CN109154596B - 双分子层形成的电气增强 - Google Patents
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Abstract
公开了一种在基于纳米孔的测序芯片中的单元阵列上形成多个脂质双分子层的方法。每个单元包括贮液器。使盐缓冲溶液在基于纳米孔的测序芯片中在单元阵列上流动，以便利用所述盐缓冲溶液基本上填充所述单元中的贮液器。使脂质和溶剂混合物在单元阵列上流动，以便使脂质和溶剂混合物沉积在至少一些单元中的贮液器上。检测所述单元的第一部分，所述第一部分中每个单元在单元的贮液器上具有脂质双分子层。检测所述单元的第二部分，所述第二部分中每个单元在单元的贮液器上具有脂质隔膜而不是脂质双分子层。选择性地将电气脂质减薄刺激施加到所述单元的第二部分而不施加到所述单元的第一部分。
Description
背景技术
近年来半导体工业中的微小型化的进步使得生物技术人员能够开始将传统上庞大的感测工具包装成越来越小的形状因子，包装到所谓的生物芯片上。将合乎期望的是，开发用于生物芯片的技术，该技术使生物芯片更加稳健、高效且成本有效。
发明内容
本发明提供了一种在基于纳米孔的测序芯片中的单元阵列上形成多个脂质双分子层的方法，每个单元包括贮液器，所述方法包括以下步骤：使盐缓冲溶液在基于纳米孔的测序芯片中在单元阵列上流动，以便利用所述盐缓冲溶液基本上填充所述单元中的贮液器；使脂质和溶剂混合物在单元阵列上流动，以便使脂质和溶剂混合物沉积在至少一些单元中的贮液器上；检测所述单元的第一部分，所述第一部分中每个单元在单元的贮液器上具有脂质双分子层；检测单元的第二部分，所述第二部分中的每个单元在单元的贮液器上具有脂质隔膜而不是脂质双分子层；以及选择性地将电气脂质减薄刺激施加到所述单元的第二部分而不施加到所述单元的第一部分。
检测单元在其贮液器上是否具有脂质双分子层可以包括以下步骤：向单元施加电气测量刺激，所述电气测量刺激可以具有小于电气脂质减薄刺激的绝对量值的绝对量值。可以递增地增加电气脂质减薄刺激的绝对量值。可以至少部分地基于所述基于纳米孔的测序芯片的目标产率来终止所述刺激，使得目标产率包括在单元中的贮液器上具有脂质双分子层的单元的目标百分比。选择性地将电气脂质减薄刺激施加到所述单元的第二部分而不施加到所述单元的第一部分的步骤可以包括以下步骤：通过使单元的第一部分中每个单元中的开关开路来把所述单元的第一部分与电气脂质减薄刺激断开。所述步骤还可以包括：在第一预定时间段期间检测至少一个附加单元从在其贮液器上具有脂质隔膜转变为在其贮液器上具有脂质双分子层；以及将所述至少一个附加单元分配到所述单元的第一部分而不等待直到第一预定时间段结束，使得电气脂质减薄刺激不被施加到所述至少一个附加单元，所述单元的第一部分中的每个单元在单元的贮液器上具有脂质双分子层。
在预定时间段结束之后，使盐缓冲溶液可以在基于纳米孔的测序芯片中在单元阵列上流动，以减小单元中贮液器上的脂质隔膜的厚度。当盐缓冲溶液在第二预定时间段内在单元阵列上流动时，该方法还可以包括以下步骤：在第二预定时间段期间检测至少一个附加单元从在其贮液器上具有脂质隔膜转变为在其贮液器上具有脂质双分子层；以及将所述至少一个附加单元分配到单元的第一部分，而不等待直到第二预定时间段结束，使得没有电气刺激被施加到所述至少一个附加单元，所述单元的第一部分中的每个单元在单元的贮液器上具有脂质双分子层。在这种情况下，选择性地将电气脂质减薄刺激施加到单元的第二部分而不施加到单元的第一部分的步骤以及使盐缓冲溶液在基于纳米孔的测序芯片中在所述单元阵列上流动以减小所述单元中贮液器上的脂质隔膜厚度的步骤可以被重复多次。
本发明还提供了用于在基于纳米孔的测序芯片中在单元阵列上形成多个脂质双分子层的系统或仪器，所述系统或仪器包括：基于纳米孔的测序芯片，包括单元阵列，每个单元包括贮液器；流动腔，耦合到所述基于纳米孔的测序芯片；以及处理器或电路，被配置成使盐缓冲溶液经由流动腔在基于纳米孔的测序芯片中在单元阵列上流动，以便利用盐缓冲溶液基本上填充所述单元中的所述贮液器；使脂质和溶剂混合物经由流动腔在单元阵列上流动，以将脂质和溶剂混合物沉积在至少一些单元中的贮液器上；检测单元的第一部分，所述单元的第一部分中的每个单元在单元的贮液器上具有脂质双分子层，并且检测单元的第二部分，所述单元的第二部分中每个单元在单元的贮液器上具有脂质隔膜而没有脂质双分子层；以及选择性地将电气脂质减薄刺激施加到单元的第二部分而不施加到单元的第一部分。检测单元在其贮液器上是否具有脂质双分子层可以包括：把电气测量刺激施加到所述单元，并且所述电气测量刺激可以具有小于电气脂质减薄刺激的绝对量值的绝对量值。
所述处理器或电路还可以被配置为递增地增加电气脂质减薄刺激的绝对量值。所述处理器或电路还可以被配置为：至少部分地基于所述基于纳米孔的测序芯片的目标产率来终止将电气脂质减薄刺激进一步施加到单元阵列，使得目标产率包括在单元中的贮液器上具有脂质双分子层的单元的目标百分比。电气测量刺激可以具有100和250mV之间的绝对量值，并且电气脂质减薄刺激可以具有250和500mV之间的绝对量值。
选择性地将电气脂质减薄刺激施加到所述单元的第二部分而不施加到所述单元的第一部分可以包括以下步骤：通过使单元的第一部分中的每个单元中的开关开路来把所述单元的第一部分与电气脂质减薄刺激断开。所述步骤在第一预定时间段内被执行，并且所述处理器或电路还可以被配置为：检测至少一个附加单元在第一预定时间段期间从在其贮液器上具有脂质隔膜转变为在其贮液器上具有脂质双分子层；以及将所述至少一个附加单元分配到所述单元的第一部分而不等待直到第一预定时间段结束，使得电气脂质减薄刺激不被施加到所述至少一个附加单元，所述单元的第一部分中的每个单元在单元的贮液器上具有脂质双分子层。
所述处理器或电路还可以被配置成使盐缓冲溶液在基于纳米孔的测序芯片中在单元阵列上流动，以在第二预定时间段内减小单元中贮液器上的脂质隔膜的厚度，所述处理器或电路还可以被配置成：在第二预定时间段期间检测至少一个附加单元从在其贮液器上具有脂质隔膜转变为在其贮液器上具有脂质双分子层，以及把所述至少一个附加单元分配到所述单元的第一部分而不等待直到第二预定时间段结束，使得没有电气刺激被施加到所述至少一个附加单元，所述单元的第一部分中的每个单元在单元的贮液器上具有脂质双分子层。所述处理器还可以被配置为重复以下步骤多次：选择性地将电气脂质减薄刺激施加到单元的第二部分而不施加到单元的第一部分，以及使盐缓冲溶液在基于纳米孔的测序芯片中在单元阵列上流动，以减小单元中贮液器上脂质隔膜的厚度。
附图说明
在以下详细描述和附图中公开了本发明的各种实施例。
图1图示了基于纳米孔的测序芯片中的单元100的实施例。
图2图示了利用Nano-SBS技术来执行核苷酸测序的单元200的实施例。
图3图示了即将利用预加载的标签来执行核苷酸测序的单元的实施例。
图4图示了用于利用预加载的标签来进行核酸测序的过程400的实施例。
图5图示了基于纳米孔的测序芯片中的单元500的实施例。
图6A图示基于纳米孔的测序芯片的单元中的电路600的实施例，其中所述电路可被配置为在不会导致已形成的脂质双分子层分解的情况下检测是否在单元中形成脂质双分子层。
图6B图示了与图6A中所示的电路相同的基于纳米孔的测序芯片的单元中的电路600。与图6A相比，代替示出在工作电极和反电极之间的脂质隔膜/双分子层，示出了表示工作电极和脂质隔膜/双分子层的电气属性的电气模型。
图7图示了电气模型700，电气模型700表示在系统的脂质双分子层测量阶段期间电路600的一部分的电气属性。
图8A图示了响应于±ΔVliq的观测到的小±ΔVADC检测到在单元中尚未形成脂质双分子层。
图8B图示了响应于±ΔVliq的观测到的大±ΔVADC检测到已在单元中形成脂质双分子层。
图9A图示了在单元内形成脂质双分子层之前和之后VADC对时间的示例性绘图。
图9B图示了在尚未形成脂质双分子层的时间段t1期间VADC对时间的示例性绘图（参见图9A）的放大视图。
图9C图示了在已经形成脂质双分子层的时间段t2期间VADC对时间的示例性曲线（参见图9A）的放大视图。
图10图示了用于在基于纳米孔的测序芯片的单元中形成脂质层的改进技术的过程1000的实施例。
图11图示了具有包围硅芯片的改进流动腔的基于纳米孔的测序系统1100的俯视图，该改进流动腔允许液体和气体经过并接触芯片表面上的传感器。
图12A图示了具有不同ΔVADC值的单元的初始分布。
图12B图示了在过程1000的脂质减薄刺激阶段和盐缓冲溶液流动阶段已经重复多次之后具有不同ΔVADC值的单元的分布。
图12C图示了在过程1000的脂质减薄刺激阶段和盐缓冲溶液流动阶段重复甚至更多次之后具有不同ΔVADC值的单元的分布。
图13图示了双分子层测量阶段，电气脂质减薄刺激阶段和盐缓冲溶液流动阶段的定时图的实施例。
具体实施方式
本发明可以以众多方式来实现，这些方式包括作为过程；设备；系统；物质组成；体现在计算机可读存储介质上的计算机程序产品；和/或处理器，诸如被配置成执行指令的处理器，所述指令被存储在耦合到该处理器的存储器上和/或由耦合到该处理器的存储器提供。在该说明书中，这些实现或本发明可以采取的任何其它形式可以被称为技术。一般地，可以在本发明的范围内变更所公开的过程的步骤的顺序。除非另外记载，否则可以将被描述为被配置成执行任务的诸如处理器或存储器之类的部件实现为被暂时配置成在给定时间执行该任务的一般部件或被制造成执行该任务的特定部件。如在本文中使用的，术语“处理器”指代被配置成处理诸如计算机程序指令之类的数据的一个或多个装置、电路和/或处理核。
下面连同图示本发明的原理的附图提供本发明的一个或多个实施例的详细描述。本发明结合此类实施例被描述，但本发明不限于任何实施例。本发明的范围仅由权利要求限制并且本发明包含众多替代方案、修改和等同方案。以下描述中阐述了众多特定细节以便提供对本发明的透彻理解。出于举例的目的而提供了这些细节，并且可以在没有这些特定细节中的一些或全部的情况下根据权利要求实践本发明。出于清楚的目的，没有详细地描述在与本发明相关联的技术领域中已知的技术材料以使得本发明不会被不必要地模糊。
具有大约一纳米内径的孔大小的纳米孔隔膜装置在快速核苷酸测序方面显示了希望。当跨沉浸于传导流体中的纳米孔施加电压电位时，可以观测到归因于跨纳米孔的离子传导的小离子电流。该电流的大小对孔大小敏感。
基于纳米孔的测序芯片可以用于DNA测序。基于纳米孔的测序芯片包括被配置为阵列的大量传感器单元。例如，具有一百万个单元的阵列可以包括1000行×1000列个单元。
图1图示了基于纳米孔的测序芯片中的单元100的实施例。隔膜102形成于单元的表面之上。在一些实施例中，隔膜102是脂质双分子层。包含可溶性蛋白质纳米孔跨膜分子复合物（PNTMC）和感兴趣的分析物的主体电解质（bulk electrolyte）114被直接放置到单元的表面上。单个PNTMC 104通过电穿孔而被插入到隔膜102中。阵列中的个体隔膜既不化学地也不电气地彼此连接。因此，阵列中的每个单元是独立的测序机器，产生对与PNTMC相关联的单个聚合物分子而言唯一的数据。PNTMC 104对分析物起作用并且通过另外的不可渗透的双分子层来调制离子电流。
继续参考图1，模拟测量电路112连接到被电解质薄膜108所覆盖的金属电极110。电解质薄膜108通过离子不可渗透隔膜102与主体电解质114隔离。PNTMC 104穿过隔膜102并且提供用于离子电流从主体液体（bulk liquid）流到工作电极110的唯一路径。单元还包括反电极（CE）116，反电极116是电化学电位传感器。单元还包括参考电极117。
在一些实施例中，纳米孔阵列使用基于单分子纳米孔的合成测序（Nano-SBS）技术实现了并行测序。图2图示了利用Nano-SBS技术来执行核苷酸测序的单元200的实施例。在Nano-SBS技术中，将要被测序的模板202和先导物引入到单元200。针对该模板-先导物复合物，四个不同地加标签的核苷酸208被添加到主体水相。随着被正确加标签的核苷酸与聚合酶204复合，标签的尾部被定位在纳米孔206的桶状体中。保持在纳米孔206的桶状体中的标签生成唯一离子阻挡信号210，从而由于标签的不同化学结构而以电子方式标识所添加的碱基。
图3图示了即将利用预加载的标签来执行核苷酸测序的单元的实施例。在隔膜302中形成纳米孔301。酶303（例如，聚合酶，诸如DNA聚合酶）与纳米孔相关联。在一些情况中，聚合酶303共价键合地附连到纳米孔301。聚合酶303与要被测序的核酸分子304相关联。在一些实施例中，核酸分子304是圆形的。在一些情况中，核酸分子304是线性的。在一些实施例中，核酸先导物305与核酸分子304的一部分杂交。聚合酶303使用单链核酸分子304作为模板来催化核苷酸306结合到先导物305上。核苷酸306包括标签种类（“标签”）307。
图4图示了用于利用预加载的标签进行核酸测序的过程400的实施例。阶段A图示了如图3中描述的部件。阶段C示出了被加载到纳米孔中的标签。“被加载的”标签可以是被定位在纳米孔中和/或保持在纳米孔中或附近达可观测时间量的标签，所述可观测时间量例如0.1毫秒（ms）到10000 ms。在一些情况中，预加载的标签在从核苷酸释放之前被加载到纳米孔中。在一些实例中，如果在核苷酸结合事件时标签在被释放之后穿过纳米孔（和/或被纳米孔检测到）的概率合适地高，例如90%到99%，则标签被预加载。
在阶段A处，加标签的核苷酸(四个不同类型:A、T、G或C之一)不与聚合酶相关联。在阶段B处，加标签的核苷酸与聚合酶相关联。在阶段C处，聚合酶对接到纳米孔。标签在对接期间被电动力拉到纳米孔中，所述电动力诸如是在由跨隔膜和/或纳米孔施加的电压所生成的电场存在的情况下生成的力。
相关联的加标签的核苷酸中的一些不是与核酸分子配对的碱基。这些非配对的核苷酸通常在一时间尺度内被聚合酶拒绝，该时间尺度比正确配对的核苷酸保持与聚合酶相关联的时间尺度短。由于非配对的核苷酸仅与聚合酶短暂地相关联，如图4中示出的过程400通常不前进超过阶段D。例如，非配对的核苷酸在阶段B处或在过程进入阶段C之后不久被聚合酶拒绝。
在聚合酶对接到纳米孔之前，纳米孔的电导是大约300皮西门子（300 pS）。在阶段C处，纳米孔的电导为大约60 pS、80 pS、100 pS或120 pS，它们分别对应于加标签的核苷酸的四个类型之一。聚合酶经受异构化和转磷酸反应以将核苷酸结合到生长的核酸分子中并且释放标签分子。特别地，当标签保持在纳米孔中时，由于标签的不同化学结构而生成唯一电导信号（例如，参见图2中的信号210），从而以电子方式标识所添加的碱基。重复所述循环（即，阶段A到E或者阶段A到F）允许对核酸分子测序。在阶段D处，所释放的标签穿过纳米孔。
在一些情况中，未结合到生长的核酸分子中的加标签的核苷酸也将穿过纳米孔，如图4的阶段F中所看到的。在一些实例中，未被结合的核苷酸可以被纳米孔检测到，但该方法提供了用于至少部分地基于在纳米孔中检测到核苷酸的时间来区分被结合的核苷酸与未被结合的核苷酸的手段。键合到未被结合的核苷酸的标签快速地穿过纳米孔并且在短时间段（例如，小于10ms）内被检测到，而被键合到被结合的核苷酸的标签加载到纳米孔中并且在长时间段（例如，至少10 ms）内被检测到。
图5图示了基于纳米孔的测序芯片中的单元500的实施例。单元500包括介电层501。用于形成介电层501的介电材料包括玻璃、氧化物、氮化物等。单元500还包括介电层501上方的介电层504。介电层504形成围绕贮液器505的壁，工作电极502在贮液器505中位于底部。用于形成介电层504的介电材料包括玻璃、氧化物、氮化硅（SiN）等。介电层504的顶表面可以被硅烷化。硅烷化在介电层504的顶表面上方形成疏水层520。在一些实施例中，疏水层520具有约1.5纳米（nm）的厚度。
由介电层壁504形成的贮液器505还包括位于工作电极502上方的盐溶液506的膜。盐溶液506可包括以下各项之一：氯化锂（LiCl）、氯化钠（NaCl）、氯化钾（ KCl）、谷氨酸锂、谷氨酸钠、谷氨酸钾、乙酸锂、乙酸钠、乙酸钾、氯化钙（CaCl2）、氯化锶（SrCl2）、氯化锰（MnCl2）和氯化镁（MgCl2）。在一些实施例中，盐溶液506的膜具有约3微米（μm）的厚度。
如图5中所示，隔膜形成在介电层504的顶部上并跨越贮液器505。例如，隔膜包括形成在疏水层520顶部的脂质单分子层518。当隔膜到达贮液器505的开口时，脂质单分子层转变为跨越贮液器的开口的脂质双分子层514。将包含蛋白质纳米孔跨膜分子复合物（PNTMC）和感兴趣分析物的主体电解质508放置在贮液器正上方。通过电穿孔把单个PNTMC/纳米孔516插入脂质双分子层514中。纳米孔516穿过脂质双分子层514并且提供从主体电解质508到工作电极502的离子流动的唯一路径。主体电解质508还可以包括以下各项之一：氯化锂（LiCl）、氯化钠（NaCl）、氯化钾（KCl）、谷氨酸锂、谷氨酸钠、谷氨酸钾、乙酸锂、乙酸钠、乙酸钾、氯化钙（CaCl2）、氯化锶（SrCl2）、氯化锰（MnCl2）和氯化镁（MgCl2）。
单元500包括反电极（CE）510，其是电化学电位传感器。单元500还包括参考电极512。在一些实施例中，反电极510在多个单元之间共享，并且因此也称为公共电极。公共电极可以被配置为向与测量单元中的纳米孔接触的主体液体施加公共电位。公共电位和公共电极对于所有测量单元是共同的。
在一些实施例中，工作电极502是金属电极。对于非法拉第传导，工作电极502可以由耐腐蚀和氧化的金属（例如铂、金、氮化钛和石墨）制成。例如，工作电极502可以是具有被电镀的铂的铂电极。在另一示例中，工作电极502可以是氮化钛（TiN）工作电极。
在确定脂质双分子层已在基于纳米孔的测序芯片的单元内被正确形成之后，执行将纳米孔插入脂质双分子层的步骤。在一些技术中，确定脂质双分子层是否已在单元中正确形成的过程可能导致已经正确形成的脂质双分子层被破坏。例如，可以施加刺激电压以使电流流过电极。尽管测量到的对所述刺激电压的响应可以用于区分具有正确形成的脂质双分子层的单元（即，具有两层脂质分子厚的脂质双分子层）与不具有正确形成的脂质双分子层的单元（例如，具有厚的脂质和溶剂结合膜的单元，所述结合膜跨越单元的贮液器），但是刺激电压电平的高度足以导致已经正确形成的脂质双分子层在一些情况下分解。换句话说，用于测试脂质双分子层的刺激电压可能对脂质双分子层具有破坏性。如果已经正确形成的脂质双分子层被刺激电压破坏，则由于短路状况，非常高的电流开始流过电极。作为响应，该系统可以尝试在特定单元中再次重新形成新脂质双分子层；然而，这既耗时又低效。此外，在随后的试验中脂质双分子层在特定单元中不可以重新形成。因此，基于纳米孔的测序芯片中具有正确形成的脂质双分子层和纳米孔的单元的总百分比（即，基于纳米孔的测序芯片的产率）被降低。
公开了一种用于检测在基于纳米孔的测序芯片的单元中形成的脂质双分子层的非破坏性技术。用于检测脂质双分子层的非破坏性技术具有许多优点，包括提高基于纳米孔的测序芯片的效率和产率。
图6A图示基于纳米孔的测序芯片的单元中的电路600的实施例，其中所述电路可被配置为在不会导致已经形成的脂质双分子层分解的情况下检测是否在单元中形成脂质双分子层。
图6A示出脂质隔膜或脂质双分子层612，其位于单元工作电极614和反电极616之间，以便跨脂质隔膜/双分子层612施加电压。脂质双分子层是由两层脂质分子制成的薄隔膜。脂质隔膜是由几层（多于两层）脂质分子制成的隔膜。脂质隔膜/双分子层612也与主体液体/电解质618接触。注意，与图1中的工作电极、脂质双分子层和反电极相比，工作电极614、脂质隔膜/双分子层612和反电极616被倒置绘制。在一些实施例中，反电极在多个单元之间共享，并且因此也称为公共电极。公共电极可以被配置为通过将公共电极连接到电压源Vliq 620而将公共电位施加到与测量单元中的脂质隔膜/双分子层接触的主体液体。公共电位和公共电极对于所有测量单元是公用的。每个测量单元内都存在工作单元电极；与公共电极相比，工作单元电极614可配置为施加独立于其他测量单元中的工作单元电极的不同电位。
图6B图示了与图6A中所示的电路相同的基于纳米孔的测序芯片的单元中的电路600。与图6A相比，代替在工作电极和反电极之间示出脂质隔膜/双分子层，示出了表示工作电极和脂质隔膜/双分子层的电气属性的电气模型。
电气模型622包括表示工作电极614的电气属性的电容器624。与工作电极614相关联的电容也称为双分子层电容（Cdouble layer）。电气模型622还包括电容器626（Cbilayer）和电阻器628（Rbilayer），电容器626（Cbilayer）对与脂质隔膜/双分子层相关联的电容进行建模，电阻器628（Rbilayer）对与脂质隔膜/双分子层相关联的电阻建模。与脂质隔膜/双分子层相关联的电阻非常高，因此Rbilayer可以用开路电路代替，这将电气模型622简化成Cdouble layer与Cbilayer串联。
电压源Vliq 620是交流（AC）电压源。将反电极616浸入主体液体618中，并利用AC非法拉第模式来调制方波电压Vliq并将其施加到与测量单元中的脂质隔膜/双分子层接触的主体液体。在一些实施例中，Vliq是方波，其量值为±200-250mV，并且频率在25和100Hz之间。
传递装置606是开关，该开关可用于将脂质隔膜/双分子层和电极与测量电路600连接或断开。该开关启用或禁止可跨单元中的脂质隔膜/双分子层施加的电压刺激。在将脂质沉积到单元以形成脂质双分子层之前，因为单元的贮液器未密封，两个电极之间的阻抗非常低，并且因此开关606保持开路以避免短路状况。一旦将脂质溶剂沉积到单元以便密封所述单元的贮液器，开关606就可以闭合。
电路600还包括芯片上制造的积分电容器608（ncap）。通过使用复位信号603闭合开关601使得积分电容器608连接到电压源Vpre 605来对积分电容器608进行预充电。在一些实施例中，电压源Vpre 605提供具有900mV量值的恒定正电压。当开关601闭合时，积分电容器608被预充电到电压源Vpre 605的正电压电平。
在积分电容器608被预充电之后，复位信号603用于使开关601开路，使得积分电容器608与电压源Vpre 605断开。此时，取决于Vliq的电平，反电极616的电位可以处于比工作电极614的电位更高的电平，或反之。例如，在方波Vliq的正相位（即，AC电压源信号周期的暗时段）期间，反电极616的电位处于比工作电极614的电位更高的电平。类似地，在方波Vliq的负相位（即，AC电压源信号周期的亮时段）期间，反电极616的电位处于比工作电极614的电位低的电平。由于该电位差，积分电容器608可以在AC电压源信号周期的暗时段期间被充电，并且在AC电压源信号周期的亮时段期间被放电。
取决于模数转换器（ADC）610的采样率，积分电容器608在固定的时间段内充电或放电，然后积分电容器608中存储的电压可由ADC 610读出。在由ADC 610进行采样之后，通过使用复位信号603闭合开关601使得积分电容器608再次连接到电压源Vpre 605来再次对积分电容器608进行预充电。在一些实施例中，ADC 610的采样率在1500至2000Hz之间。在一些实施例中，ADC 610的采样率高达5kHz。例如，在采样率为1kHz的情况下，积分电容器608充电或放电达大约1ms的时段，然后由ADC 610读出存储在积分电容器608中的电压。在由ADC 610进行采样之后，通过使用复位信号603闭合开关601使得积分电容器608再次连接到电压源Vpre 605而再次使积分电容器608预充电。使积分电容器608预充电，等待用于积分电容器608充电或放电的固定时间段，以及由ADC 610对存储在积分电容器中的电压进行采样的步骤然后遍及系统的脂质双分子层测量阶段被循环重复。
电路600可以用于通过如下方式来检测是否在单元中形成脂质双分子层：监测响应于施加到与脂质隔膜/双分子层接触的主体液体的德尔塔电压变化（ΔVliq）的积分电容器608（ncap）处的德尔塔电压变化ΔVADC。如下面将更详细描述的，在脂质双分子层测量阶段期间，电路600可以被建模为具有串联连接的Cbilayer 626，Cdouble layer 624和ncap 608的分压器，并且在分压器的中间点处分接的电压变化可以由ADC 610读取，以确定是否已形成脂质双分子层。
图7图示了电气模型700，电气模型700表示在系统的脂质双分子层测量阶段期间电路600的一部分的电气属性。如图7中所示，Cdouble layer 624与Cbilayer 626串联连接，但是Rbilayer 628（参见图6B）从电气模型700中被消除。由于与脂质隔膜/双分子层相关联的电阻非常高，并且因此Rbilayer可以近似为开路电路，所以可以从电气模型700中移除Rbilayer 628。如图7中所示，Cdouble layer 624和Cbilayer 626还与ncap 608串联连接。
当在AC模式中操作时，由ADC读取的电压（VADC）可由以下等式确定：
其中Z = 1/jωC），
Z(ncap)是与ncap相关联的AC阻抗，
Z(double layer)是与工作电极相关联的AC阻抗，
并且Z(bilayer)是与脂质隔膜/双分子层相关联的AC阻抗。
与Z(bilayer)和Z(ncap)相比，双层的AC阻抗 Z(double layer)具有非常低的值，因为Cdouble layer层比Cbilayer或ncap的电容大得多。因此，代入Z(ncap)= 1/(jωCncap)，Z(bilayer)= 1 /jωCbilayer，以及Z(double layer)= 0，等式（1）可以简化为：
其中C(ncap)是与ncap相关联的电容，
并且C(bilayer)是与脂质隔膜/双分子层相关联的电容。
当脂质首先被沉积到单元中以形成脂质双分子层时，一些单元具有自发形成的脂质双分子层，但是一些单元仅具有厚的脂质隔膜（具有结合在一起的多层脂质分子和溶剂），该脂质隔膜跨越每个单元的贮液器。与脂质双分子层相关联的电容大于与超过两层脂质分子厚的脂质隔膜相关联的电容，因为脂质隔膜/双分子层的电容与其厚度成反比。当脂质隔膜变薄并发生转变而变成脂质双分子层时，厚度减小并且其相关联的电容增加。在上面的等式（2）中，当脂质双分子层开始在单元内形成时，C(bilayer)增加而C(ncap)保持恒定，使得整体上VADC增加。因此，VADC的增加可以用作在单元内形成脂质双分子层的指示。
在一些实施例中，响应于施加到与脂质隔膜/双分子层接触的主体液体的德尔塔电压变化（ΔVliq）的积分电容器608(ncap)处的德尔塔电压变化ΔVADC被监测，以便检测脂质双分子层是否已在单元中形成。例如，等式（2）可以重写为：
其中ΔVADC是由ADC读取的积分电容器608(ncap)处的电压变化，
ΔVliq是施加到主体液体的电压变化，
C(ncap)是与ncap相关联的电容，
并且C(bilayer)是与脂质隔膜/双分子层相关联的电容。
在上面的等式（3）中，因为C(ncap)保持恒定，所以当C(bilayer)随着脂质双分子层开始在单元内形成而增加时，ΔVADC也增加。ΔVADC和与脂质隔膜/双分子层相关联的电容C(bilayer)大致成比例。因此，ΔVADC的增加可以用作在单元内已经形成脂质双分子层的指示。
在一些实施例中，为了使可观测的ΔVADC最大化以更可靠地检测脂质双分子层，响应于施加到与脂质隔膜/双分子层接触的主体液体的最大电压变化（maxΔVliq）的ΔVADC被监测，以检测脂质双分子层是否已在单元中形成。
图8A图示了响应于正/负电压变化±ΔVliq的观测到的小正/负电压变化±ΔVADC导致未检测到在单元中已经形成脂质双分子层。图8B图示了响应于正/负电压变化±ΔVliq的观测到的大正/负电压变化±ΔVADC导致检测到已在单元中形成脂质双分子层。
在图8A中，当方波Vliq从负相变为正相时发生最大正电压变化+ΔVliq，而当方波Vliq从正相变为负相时发生最大负电压变化-ΔVliq。在图8A中，在ΔVliq处于正最大值的情况下，如果在单元中尚未形成脂质双分子层，则仅能观测到小的+ΔVADC；在ΔVliq处于负最大值的情况下，如果在单元中尚未形成脂质双分子层，则仅可观测到小的-ΔVADC。
在图8B中，在ΔVliq处于正最大值的情况下，如果已经在单元中形成脂质双分子层，则可以观测到大的正电压变化+ΔVADC。并且在ΔVliq处于负最大值的情况下，如果已经在单元中形成脂质双分子层，则可以观测到大的负电压变化-ΔVADC。
在一些实施例中，将ΔVliq的绝对值（|ΔVliq|）处于最大值时观测到的ΔVADC的绝对值（|ΔVADC|）与预定阈值进行比较。如果（|ΔVADC|>预定阈值），则确定检测到脂质双分子层。相反，如果（|ΔVADC| <预定阈值），则确定未检测到脂质双分子层。
图9A图示了在单元内形成脂质双分子层之前和之后VADC对时间的示例性绘图。图9A中的绘图基于真实测试数据。如图9A中所示，y轴上VADC的单位是ADC数。但是，也可以使用其他单位。如图9A中所示，在未形成脂质双分子层的时间段t1期间，记录的|ΔVADC|值小于在单元中已经形成脂质双分子层后的时间段t2期间记录的值。
图9B图示了在尚未形成脂质双分子层的时间段t1期间VADC对时间的示例性绘图（参见图9A）的放大视图。图9B中所示的结果与图8A一致。在图9B中，当方波Vliq从负相变为正相时出现最大+ΔVliq，而当方波Vliq从正相变为负相时出现最大-ΔVliq。在图9B中，在ΔVliq处于正最大值的情况下，由于在单元中尚未形成脂质双分子层，因此仅能观测到小的+ΔVADC。在ΔVliq处于负最大值的情况下，由于在单元中尚未形成脂质双分子层，因此仅能观测到小的-ΔVADC。
图9C图示了在已经形成脂质双分子层的时间段t2期间VADC对时间的示例性绘图（参见图9A）的放大视图。图9C中所示的结果与图8B一致。在图9C中，在ΔVliq处于正最大值的情况下，因为已经在单元中形成脂质双分子层，所以可以在两个连续的样本点之间观测到大的+ΔVADC。在ΔVliq处于负最大值的情况下，因为已经在单元中形成脂质双分子层，所以可以观测到大的-ΔVADC。注意，在方波Vliq从一相变为另一相之后不久，ΔVliq保持为零，并且作为响应，VADC减小到零。如图9C中所示，当已经在单元中形成脂质双分子层时，可以观测到VADC的正或负尖峰。正尖峰或负尖峰之后是小得多的VADC值。
如上所述，当脂质溶剂混合物首先沉积到单元中以形成脂质双分子层时，一些单元具有自发形成的脂质双分子层，但是一些单元仅具有跨越每个单元的贮液器的厚脂质隔膜，该厚脂质隔膜具有与溶剂结合的多层脂质分子。为了增加基于纳米孔的测序芯片的产率（即，具有正确形成的脂质双分子层和纳米孔的基于纳米孔的测序芯片中的单元的百分比），基于纳米孔的测序芯片可以执行额外的步骤以促进脂质双分子层在附加单元中形成。例如，将电气脂质减薄刺激施加到尚未在其中形成脂质双分子层的单元可以提高在厚脂质隔膜上液体流动的效率，从而促进移除任何过量的脂质溶剂，使得厚脂质隔膜可以被更高效地减薄并转变为脂质双分子层。将电气脂质减薄刺激施加到其中尚未形成脂质双分子层的单元还将产生静电力，该静电力倾向于挤出过量的脂质溶剂并将厚脂质隔膜减薄成脂质双分子层。另一方面，已经在其中正确形成脂质双分子层的单元不应该进一步暴露于相同的电气脂质减薄刺激，因为电气刺激可能导致一些薄的脂质双分子层分解。因此，有利的是使用本申请中描述的非破坏性技术来检测基于纳米孔的测序芯片中的其中已经形成脂质双分子层的部分单元以及把所述部分单元与其中尚未正确形成脂质双分子层的部分单元分离。通过将单元划分成不同的组，可以按不同方式处理不同组中的单元，从而实现更高的效率并增加基于纳米孔的测序芯片的总产率。
图10图示了用于在基于纳米孔的测序芯片的单元中形成脂质层的改进技术的过程1000的实施例。在一些实施例中，图10的基于纳米孔的测序芯片包括图1的多个单元100。在一些实施例中，图10的基于纳米孔的测序芯片包括图5的多个单元500。在一些实施例中，图10的基于纳米孔的测序芯片包括图6A和6B的电路600。
过程1000包括其中不同类型的流体（例如，液体或气体）经由流动腔流过基于纳米孔的测序芯片的单元的步骤。具有显著不同属性（例如，可压缩性、疏水性和粘度）的多种流体在基于纳米孔的测序芯片的表面上的传感器阵列上流动。为了提高效率，阵列中的每个传感器应以一致的方式暴露于流体。例如，不同类型的流体中的每种流体应该在基于纳米孔的测序芯片上流动，使得该流体可以被递送到芯片，均匀地涂覆并接触每个单元的表面，然后被递送出芯片。如上所述，基于纳米孔的测序芯片包括配置为阵列的大量传感器单元。随着基于纳米孔的测序芯片被缩放成包括越来越多的单元，跨芯片的各单元实现不同类型的流体的均匀流动变得更具挑战性。
在一些实施例中，执行图10的过程1000的基于纳米孔的测序系统包括具有蛇形流体流动通道的改进的流动腔，该蛇形流体流动通道引导流体沿着通道的长度在芯片的不同传感器上穿越。图11图示了基于纳米孔的测序系统1100的俯视图，该基于纳米孔的测序系统1100具有包围硅芯片的改进的流动腔，该流动腔允许液体和气体经过并接触芯片表面上的传感器。流动腔包括蛇形或卷绕流动通道1108，其引导流体直接在单列（或单行）传感器组1106（每个组包括数千个传感器单元）上方从芯片的一端流动到相反的一端，然后引导流体重复向回循环并直接在其他相邻列的传感器组上方流动，直到所有传感器组已经被穿越至少一次。如图11中所示，系统1100包括入口1102和出口1104。
参考图11，流体通过入口1102被引导到系统1100中。入口1102可以是管或针。例如，管或针可具有一毫米的直径。代替将液体或气体直接供给到具有单个连续空间的宽流动腔中，入口1102将液体或气体供给到蛇形流动通道1108中，该蛇形流动通道1108引导液体或气体直接在单列传感器组1106上方流动。该蛇形通道1108可以通过如下方式形成：将顶板和垫圈与分隔件1110堆叠在一起，分隔件1110将腔划分成蛇形通道以形成流动单元，然后将流动单元安装在芯片的顶部。一旦液体或气体流过蛇形通道1108，液体或气体就被一直引导通过出口1104并离开系统1100。
系统1100允许流体在芯片表面上的所有传感器的顶部更均匀地流动。通道宽度被配置为足够窄，使得毛细管作用产生效果。更具体地，表面张力（由流体内的内聚力引起）和流体与包围表面之间的粘合力起作用以将流体保持在一起，从而防止流体或气泡破裂并产生死区。例如，通道可以具有1毫米或更小的宽度。窄通道实现流体的受控流动并使来自先前流体或气体流的残余物的量最小化。
参考图10，在1002处，盐/电解质缓冲溶液经由流动腔流过基于纳米孔的测序芯片的单元，以利用盐缓冲溶液基本上填充单元中的贮液器。盐缓冲溶液可包括以下各项之一：氯化锂（LiCl）、氯化钠（NaCl）、氯化钾（KCl）、谷氨酸锂、谷氨酸钠、谷氨酸钾、乙酸锂、乙酸钠、乙酸钾、氯化钙（ CaCl2）、氯化锶（SrCl2）、氯化锰（MnCl2）和氯化镁（MgCl2）。在一些实施例中，盐缓冲溶液的浓度为300mM（毫摩尔）。
在1004处，使脂质和溶剂混合物经由流动腔流过基于纳米孔的测序芯片的单元。在一些实施例中，脂质和溶剂混合物包括脂质分子，诸如二羟基磷脂酰胆碱（DPhPC）。在一些实施例中，脂质和溶剂混合物包括癸烷或十三烷。当脂质和溶剂混合物首先沉积到单元中以形成脂质双分子层时，一些单元具有自发形成的脂质双分子层，但是一些单元仅具有厚的脂质隔膜（具有结合在一起的多层脂质分子和溶剂），该脂质隔膜跨越每个单元的贮液器。为了提高基于纳米孔的测序芯片的产率（即，基于纳米孔的测序芯片中具有正确形成的脂质双分子层和纳米孔的单元的百分比），基于纳米孔的测序芯片将重复经历两个阶段，即电气脂质减薄刺激阶段和缓冲流动阶段，以促进在附加单元中形成脂质双分子层。
过程1000的电气脂质减薄刺激阶段包括步骤1006、1008和1010。在一些实施例中，在该阶段期间，步骤1006、1008和1010可以按照如图10中所示的顺序执行。在一些实施例中，步骤1006、1008和1010可以按照不同的顺序执行。在一些实施例中，可以同时执行这些步骤。
在1006处，使用本申请中描述的非破坏性技术来使用图6A和图6B的电路600检测是否在单元中形成脂质双分子层。该检测包括：在积分电容器608(ncap)处监测响应于施加到与脂质隔膜/双分子层接触的主体液体的电压变化（ΔVliq）的电压变化ΔVADC。检测到具有脂质双分子层的单元与未检测到具有脂质双分子层的单元被分离到不同的组。在检测到具有脂质双分子层的每个单元内，使传递装置606开路，以使脂质双分子层和电极与测量电路600断开，使得电气脂质减薄刺激被禁止施加到单元。
在1008处，将电气脂质减薄刺激施加到基于纳米孔的测序芯片的单元。将电气脂质减薄刺激施加到其中尚未形成脂质双分子层的单元可以提高液体在厚脂质隔膜上方流动的效率，从而促进移除任何过量的脂质溶剂，使得厚脂质隔膜可以被更高效地减薄并转变为脂质双分子层。将电气脂质减薄刺激施加到其中尚未形成脂质双分子层的单元还将产生静电力，该静电力倾向于挤出过量的脂质溶剂并将厚脂质隔膜减薄成脂质双分子层。在一些实施例中，图6A和图6B的相同电路600可用于施加电气脂质减薄刺激。电路600在脂质双分子层检测和脂质减薄之间的设置的唯一差异在于：用于脂质双分子层检测的Vliq的绝对量值较低。例如，用于脂质双分子层检测的绝对量值Vliq可以在100mV至250mV之间，而用于脂质减薄的绝对量值Vliq可以在250mV至500mV之间。
在步骤1010，确定电气脂质减薄刺激阶段是否结束。在一些实施例中，将电气脂质减薄刺激施加到尚未被检测到其中具有脂质双分子层的任何单元达2秒的时间段。然而，也可以使用其他预定时间段。如果该阶段尚未结束，则过程1000再次返回步骤1006和1008，直到该时间段结束；否则，过程1000接下来前进到盐缓冲溶液流动阶段。
过程1000的盐缓冲溶液流动阶段包括步骤1012、1014和1016。在一些实施例中，在该阶段期间，步骤1012、1014和1016可以按照如图10中所示的顺序执行。在一些实施例中，可以按照不同的顺序执行步骤1012、1014和1016。在一些实施例中，可以同时执行这些步骤。
在1012处，使用在步骤1006处使用的相同的非破坏性技术来使用图6A和图6B的电路600检测是否在单元中形成脂质双分子层。检测到具有脂质双分子层的单元与未检测到具有脂质双分子层的单元被分离到不同的组。在检测到具有脂质双分子层的每个单元内，使传递装置606开路，以将脂质双分子层和电极与测量电路600断开。
在1014处，盐/电解质缓冲溶液经由流动腔流过基于纳米孔的测序芯片的单元。使盐缓冲溶液在单元上流动的目的是促进在每个单元上形成脂质双分子层。当盐缓冲溶液在单元上流动时，沉积在单元上的脂质和溶剂混合物的厚度减小，从而促进脂质双分子层的形成。
在1016处，确定盐缓冲溶液流动阶段是否结束。在一些实施例中，盐缓冲溶液流动达两秒钟的时段。然而，也可以使用其他预定时间段。如果该阶段尚未结束，则过程1000再次返回步骤1012和1014，直到时间段结束；否则，过程1000前进到步骤1018。
在1018处，确定是否应该重复过程1000的电气脂质减薄刺激阶段和盐缓冲溶液流动阶段。可以在该步骤使用不同的准则。在一些实施例中，电气脂质减薄刺激阶段和盐缓冲溶液流动阶段被执行预定次数。在一些实施例中，重复这两个阶段，直到达到基于纳米孔的测序芯片的目标产率。在一些实施例中，如果在通过刺激和缓冲溶液流动的减薄的最后一轮期间恰好已经被检测到具有形成的脂质双分子层的单元的增量数量或百分比低于预定阈值，则终止过程1000。在一些实施例中，重复这两个阶段，直到最近施加的电气脂质减薄刺激水平已经达到预定最大阈值，例如500 mV。
如果接下来将重复过程1000的电气脂质减薄刺激阶段和盐缓冲溶液流动阶段，则过程1000前进到步骤1020。在步骤1020，确定要施加的下一个电气脂质减薄刺激。在一些实施例中，电气脂质减薄刺激水平增加固定的预定量，例如100mV的增量。在一些实施例中，如果在最后一次迭代期间恰好被检测到具有形成的脂质双分子层的单元的增量数量或百分比低于预定阈值，则电气脂质减薄刺激水平增加固定的预定量；否则，认为先前的电气脂质减薄刺激是有效的，并因此再次使用相同的电气脂质减薄刺激水平。
图12A、12B和12C是直方图，其图示了随着过程1000的电气脂质减薄刺激阶段和盐缓冲溶液流动阶段重复多次，基于纳米孔的测序芯片中的具有正确形成的脂质双分子层的单元的总百分比（即，基于纳米孔的测序芯片的产率）增加。对于每个图，x轴是响应于施加到与脂质隔膜/双分子层接触的主体液体的电压变化（ΔVliq）的积分电容器608(ncap)处的电压变化ΔVADC，而y轴是其ΔVADC值处于特定ΔVADC区间内的单元的数量。图12A图示了具有不同ΔVADC值的单元的初始分布。图12B图示了在过程1000的脂质减薄刺激阶段和盐缓冲溶液流动阶段已经重复多次之后具有不同ΔVADC值的单元的分布。图12C图示了在过程1000的脂质减薄刺激阶段和盐缓冲溶液流动阶段已经重复甚至更多次之后具有不同ΔVADC值的单元的分布。在该示例中，具有50或更高的ΔVADC值的单元被确定为具有在其中形成的脂质双分子层。如图12A中所示，最初，仅有少数单元具有检测到的脂质双分子层。如图12B中所示，在过程1000的脂质减薄刺激阶段和盐缓冲溶液流动阶段已经重复多次之后，具有检测到的脂质双分子层的单元的数量增加。最后，如图12C中所示，在过程1000的脂质减薄刺激阶段和盐缓冲溶液流动阶段已经重复甚至更多次之后，基于纳米孔的测序芯片中的大多数单元具有检测到的脂质双分子层。
图13图示了双分子层测量阶段、电气脂质减薄刺激阶段和盐缓冲溶液流动阶段的定时图的实施例。在该示例中，在将脂质沉积到单元中之后，开始双分子层测量阶段。双分子层测量阶段持续约2秒时间。在此阶段期间，所有单元都被启用。Vliq的绝对值为250 mV。
双分子层测量阶段之后是电气脂质减薄刺激阶段，电气脂质减薄刺激阶段持续约2秒的时间。在该阶段期间，当单元内的ΔVADC的绝对值（|ΔVADC|）超过阈值1时，那么在单元内检测到脂质双分子层，并且将该单元与电压源断开。Vliq的绝对值在250-500mV之间。
电气脂质减薄刺激阶段之后是盐缓冲溶液流动阶段，并且后者持续约2-10秒时间。在该阶段期间，当单元内的ΔVADC的绝对值（|ΔVADC|）超过阈值2时，那么在单元内检测到脂质双分子层，并且将该单元与电压源断开。Vliq的绝对值为250 mV。
Claims (13)
1.一种在基于纳米孔的测序芯片中的单元阵列上形成多个脂质双分子层的方法，每个单元包括贮液器，所述方法包括：
使盐缓冲溶液在基于纳米孔的测序芯片中在单元阵列上流动，以便利用所述盐缓冲溶液基本上填充所述单元中的贮液器；
使脂质和溶剂混合物在单元阵列上流动，以便使脂质和溶剂混合物沉积在至少一些单元中的贮液器上；
检测所述单元的第一部分，所述第一部分中每个单元在单元的贮液器上具有脂质双分子层，并且检测所述单元的第二部分，所述第二部分中每个单元在单元的贮液器上具有脂质隔膜而不是脂质双分子层；以及
选择性地将电气脂质减薄刺激施加到所述单元的第二部分而不施加到所述单元的第一部分，
其中检测单元在其贮液器上是否具有脂质双分子层包括：向所述单元施加电气测量刺激，并且其中所述电气测量刺激具有小于所述电气脂质减薄刺激的绝对量值的绝对量值。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：递增地增加所述电气脂质减薄刺激的绝对量值。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：
至少部分地基于所述基于纳米孔的测序芯片的目标产率来终止所述电气脂质减薄刺激进一步施加到所述单元阵列，其中目标产率包括在单元中的贮液器上具有脂质双分子层的单元的目标百分比。
4.根据权利要求1所述的方法，其中选择性地将电气脂质减薄刺激施加到所述单元的第二部分而不施加到所述单元的第一部分包括：
通过使单元的第一部分中每个单元中的开关开路来把所述单元的第一部分与电气脂质减薄刺激断开。
5.根据权利要求1所述的方法，其中选择性地将电气脂质减薄刺激施加到所述单元的第二部分而不施加到所述单元的第一部分在第一预定时间段内执行，所述方法还包括：
在第一预定时间段期间，检测至少一个附加单元从在其贮液器上具有脂质隔膜转变为在其贮液器上具有脂质双分子层；
将所述至少一个附加单元分配到所述单元的第一部分而不等待直到第一预定时间段结束，使得电气脂质减薄刺激不被施加到所述至少一个附加单元，所述单元的第一部分中的每个单元在单元的贮液器上具有脂质双分子层。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括：
在预定时间段结束之后，使盐缓冲溶液在基于纳米孔的测序芯片中在单元阵列上流动，以减小单元中贮液器上的脂质隔膜的厚度。
7.根据权利要求6所述的方法，其中使盐缓冲溶液在基于纳米孔的测序芯片中在单元阵列上流动以减小单元中贮液器上的脂质隔膜的厚度在第二预定时间段内执行，所述方法还包括：
在第二预定时间段期间，检测至少一个附加单元从在其贮液器上具有脂质隔膜转变为在其贮液器上具有脂质双分子层；
将所述至少一个附加单元分配到单元的第一部分，而不等待直到第二预定时间段结束，使得没有电气刺激被施加到所述至少一个附加单元，所述单元的第一部分中的每个单元在单元的贮液器上具有脂质双分子层。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，选择性地将电气脂质减薄刺激施加到单元的第二部分而不施加到单元的第一部分的步骤以及使盐缓冲溶液在基于纳米孔的测序芯片中在所述单元阵列上流动以减小所述单元中贮液器上的脂质隔膜厚度的步骤被重复多次。
9.一种用于在基于纳米孔的测序芯片中在单元阵列上形成多个脂质双分子层的仪器，所述仪器包括：
基于纳米孔的测序芯片，包括单元阵列，每个单元包括贮液器；
流动腔，耦合到所述基于纳米孔的测序芯片；
处理器或电路，被配置成：
使盐缓冲溶液经由流动腔在基于纳米孔的测序芯片中在单元阵列上流动，以便利用盐缓冲溶液基本上填充所述单元中的所述贮液器；
使脂质和溶剂混合物经由流动腔在单元阵列上流动，以将脂质和溶剂混合物沉积在至少一些单元中的贮液器上；
检测单元的第一部分，所述单元的第一部分中每个单元在单元的贮液器上具有脂质双分子层，并且检测单元的第二部分，所述单元的第二部分中每个单元在单元的贮液器上具有脂质隔膜而没有脂质双分子层；以及
选择性地将电气脂质减薄刺激施加到单元的第二部分而不施加到单元的第一部分，
其中检测单元在其贮液器上是否具有脂质双分子层包括：向所述单元施加电气测量刺激，并且其中所述电气测量刺激具有小于所述电气脂质减薄刺激的绝对量值的绝对量值。
10.根据权利要求9所述的仪器，其中所述处理器或电路还被配置为：
递增地增加电气脂质减薄刺激的绝对量值.
在单元中的贮液器上具有脂质双分子层的单元的目标百分比。
11.根据权利要求9所述的仪器，其中所述电气测量刺激具有100和250mV之间的绝对量值，并且其中电气脂质减薄刺激具有250和500mV之间的绝对量值。
12.根据权利要求9所述的仪器，其中选择性地将电气脂质减薄刺激施加到所述单元的第二部分而不施加到所述单元的第一部分包括：
通过使单元的第一部分中每个单元中的开关开路来把所述单元的第一部分与电气脂质减薄刺激断开。
13.根据权利要求9所述的仪器，其中选择性地将电气脂质减薄刺激施加到所述单元的第二部分而不施加到所述单元的第一部分在第一预定时间段内被执行，其中所述处理器或电路还被配置为：
在第一预定时间段期间检测至少一个附加单元从在其贮液器上具有脂质隔膜转变为在其贮液器上具有脂质双分子层；
将所述至少一个附加单元分配到所述单元的第一部分而不等待直到第一预定时间段结束，使得电气脂质减薄刺激不被施加到所述至少一个附加单元，所述单元的第一部分中的每个单元在单元的贮液器上具有脂质双分子层。
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