專利名稱：電磁力控制單鏈核酸穿孔速度的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種生物工程技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種電磁力控制單鏈核酸穿孔速度的方法與裝置。
背景技術(shù)：
隨著后基因組時代的到來，對基因組測序的需求日益劇增，但目前的測序方法速度慢、費用高、有缺口。實際上，在人類基因組計劃啟動之前，就有人開始了DNA測序新方法的探討，特別是2004年美國的The National Institutes ofHealth啟動$1000 Genome(即在未來的10年左右，將哺乳動物測序的費用降低到$1000左右，速度提高3-4個數(shù)量級，錯誤率在萬分之一以內(nèi)，基本無缺口)以來，又有許多新的測序思路不斷涌現(xiàn)，其中，用膜片鉗檢測單鏈DNA(簡稱單鏈DNA)分子穿越納米孔時留下的電信號差異而實現(xiàn)測序，具有很大的潛力，但目前在有效的電壓下，核酸穿越納米孔的速度太快，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了膜片鉗可識別的限度(1個事件/ms)，所以降低單鏈DNA和RNA的穿孔速度，已成為納米孔測序的關(guān)鍵因素。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)ologea，D等人2005年在《Nano Letters》第5期第1734-1737頁發(fā)表文章“Slowing DNA translocation in a solid-statenanopore”(《納級通訊》，“減緩DNA在固體納米孔中的穿越”)，該文中給出了他們的研究結(jié)果，主要通過向緩沖液添加甘油、降低電壓等手段，雖然已將單鏈DNA的穿孔速度降至3nt/μs，但仍超出了儀器分辨率3個數(shù)量級。所以，目前納米孔單分子測序仍處于攻堅階段，還不能用于實際測序。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有以納米孔為基礎(chǔ)的核酸測序技術(shù)的不足和缺陷，提供一種電磁力控制單鏈核酸穿孔速度的方法與裝置，使其能將單鏈DNA穿孔速度控制在每毫秒0.5-1個堿基，膜片鉗記載電信號，計算機將電信號轉(zhuǎn)換為序列信息，能符合實際測序的需要。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明所述的電磁力控制單鏈核酸穿孔速度的方法，包括如下步驟①將一個單鏈靶DNA或RNA(簡稱靶分子)與一個磁珠連接的復(fù)合物在電泳槽負(fù)極用電磁鐵固定，電磁力在50-1000pN；所述的電泳槽，其正負(fù)兩極被納米孔隔開。
②打開電源，給帶負(fù)電荷靶分子自由端向正極一個拉力(540-1000pN)，由于靶分子與磁珠連接的一端被電磁鐵固定，這樣的結(jié)果是靶分子被拉直，再通過微調(diào)使電磁力減弱，釋放磁珠，但電磁鐵對磁珠仍有吸引力，如此使靶分子緩慢向正極移動，將穿越納米孔的速度控制在每毫秒0.5-1個堿基，膜片鉗記載電信號，計算機將電信號轉(zhuǎn)換為序列信息。
所述的單鏈靶DNA或RNA與一個磁珠連接復(fù)合物，具體制作步驟為將磁珠與生物素標(biāo)記的單鏈DNA(稱為連接物)混合，使每一個磁珠只連接一個單鏈DNA分子或沒有單鏈DNA分子，用單鏈DNA熒光染料處理磁珠、單鏈DNA和磁珠混合液，熒光顯微鏡輔助確認(rèn)，挑選單個磁珠和1個連接物復(fù)合物。該復(fù)合物在DNA連接酶作用下，與單鏈靶DNA或RNA連接，也可以將連接物的3’自由端設(shè)計為多聚T，通過堿基配對的方式捕獲mRNA，獲得靶DNA或RNA與一個磁珠連接的復(fù)合物。
本發(fā)明還提供一種電磁力控制單鏈核酸穿孔速度的裝置，該裝置包括電泳槽、納米元件、可調(diào)電磁鐵、膜片鉗和計算機，電泳槽兩極由納米元件隔開，使兩極間的離子交換只能通過納米元件的納米孔進(jìn)行，納米孔作為DNA或RNA分子穿越納米孔時各堿基對離子流產(chǎn)生的阻力的傳感器；電泳槽兩極連接膜片鉗，通過納米孔傳感器檢測并記載各堿基對離子流阻力的大??；電泳槽負(fù)極的外壁連接電磁力在50-1000pN可調(diào)的電磁鐵，用于固定和釋放連接靶分子，并在靶分子向正極移動時，給靶分子一個反方向引力，以控制其移動速度；靶分子穿越納米孔時，膜片鉗記載電信號；膜片鉗連接計算機，計算機將電信號轉(zhuǎn)換為序列信息。
本發(fā)明提供的是一種在用納米孔進(jìn)行核酸單分子測序系統(tǒng)中控制靶分子穿越納米孔速度的方法和裝置，通過強度可調(diào)的電磁鐵捕捉和緩慢釋放磁珠，將靶分子的穿孔速度控制在0.5-1個堿基/毫秒，克服了以往核酸穿孔速度過快致使膜片鉗無法識別堿基穿孔電信號的缺點。


圖1為本發(fā)明裝置實施例結(jié)構(gòu)示意圖具體實施方式
下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。
如圖1所示，為本發(fā)明裝置實施例結(jié)構(gòu)示意圖，包括電泳槽1、納米元件2、可調(diào)電磁鐵3、膜片鉗4和計算機5，電泳槽1兩極由納米元件2隔開，使兩極間的離子交換只能通過納米元件2的納米孔進(jìn)行，納米孔作為DNA或RNA分子穿越納米孔時各堿基對離子流產(chǎn)生的阻力的傳感器；電泳槽1兩極連接膜片鉗4，通過納米孔傳感器檢測并記載各堿基對離子流阻力的大??；電泳槽1負(fù)極的外壁連接電磁力在50-1000pN可調(diào)電磁鐵3，用于固定和釋放連接靶分子，并在靶分子向正極移動時，給靶分子一個反方向引力，以控制其移動速度；靶分子穿越納米孔時，膜片鉗4記載電信號；膜片鉗4連接計算機5，計算機5將電信號轉(zhuǎn)換為序列信息。
所述的納米元件2的納米孔，為直徑在1-2nm、孔深在約0.5nm的筒形孔，納米孔的材質(zhì)為硅片、石英玻璃、金剛石或云母等固體絕緣材料。
實施例1BAC單鏈DNA的穿孔速度控制①將一個單鏈靶DNA分子與一個磁珠連接的復(fù)合物在電泳槽負(fù)極用電磁鐵固定；電泳槽兩極被納米孔隔開。
②打開電源，給帶負(fù)電荷靶分子自由端向正極一個拉力(540pN)，由于靶分子與磁珠連接的一端被電磁鐵固定(電磁力在50pN)，這樣的結(jié)果是靶分子被拉直，再通過微調(diào)使電磁力減弱，釋放磁珠，但電磁鐵對磁珠仍有吸引力，如此使靶分子緩慢向正極移動，將穿越納米孔的速度控制在每毫秒0.5個堿基，膜片鉗記載信號，計算機將電信號轉(zhuǎn)換為序列信息。
效果通過將單鏈DNA一端連接磁珠，利用電磁力吸引磁珠控制DNA在外加電場牽引時的穿孔速度，可將穿孔速度控制在每毫秒0.5個堿基。
實施例2mRNA的穿孔速度控制①將一個單鏈靶RNA分子與一個磁珠連接的復(fù)合物在電泳槽負(fù)極用電磁鐵固定；電泳槽兩極被納米孔隔開。
②打開電源，給帶負(fù)電荷靶分子自由端向正極一個拉力(1000pN)，由于靶分子與磁珠連接的一端被電磁鐵固定(電磁力在1000pN)，這樣的結(jié)果是靶分子被拉直，再通過微調(diào)使電磁力減弱，釋放磁珠，但電磁鐵對磁珠仍有吸引力，如此使靶分子緩慢向正極移動，將穿越納米孔的速度控制在每毫秒1個堿基，膜片鉗記載信號，計算機將電信號轉(zhuǎn)換為序列信息。
效果通過將單鏈RNA一端連接磁珠，利用電磁力吸引磁珠控制RNA在外加電場牽引時的穿孔速度，可將穿孔速度控制在每毫秒1個堿基。
實施例3粘粒單鏈DNA的穿孔速度控制①將一個粘粒單鏈RNA分子與一個磁珠連接的復(fù)合物在電泳槽負(fù)極用電磁鐵固定；電泳槽兩極被納米孔隔開。
②打開電源，給帶負(fù)電荷靶分子自由端向正極一個拉力(500pN)，由于靶分子與磁珠連接的一端被電磁鐵固定(電磁力在500pN)，這樣的結(jié)果是靶分子被拉直，再通過微調(diào)使電磁力減弱，釋放磁珠，但電磁鐵對磁珠仍有吸引力，如此使靶分子緩慢向正極移動，將穿越納米孔的速度控制在每毫秒1個堿基，膜片鉗記載信號，計算機將電信號轉(zhuǎn)換為序列信息。
效果通過將粘粒單鏈DNA一端連接磁珠，利用電磁力吸引磁珠控制DNA在外加電場牽引時的穿孔速度，可將穿孔速度控制在每毫秒1個堿基。
權(quán)利要求
1.一種電磁力控制單鏈核酸穿孔速度的方法，其特征是，包括如下步驟①將一個單鏈靶DNA或RNA即靶分子，與一個磁珠連接的復(fù)合物在電泳槽負(fù)極用可調(diào)電磁鐵固定，電泳槽的正負(fù)兩極被納米孔隔開；②打開電源，給帶負(fù)電荷靶分子自由端向正極一個拉力，由于靶分子與磁珠連接的一端被可調(diào)電磁鐵固定，這樣的結(jié)果是靶分子被拉直，再通過微調(diào)使電磁力減弱，釋放磁珠，但電磁鐵對磁珠仍有吸引力，如此使靶分子緩慢向正極移動，將穿越納米孔的速度控制在每毫秒0.5-1個堿基，膜片鉗記載電信號，計算機將電信號轉(zhuǎn)換為序列信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁力控制單鏈核酸穿孔速度的方法，其特征是，所述的可調(diào)電磁鐵，其電磁力在50-1000pN范圍內(nèi)可調(diào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁力控制單鏈核酸穿孔速度的方法，其特征是，所述的給帶負(fù)電荷靶分子自由端向正極一個拉力，拉力范圍為540-1000pN。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是，所述的納米元件的納米孔，為直徑為1-2nm、孔深為0.5nm的筒形孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁力控制單鏈核酸穿孔速度的方法，其特征是，所述的單鏈靶DNA或RNA與一個磁珠連接復(fù)合物，具體制作步驟為將磁珠與生物素標(biāo)記的單鏈DNA即連接物混合，使每一個磁珠只連接一個單鏈DNA分子或沒有單鏈DNA分子，用單鏈DNA熒光染料處理磁珠、單鏈DNA和磁珠混合液，熒光顯微鏡輔助確認(rèn)，挑選單個磁珠和1個連接物復(fù)合物，該復(fù)合物在DNA連接酶作用下，與單鏈靶DNA或RNA連接，或?qū)⑦B接物的3’自由端設(shè)計為多聚T，通過堿基配對的方式捕獲mRNA，獲得靶DNA或RNA與一個磁珠連接的復(fù)合物。
6.一種電磁力控制單鏈核酸穿孔速度的裝置，包括電泳槽、納米元件、可調(diào)電磁鐵、膜片鉗和計算機，其特征在于，電泳槽兩極由納米元件隔開，使兩極間的離子交換只能通過納米元件的納米孔進(jìn)行，電泳槽兩極連接膜片鉗，電泳槽負(fù)極的外壁連接電磁鐵，膜片鉗連接計算機，膜片鉗記載靶分子穿越納米孔時的電信號，計算機將電信號轉(zhuǎn)換為序列信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征是，所述的納米元件的納米孔，作為DNA或RNA分子穿越納米孔時各堿基對離子流產(chǎn)生的阻力的傳感器，檢測并記載各堿基對離子流阻力的大小。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的裝置，其特征是，所述的納米元件的納米孔，為直徑為1-2nm、孔深為0.5nm的筒形孔，納米孔的材質(zhì)為固體絕緣材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征是，所述的可調(diào)電磁鐵，用于固定和釋放連接靶分子，并在靶分子向正極移動時，給靶分子一個反方向引力，以控制其移動速度。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或9所述的裝置，其特征是，所述的可調(diào)電磁鐵，其電磁力為50-1000pN。
全文摘要
一種生物工程技術(shù)領(lǐng)域的電磁力控制單鏈核酸穿孔速度的方法與裝置，方法步驟為①將一個單鏈靶DNA或RNA與一個磁珠連接復(fù)合物在兩極被納米孔隔開的電泳槽負(fù)極用電磁鐵固定；②打開電源，給帶負(fù)電荷靶分子自由端向正極一個拉力，再通過微調(diào)電磁力，釋放磁珠，但電磁鐵對磁珠仍有吸引力，如此使靶分子緩慢向正極移動，將穿越納米孔的速度控制在每毫秒0.5－1個堿基，膜片鉗記載信號，計算機將電信號轉(zhuǎn)換為序列信息。裝置包括電泳槽、納米元件、可調(diào)電磁鐵、膜片鉗和計算機，電泳槽兩極由納米元件隔開，電泳槽兩極連接膜片鉗，電泳槽負(fù)極的外壁連接電磁鐵，膜片鉗連接計算機，膜片鉗記載靶分子穿越納米孔時的電信號，計算機將電信號轉(zhuǎn)換為序列信息。
文檔編號C12M1/42GK1986832SQ20061014723
公開日2007年6月27日 申請日期2006年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月14日
發(fā)明者王志民 申請人:上海交通大學(xué)