用于漸進雙鏈分子的方法和系統的制作方法

用于漸進雙鏈分子的方法和系統的制作方法
【專利摘要】本發明涉及用于漸進雙鏈分子的方法和系統。提供了一種用于漸進雙鏈分子的機制。通過第一電壓脈沖驅動雙鏈分子進入膜的Y-通道。Y-通道包括主干和分支，并且分支在結處連接到主干。基于比破裂所述雙鏈分子的堿基對所要求的力弱的第一電壓脈沖，減慢在Y-通道的結處的雙鏈分子。通過第二電壓脈沖驅動雙鏈分子進入Y-通道的結，將所述雙鏈分子分開為第一單鏈和第二單鏈。
【專利說明】用于漸進雙鏈分子的方法和系統
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及納米孔/納米通道器件，更具體地，涉及在納米孔/納米通道器件中的分子的捕獲和控制。
【背景技術】
[0002]納米孔測序是用于檢測脫氧核糖核酸(DNA)鏈上出現的核苷酸的次序的方法。納米孔(還稱為孔、納米通道、孔洞、等等)可以是內徑在幾個納米量級的小孔洞。在納米孔測序背后的理論是關于當納米孔被浸入到導電流體中以及跨過納米孔施加電勢(電壓)時會發生什么。在這些條件下，可以測量源于導電離子穿過納米孔的弱電流并且電流的量對納米孔的尺寸和形狀很敏感。如果DNA的單個堿基或者鏈(或者部分DNA分子)通過納米孔，那么可以產生通過納米孔的電流的幅度的變化。還可以在納米孔周圍安置其它電或光傳感器以便在DNA堿基通過納米孔時可以區分DNA堿基。
[0003]可以通過使用各種方法驅動DNA穿過納米孔，以便DNA最終通過納米孔。納米孔尺度具有一種效應，即DNA可以作為長串被迫穿過孔洞，一次一個堿基，像線穿過針眼一樣。最近，應用納米孔作為傳感器用于快速分析如脫氧核糖核酸(DNA)、核糖核酸(RNA)、蛋白質等等的生物分子引起了人們的興趣。重點強調納米孔用于DNA測序的應用，因為此技術有可能將測序的成 本降低到$1000/人類基因組以下。

【發明內容】

[0004]根據一個實施例,提供了一種用于漸進(ratcheting)雙鏈分子的方法。該方法包括通過第一電壓脈沖驅動雙鏈分子進入膜的Y-通道。Y-通道包括主干和分支，并且分支在結處連接到主干。該方法包括，基于比破裂雙鏈分子的堿基對所要求的力弱的第一電壓脈沖，減慢在Y-通道的結處的雙鏈分子以及通過第二電壓脈沖驅動雙鏈分子進入Y-通道的結，將雙鏈分子分開為第一單鏈和第二單鏈。
[0005]根據一個實施例，提供了一種用于漸進雙鏈分子的系統。此系統包括具有Y-通道的膜，所述Y-通道包括主干和分支，其中所述分支在結處連接到所述主干。該系統包括在所述膜一側的頂流體室和在所述膜的相對側的底流體室；電壓源的第一電壓脈沖驅動所述雙鏈分子進入所述膜的所述Y-通道。基于比破裂所述雙鏈分子的堿基對所要求的力弱的第一電壓脈沖，減慢在Y-通道的結處的雙鏈分子。所述電壓源的第二電壓脈沖驅動所述雙鏈分子進入所述Y-通道的所述結以將所述雙鏈分子分開為第一單鏈和第二單鏈。
[0006]通過本發明的技術可以認識到另外的特征和優點。本發明的另外的實施例和方面在這里被詳細描述并且被認為是所要求保護的本發明的一部分。為了更好地理解本發明具有的優點和特點，參考描述和附圖。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]說明書結論處的權利要求特別指出并要求保護被認為是本發明的主旨。通過隨后聯系附圖的詳細描述將明白本發明的前述和其它優點。
[0008]圖1示出了根據實施例的DNA-漸進(ratcheting)納米器件的透視圖。
[0009]圖2示出了根據實施例的其中膜包括兩個Y-通道的納米器件的縮略圖。
[0010]圖3示出了根據實施例的漸進DNA分子通過Y-通道的時間依賴偏置電場的圖。
[0011]圖4示出了根據實施例的具有在左和右分支中的傳感器以分別測序單鏈DNA分子的納米器件的縮略圖。
[0012]圖5示出了根據實施例的漸進雙鏈分子穿過Y-通道的方法。
[0013]圖6示出了根據實施例的其中膜含有具有多個分支的Y-通道的納米器件的縮略圖。
[0014]圖7示出了可以包括在實施例中和/或與實施例結合的具有各種能力的計算機(計算機測試裝置)的實例的框圖。
【具體實施方式】
[0015]以可負擔的成本測序DNA導致許多新的DNA測序方法。然而，一個已有的技術挑戰是控制DNA以單-核苷酸分辨率運動。沒有這樣的控制，在測序過程期間，一些核苷酸將被讀取許多次而另一些將被錯過。因此，期望這樣的器件，其能夠逐核苷酸(即，逐堿基)地漸進DNA。大自然已經建立了小然而有效的DNA漸進機器:DNA聚合酶是控制DNA的逐核苷酸的定向運動的蛋白質分子。基于已有方法將DNA聚合酶用于測序技術。為了模仿通過DNA聚合酶的漸進(ratcheting)過程,這里提供了使用合成納米材料的人造DNA漸進機器。根據實施例，納米器件具有Y-形納米通道(例如，Y-通道)以電驅動雙鏈DNA (dsDNA)進入主干通道,接著通過電解鏈(unzipping)dsDNA并且將每一個單鏈DNA (ssDNA)穿過分支通道。
[0016]現在轉向圖1，圖1為根據實施例的DNA漸進納米器件100的截面圖。Y-通道140嵌入在膜101中并且Y-通道140是Y-形納米通道。如這里進一步討論的，雙鏈DNA分子(dsDNA) 110被驅動穿過并且在Y-通道140中解鏈。膜101可以是固態膜，如、例如Si02、Si3N4和/或另一絕緣材料。膜101可以具有IOOnm的厚度。一般地，通道可以是穿過固態膜的納米孔或者在典型納米流體器件(例如，片上實驗室)中的表面通道，如本領域的技術人員所了解的。
[0017]一種Y-通道140是Y-形碳納米管(Y-CNT)，如圖1所示。已經開發了幾種方法以制造Y-型CNT，其被設計以在分子水平傳輸或者倍增電荷信號(分子信號轉導(transduction))。
[0018]在隨后的文章中討論了有關Y-形碳納米管的另外的信息，在此引入其整個內容作為參考:Papadopoulos C, Rakitin A, Li J, Vedeneev AS, Xu JM (2000) Electronictransport in Y-junction carbon nanotubes.Phys Rev Lett85:3476、Deepak FL,Govindaraj A, Rao CNR (2001) Synthetic strategies for Y-junction carbonnanotubes.Chem Phys L ett345:5 - 10.Tu Y, Xiu P, Wan R, Hu J, Zhou RH, and Fang HP(2009), Water-mediated signal multiplication with Y-shaped carbon nanotubes,Proc.Natl.Acad.Sc1.106，18120-18124.[0019]在DNA漸進納米器件100中，兩個流體室(cis和trans.) 130和135通過固態膜101分離并且通過Y-通道140互相連接。頂流體室130、底流體通道135和Y-通道140都用導電溶液145填充。導電溶液145是電解質溶液，如本領域的技術人員所理解的。
[0020]Y-通道140 (Y-CNT)具有連接到左側分支172和右側分支174的主干170。圖2示出了納米器件100的縮略圖，其中膜101包括兩個Y-通道140。注意，可以在膜101中形成多個Y-通道140。
[0021]雖然將會明白，但是圖2示出的納米器件100沒有雙鏈DNA分子110和流體室130和135以便不模糊附圖。下面提供了 Y-通道140的實例尺寸。主干170可以具有4到IOnm(納米)和/或小于十納米的寬度205 (和/或直徑)。左側分支172可以具有2到4nm和/或小于5納米的寬度210 (和/或直徑)。右側分支174可以具有2到4nm和/或小于5納米的寬度212 (和/或直徑)。結220的角250可以是30-120度，以形成坐車和右側分支172 和 174。
[0022]參考圖1，電壓源106被連接到頂流體室130中的電極108a并且連接到第流體室135中的電極108b。電壓源106 (以及圖4中的安培表160和165)可以通過圖7中討論的計算機測試裝置700執行和/或控制。通過將兩個電極108a和108b分別插入到cis.和trans.室中，向電極108a和108b施加電壓源106的電壓脈沖Vtl，其導致跨過膜101施加偏置電場E。。電極108a和108b可以是連接到電池或者任意直流電壓源(例如，電壓源106)的Ag/AgCl電極。 [0023]通過電壓源106施加的電壓脈沖V。，(帶負電)dsDNA分子110可以被電泳地驅動進入固態Y-通道140的主干170。當dsDNA分子110到達Y通道140的結220處(圖2所示)時，利用較高的偏置電場E1 (即，通過電壓源106施加更高的電壓脈沖V1)克服用于解鏈dsDNA分子110的一個堿基對的能量勢壘，用于破裂兩個堿基疊層并且用于將dsDNA片段旋轉36度(在dsDNA中的相鄰堿基對之間的角)。具體地，當dsDNA分子110被驅動(強迫)進入結220的尖端時，較高的電壓脈沖V1 (導致較高的電場E1)將dsDNA分子110破裂為在Y-通道140的左側分支172中的ssDNA112和在右側分支174中的ssDNA114。
[0024]因此，一旦dsDNA分子110通過電場Etl (通過電壓脈沖V。)驅動穿過主干170到達結220，dsDNA分子110在結220處(暫時)停止(或變慢)。然后，施加較高的電場E1 (通過電壓脈沖V1),其足夠高以破裂(B卩，克服解鏈的能量勢壘)位于(鄰近)結220處的dsDNA分子110的堿基對。在dsDNA分子110鄰近結220時通過電壓源106施加電壓脈沖V1后，dsDNA分子110分別在分支172和174中解鏈為ssDNA分子112和ssDNA分子114。ssDNA分子112具有單堿基鏈(通過DNA骨干連接)并且ssDNA分子114具有單堿基鏈(通過DNA骨干連接))，如本領域的技術人員所理解的。
[0025]圖3示出了根據實施例的漸進DNA分子110通過Y-通道140的時間依賴偏置電場圖300。y-軸表不電場E,并且X-軸表不時間T。
[0026]如這里所討論的，通過電壓源106施加驅動電壓脈沖V。以驅動卿，移動)dsDNA分子Iio從頂流體室130進入Y-通道140，穿過主干170并且進入結220 (即，暫時停止在結220處，因為電場EO不足夠強以破裂鄰近結220的尖端的堿基對)。例如，圖300示出了以時間Ttl到T1施加電場Etl(通過驅動電壓脈沖VtlX然后，以時間T1到T2施加導致較高的電場E1的較高的電壓脈沖V1，如圖3所示。一旦較高電場El破裂(即，解鏈)先前位于結220處的堿基對，再次施加驅動電壓脈沖Vtl (時間從T2到T3)以驅動(即，前進)dsDNA分子110從而在結220處定位(B卩，停止)下一個堿基對。再次需要較高的電壓脈沖V1 (并且通過電壓源106施加，時間從T3到T4)以破裂現在位于結220處的該下一個堿基對。重復此過程以便一次一個堿基(即，一個核苷酸間隔)地漸進dsDNA分子110穿過Y-通道140，并且導致dsDNA分子110解鏈成ssDNA分子112和ssDNA分子114.[0027]如圖3所示，施加具有較高電場E1的脈沖以打開一個堿基對并且使兩個互補核苷酸分別穿成兩個分支。通過可選地施加較低的驅動電壓脈沖Vtl以及(堿基對破裂)較高的電壓脈WV1，圖1示出了兩個ssDNA112鏈112和114如何在Y-通道140的兩個分支172和174中并且示出了在Y-通道140的主干170中的剩余dsDNA分子105。每次施加高電壓脈沖V1, DNA分子110向前移動一個核苷酸(即，一個堿基),并且此為逐核苷酸的漸進。注意ssDNA在CNT中的移動可以無摩擦。因此，電場可以容易地驅動每個ssDNA112和114通過Y-CNT (140)。注意，當切斷偏置電場(B卩，切斷電壓源106)時，兩個互補ssDNA分子112和114的雜混(hybridizing)導致反漸進。例如，當切斷電壓源106時，dsDNA分子110相反運動，返回到頂液態室130并且再次形成堿基對。
[0028]作為一個實例，破裂(在結220處)dsDNA分子110的堿基對之間的氫鍵要求的能量約2-3kBT，其中Kb是Boltzmann常數并且T是溫度。
[0029]一個驅動dsDNA分子110穿過Y-通道140的實例驅動電壓脈沖V。可以是0.1伏特，其導致電場Etl和向下驅動力。向下驅動力(從cis.到trans.)沒有破裂/解鏈堿基對。較高的破裂電壓脈沖V1可以是0.2伏特，施加約0.1 μ s (微秒)。
[0030]當ssDNA分子112和114中的一個(或者兩個)存在于通道分支(例如，各自的分支172和/或174)并且進入底流體室135時，傳感器(例如，電極150對作為一個傳感器并且電極對155作為另一個傳感器)建立在膜101的表面并且在通道分支的末端(例如，分支172和/或174)，該傳感器可以用于檢測/讀取在ssDNA分子112和/或ssDNA分子114中的每個堿基。圖4示出了根據實施例的具有在左側分支172和右側分支174中的傳感器以分別測序ssDNA分子112和 ssDNA分子114的納米器件100。圖4是單鏈如何被測序的一個實例，并且其它測序方法可以被利用以讀取單鏈的堿基，如本領域的技術人員所明白的。
[0031]例如，傳感器可以由在左側分支172中的電極對150構成并且當DNA堿基在這兩個電極150的間隙中時，安培表160可以測量當施加電壓源162的電壓時的堿基敏感隧穿電流。為了增加讀取精度和效率，可以使用納米器件100以在DNA漸進機器100中同時測序兩個互補ssDNA鏈112和114，這是當前設計的另一個益處。例如，在電極對150之間的堿基(或者可以是之前或者隨后的堿基)可以是在電極對155之間的堿基(當前)的互補，并且互補堿基可以通過各自的電壓源162和167以及各自的安培表160和165分別測序。
[0032]例如，當電壓源162向電極對150施加電壓時并且當電壓源167向電極對155施加電壓時，安培表160測量通過在分支172中的電極150之間的間隙中的堿基(SSDNA112)的隧穿電流并且安培表165測量通過在分支174中的電極155之間的間隙中的堿基(ssDNA114)的隧穿電流。因此，兩個互補DNA鏈112和114同時或者接近同時被測序而dsDNA分子110被漸進，如這里所討論的。這有助于確認在圖4中被讀取的堿基的精度，因為在分支172和174中的各自的堿基應該互補。
[0033]互補是在兩個核酸序列之間共享的特性，以便當它們彼此反平行對準時，在每個位置處的核苷酸堿基互補。如果它們形成堿基對，那么兩個堿基互補。對于DNA，腺嘌呤(A)堿基互補胸腺嘧啶(T)堿基并且反之亦然；鳥嘌呤(G)堿基互補胞嘧啶(C)堿基并且反之亦然。對于RNA，除了存在尿嘧啶以取代胸腺嘧啶外，其它相同并且因此腺嘌呤(A)堿基互補尿嘧啶(U)堿基。
[0034]圖5示出了根據實施例的用于漸進雙鏈分子(例如dsDNAllO)穿過Y-通道的方法500。參考圖1-4、6和7。各種實例用于DNA，但是等同于應用到RNA。
[0035]在框505處，配置(或者控制)電壓源106 (例如，計算機測試裝置700)以通過第一電壓脈沖(Vtl)驅動雙鏈分子110進入在膜101中的Y-通道140。Y-通道140包括主干170和分支172以及174，并且分支172和174在結220處連接到主干。
[0036]在框510處，配置(或者控制)電壓源106以基于比破裂雙鏈分子110的堿基對所要求的力更弱的第一電壓脈沖(VO)減慢在Y通道140的結220處的雙鏈分子110。
[0037]在框515處，配置(或控制)電壓源106 (例如，計算機測試裝置700)以通過第二電壓脈沖(V1)驅動雙鏈分子110進入Y-通道140的結220中將雙鏈分子110分開為第一單鏈112和第二單鏈114。
[0038]該方法還包括在分支的一個(例如，左側分支172)中測序第一單鏈(例如，ssDNA112)，并且在分支的另一個(例如，右側分支174)中測序第二單鏈(例如，ssDNA112)。測序分支的一個中的第一單鏈包括讀取在第一單鏈中的一個堿基并且測序分支的另一個中的第二單鏈包括讀取第二單鏈的另一個堿基，其中在第一單鏈(ssDNA12)上的一個堿基(在電極對150之間)與在第二單鏈上的另一個堿基(在電極對155之間)互補。
[0039]該方法還包括同時分別在分支172和174中測序第一單鏈和第二單鏈的互補堿基。
[0040]膜101包括多個Y-通道140 (和/或在任意組合的Y-通道340)，每一個都具有主干和分支，如圖2和6所示。Y-通道140 (340)是Y-形碳納米管。
[0041]配置電壓源106以(自動、半自動、和/或手動)交替地施加第一電壓脈沖(Vtl)第一時長(例如，時間Ttl到T1)和第二電壓脈沖(V1)第二時長(例如，時間T1到T2)直到雙鏈分子110完全分開為第一單鏈(SSDNA112)和第二單鏈(SSDNA114)。通過斷開通過電壓源106施加的第一電壓脈沖和第二電壓脈沖(二者)，可反轉雙鏈分子穿過膜101的方向(即，從底流體室135到頂流體室130 (trans.到cis.))。
[0042]圖6示出了根據實施例的具有多個分支的Y-通道340的膜101的納米器件100的縮略圖。Y-通道340具有主干350，主左側分支351和主右側分支352。主左側分支351分為二級左側分支353和二級右側分支354。類似地，主右側分支352分為二級左側分支355和二級右側分支356。
[0043]隨后是Y-通道340的實例尺寸。主干350可以具有5nm的寬度305 (和/或直徑)。主左側分支351和主右側分支352的每一個可以具有3.2nm的寬度315 (和/或直徑)。
[0044]二級左側分支353和二級左側分支355的每一個可以具有2nm的寬度315 (和/
或直徑)。
[0045] 二級右側分支354和二級右側分支356的每一個可以具有2nm的寬度320 (和/
或直徑)。
[0046]雖然沒有示出以不模糊附圖，但是分支353、354、355和356均具有其自身的傳感器(即，連到電壓源和安培表的電極對)用于讀取單堿基。
[0047]當Y-通道340的主干350被制成足夠大以用于dsDNA進入時，dsDNAllO可以穿過主左側分支351或者主右側分支352。如果dsDNAllO進入主左側分支351，dsDNA的漸進在二級左側分支353和二級右側分支354的通道的結處發生。兩個DNA鏈將解鏈，并且單鏈和互補單鏈分別進入二級左側分支353和二級右側分支354 (如上述圖1-5中所討論的)。
[0048]圖7示出了計算機700的實例(例如，作為用于測試和分析的計算機測試設備的一部分)，其可以執行、控制和/或調制電壓源106的電壓和安培表160和165的測量，如這里討論的。
[0049]這里討論的各種方法、過程、模塊、流程圖、工具、應用、電路、元件和技術還可以包括和/或利用計算機700的能力。另外，計算機700的能力可以用于執行這里討論的示范性實施例的特點。可以利用計算機700的一個或更多能力以執行、連接和/或支持圖1-6中的這里討論的任意元件(如本領域的技術人員明白的)。例如，計算機700可以是任意類型的計算裝置和/或測試裝置(包括安培表、電壓源、連接器等)。計算機700的輸入/輸出裝置770 (具有適宜的軟件和硬件)可以包括這里討論的納米器件和結構和/或通過線纜、插頭、線、電極、膜片鉗(patch claom)等稱合到這里討論的納米器件和結構。同樣,輸入/輸出裝置770的通信接口包括硬件和軟件用于與可操作地連接到的電壓源、安培表等通信并進行讀取和/或控制剛該電壓源、安培表和電流軌跡(current trace)(例如、電流的幅度和時長)，如這里討論的。輸入/輸出器件770的用戶接口可以包括例如，軌跡球、鼠標、定點設備、鍵盤、觸摸屏等，用于與計算機700交換以便輸入信息、進行選擇、單獨控制不同電壓源和/或為每個堿基分子、生物分子等顯示、觀察和記錄電流軌跡。
[0050]一般地，關于硬件結構、計算機700可以包括一個或多個處理器710、計算機可讀存儲器720和一個或多個輸入和/或輸出(I/`O)裝置770，其通過局部接口通信地耦合(未示出)。局部接口可以是，例如但不僅限于一個或多個總線或其它布線或者無線連接，如技術上已公知的。局部接口可以具有另外的元件，例如，控制器、緩沖器(高速緩存)、驅動器、轉發器以及接收器以能夠通信。另外，局部接口可以包括處理、控制和/或數據連接以能夠適合前述部件中的通信。
[0051]處理器710是用于執行可以存儲在存儲器720中的軟件的硬件裝置。處理器710可以是實際的任意定制或者商業可得處理器，中央處理器(CPU)、數據信號處理器(DSP)或者與計算機700關聯的幾個處理器中的輔助處理器并且處理器710可以是基于半導體的微處理器(以微芯片的形式)或者宏處理器。
[0052]計算機可讀存儲器720可以包括易失性存儲元件(例如，隨機存取存儲器(RAM)，例如動態隨機存儲存取器(DRAM)，靜態隨機存儲存取器(SRAM)等)以及非易失性存儲元件(例如，ROM、可擦可編程序只讀存儲器(EPR0M)、電子可擦可編程序只讀存儲器(EEPROM),可編程只讀存儲器(PR0M)、磁帶、只讀存儲光盤(⑶-ROM)、碟片、磁盤、錄音盒、錄音帶或類似等等)的任意一個或結合。另外，存儲器720可以結合電子、磁性、光學和/或其它類型存儲介質。注意，存儲器720具有分布結構，各種部件相互遠離但是可以通過處理器710處理。
[0053]在計算機可讀存儲器720中的軟件可以包括一個或多個分離程序，其每一個都包括用于執行邏輯函數的可執行質量的規則列表。在存儲器720中的軟件包括合適的操作系統(0/S)750、編譯器740、源代碼730和示范性實施例的一個或多個應用760。如所示，應用760包括大量功能部件用于執行示范性實施例的特征、工藝、方法、功能和操作。
[0054]操作系統750可以控制其他計算機程序的執行并且提供日程、輸入-輸出控制、文件和數據管理、存儲器管理以及通信控制和相關服務。
[0055]應用760可以是源程序、可執行程序(目標代碼)、腳本或包括將被執行的一系列指令的任意其它實體。當源程序、然后程序通常通過編譯器(例如，編譯器740)編譯、匯編、解釋等等，其可以包括或者不包括在存儲器720中以便合適地與0/S750連接地操作。另外，應用760可以(a)以具有數據和方法的類的面向對象編程語言編寫，或者(b)以具有常規程序、常規子程序和/或函數的過程編程語言編寫。
[0056]I/O裝置770可以包括輸入裝置(或外設)，例如但不限于鼠標、鍵盤、掃描器、麥克風、相機等等。另外，I/o裝置770還可以包括輸出裝置(或外設)，例如但不限于打印機、顯示器等等。最后，I/O裝置770還可以包括在輸入和輸出之間通信的裝置，例如但不限于NIC或者調制/解調器(用于存取遠程裝置、其它文件、裝置、系統或者網絡)，射頻(RE)或其它收發器、電話接口、橋、路由器等。I/O裝置770還包括用于在各種網絡(例如互聯網或者局域網)上通信的部件。I/O裝置770可以利用藍牙連接和線纜(通過，例如通用串行總線(USB) 口、串行口、并行口、火線、HDMI (高清多媒體接口)等)連接到和/或與處理器710通?目。
[0057]在示范性實施例中，在硬件中執行應用760，應用760可以用下述技術的一個或結合執行，其每一個本領域的技術人員已公知:具有用于基于數據信號執行邏輯功能的邏輯門的分立邏輯電路、具有合適的組合邏輯門的專用集成電路(ASIC)、可編程門陣列(PGA)、現場可編程門陣列(FPGA)，等等。
[0058]這是使用 的術語僅用于描述具體實施例的目的并且沒有旨在限制本發明。如這里使用的，除非內容中明確指明否則單數形式“一” “一個”和“這個”旨在還包括多數形式。還應該明白，術語“包括”和/或“包含”，當在此說明書中使用時，具體指狀態特征、整數、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一個或多個特征、整數、步驟、操作、元件和/或其組的存在或者添加。
[0059]在下面的權利要求中的對應的結構、材料、作用和所有方式或步驟加上功能元件的等價物旨在包括用于結合其它特別要求保護的其它要求保護元件執行功能的任意結構、材料和作用。提出本發明的描述用于示出和描述目的并且沒有旨在窮盡或者限制本發明在公開的形式中。在不脫離本發明的范圍和精神的情況下，本領域的技術人員應該明白許多修改和變化。選擇并描述實施例以便更好地解釋本發明、實際應用的原理，并且使得本領域的其它技術人員明白本發明可用于包括適合于預期的特定應用的各種修改的各種實施例。
[0060]這里描述的流程圖僅是一個實例。可以在不脫離本發明的精神的情況下，對其中描述的圖或者步驟(或者操作)存在多種變化。例如，可以以不同的次序執行步驟或者可以添加、刪除或修改步驟。所有這些變化都被認為是所要求保護的本發明的一部分。
[0061]雖然描述了本發明的優選實施例，但是本領域的技術人員應該明白，現在和將來，可以進行落入本發明隨后的權利要求范圍內的各種改善和增強。這些權利要求被認為是保持對首次描述的本發明的適合保護。
【權利要求】
1.一種用于漸進雙鏈分子的方法，所述方法包括: 通過第一電壓脈沖驅動所述雙鏈分子進入膜的Y-通道，所述Y-通道包括主干和分支、所述分支在結處連接到所述主干； 基于比破裂所述雙鏈分子的堿基對所要求的力弱的所述第一電壓脈沖，減慢在所述Y-通道的所述結處的所述雙鏈分子；以及 通過以第二電壓脈沖驅動所述雙鏈分子進入所述Y-通道的所述結，將所述雙鏈分子分開為第一單鏈和第二單鏈。
2.根據權利要求1的方法，還包括測序在所述分支的一個中的所述第一單鏈。
3.根據權利要求1的方法，還包括測序在所述分支的一個中的所述第二單鏈。
4.根據權利要求1的方法，還包括測序在所述分支的一個中的所述第一單鏈并且測序在所述分支的另一個中的所述第二單鏈； 其中測序在所述分支的一個中的所述第一單鏈包括讀取在所述第一單鏈中的一個堿基；以及 其中測序在所述分支的另一個中的所述第二單鏈包括讀取所述第二單鏈的另一堿基，所述另一堿基與所述一個堿基互補。
5.根據權利要求1的方法，其中所述雙鏈分子是脫氧核糖核酸或者核糖核酸。
6.根據權利要求1的方法，還包括分別在所述分支中同時地測序所述第一單鏈和所述第二單鏈的互補堿基。
7.根據權利要求1的方法，其中所述膜包括多個Y-通道，每一個都具有其主干和對應的分支。
8.根據權利要求1的方法，其中所述Y-通道是Y形碳納米管。
9.根據權利要求1的方法，還包括交替施加第一時長的所述第一電壓脈沖和第二時長的所述第二電壓脈沖直到所述雙鏈分子完全分開為所述第一單鏈和所述第二單鏈。
10.根據權利要求1的方法，還包括通過中斷所述第一電壓脈沖和所述第二電壓脈沖而反轉所述雙鏈分子穿過所述膜的方向。
11.一種用于漸進雙鏈分子的系統，所述系統包括: 膜，包括Y-通道，所述Y-通道包括主干和分支，所述分支在結處連接到所述主干；以及 在所述膜一側的頂流體室和在所述膜的相對側的底流體室； 電壓源的第一電壓脈沖驅動所述雙鏈分子進入所述膜的所述Y-通道； 其中基于比破裂所述雙鏈分子的堿基對所要求的力弱的所述第一電壓脈沖，減慢在所述Y-通道的所述結處的所述雙鏈分子；以及 所述電壓源的第二電壓脈沖驅動所述雙鏈分子進入所述Y-通道的所述結以將所述雙鏈分子分開為第一單鏈和第二單鏈。
12.根據權利要求11的系統，其中所述第一單鏈在所述分支的一個中被測序。
13.根據權利要求11的系統，其中所述第二單鏈在所述分支的一個中被測序。
14.根據權利要求11的系統，其中在所述分支的一個中測序所述第一單鏈而在所述分支的另一個中測序所述第二單鏈； 其中測序在所述分支的一 個中的所述第一單鏈包括讀取所述第一單鏈中的一個堿基；以及其中測序在所述分支的另一個中的所述第二單鏈包括讀取所述第二單鏈的另一堿基，所述另一堿基與所述一個堿基互補。
15.根據權利要求11的系統，其中所述第一單鏈和所述第二單鏈的互補堿基在所述分支中的各自的一個中被同時測序。
16.根據權利要求11的系統，其中所述雙鏈分子是脫氧核糖核酸或者核糖核酸。
17.根據權利要求11的系統，其中所述膜包括多個Y-通道，每一個都具有其主干和對應的分支。
18.根據權利要求11的系統，其中所述Y-通道是Y形碳納米管。
19.根據權利要求11的系統，其中所述電壓源交替地施加第一時長的所述第一電壓脈沖和第二時長的所述第二電壓脈沖直到所述雙鏈分子完全分開為所述第一單鏈和所述第二單鏈。
20.根據權利要求11的系統，其中所述電壓源通過中斷所述第一電壓脈沖和所述第二電壓脈沖來反轉所述雙鏈分子穿`過所述膜的方向。
【文檔編號】C12Q1/68GK103882107SQ201310629758
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年11月29日 優先權日:2012年12月21日
【發明者】欒斌全, 周如洪 申請人:國際商業機器公司