置測量在納米孔膜14的兩側的電位。這是其中能夠測量在納米孔傳感器中的兩個位點之間的局部電位差異的示例性的設置。因此術語「測量的局部電位」意在指在納米孔傳感器中單一位點的電位，指在兩個或更多個位點之間的局部電位的差異或總和，和指在納米孔傳感器設置中兩個或更多個位點的局部電位。
[0018]局部電位測量可以通過任何合適的器件和/或電路或其它轉換元件作出，包括生物的或其它非固態的轉換元件，並且不限於上述電晶體實施方式。例如，如在圖1F中所示，可以在膜14或其它支撐結構上提供單電子電晶體(SET)電路27。該SET的源極S和漏極D區域被設置在膜或其它支撐結構上，提供了 SET的隧道壁壘。在得到的量子點系統中，通過SET 27的電導率取決於關於源極S和漏極D的費米能級的SET的能量水平。有了位於SET附近的納米孔12，當物質目標物移位通過納米孔，改變SET電路的電導率時，SET的電位和相應的能級水平發生變化。
[0019]在另一實例中，如在圖1G中所示，可以在膜14或其它結構上提供量子點接觸(QPC)系統29用於進行局部電位測量。在該系統中，提供了電傳導區域31，其形成源極S和漏極D區域，它們在納米孔12的位點上通過非常薄的傳導通道區域連接。通道區域足夠薄使得垂直於通道區域的電子載體顆粒能量態被量子化。當物質目標物移位通過納米孔時，該薄傳導通道區域內的費米能級發生改變，導致在費米能級以下的量子化態的數目的變化，和QPC電導率的相應變化。
[0020]因此，納米孔傳感器不限於具有固態電壓傳感器件的固態納米孔構造。也可以採用生物納米孔和電位感應設置，例如具有蛋白質納米孔或其它合適的構造的。例如，如在圖1H中所示，可以提供其中設置有蛋白質納米孔33的脂質二重層膜31。在脂質二重層中提供有電壓敏感性染料，例如螢光直接染料37。在這種設置下，當物質目標物例如分子或聚合物移位通過蛋白質納米孔時，跨脂質二重層的電壓降發生變化，並且染料的螢光性通過該電壓變化發生改變。光學檢測或感測染料螢光和該螢光的變化提供了對該膜位置的電位的感測。可以採用光學顯微鏡或其它設置來進行作為來自納米孔傳感器的光學輸出信號的該電位測量。
[0021]該脂質二重層納米孔傳感器是基於感測在納米孔的位點的局部電位的生物納米孔傳感器的一個實例。用於納米孔移位檢測的局部電位測量方法不限於特定的固態或生物構造並且可以應用於任何合適的納米孔構造。
[0022]參照圖2A，可以在感測物質通過納米孔的移位的方法中採用這些用於測量在納米孔傳感器中的一個或多個位點上的局部電位的構造。為了解釋這種感測的原理，有益地作為電路35建模納米孔傳感器，該電路包括對應於傳感器的物理元件的電組件，如在圖2A中所示。順和反存儲器可以各自用特徵的流體接入電阻36，7?/# 38模型化。該接入電阻是從儲存器溶液的本體至納米孔位點的流體電阻。納米孔可以用特徵的納米孔溶液電阻，R/z模型化，其是穿過位於膜或其中設置納米孔的其它結構的兩側之間的納米孔的長度的溶液的流體電阻。該納米孔也可以用特徵電容C/z來模型化，其是膜或其中設置納米孔的其它支撐結構的函數。兩個室的接入電阻和納米孔溶液電阻40是可變的。
[0023]在其中沒有物質移位通過納米孔的納米孔傳感器起始條件中，納米孔可以通過以上給出的溶液電阻，R/z表徵，並且兩個流體儲存器可以分別通過反儲存器和順儲存器的接入電阻和來表徵。隨後，當物質目標物(如生物分子45)移位通過納米孔12時，如圖2A中所示，納米孔的溶液電阻R/z和每一個儲存器的接入電阻和發生變化，因為在納米孔中的分子至少部分阻塞了穿過納米孔長度的通路，改變了納米孔的有效直徑。伴隨著這種阻塞，納米孔的流體溶液電阻和兩個儲存器的接入電阻增大，超過在納米孔中沒有分子存在時的納米孔電阻和兩個儲存器的接入電阻。
[0024]如以下詳細解釋的，物質目標物部分阻塞納米孔對納米孔溶液電阻和儲存器接入電阻的影響不同。作為結果，移位物質部分阻塞納米孔導致在納米孔與順和反儲存器溶液之間發生電壓的相應再分配，並且由此調整整個納米孔傳感器的位點上的電位。在圖2A中示為A和B的兩個位點的局部電位因此隨著納米孔溶液電阻的該變化和儲存器溶液與納米孔之間的電壓的再分配而變化。在這些位點中的任一個上或在納米孔傳感器構造的另一位點上的電位的測量，或在兩個或更多個位點之間的局部電位的差異的測量，從而提供了一種分子移位通過納米孔的指示。
[0025]在選擇的納米孔傳感器位點上的局部電位和該電位的變化可以通過例如電晶體器件中的傳導通道的電導率的變化來感測。因此可以採用電晶體通道的電導率作為局部到電晶體通道的物理位置的電位的直接指示。因此，圖1A-1B的納米孔傳感器設置對應於在圖2A的電路35中的位點A的局部電位測量。圖1C-1D的納米孔傳感器設置對應於在圖2A的電路35中的位點B的局部電位測量。圖1E的納米孔傳感器設置對應於在圖2A的電路35中的位點A和B 二者的局部電位測量，並且允許測定這兩個位點電位之間的差異。
[0026]圖1B的示例性構造的一種等同電路顯示在圖2B中。這裡分別表示了順和反儲存器的接入電阻和納米孔的流體溶液電阻，用於測量局部電位的器件(如電晶體22的通道)的位置在這裡設置在圖2A的A位點，在納米孔的反儲存器側提供了反儲存器中的局部電位指示。通過這種設置，當物質目標物(如分子)移位通過納米孔時，可以監控電位測量電路的輸出信號在電位上的變化，對應於納米孔的狀態的變化和在納米孔中一個或多個目標物的存在或不存在。
[0027]該分析可以應用於任何其中提供了局部電位測量電路和/或器件的納米孔傳感器中。該分析不限於上述FET實施方式，並且可應用於以上示出的所有實施方式，以及其它實施方式中。唯一需要的只是提供當物質目標物移位通過納米孔時做出局部電位測量的器件或電路。
[0028]為了進一步分析納米孔傳感器系統參數，可以如在圖3A的示意性表示中顯示的來模型化納米孔傳感器。可以採用幾種假設來使能夠分析計算。首先，可以忽略由包括局部電位感應器件或電路所引起的納米孔傳感器膜、納米孔或其它區域的幾何變化，並且所述電位感應器件可以模型化為點電位檢測器。假設儲存器包含電傳導的離子溶液。兩種儲存器溶液規定為通過區別離子濃度來表徵。通過此說明，通過納米孔系統的濃度分布由通過順/反儲存器濃度差驅動的穩態擴散決定。可以通過將在納米孔的兩側上的小半球中緩衝濃度分布和電位近似為常數作出進一步的假設。假設納米孔傳感器為穩態。在這些條件下，納米孔傳感器的擴散方程如下:
【權利要求】
1.一種納米孔傳感器，包括：設置在支撐結構中的納米孔；第一流體儲存器與納米孔入口之間的流體連接，第一緩衝濃度的第一離子溶液設置在 第一存儲器中；第二流體儲存器與納米孔出口之間的流體連接，不同於第一濃度的第二緩衝濃度的第 二離子溶液設置在第二存儲器中，所述納米孔提供了第一與第二儲存器之間的唯一流體連 通路徑；和設置在納米孔傳感器中的位置上的電連接，其在目標物移位通過在兩個儲存器溶液之 間的納米孔時產生電信號，該電信號表示局部到納米孔傳感器中的至少一個位點的電位。
2.權利要求1的納米孔傳感器，其中所述電連接設置在與兩個儲存器流體溶液中的一 個連通的傳感器位置上，該溶液具有比兩個儲存器流體溶液中的另一個低的緩衝濃度。
3.權利要求1的納米孔傳感器，其中所述電連接設置在傳感器的某個位置上，該位置 產生表示在納米孔入口和納米孔出口之一處的局部電位的電信號。
4.權利要求1的納米孔傳感器，其中所述電連接設置在傳感器的某個位置上，該位置 產生表示在納米孔入口和納米孔出口處的局部電位之間的差異的電信號。
5.權利要求1的納米孔傳感器，其中所述納米孔通過流體溶液電阻表徵，該較低流體 溶液緩衝濃度的儲存器通過存儲器接入電阻表徵，所述存儲器接入電阻具有與納米孔流體 溶液電阻相同的數量級並且比該較高流體溶液緩衝濃度的儲存器的特徵存儲器接入電阻 高至少一個數量級。
6.權利要求5的納米孔傳感器，其中所述電連接設置在產生表示儲存器之一中的局部 電位的電信號的傳感器位置上，該儲存器通過較大的儲存器接入電阻表徵。
7.權利要求1的納米孔傳感器，其中流體溶液緩衝濃度中的一個比流體溶液緩衝濃度 中的另一個大至少約20倍。
8.權利要求1的納米孔傳感器，其中流體溶液緩衝濃度中的一個比流體溶液緩衝濃度 中的另一個大至少約50倍。
9.權利要求1的納米孔傳感器，其中流體溶液緩衝濃度中的一個比流體溶液緩衝濃度 中的另一個大至少約100倍。
10.權利要求1的納米孔傳感器，其中第一流體儲存器的流體溶液緩衝濃度和第二流 體儲存器的流體溶液緩衝濃度之間的差異足以產生由納米孔的入口和納米孔的出口之一 測量的至少約5nm的局部電位信號衰減長度。
11.權利要求1的納米孔傳感器，其中第一流體儲存器的流體溶液緩衝濃度和第二流 體儲存器的流體溶液緩衝濃度之間的差異足以產生以至少約50MHz的帶寬表徵的局部電 位信號。
12.權利要求1的納米孔傳感器，其中所述納米孔的特徵在於直徑在約lnm和約5nm之間。
13.權利要求1的石墨烯納米孔傳感器，其中所述納米孔的特徵在於直徑小於約2nm。
14.權利要求1的納米孔傳感器，其中所述電連接設置在納米孔的入口和納米孔的出 口之一上，並且產生了表示局部到納米孔的入口和納米孔的出口之一的電位的電信號。
15.權利要求1的納米孔傳感器，其中所述電連接設置在所述納米孔上並且產生了表示局部到納米孔入口的電位和局部到納米孔出口的電位之間的差異的電信號。
16.權利要求1的納米孔傳感器，其中所述電連接包括電氣器件或器件區域。
17.權利要求1的納米孔傳感器，其中所述電連接包括電路。
18.權利要求1的納米孔傳感器，其中所述電連接包括電晶體。
19.權利要求18的納米孔傳感器，其中所述電連接包括場效應電晶體。
20.權利要求19的納米孔傳感器，其中所述電連接包括納米線場效應電晶體。
21.權利要求20的納米孔傳感器，其中所述納米線包括矽納米線。
22.權利要求18的納米孔傳感器，其中所述電連接包括單電子電晶體。
23.權利要求18的納米孔傳感器，其中所述電晶體設置在所述納米孔支撐結構上。
24.權利要求19的納米孔傳感器，其中所述場效應電晶體包括設置在納米孔上的電子傳導通道。
25.權利要求1的納米孔傳感器，其中設置納米孔的所述支撐材料包括膜。
26.權利要求1的納米孔傳感器，其中設置納米孔的所述支撐材料包括石墨烯的懸浮層。
27.權利要求1的納米孔傳感器，其中所述電連接包括其中設置納米孔的石墨烯層。
28.權利要求25的納米孔傳感器，其中所述電連接包括設置在納米孔的入口和納米孔的出口之一的位置處的膜上的納米線。
29.權利要求1的納米孔傳感器，其中設置納米孔的所述支撐結構包括固態材料。
30.權利要求1的納米孔傳感器，其中設置納米孔的所述支撐結構包括生物材料。
31.權利要求1的納米孔傳感器，進一步包括在第一流體溶液和第二流體溶液之間的電連接，其在納米孔的入口和納米孔的出口之間施加電偏壓以電泳地驅動目標物通過納米孔。
32.權利要求1的納米孔傳感器，其中所述電連接響應於分子移位通過納米孔而產生表示局部到在納米孔傳感器中的至少一個位點的電位的電信號。
33.權利要求1的納米孔傳感器，其中所述電連接響應於選自DNA、RNA、核苷酸、核苷、寡核苷酸、蛋白質、多肽和胺基酸中的至少一種移位通過納米孔而產生表示局部到在納米孔傳感器中的至少一個位點的電位的電信號。
34.權利要求1的納米孔傳感器，其中所述電連接響應於A、T、G和CDNA鹼基中的每一個相應之一移位通過納米孔而產生明顯不同的表示局部到在納米孔傳感器中的至少一個位點的電位的電信號。
35.權利要求34的納米孔傳感器，其中兩種流體溶液緩衝濃度中的一個比兩種流體溶液緩衝溶度的另一個大至少約100倍，且其中所述電連接響應於A、T、G和C DNA鹼基中的每一個相應之一移位通過納米孔而產生不同的表示局部到在納米孔傳感器中的至少一個位點的電位的電信號，每一個不同的電信號之間的差異為至少約5mV。
36.權利要求1的納米孔傳感器，其中所述電連接響應於DNA片段移位通過納米孔而產生表示局部到在納米孔傳感器中的至少一個位點的電位的電信號。
37.權利要求1的納米孔傳感器，其中所述電連接產生了可以作為時間的函數處理的電信號以確定目 標物通過納米孔的移位的時間和持續時間。
38.一種納米孔傳感器，包括:設置在支撐結構中的納米孔； 第一流體儲存器與納米孔入口之間的流體連接，第一緩衝濃度的第一離子溶液設置在第一存儲器中； 第二流體儲存器與納米孔出口之間的流體連接，不同於第一濃度的第二緩衝濃度的第二離子溶液設置在第二存儲器中，所述納米孔提供了第一與第二儲存器之間的唯一流體連通路徑；和 設置在納米孔傳感器中的位置上的轉換元件，其在目標物移位通過所述納米孔時產生特徵表示局部到納米孔傳感器中的至少一個位點的電位。
39.權利要求31的納米孔傳感器，其中所述支撐結構包括脂質二重層且其中所述轉換元件包括脂質二重層的區域，該區域包括響應於局部電位的變化而改變螢光的螢光染料。
40.權利要求30的納米孔傳感器，其中所述支撐材料包括固態材料。
【文檔編號】G01N33/487GK103842519SQ201180071394
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2011年4月29日 優先權日:2011年4月4日
【發明者】C.M.利伯, P.謝 申請人:哈佛大學校長及研究員協會