CN118302668A - 用于通过频率检测来确定目标分析物的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于通过频率检测来确定目标分析物的方法及其用途、改性纳米孔、分析系统、试剂盒及其用途。

Description

用于通过频率检测来确定目标分析物的方法

技术领域

本发明涉及一种用于通过频率检测来确定目标分析物的方法及其用途、改性纳米孔、分析系统、试剂盒及其用途。

背景技术

生物活性组分，例如小分子、蛋白质、抗原、免疫球蛋白和核酸，参与许多生物过程和功能。因此，这些组分水平出现任何紊乱，都可能引发疾病或加速病程。出于此原因，人们已经投入大量研发力量开发可靠的方法，以快速检测和识别用于患者诊断和治疗的生物活性组分。例如，检测血液或尿液样品中的蛋白质或小分子可用于评定患者的代谢状态。类似地，检测血液或尿液样品中的抗原可用于识别患者所接触的病原体，从而促进适当的治疗。能够确定溶液中分析物的浓度也进一步有益。例如，确定血液或尿液组分的浓度可以将组分与参考值进行比较，从而有利于进一步评估患者的健康状况。

目前有许多可用的检测和识别方法。例如，US202110088511描述了通过生物素-链霉亲和素相互作用捕获标签的基本概念，还描述了一种纳米孔内的大体积蛋白质，用于提供一种被捕获在单个纳米孔内的带电构建体。相应的标签被设计成根据孔内的堵塞程度，允许不同的离子电流通过孔。孔内的插入基于孔顶部周围的蛋白质和/或化学物质及其各自的行为和/或与周围介质的相互作用。

如果进行测序实验并读出频率为1000Hz，则AC电流的正常水平在1Hz范围内。

在测序技术中(例如，Genia技术)，也已经观察到对纳米孔进行改性，其中酶(例如聚合酶)已被标记到纳米孔本身。

利用该系统，可以通过不同的电流电平观察到孔插入后形成的开放通道、生物素-链霉亲和素-标签-蛋白构建体的捕获情况以及进一步的改性事件。电流电平通过相应的AC产生。AC(交流电，正/负)的切换提供两个电流电平，反映孔的状态以及各自的离子流强度和方向(带正电荷的离子流向负极，反之亦然)。

如果只需要检测一种分析物，当前通过实验读出(AC)电流值的概念就尤为有价值。所使用的缓冲液组合物可以经过非常仔细的调配，因此捕获构建体的原始信号通常很难解读，但可以对其进行优化处理。目前的概念没有纳入标签身份检测或构建体的进一步结合和/或改变事件的概念，如果需要多重检测并且对活性结合/孔位点和有界位点/孔进行数字计数，这实际上会引起高度关注。此外，纳米孔由于其单分子性质可能会产生模糊/难以解读的信号，因此无法以所需的精度检查有多少工作孔。这对于还存在低浓度和高浓度分析物的情况很重要，因为这种情况只有在可以计算和/或确定游离结合位点、结合物以及被覆盖的结合位点的数量时才可能实现检测。

分析物的结合或一般的改性事件只能通过电流电平移位观察到。这种移位常常具有误导性，需要通过另一个维度的信息来更精确地说明。

然而，仍然需要改进检测和识别方法。

本发明涉及一种方法，这种方法用于通过频率检测来确定例如生物样品中的目标分析物，例如类固醇、肽、蛋白质和其他类型的分析物。本发明还涉及改性纳米孔、分析系统及其用途。

本发明的目的是提供一种用于通过频率检测来确定目标分析物的方法、其用途、改性纳米孔、分析系统及其用途。

该目的或这些目的由独立权利要求的主题来解决。进一步的实施例服从于从属权利要求。

发明内容

在下文中，本发明涉及以下方面：

在第一方面，本发明涉及一种用于通过频率检测来确定目标分析物的方法，该方法包括以下步骤：

a)提供纳米孔，其中纳米孔嵌入二维材料中并具有第一谐振频率

f₁，其中施加具有AC频率f_AC的AC电流，

b)提供改性纳米孔，其中改性纳米孔嵌入二维材料中并具有第二谐振频率f₂，其中施加具有AC频率f_AC的AC电流，

其中f_AC>f₁>f₂，

其中改性纳米孔包含目标分析物，

c)检测第一频率和第二频率的频移Δ，以及

d)使用频移Δ来确定目标分析物。

在第二方面，本发明涉及本发明第一方面的方法用于确定目标分析物的用途。

在第三方面，本发明涉及一种在用于确定目标分析物的根据本发明第一方面的方法中使用的改性纳米孔，该改性纳米孔包括：

-蛋白质纳米孔或固态纳米孔，

-任选的结合物，以及

-目标分析物。

在第四方面，本发明涉及一种分析系统，该分析系统包括

-纳米孔，其中纳米孔嵌入二维材料中并具有第一谐振频率f₁，其中施加具有AC频率f_AC的AC电流，

-改性纳米孔，其中改性纳米孔嵌入二维材料中并具有第二谐振频率f₂，其中施加具有AC频率f_AC的AC电流，

其中f_AC>f₁>f₂，

其中改性纳米孔包含目标分析物，以及

其中分析系统被配置为检测第一频率和所述第二频率的频移Δ并通过使用频移Δ来确定目标分析物。

在第六方面，本发明涉及一种适于执行本发明第一方面的方法的试剂盒，该试剂盒包括

-用于形成二维材料的一种或多种试剂，

-用于形成所述纳米孔的一种或多种试剂，

-用于形成所述改性纳米孔的一种或多种试剂，以及

-任选的，选自由以下项组成的组的组分：校准剂、缓冲剂、添加剂、消耗品、评估算法及其组合。

在第七方面，本发明涉及本发明第五方面的试剂盒用于通过频率检测来确定目标分析物的用途。

附图说明

图1A、图2和图4示出了改性米纳孔(脂质双层内的生物素-链霉亲和素-蛋白质)的实验电流/磁驱动读数以及所示时间依赖性读数的一般原理。

图1B示出了用于在纳米孔中生成所定义电压电平的标签。

图3示出了根据纳米孔工作流程的方法，该纳米孔受到外部场(磁或电)的影响，因此发生偏转，从而导致电流变化。

图5A描述了改性纳米孔的RAW信号(电流与时间的对比关系)。

图5B描述了在使用图5A提到的raw信号(FFT信号)的傅立叶变换之后图5A中描述的区域的各个信号(幅度与频率的对比关系)。

图6描述了与图5类似的实验的RAW信号(电流与时间的对比关系)和FFT信号(幅度与频率的对比关系)。

图7A、图7B、图8A至图8E、图9A至图9C和图10A至图10B描述了改性纳米孔的RAW信号(电流与时间的对比关系)和FFT信号(幅度与频率的对比关系)。图9A至图9C描述了f_AC＝1Hz时频率相关的FFT分析。图10A至图10B描述了f_AC＝1000Hz时频率相关的FFT分析。

具体实施方式

在下文详细描述本发明之前，应当理解，本发明不限于本文所述的特定实施例和实例，因为这些实施例和实例可以变化。还应当理解，本文中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明的范围，本发明的范围将仅由所附权利要求限制。除非另外指明，否则本文所用的所有科学技术术语具有如本领域的普通技术人员通常理解的相同意义。

本说明书文本全文引用了若干文献。本文所引用的文献(包括所有专利、专利申请、科学出版物、制造商的说明书、使用说明等)中的每一篇，无论上文或下文中引用，均通过引用而以其整体并入本文。在此类并入的参考文献的定义或教导与本说明书中引用的定义或教导矛盾时，以本说明书文本为准。

下面将描述本发明的元件。这些元件与具体实施例一起列出，然而，应理解，它们可以任何方式和任何数目组合以形成另外的实施例。各种描述的实例和优选实施例不应解释为仅将本发明限制为明确描述的实施例。此描述应理解为支持并且涵盖将明确描述的实施例与任何数目的所公开和/或优选元件组合的实施例。此外，除非上下文另有说明，否则本申请中所有所描述要素的任何排列和组合均应视为由本申请的说明书公开。

定义

词语“包括”以及变体诸如“包含”和“含有”应理解为暗示包括所陈述的整数或步骤或者整数或步骤组，但不排除任何其他整数或步骤或者整数或步骤组。术语“包括”和“包含”可以互换使用。

如在本说明书和所附权利要求中所用，除非内容另外明确规定，否则单数形式“一个”、“一种”和“该”包括复数指代物。

百分比、浓度、量和其他数值数据在本文中可以“范围”格式表达或呈现。应当理解，此类范围格式仅出于方便和简洁而使用，因此应灵活地解释为不仅包括明确列举为范围限值的数值，而且包括该范围所涵盖的所有单独的数值或子范围，就如同明确列举出每个数值和子范围一样。作为例示，数值范围“4％至20％”应解释为不仅包括明确列举出的4％至20％的值，而且包括所示范围内的各个值和子范围。因此，此数值范围中包括个体值诸如4、5、6、7、8、9、10、…18、19、20％和子范围诸如4-10％、5-15％、10-20％等。此相同原则适用于引用最小值或最大值的范围。此外，无论所述范围或特征的广度如何，均适用此类解释。

当与数值相连使用时，术语“约”意为涵盖处于一定范围内的数值，该范围具有比所指示的数值小5％的下限和比所指示的数值大5％的上限。

在本公开的上下文中，术语“分析物”、“分析物分子”或“目标分析物”可互换使用，其是指待分析的化学物质。化学物质，即分析物，可以是活体生物体中存在的任何种类的分子，包括但不限于核酸(例如，DNA、mRNA、miRNA、rRNA等)、氨基酸、肽、蛋白质(例如，细胞表面受体、胞质蛋白等)、代谢物或激素(例如，睾酮、雌激素、雌二醇等)、脂肪酸、脂质、碳水化合物、类固醇、酮类固醇、开环甾类化合物(例如，维生素D)、以另一分子的某一改性(例如，蛋白质上的糖部分或磷酰残基、基因组DNA上的甲基-残基)为特征的分子或已经由生物体内化的物质(例如，治疗性药物、滥用的药物、毒素等)或此类物质的代谢物。此类分析物可用作生物标志物。在本发明的上下文中，术语“生物标志物”指生物学系统内的物质，其用作所述系统的生物学状态的指示物。

如本文所用，术语“确定”目标分析物是指对目标分析物进行定量或定性，例如确定目标分析物是否存在和/或测量样品中目标分析物的水平。

术语“纳米孔”可以指位于薄膜或二维材料(例如脂质双层)上的纳米级微小孔，或者指由固体2D平面(例如玻璃纳米孔)形成的纳米级微小孔。纳米孔和孔可以互换使用。

如本文所用，术语“构建体”是广义的术语且应被赋予其对于本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不应限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于嵌入在二维材料中的改性纳米孔，其中改性可以由附着于纳米孔(例如，共价或非共价附着)的结合物诱导以形成改性纳米孔。

如本文所用，术语“两亲性分子”是广义的术语且应被赋予其对于本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不应限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于在同一分子中包含对溶剂具有不同亲和力的两种不同的共价键合组分的任何化合物，其中一部分对极性溶剂(例如水)具有高亲和力，而另一部分对非极性溶剂(例如，烃、醚和酯)具有很强的亲和力。表面活性剂、聚合物两亲物和一些含有亲水性和疏水性组分的脂质分子是两亲性分子的典型示例。

如本文所用，术语“双层”是广义的术语且应被赋予其对于本领域普通技术人员而言普通且惯常的含义，并且不应限于特殊或自定义的含义。该术语具体可指但不限于由两层脂质分子、优选磷脂分子制成的膜。

“临床诊断系统”是实验室自动化设备，专门用来分析用于体外诊断的样品。根据需要和/或根据期望的实验室工作流程，临床诊断系统可具有不同的配置。通过将多个设备和/或模块耦接在一起，可获得附加配置。“模块”是具有专用功能的工作单元，通常比整个临床诊断系统更小。此功能可以是分析功能，但也可以是分析前功能或分析后功能，或者可以是分析前功能、分析功能或分析后功能中的任一个的辅助功能。特别地，模块可配置为与一个或多个其他模块协作以用于例如通过执行一个或多个分析前步骤和/或分析步骤和/或分析后步骤来执行样品处理工作流程的专用任务。特别地，临床诊断系统可以包括一个或多个分析设备，其设计用于执行针对某些类型的分析(例如，临床化学、免疫化学、凝血、血液学、液相色谱分离、质谱等)优化的相应工作流程。因此，临床诊断系统可包括带有相应工作流程的一个分析设备或任何此类分析设备的组合，其中分析前模块和/或分析后模块可以耦接到单独的分析设备或由多个分析设备共享。在替代方案中，可通过集成在分析设备中的单元来执行分析前功能和/或分析后功能。临床诊断系统可包括功能单元，诸如用于吸移和/或泵送和/或混合样品和/或试剂和/或系统流体的液体处理单元，以及用于分类、存储、运输、识别、分离、检测的功能单元。

临床诊断系统可以包括纳米孔支架。纳米孔支架对于技术人员来说是已知的，因此不详细解释，例如，Bhatti等人,RSC Adv.,2021,11,28996。

临床诊断系统还可以包括用于检测第一频率和第二频率的频移Δ的检测器。

临床诊断系统还可以包括用于将来自步骤e)的第一频率、第二频率和/或频移从时域计算成频域的变换器或计算器。变换器被配置为使用转换运算，例如傅立叶变换。

“样品制备站”可以是耦接至一个或多个分析设备或分析设备中的单元的预分析模块，其设计用于执行一系列样品处理步骤，这些样品处理步骤旨在除去或至少减少样品中的干扰基质组分和/或富集样品中的感兴趣的分析物。此类处理步骤可包括对一个样品或多个样品顺序地、并行地或交错地执行的以下处理操作中的任一项或多项：吸移(抽吸和/或分配)流体、泵送流体、与试剂混合、在一定温度下培育、加热或冷却、离心、分离、过滤、筛分、干燥、洗涤、重悬、等分、转移、储存等)。

“试剂盒”是包含至少一种本发明试剂的任何制品(例如，包装或容器)，该试剂例如是用于治疗疾病的药品，或用于特异性地检测生物标志物基因或蛋白质的探针。试剂盒优选作为用于进行本发明方法的单元来推销、分发或贩售。通常，试剂盒可进一步包括被分隔开的载体装置以在紧密的限定空间中接纳一个或多个容器装置，诸如小瓶、管等。特别地，每个容器意味着包含将在第一方面的方法中使用的单独元件之一。试剂盒可进一步包括一种或多种其他试剂，包括但不限于反应催化剂。试剂盒可进一步包含一个或多个包含其他材料的其他容器，该其他材料包括但不限于缓冲剂、稀释剂、过滤器、针头、注射器和带有使用说明书的包装插页。标记物可存在于容器上以指示将组合物用于具体应用，并且也可指示体内或体外使用的指南。计算机程序代码可提供于数据存储介质或装置诸如光学存储介质(例如，光盘)上或直接提供于计算机或数据处理装置上。此外，试剂盒可包含如本文别处所述的用于校准目的生物标志物的标准量。

在该详细描述中，对“一个实施例”、“一实施例”或“在实施例中”的提及意味着所提及的特征包括在关于根据本公开的所有方面的技术的至少一个实施例中。此外，对“一个实施例”、“一实施例”或“实施例”的单独提及不一定指代相同的实施例；然而，这些实施例都不是相互排斥的，除非另有说明，并且除非对本领域技术人员来说是显而易见的。因此，根据本公开的技术在其所有方面可以包括本文描述的实施例的任何种类的组合和/或集成。

实施例

在第一方面，本发明涉及一种用于通过频率检测来确定目标分析物的方法，该方法包括以下步骤：

a)提供纳米孔，其中纳米孔嵌入二维材料中并具有第一谐振频率

f₁，其中施加具有AC频率f_AC的AC电流，

b)提供改性纳米孔，其中改性纳米孔嵌入二维材料中并具有第二谐振频率f₂，其中施加具有AC频率f_AC的AC电流，

其中f_AC>f₁>f₂，

其中改性纳米孔包含目标分析物，

c)检测第一频率和第二频率的频移Δ，以及

d)使用频移Δ确定目标分析物。

本文描述了检测二维材料(例如脂质双层)内纳米孔中捕获的带电构建体的频率变化原理。对标记的纳米孔构建体(改性纳米孔)的检测是可见的，并且在从时域转换到频域后会显示出一个非常稳定的信号。

优选地，二维材料-纳米孔-构建体的“本征频率”或共振频率(f₁和/或f₂)不应与驱动AC频率f_AC匹配，因为共振灾难事件会导致破坏，这意味着虽然脂质双层形成得很好，但没有建立孔构建体。

驱动力可以是电流驱动的，也可以是磁驱动的。

通过将蛋白质或非特异性结合物共价结合到纳米孔本身上，纳米孔本身也可以在没有捕获构建体的情况下使用。

根据步骤(a)，提供纳米孔。纳米孔嵌入二维材料中。纳米孔具有第一共振频率f₁。施加具有AC频率f_AC的AC电流。

对于第一谐振频率，缩写f₁和f1可以互换使用。

在本发明第一方面的实施例中，用于通过频率检测来确定目标分析物的方法包括以下步骤：

a)提供纳米孔，其中纳米孔嵌入二维材料中并具有第一谐振频率

f₁，其中施加具有AC频率f_AC的AC电流，

b)提供改性纳米孔，其中改性纳米孔嵌入二维材料中并具有第二谐振频率f₂，其中施加具有AC频率f_AC的AC电流，

其中f_AC>f₁>f₂，

其中改性纳米孔包含目标分析物，

c)检测第一频率和第二频率的频移Δ，其中Δ＝|f₂|-|f₁|，以及

d)使用频移Δ来确定目标分析物。

在本发明第一方面的实施例中，第一共振频率f₁是纳米孔的共振频率。

在本发明第一方面的实施例中，第一共振频率f₁是嵌入二维材料中的纳米孔的共振频率。

优选地，提供多于一个的纳米孔，例如提供2个、3个、4个，或者提供数百、数千甚至数百万个纳米孔。纳米孔设置在孔板上。孔板是半导体芯片。半导体芯片可以有128k个单元。

原则上，纳米孔对于本领域技术人员来说是已知的，因此不进行详细解释。纳米孔可由Genia Technologies购买。为了测量通过纳米孔的电流，可以使用包含例如264个可单独寻址电极的互补金属氧化物半导体(CMOS)芯片。该芯片由Genia Technologies开发。

在本发明第一方面的实施例中，纳米孔包括孔径小于1000nm，优选孔径在2nm和20nm之间的孔。

在本发明第一方面的实施例中，纳米孔是蛋白质纳米孔或固态纳米孔。

在本发明第一方面的实施例中，蛋白质纳米孔是α-溶血素或耻垢分枝杆菌孔蛋白A。

在本发明第一方面的实施例中，蛋白质纳米孔是包含MoS₂、石墨烯、Si、SiNx和/或SiO₂的合成膜。

根据步骤(b)，提供了改性纳米孔。改性纳米孔嵌入二维材料中。改性纳米孔具有第二共振频率f₂。施加具有AC频率f_AC的AC电流，其中f_AC>f₁>f₂。改性纳米孔包含目标分析物。特别地，将具有AC频率f_AC的相同AC电流施加至纳米孔以及改性纳米孔。

在本发明第一方面的实施例中，AC频率f_AC测量在时间和空间上并行化和/或在时间和在空间上多重复用。

在本发明第一方面的实施例中，通过使用电和/或磁测量来执行AC频率f_AC测量。

缩写f_AC和fAC可以互换使用来表示AC频率。对于第二谐振频率，缩写f₂和f2可以互换使用。谐振频率(f1和/或f2)也可称为本征频率。

在本发明第一方面的实施例中，第二共振频率f₂是改性纳米孔的共振频率。

在本发明第一方面的实施例中，第二共振频率f₂是嵌入二维材料中的改性纳米孔的共振频率。

改性纳米孔或嵌入二维材料中的改性纳米孔可以在本文和整个公开内容中被称为构建体。

优选地，提供多于一种的改性纳米孔，例如提供2个、3个、4个，或者提供数百或数千个改性纳米孔。改性纳米孔设置在孔板上。

在本发明第一方面的实施例中，改性纳米孔和纳米孔通过改性而彼此区分。改性可以是复合物或构建体，其被捕获在纳米孔内以形成改性纳米孔。附加地和/或替代性地，改性可以是结合物，其附着于纳米孔以形成改性纳米孔。

在本发明第一方面的实施例中，在步骤b)中提供的改性纳米孔是通过对在步骤a)中提供的纳米孔进行改性而生产的。

在本发明第一方面的实施例中，改性纳米孔是由包含构建体的分析物生产的，构建体被捕获在纳米孔内。

在本发明第一方面的实施例中，构建体包括适体、抗体、抗体片段(例如FAB)、非特异性结合物(例如C18和/或芳香结构与分析物之间的范德华相互作用)、DNA、酶(例如聚合酶)、离子相互作用(例如带正电荷和带负电荷的离子对)。

在本发明第一方面的实施例中，改性纳米孔是由附着于纳米孔的结合物生产的。

在本发明第一方面的实施例中，结合物共价附着于纳米孔上。

在本发明第一方面的实施例中，结合物通过非共价键，优选地通过范德华力，非特异性地附着于所述纳米孔。

在本发明第一方面的实施例中，改性纳米孔包括孔径小于1000nm，优选孔径在2nm和20nm之间的孔。

在本发明第一方面的实施例中，改性纳米孔是蛋白质纳米孔或固态纳米孔。

在本发明第一方面的实施例中，蛋白质改性纳米孔是α-溶血素或耻垢分枝杆菌孔蛋白A。

在本发明第一方面的实施例中，蛋白质改性纳米孔是包含MoS₂、石墨烯、Si、SiNx和/或SiO₂的合成膜。

在本发明第一方面的实施例中，AC频率大于第一谐振频率并且大于第二谐振频率。第一谐振频率大于第二谐振频率并且小于AC频率。第二谐振频率小于第一谐振频率并且小于第一谐振频率。

在本发明第一方面的实施例中，f_AC>f₁>f₂是|f_AC|>|f₁|>|f₂|。原则上，可以省略绝对值，因为一般意义是，随着整体部分变重，质量的每次增加(例如纳米孔或改性纳米孔)都会直接导致共振频率的降低。

在本发明第一方面的实施例中，目标分析物是改性纳米孔的单分子。优选地，分析物的确切一个单分子是改性纳米孔的一部分。因此，该方法允许单分子检测。

在本发明第一方面的实施例中，频移是：Δ＝f₂-f₁，优选地Δ＝|f₂|-|f₁|。特别地，这两个术语可以互换使用。

在本发明第一方面的实施例中，AC频率f_AC大于500Hz或650Hz或650Hz或700Hz或750Hz，例如770Hz。

在本发明第一方面的实施例中，AC频率f_AC小于2000Hz或1700Hz或1500Hz或1300Hz或1000Hz，例如900Hz。

在本发明第一方面的实施例中，第一频率和/或第二频率在400Hz与500Hz之间。原则上，根据目标分析物、纳米孔和/或二维材料的类型，其他第一和/或第二频率也是可能的。

在本发明第一方面的实施例中，二维材料包含两亲性分子。在本发明第一方面的实施例中，二维材料是双分子层，优选为脂质双分子层。

在本发明第一方面的实施例中，二维材料是单分子层，优选包含具有两个亲水基团或两个疏水基团的两亲性分子，更优选地，其中两个亲水基团由疏水基团分隔开，或者其中两个疏水基团由亲水基团分隔开。

在本发明第一方面的实施例中，目标分析物为小分子。

在本发明第一方面的实施例中，目标分析物是蛋白质。

在本发明第一方面的实施例中，目标分析物选自由以下项组成的组：核酸、氨基酸、肽、蛋白质、代谢物、激素、脂肪酸、脂质、碳水化合物、类固醇、酮类固醇、开环甾类化合物、以另一分子的某种改性为特征的分子、已由生物体内化的物质、此类物质的代谢物以及它们的组合。

在本发明第一方面的实施例中，方法在步骤c)之前包括进一步的步骤：

e)检测在步骤a)中提供的所述纳米孔和在步骤b)中提供的所述改性纳米孔的作为时间的函数的电压，以及/或者

f)通过转换运算例如傅立叶变换，将来自步骤e)的第一频率、第二频率和/或频移从时域计算成频域。

在本发明第一方面的实施例中，步骤c)和步骤d)在步骤a)和步骤b)之后执行。优选地，步骤a)在步骤b)之前进行。更优选地，提供在步骤a)中的纳米孔，然后对在步骤a)中提供的纳米孔进行改性以形成在步骤b)中提供的改性纳米孔。

在本发明第一方面的实施例中，分析物包括生物学组织、生物学材料、可食用物品、聚合物、涂漆、考古学文物、人造骨骼、皮肤、尿液或血液。

在本发明的第一方面的实施例中，分析物是一种蛋白质，例如TNT。

在本发明第一方面的实施例中，包含一个或多个酮基团的分析物分子是酮类固醇。在本发明第一方面的特定实施例中，酮类固醇选自由以下项组成的组：睾酮、表睾酮、二氢睾酮(DHT)、去氧甲基睾酮(DMT)、四氢孕三烯酮(THG)、醛固酮、雌酮、4-羟基雌酮、2-甲氧基雌酮、2-羟基雌酮、16-酮雌二醇、16-α-羟基雌酮、2-羟基雌酮-3-甲基醚、泼尼松、泼尼松龙、孕烯醇酮、孕酮、脱氢表雄酮(DHEA)、17-羟基孕烯醇酮、17-羟基孕酮、雄酮、表雄酮、Δ4-雄烯二酮、11-去氧皮质醇、皮质甾酮、21-脱氧皮质醇、11-脱氧皮质酮、别孕烯醇酮和醛固酮。

在本发明的第一方面的实施例中，包含一个或多个羧基基团的分析物分子选自由以下各项组成的组：Δ8-四氢大麻酚酸、苯甲酰芽子素、水杨酸、2-羟基苯甲酸、加巴喷丁、普瑞巴林、丙戊酸、万古霉素、甲氨蝶呤、霉酚酸、孟鲁司特、瑞格列奈、速尿、替米沙坦、吉非罗齐、双氯芬酸、布洛芬、吲哚美辛、佐美拉克、伊索克酸和青霉素。在本发明的第一方面的实施例中，包含一个或多个羧基基团的分析物分子为选自由以下项组成的组的氨基酸：精氨酸、赖氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、天冬酰胺、组氨酸、丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、色氨酸、丙氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、脯氨酸和甘氨酸。

在本发明的第一方面的实施例中，包含一个或多个醛基团的分析物分子选自由以下项组成的组：吡哆醛、N-乙酰基-D-氨基葡萄糖、阿卡他定、链霉素和交沙霉素。

在本发明的第一方面的实施例中，羰基基团为羰基酯基团。在本发明第一方面的实施例中，包含一个或多个酯基团的分析物分子选自由以下项组成的组：可卡因、海洛因、利他林、醋氯芬酸、乙酰胆碱、安西奈德、阿米洛酯、阿米洛卡因、氨苄哌替啶、阿雷地平、青蒿琥酯和哌替啶。

在本发明第一方面的实施例中，包含一个或多个酐基团的分析物分子选自由以下项组成的组：斑蝥素、琥珀酸酐、偏苯三酸酐和马来酸酐。

在本发明第一方面的实施例中，包含一个或多个二烯基团的分析物分子是开环甾类化合物。在实施例中，该开环甾类化合物选自由以下项组成的组：胆钙化醇(维生素D3)、麦角钙化醇(维生素D2)、骨化二醇、骨化三醇、速固醇、光甾醇和他卡西醇。特别地，该开环甾类化合物是维生素D、尤其是维生素D2或D3或其衍生物。在特定的实施例中，开环甾类化合物选自由以下项组成的组：维生素D2、维生素D3、25-羟基维生素D2、25-羟基维生素D3(骨化二醇)、3-表-25-羟基维生素D2、3-表-25-羟基维生素D3、1,25-二羟基维生素D2、1,25-二羟基维生素D3(骨化三醇)、24,25-二羟基维生素D2、24,25-二羟基维生素D3。在本发明第一方面的实施例中，包含一个或多个二烯基团的分析物分子选自由以下项组成的组：维生素A、维甲酸、异维甲酸、阿利维甲酸、游霉素、西罗莫司、两性霉素B、制霉菌素、依维莫司、坦罗莫司和非达霉素。

在本发明的第一方面的实施例中，该分析物分子包含单个羟基基团或两个羟基基团。在实施例中，分析物分子中存在一个以上羟基基团，两个羟基基团可以定位成彼此相邻(1,2-二醇)或通过1、2或3个C原子分离(分别为1,3-二醇、1,4-二醇、1,5-二醇)。在第一方面的特定实施例中，该分析物分子包含1,2-二醇基团。在其中仅存在一个羟基基团的实施例中，该分析物选自由以下项组成的组：伯醇、仲醇和叔醇。在本发明第一方面的实施例中，其中该分析物分子包含一个或多个羟基基团，该分析物选自由以下项组成的组：苄醇、薄荷醇、L-肉毒碱、吡哆醇、甲硝哒唑、单硝酸异山梨酯、愈创甘油醚、克拉维酸盐、米吉妥(Miglitol)、扎西他滨、异丙肾上腺素、阿昔洛韦、美索巴莫、曲马多、文拉法辛、阿托品、氯苯达诺、α-羟基阿普唑仑、α-羟基三唑仑、劳拉西泮、去甲羟基安定、替马西泮、乙基葡糖苷酸、乙基吗啡、吗啡、吗啡-3-葡糖苷酸、丁丙诺啡、可待因、二氢可待因、对-羟基丙氧芬、O-去甲基曲马多、双氢奎尼丁和奎尼丁。在本发明第一方面的实施例中，其中分析物分子包含多于一个羟基基团，分析物选自由以下项组成的组：维生素C、葡萄糖胺、甘露醇、四氢生物蝶呤、阿糖胞苷、阿扎胞苷、利巴韦林、氟尿苷、吉西他滨、链脲佐菌素、腺苷、阿糖腺苷、克拉屈滨、雌三醇、三氟尿苷、氯法拉滨、纳多洛尔、扎那米韦、乳果糖、单磷酸腺苷、碘苷、瑞加德松(regadenoson)、林可霉素、克林霉素、卡格列净(Canaglifozin)、妥布霉素、奈替米星、卡那霉素、替格瑞洛、表柔比星、多柔比星、阿贝卡星、链霉素、喹巴因(ouabain)、阿米卡星、新霉素、新霉素B(framycetin)、巴龙霉素、红霉素、克拉霉素、阿奇霉素、长春地辛、洋地黄毒苷、地高辛、甲泛葡胺、乙酰洋地黄毒苷、去乙酰毛花苷、氟达拉滨、氯法拉滨、吉西他滨、阿糖胞苷、卡培他滨、阿糖腺苷和普卡霉素。

在本发明第一方面的实施例中，分析物分子包含一个或多个硫醇基团(包括但不限于烷基硫醇和芳基硫醇基团)作为官能团。在本发明第一方面的实施例中，包含一个或多个硫醇基团的分析物分子选自由以下项组成的组：硫代扁桃酸、DL-甲巯丙脯酸、DL-塞奥芬、N-乙酰基半胱氨酸、D-青霉胺、谷胱甘肽、L-半胱氨酸、佐芬普利拉、硫普罗宁、二巯基丙醇、琥巯酸。

在本发明第一方面的实施例中，分析物分子包含一个或多个二硫化物基团作为官能团。在本发明第一方面的实施例中，包含一个或多个二硫化物基团的分析物分子选自由以下项组成的组：谷胱甘肽二硫化物、双硫氧吡啶、二硫化硒、双硫仑、硫辛酸、L-胱氨酸、呋喃硫胺、奥曲肽、去氨加压素、伐普肽、特利加压素、利那洛肽和培奈萨肽(peginesatide)。硫化硒可以是二硫化硒SeS₂或六硫化硒Se₂S₆。

在本发明第一方面的实施例中，该分析物分子包含一个或多个环氧化物基团作为官能团。在本发明第一方面的实施例中，包含一个或多个环氧化物基团的分析物分子选自由以下项组成的组：卡巴西平-10,11-环氧化物、卡非佐米、呋喃苯胺酸环氧化物、磷霉素、司维拉姆盐酸盐、浅蓝菌素、东莨菪碱、噻托溴铵(tiotropium)、噻托溴铵(tiotropiumbromide)、甲溴东莨菪碱、依普利酮、莫匹罗星、纳他霉素和醋竹桃霉素。

在本发明第一方面的实施例中，该分析物分子包含一个或多个酚基团作为官能团。在本发明第一方面的特定实施例中，包含一个或多个酚基团的分析物分子是类固醇或类固醇样化合物。在本发明第一方面的实施例中，包含一个或多个酚基团的分析物分子是具有sp²杂化的A环以及位于A环3位置的OH基团的类固醇或类固醇样化合物。在本发明第一方面的特定实施例中，类固醇或类固醇样分析物分子选自由以下项组成的组：雌激素、雌激素样化合物、雌酮(El)、雌二醇(E2)、17a-雌二醇、17b-雌二醇、雌三醇(E3)、16-表雌三醇、17-表雌三醇和16,17-表雌三醇和/或其代谢物。在实施例中，代谢物选自由以下各项组成的组：雌三醇、16-表雌三醇(16-epiE3)、17-表雌三醇(17-epiE3)、16,17-表雌三醇(16,17-epiE3)、16-酮雌二醇(16-ketoE2)、16a-羟基雌酮(16a-OHEl)、2-甲氧基雌酮(2-MeOEl)、4-甲氧基雌酮(4-MeOEl)、2-羟基雌酮-3-甲基醚(3-MeOEl)、2-甲氧基雌二醇(2-MeOE2)、4-甲氧基雌二醇(4-MeOE2)、2-羟基雌酮(2-OHE1)、4-羟基雌酮(4-OHE1)、2-羟基雌二醇(2-OHE2)、雌酮(El)、硫酸雌酮(Els)、17a-雌二醇(E2a)、17b-雌二醇(E2B)、硫酸雌二醇(E2S)、马烯雌酮(EQ)、17a-二氢马烯雌酮(EQa)、17b-二氢马烯雌酮(EQb)、马萘雌酮(Equilenin)(EN)、17-二氢马萘雌酮(ENa)、17α-二氢马萘雌酮、17β-二氢马萘雌酮(ENb)、Δ8,9-脱氢雌酮(dEl)、Δ8,9-硫酸脱氢雌酮(dEls)、Δ9-四氢大麻酚、霉酚酸。β或b可互换使用。α和a可互换使用。

在本发明第一方面的实施例中，分析物分子包含胺基团作为官能团。在本发明第一方面的实施例中，胺基团是烷基胺或芳基胺基团。在本发明第一方面的实施例中，包含一个或多个胺基团的分析物选自由以下项组成的组：蛋白质和肽。在本发明第一方面的实施例中，包含胺基团的分析物分子选自由以下项组成的组：3,4-亚甲二氧安非他明、3,4-亚甲二氧-N-乙基安非他明、3,4-亚甲二氧甲基安非他明、安非他明、甲基安非他明、N-甲基-1,3-苯并二氧杂环戊烯基仲丁胺、7-氨基氯硝西泮、7-氨基氟硝西泮、3,4-二甲基甲卡西酮、3-氟甲卡西酮、4-甲氧基甲卡西酮、4-甲基乙卡西酮、4-甲基甲卡西酮、安非拉酮、2-甲基氨基-1-(3,4-亚甲二氧基苯基)丁-1-酮(butylone)、乙卡西酮(ethcathinone)、氟芬酮(elephedrone)、甲卡西酮、亚甲基二氧基甲卡西酮(methylone)、亚甲二氧吡咯戊酮、苯甲酰爱康宁、去氢去甲氯胺酮、氯胺酮、去甲氯胺酮、美沙酮、去甲美沙酮、6-乙酰基吗啡、二乙酰基吗啡、吗啡、去甲氢可酮(norhydrocodone)、氧可酮、羟吗啡酮、苯环己哌啶、去甲丙氧芬、阿米替林、氯米帕明、度琉平、多虑平、丙咪嗪、去甲替林、三甲丙咪嗪、芬太尼、甘氨酰二甲基苯胺(glycylxylidide)、利多卡因、单乙基甘氨酰二甲基苯胺、N-乙酰基普鲁卡因酰胺、普鲁卡因酰胺、普瑞巴林、2-甲基氨基-1-(3,4-亚甲二氧苯基)丁烷、N-甲基-1,3-苯并二氧代丁胺、2-氨基-1-(3,4-亚甲二氧苯基)丁烷、1,3-苯并二氧代丁胺、去甲哌替啶、O-去甲基曲马多、去甲基曲马多、曲马多、拉莫三嗪、茶碱、阿米卡星、庆大霉素、妥布霉素、万古霉素、甲氨蝶呤、加巴喷丁、西索米星和5-甲基胞嘧啶。

在本发明第一方面的实施例中，分析物分子是碳水化合物或具有碳水化合物部分的物质，例如糖蛋白或核苷。在本发明第一方面的实施例中，分析物分子是单糖、特别地选自由以下项组成的组：核糖、脱氧核糖、阿拉伯糖、核酮糖、葡萄糖、甘露糖、半乳糖、岩藻糖、果糖、N-乙酰基葡萄糖胺、N-乙酰基半乳糖胺、神经氨酸、N-乙酰基神经氨酸等。在实施例中，分析物分子是寡糖、特别地选自由以下项组成的组：二糖、三糖、四糖、多糖。在本发明第一方面的实施例中，二糖选自由以下项组成的组：蔗糖、麦芽糖和乳糖。在本发明第一方面的实施例中，分析物分子是包含上述单糖、二糖、三糖、四糖、寡糖或多糖部分的物质。

在本发明第一方面的实施例中，分析物分子包含叠氮基团作为官能团，该叠氮基团选自由以下项组成的组：烷基叠氮化物或芳基叠氮化物。在本发明第一方面的实施例中，包含一个或多个叠氮基团的分析物分子选自由以下项组成的组：齐多夫定和叠氮西林。

此类分析物分子可存在于生物样品或临床样品诸如体液(例如血液、血清、血浆、尿液、唾液、脊髓液等)、组织或细胞提取物等中。在本发明第一方面的实施例中，分析物分子存在于选自由以下项组成的组的生物样品或临床样品中：血液、血清、血浆、尿液、唾液、脊髓液和干血斑。在本发明第一方面的一些实施例中，分析物分子可存在于样品中，该样品是纯化或部分纯化的样品，例如，纯化或部分纯化的蛋白质混合物或提取物。

令人惊奇的是，发现利用本发明可以检测被捕获在脂质双层内的纳米孔内的带电构建体的频率变化。通过调节AC频率，脂质双层/纳米孔构建体的“本征频率”甚至更高。结果表明，对标记的纳米孔构造的检测是可见的，并且在从时域转换到频域后可以观察到一个非常稳定的信号。

在本发明第一方面的实施例中，改性纳米孔包括：

-蛋白质纳米孔或固态纳米孔，

-任选的结合物，以及

-目标分析物。

在第二方面，本发明涉及本发明第一方面的方法用于确定目标分析物的用途。

对于本发明第一方面提及的所有实施例都适用于本发明的第二方面，反之亦然。

在第三方面，本发明涉及一种在用于确定目标分析物的根据本发明第一方面的方法中使用的改性纳米孔，该改性纳米孔包括：

-蛋白质纳米孔或固态纳米孔，

-任选的结合物，以及

-目标分析物。

对于本发明第一方面和/或本发明第二方面提及的所有实施例都适用于本发明的第三方面，反之亦然。

在第四方面，本发明涉及一种分析系统，该分析系统包括

-纳米孔，其中纳米孔嵌入二维材料中并具有第一谐振频率f₁，其中施加具有AC频率f_AC的AC电流，

-改性纳米孔，其中改性纳米孔嵌入二维材料中并具有第二谐振频率f₂，其中施加具有AC频率f_AC的AC电流，

其中f_AC>f₁>f₂，

其中改性纳米孔包含目标分析物，以及

其中分析系统被配置为检测第一频率和所述第二频率的频移Δ并通过使用频移Δ来确定目标分析物。

对于本发明第一方面和/或本发明第二方面和/或本发明第三方面提及的所有实施例都适用于本发明的第四方面，反之亦然。

在本发明第四方面的实施例中，分析系统为临床诊断系统。

在第五方面，本发明涉及分析系统用于通过频率检测来确定目标分析物的用途。

在本发明第四方面的实施例中，AC电流根据实验条件(例如，缓冲液条件、孔类型、分析物类型)进行调整或固定。

对于本发明第一方面和/或本发明第二方面和/或本发明第三方面和/或本发明第四方面提及的所有实施例都适用于本发明的第五方面，反之亦然。

在第六方面，本发明涉及一种适于执行本发明第一方面的方法的试剂盒，该试剂盒包括

-用于形成二维材料的一种或多种试剂，

-用于形成所述纳米孔的一种或多种试剂，

-用于形成所述改性纳米孔的一种或多种试剂，以及

-任选的，选自由以下项组成的组的组分：校准剂、缓冲剂、添加剂、消耗品、评估算法及其组合。

针对本发明第一方面和/或本发明第二方面和/或本发明第三方面、本发明第四方面和/或本发明第五方面所提及的所有实施例都适用于本发明的第六方面，反之亦然。

在第七方面，本发明涉及本发明第五方面的试剂盒用于通过频率检测来确定目标分析物的用途。

对于本发明第一方面和/或本发明第二方面和/或本发明第三方面、本发明第四方面、本发明第五方面和/或本发明第六方面提及的所有实施例都适用于本发明的第七方面，反之亦然。在进一步的实施例中，本发明涉及以下方面：

1.一种用于通过频率检测来确定目标分析物的方法，方法包括以下步骤：

a)提供纳米孔，其中纳米孔嵌入二维材料中并具有第一谐振频率

f₁，其中施加具有AC频率f_AC的AC电流，

b)提供改性纳米孔，其中改性纳米孔嵌入二维材料中并具有第二谐振频率f₂，其中施加具有AC频率f_AC的AC电流，

其中f_AC>f₁>f₂，

其中改性纳米孔包含目标分析物，

c)检测第一频率和第二频率的频移Δ，以及

d)使用频移Δ来确定目标分析物。

2.方面1的方法在步骤c)之前包括进一步的步骤：

e)检测在步骤a)中提供的所述纳米孔和在步骤b)中提供的所述改性纳米孔的作为时间的函数的电压，以及

f)通过转换运算例如傅立叶变换，将来自步骤e)的第一频率、第二频率和/或频移从时域计算成频域。

3.根据前述方面中任一方面所述的方法，其中在步骤b)中提供的改性纳米孔是通过对在步骤a)中提供的纳米孔进行改性而生产的。

4.根据前述方面中任一方面所述的方法，其中所述目标分析物是所述改性纳米孔的单分子。

5.根据前述方面中任一方面所述的方法，其中频移是：Δ＝f₂-f₁，且/或其中AC频率f_AC测量在时间和在空间上并行化。

6.根据前述方面中任一方面所述的方法，其中AC频率f_AC大于500Hz或650Hz或650Hz或700Hz或750Hz，例如770Hz。

7.根据前述方面中任一方面所述的方法，其中AC频率f_AC小于2000Hz或1700Hz或1500Hz或1300Hz或1000Hz，例如900Hz。

8.根据前述方面中任一方面所述的方法，其中第一频率和/或第二频率在400Hz与500Hz之间。

9.根据前述方面中任一方面所述的方法，其中改性纳米孔是由包含构建体的分析物生产的，构建体被捕获在纳米孔内。

10.根据前述方面中任一方面所述的方法，其中构建体包括适体、抗体、抗体片段(例如FAB)、非特异性结合物(例如C18和/或芳香结构与分析物之间的范德华相互作用)、DNA、酶(例如聚合酶)。

11.根据前述方面中任一方面所述的方法，其中改性纳米孔是由附着于纳米孔的结合物生产的。

12.根据前述方面中任一方面所述的方法，其中结合物共价附着于纳米孔。

13.根据前述方面中任一方面所述的方法，其中结合物通过非共价键，优选地通过范德华力，非特异性地附着于所述纳米孔。

14.根据前述方面中任一方面所述的方法，其中纳米孔包括孔径小于1000nm，优选孔径在2nm和20nm之间的孔。

15.根据前述方面中任一方面所述的方法，其中纳米孔是蛋白质纳米孔或固态纳米孔。

16.根据前述方面中任一方面所述的方法，其中蛋白质纳米孔是α-溶血素或耻垢分枝杆菌孔蛋白A。

17.根据前述方面中任一方面所述的方法，其中蛋白质纳米孔是包含MoS₂、石墨烯、Si、SiNx和/或SiO₂的合成膜。

18.根据前述方面中任一方面所述的方法，其中二维材料包含两亲性分子。

19.根据前述方面中任一方面所述的方法，其中二维材料是双分子层，优选为脂质双分子层。

20.根据前述方面中任一方面所述的方法，其中二维材料是单分子层，优选包含具有两个亲水基团或两个疏水基团的两亲性分子，更优选地，其中两个亲水基团由疏水基团分隔开，或者其中两个疏水基团由亲水基团分隔开。

21.根据前述方面中任一方面所述的方法，其中目标分析物不是小分子。

22.根据前述方面中任一方面所述的方法，其中目标分析物是蛋白质。

23.根据前述方面中任一方面所述的方法，其中目标分析物选自由以下项组成的组：核酸、氨基酸、肽、蛋白质、代谢物、激素、脂肪酸、脂质、碳水化合物、类固醇、酮类固醇、开环甾类化合物、以另一分子的某种修饰为特征的分子、已由生物体内化的物质、此类物质的代谢物以及其组合。

24.根据前述方面中任一方面所述的方法，其中改性纳米孔包括：

-蛋白质纳米孔或固态纳米孔，

-任选的结合物，以及

-目标分析物。

25.根据前述方面中任一方面所述的方法用于确定目标分析物的用途。

26.一种在用于确定目标分析物的根据前述方面中任一方面所述的方法中使用改性纳米孔，该改性纳米孔包括：

-蛋白质纳米孔或固态纳米孔，

-任选的结合物，以及

-所述目标分析物。

27.一种分析系统，其包括

-纳米孔，其中纳米孔嵌入二维材料中并具有第一谐振频率f₁，其中施加具有AC频率f_AC的AC电流，

-改性纳米孔，其中改性纳米孔嵌入二维材料中并具有第二谐振频率f₂，其中施加具有AC频率f_AC的AC电流，

其中f_AC>f₁>f₂，

其中改性纳米孔包含目标分析物，以及

其中分析系统被配置为检测第一频率和所述第二频率的频移Δ并通过使用频移Δ来确定目标分析物。

28.根据方面27所述的分析系统用于通过频率检测来确定目标分析物的用途。

29.一种适于执行根据前述方面中任一方面所述的方法的试剂盒，该试剂盒包括

-用于形成二维材料的一种或多种试剂，

-用于形成所述纳米孔的一种或多种试剂，

-用于形成改性纳米孔的一种或多种试剂(例如标签)，以及

-任选的，选自由以下项组成的组的组分：校准剂、缓冲剂、添加剂、消耗品(例如芯片、移液器)、评估算法及其组合。

30.根据方面29所述的试剂盒用于通过频率检测来确定目标分析物的用途。

实例

提供以下实例来例示而非限制本文要求保护的发明。

图1A示出了根据本发明第一方面的方法。示出了根据一个实施例的方法。这是改性米纳孔(脂质双层内的生物素-链霉亲和素-蛋白质)的实验电流驱动读数以及所示时间依赖性读数的一般原理。

提供了纳米孔1，其中纳米孔1嵌入二维材料2中，例如脂质双层，并且具有第一共振频率f₁。具有AC频率f_AC的AC电流。提供了改性纳米孔4，其在这种情况下是通过改性而适应的纳米孔1。改性纳米孔4具有第二共振频率f₂。施加低AC脉冲，其频率接近改性纳米孔或改性纳米孔二维材料的本征频率。振动的FID(自由感应衰减)基于惯性。

作为示例，开放的纳米孔1电插入脂质双层2中。在纳米孔的反式侧，缓冲液含有链霉亲和素。经过一段时间后，目标分析物，例如fab-片段3，施加在纳米孔的顺式侧，其中fab-片段3将共价附着带有生物素7标记的改性寡核苷酸5。Fab-Oligo链霉亲和素分子进入纳米孔，附着在链霉亲和素上，因此无法再逃离纳米孔。在整个实验过程中始终施加AC频率。

改性非孔4包含纳米孔1和目标分析物3。目标分析物3可以是例如蛋白质或小分子，其中可以标记生物素5。即：f_AC>f₁>f₂。

然后，检测第一频率和第二频率的频移Δ，并利用频移Δ来确定目标分析物。特别地，检测在步骤a)中提供的纳米孔和在步骤b)中提供的改性纳米孔的作为时间的函数的电压，并且通过转换运算例如傅立叶变换，将来自步骤e)的第一频率、第二频率和/或频移从时域计算成频域。

改性纳米孔可以按照以下方式制备：

图1B示出了用于在纳米孔中生成所定义电压电平的标签。它包含C3间隔基和胸苷，或者由C3间隔基和胸苷组成。原则上，其他标签，例如DNA、RNA、肽等也是可以的。纳米孔可以是α溶血素或其突变体。原则上，其他适合作为构建体的“宿主”的纳米孔也是可以的。成孔蛋白的示例有α溶血素、气溶素和MspA孔蛋白。

图2示出了根据本发明第一方面的方法。与图1A不同，图2描述了磁性标签(例如磁性纳米颗粒)10共价附着于纳米孔1的程序，其中纳米孔电插入二维材料(例如脂质双层2)中。在亥姆霍兹线圈9施加的交变磁场的支持下，磁性标签可以将外部切换磁场施加到双层内的纳米孔。

图3示出了根据纳米孔工作流程的方法，该纳米孔受到外部场(磁或电)的影响，因此发生偏转，从而导致电流变化。在每次外部场切换事件之后获取自由感应衰减11。使用数据处理方法(例如，FFT)将运行实验的时域(优选是秒)转换为频域。

图4示出了根据本发明第一方面的方法。这是改性纳米孔(脂质双层内的生物素-链霉亲和素-蛋白质)的可能电流驱动读数和所示时间依赖性读数的一般原理。开放的纳米孔1电插入脂质双层2中。FAB-结合部分共价结合至纳米孔，例如通过L-LNA支持13。在整个实验过程中始终施加AC频率。术语“fab”和“FAB”可以可互换使用。术语“孔”和“纳米孔”可以可互换使用。

图5A描述了改性纳米孔(脂质双层内的生物素-链霉亲和素-蛋白质)在770Hz AC频率下的RAW信号(电压与时间的对比关系)。x轴表示为时间信号(0对应于实验开始，1000表示实验结束)。区域A是脂质双层内的开放纳米孔，区域B是生物素-寡核苷酸-FAB片段分子添加物，区域C是区域B中添加的与链霉亲和素结合的化学物质的稳态。图5B描述了在使用图5A提到的raw信号(FFT信号)的傅立叶变换之后图5A中描述的区域的各个信号(幅度与频率的对比关系)。可以观察到约475Hz处的清晰峰值，该峰值从区域A(481,8Hz)转移到区域B(477,1Hz)到稳态区域C(474,1Hz)。可以观察到A区和C区的区别。

图6描述了与图5类似的实验的RAW信号(电压与时间)和FFT信号(幅度与频率的对比关系)。FFT分析执行时，用于FFT的时间点不断增加(从100s至890s)。FFT信号不会改变，因此可以使用多个FFT点或与所得的FFT频谱相乘，增强频谱质量。

图7A描述了脂质双层内改性纳米孔(生物素-链霉亲和素-蛋白质)在770Hz AC频率下的RAW信号(电压与时间的对比关系)和FFT信号(幅度与频率的对比关系)。某些原始数据点的FFT频谱用472Hz处的峰值表示。

图7B描述了脂质双层内改性纳米孔(生物素-链霉亲和素-蛋白质)在770Hz AC频率下的RAW信号(电压与时间的对比关系)和FFT信号(幅度与频率的对比关系)。同一实验中与图7A不同的时间点的FFT频谱用472Hz处的峰值表示，这与图7A完全相同。因此，可以假设纳米孔处于稳态时信号恒定。

图8A至图8E描述了脂质双层内的改性纳米孔(生物素-链霉亲和素-蛋白质)在770Hz AC频率下的RAW信号(电压与时间的对比关系)和FFT信号(幅度与频率的对比关系)。

在图8A中，对开放纳米孔的区域进行FFT分析处理，在481Hz处产生开放孔信号。

在图8B中，对开放/封闭纳米孔中间体的区域(其中生物素标签未被孔内的链霉亲和素捕获)进行FFT分析处理，在475Hz处产生开放纳米孔信号。

在图8C中，对开放纳米孔的区域(其中生物素标签FAB分子已离开孔而没有结合)进行FFT分析处理，在481Hz处产生开放孔信号。

在图8D和图8E中，对具有链霉亲和素/生物素结合的稳态堵塞孔的面积进行FFT分析处理，分别在474Hz和473Hz处产生堵塞纳米孔信号。

图9A至图9C描述了脂质双层内的改性纳米孔(生物素-链霉亲和素-蛋白质)的RAW信号(电压与时间的对比关系)和FFT信号(幅度与频率的对比关系)，AC频率为1Hz。图9A至图9C的FFT光谱显示在不同的时间点，并且不区分实验的状态，也不显示脂质双层内纳米孔的任何各自本征频率。因此，驱动频率>脂质双层内纳米孔的本征频率是必要的。

图10A至图10B描述了由1000Hz的AC频率驱动的脂质双层内的改性纳米孔(生物素-链霉亲和素-蛋白质)的RAW信号(电压与时间的对比关系)和FFT信号(幅度与频率的对比关系)。图10A至图10B在不同时间点(FAB-寡聚-生物素分子流过孔之前和之后)的FFT光谱不能区分实验的状态(应用FAB-寡聚-生物素分子流之前和之后)。这一事实表达为：在各自的FAB-寡聚-生物素分子流动之前和之后观察到约524Hz的相同频率。在这种情况下，结果是FAB-寡聚-生物素分子没有缓存在纳米孔内，但脂质双层内的纳米孔仍然在大约524Hz处表达其各自的本征频率。

该专利申请请求欧洲专利申请21210216.4的优先权，其中该欧洲专利申请的内容通过引用并入本文。

附图标记列表

1–纳米孔

2–二维材料

3–目标分析物或分析物结合物(例如FAB片段)

4–改性纳米孔

5–聚合物(例如寡核苷酸)

6–链霉亲和素

7–锚定标签，例如生物素

8–电触点

9–亥姆霍兹线圈

10–磁性标签(例如磁性纳米颗粒)

11–无感应衰减

12–聚合物(例如DNA和/或蛋白质)之间的共价结合

13–刚性聚合物(例如DNA)

Claims (17)

1.一种用于通过频率检测来确定目标分析物(3)的方法，所述方法包括以下步骤：

a)提供纳米孔(1)，其中所述纳米孔(1)嵌入二维材料(2)中并具有第一谐振频率f₁，其中施加具有AC频率f_AC的AC电流，

b)提供改性纳米孔(4)，其中所述改性纳米孔(4)嵌入所述二维材料(2)中并具有第二谐振频率f₂，其中施加具有所述AC频率f_AC的所述AC电流，

其中f_AC>f₁>f₂，

其中所述改性纳米孔(4)包含所述目标分析物(3)，

c)检测第一频率和第二频率的频移Δ，其中Δ＝|f₂|-|f₁|，以及

d)通过使用所述频移Δ来确定所述目标分析物。

2.根据权利要求1所述的方法，在步骤c)之前包括进一步的步骤：

e)检测在步骤a)中提供的所述纳米孔(1)和在步骤b)中提供的所述改性纳米孔(4)的作为时间的函数的电压，以及

f)通过使用转换运算例如傅立叶变换，将来自步骤e)的所述第一频率、第二频率和/或频移从时域计算成频域。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在步骤b)中提供的所述改性纳米孔(4)是通过对在步骤a)中提供的所述纳米孔(1)进行改性而生产的。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述目标分析物(3)是所述改性纳米孔(4)的单分子。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中AC频率f_AC测量在时间和在空间上并行化。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述AC频率f_AC大于500Hz或650Hz或650Hz或700Hz或750Hz，例如770Hz且/或其中所述AC频率f_AC小于2000Hz或1700Hz或1500Hz或1300Hz或1000Hz，例如900Hz。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述第一频率和/或所述第二频率在400Hz与500Hz之间。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述改性纳米孔(4)是由包含构建体的分析物生产的，所述构建体被捕获在所述纳米孔(1)内。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述改性纳米孔(4)是由附着于所述纳米孔(1)的结合物生产的。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述结合物共价附着于所述纳米孔(1)。

11.根据前述权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述结合物通过非共价键，优选地通过范德华力，非特异性地附着于所述纳米孔(1)。

12.根据前述权利要求1至11中任一项所述的方法用于确定所述目标分析物(3)的用途。

13.一种在用于确定目标分析物(3)的根据前述权利要求1至11中任一项所述的方法中使用的改性纳米孔(4)，所述改性纳米孔包括：

-蛋白质纳米孔或固态纳米孔，

-任选的结合物，以及

-所述目标分析物。

14.一种分析系统，其包括

-纳米孔(1)，其中所述纳米孔(1)嵌入二维材料(2)中并具有第一谐振频率f₁，其中施加具有AC频率f_AC的AC电流，

-改性纳米孔(4)，其中所述改性纳米孔(4)嵌入所述二维材料(2)中并具有第二谐振频率f₂，其中施加具有所述AC频率f_AC的所述AC电流，

其中f_AC>f₁>f₂，

其中所述改性纳米孔(4)包含所述目标分析物(3)，

其中所述分析系统被配置为检测第一频率和第二频率的频移Δ并通过使用所述频移Δ来确定所述目标分析物(3)。

15.根据权利要求14所述的分析系统用于通过频率检测来确定目标分析物(3)的用途。

16.一种适于进行根据权利要求1至11所述的方法的试剂盒，所述试剂盒包括

-用于形成所述二维材料(2)的一种或多种试剂，

-用于形成所述纳米孔(1)的一种或多种试剂，

-用于形成所述改性纳米孔(4)的一种或多种试剂，以及

-任选的，选自由以下项组成的组的组分：校准剂、缓冲剂、添加剂、消耗品、评估算法及其组合。

17.根据权利要求16所述的试剂盒用于通过频率检测来确定目标分析物(3)的用途。