TW202303135A - 用於分子偵測之可擴展電路 - Google Patents

Abstract

在一個態樣中，所揭示技術係關於用於定序多核苷酸之系統及方法。在一個實施例中，所揭示之技術係關於一種用於識別核苷酸之奈米孔感測器裝置，該奈米孔感測器裝置包括：一或多個順式井；一或多個順式電極，其與該一或多個順式井相關聯；複數個反式井，該複數個反式井中之各者藉由具有一奈米孔之一脂質或固態隔膜與該一或多個順式井隔開；複數個場效電晶體(field effect transistor, FET)，該複數個FET之各者與該複數個反式井中之一者相關聯；一電源，其經組態以提供該一或多個順式電極與該複數個FET之源極端子之間的交流(alternating current, AC)輸入；及一控制器，其可操作地耦接至該複數個FET，該控制器經組態以測量該複數個FET之AC響應，其中該等AC響應取決於在該等奈米孔內或附近的該等核苷酸之身分。

Description

用於分子偵測之可擴展電路

本發明係有關於用於分子偵測之可擴展電路。 相關申請案之交互參照

本申請案主張於2021年3月31日申請之美國臨時專利申請案第63/169,041號之優先權，其全文內容以引用方式併入。

一些多核苷酸定序技術涉及在支撐表面上或在預界定反應室內執行大量受控制反應。接著，可觀察或偵測受控制反應，且後續分析可有助於識別反應中涉及的多核苷酸之性質。此類定序技術之實例包括次世代定序(next-generation sequencing)或大量平行定序(massive parallel sequencing)，其涉及接合式定序(sequencing-by-ligation)、合成式定序(sequencing-by-synthesis)、可逆終止子化學(reversible terminator chemistry)、或焦磷酸定序(pyrosequencing)方法。

一些多核苷酸定序技術利用可提供離子電流路徑的奈米孔。例如，當多核苷酸行進通過奈米孔時，會影響通過奈米孔的電流。通過奈米孔的各通過核苷酸或一系列核苷酸產出特性電流。可記錄行進中的多核苷酸之此等特性電流以判定該多核苷酸的序列。

然而，目前最佳技術之奈米孔定序技術可遭受若干問題。舉例而言，奈米孔之電化學DC電流讀出不可擴展至小反式井體積。此外，通過孔的小電流導致大的放大器。此外，大雙層電容使切換讀出困難。此外，在雙層充電或放電時，大電阻器電容器(resistor-capacitor, RC)暫態。先前方法可施加直流(direct current, DC)或方波輸入，其需要在讀出穩態信號之前等待暫態電響應減弱。因此，測量先前奈米孔之離子電流可能不正確地測量RC暫態。

本文之實例中提供用於定序生物聚合物之系統及使用該等系統之方法。

在一個態樣中，本文揭示一種用於識別核苷酸之奈米孔感測器裝置。該裝置可包含一或多個順式井；一或多個順式電極，其與該一或多個順式井相關聯；複數個反式井，該複數個反式井中之各者藉由具有一奈米孔之一脂質或固態隔膜與該一或多個順式井隔開；複數個場效電晶體(field effect transistor, FET)，該複數個FET之各者與該複數個反式井中之一者相關聯；一電源，其經組態以提供該一或多個順式電極與該複數個FET之源極端子之間的交流(alternating current, AC)輸入；及一控制器，其可操作地耦接至該複數個FET，該控制器經組態以測量該複數個FET之AC響應，其中該等AC響應取決於在該等奈米孔內或附近的該等核苷酸之身分。在一些實施例中，該控制器經組態以測量該等AC響應之振幅的變化。在一些實施例中，該控制器經組態以測量該等AC響應之波形形狀的變化。在一些實施例中，該電源經組態以提供在一正電位與一負電位之間交替之呈正弦、矩形、三角形、鋸齒形、或另一適合波形的一AC電壓。在一些實施例中，通過該等奈米孔之離子通量係藉由以下來調變：通過該等奈米孔之核苷酸、併入多核苷酸之核苷酸上的標記、或其任何組合。

在一個態樣中，本文揭示一種識別核苷酸之方法。該方法可包含：在將一順式井與一反式井隔開之一隔膜內提供一奈米孔；從一電源提供一AC輸入，該電源可操作地耦接至該順式井中一順式電極，及至該反式井中一FET之源極端子；及測量來自該FET之一AC響應，其中該AC響應取決於在該奈米孔內或附近之核苷酸的身分。在一些實施例中，測量該AC響應包含測量該AC響應之振幅的一變化。在一些實施例中，測量該AC響應包含測量該AC響應之波形的一變化。在一些實施例中，提供該AC輸入包含提供在一正電位與一負電位之間交替之呈正弦、矩形、三角形、鋸齒形、或另一適合波形的一AC電壓。在一些實施例中，測量該AC響應包含：測量與一第一核苷酸相關聯之一第一響應，並且不等待一暫態響應接近一穩態響應而測量與一第二核苷酸相關聯之一第二響應。

在一個態樣中，本文揭示一種用於識別核苷酸之感測器裝置。該裝置可包含：一電極；一FET；一部分雙股核酸聚合物，其具有可操作地耦接至該電極之一端，並具有可操作地耦接至該FET之閘極端子之另一端；一電源，其經組態以在該電極與該FET之源極端子之間提供一AC輸入；及一控制器，其可操作地耦接至該FET，該控制器經組態以測量該FET之一AC響應，其中該AC響應取決於與該部分雙股核酸聚合物交互作用之核苷酸的身分。在一些實施例中，該控制器經組態以測量該AC響應之振幅的一變化。在一些實施例中，該控制器經組態以測量該AC響應之波形形狀的一變化。在一些實施例中，該電源經組態以提供在一正電位與一負電位之間交替之呈正弦、矩形、三角形、鋸齒形、或另一適合波形的一AC電壓。在一些實施例中，通過該部分雙股核酸聚合物之電傳導係藉由併入多核苷酸之核苷酸上的一核酸標記來調變，該核酸標記與該部分雙股核酸聚合物部分互補。

本文中所揭示之系統、裝置、套組、及方法各具有幾個態樣，該等態樣中之無單一個僅負責其等之所欲屬性。在不限制申請專利範圍之範圍下，現在將簡短地討論一些顯著特徵。亦設想許多其他實例，包括具有較少、額外、及/或不同組件、步驟、特徵、物體、效益、及優點的實例。組件、態樣、及步驟亦可經配置及不同地排順序。在考慮此討論後，特別是在閱讀標題為「實施方式」的段落之後，將了解本文所揭示之裝置及方法的特徵提供優於其他已知裝置及方法的優點。

應理解，本文所揭示之裝置及/或陣列之任何特徵可依任何所欲方式及/或組態組合在一起。進一步地，應理解，使用該裝置之方法的任何特徵可以任何所欲的方式組合在一起。此外，應理解，此方法及/或裝置及/或陣列之特徵的任何組合可一起使用，及/或可與本文所揭示之任何實例組合。更進一步地，應理解，任何裝置及/或任何陣列及/或任何方法之任何特徵或特徵組合可依任何所欲方式組合在一起，及/或可與本文所揭示之任何實例組合。

應理解，下文更詳細論述的前述概念及額外概念被設想為本文中揭示之發明標的之一部分，且可用以達成本文所述之益處及優點。

本文中提及之所有專利、申請案、公開申請案及其他出版物，對所引用之材料及其全文係以引用方式併入本文中。如果用語或片語以與以引用方式併入本文中的專利、申請案、公開申請案及其他出版物中提出的定義相反或以其他方式不一致之方式使用，則在本文中之使用優先於以引用方式併入本文中的定義。 前言

所揭示之技術係關於用於藉由基於交流(alternating current, AC)電響應識別單體（例如，核苷酸或胺基酸）來定序生物聚合物（例如，DNA、RNA、多肽或蛋白質）之系統及方法。各特定類型之單體（或替代地其獨特標記或條碼）可作用為所揭示系統之等效電路中的電阻器之部分。當將AC輸入（例如，正弦波電流或電壓）施加至系統時，系統的電響應可隨電阻（其取決於系統中單體）及系統中之電容的身分而變動。系統中之電容可與系統中之隔膜或電晶體相關聯。AC電響應之相、振幅、或波形可經讀出（例如，藉由電晶體）以判定生物聚合物之序列。

在某些實施例中，使用所揭示之技術中之AC輸入消除因RC暫態延遲而等待之需要，且因此可允許更快讀出及/或更準確讀出。在某些實施例中，當AC輸入之頻率係針對所揭示系統之電性質而精確地控制時，則測量靈敏度增加。另外，生物聚合物經常會溶解於電解質或緩衝溶液中，且在所揭示系統中具有非法拉第(non-Faradaic)製程但無淨電化學反應可係有益的。在某些實施例中，在AC模式及無淨電化學反應中工作可達到較少緩衝液消耗、較小定序單元裝置、及/或較可擴展之定序單元裝置之系集。在某些實施例中，AC讀出方法提供可擴展、無電化學、及/或高頻寬的奈米孔定序應用。

在非法拉第傳導中，無化學反應（化學物質還原或氧化）在金屬電極之表面處發生。跨金屬電極與電解質之間的電雙層（其表現類似於電容器）的變化電位驅動離子流。對於非法拉第傳導，金屬電極可由抗腐蝕及氧化的金屬製成，例如鈦或貴金屬（諸如鉑或金）。儘管在電極與電解質之間缺乏化學交互作用，但回應於所施加電位，電解質中存在離子的暫態物理位移，其係由於金屬液體界面處離子耗竭區的生長和收縮。此離子耗竭區在電化學中稱為「電雙層」。使用電氣工程模型時，形成平行板電容器，其中金屬係一個板，耗竭區係介電質，在液體中離子之漫射分佈係另一個板。 定序裝置之操作

本文描述用於基於電響應來識別有機分子之系統及方法之操作原理。在一個實施例中，此類系統可包括含有液體之流動室、一或多個電極、一或多個具有電容之結構、及電晶體。所關注分子可溶解於液體中。此外，所關注分子可作用為系統之等效電路中的電阻器之部分，其中電阻可隨所關注分子之身分而變動。一或多個具有電容之結構可與電阻器串聯或並聯連接。在一些情況下，電晶體本身可具有在等效電路中不能被忽略的電容。可將交流電流或電壓施加至系統，且系統之電響應可隨所關注分子之身分而變動。電響應之相、振幅、或波形可藉由電晶體讀出，且用於判定所關注分子之身分。在一些情況下，所關注分子可係不同核苷酸或胺基酸。在一些情況下，液體可係電解質/緩衝溶液。在一些實施例中，多個此類系統（或多個奈米孔定序裝置）可配置為呈一陣列且由邏輯電路個別地存取。例如，陣列中之各列可使用一個選擇器裝置控制，且陣列中之各行可使用一個放大器讀出。在一些情況下，陣列中之各系統本身不需要放大器，且因此此類陣列可係較可擴展的。在一些實施例中，各別奈米孔定序裝置中之生物聚合物可實質上同時被控制或致動。在一些實施例中，各別奈米孔定序裝置中之生物聚合物可實質上同時被偵測或定序。

在其中複數個奈米孔定序裝置在基材上形成陣列的實例中，陣列中之複數個奈米孔定序裝置之各者可共用一共同順式電極及一共同反式電極。在另一實例中，該複數個奈米孔定序裝置之各者共用一共同順式電極，但具有一相異反式電極。在又另一實例中，該複數個奈米孔定序裝置之各者具有一相異順式電極及一相異反式電極。在又另一實例中，該複數個奈米孔定序裝置之各者具有一相異順式電極並共用一共同反式電極。

在具有一奈米孔定序裝置陣列的一基材中，可有與在該基材上之該陣列內的奈米孔定序裝置之一部分或全部連通的一個共同順式井及一個共同反式井。然而，應理解，奈米孔裝置陣列亦可包括若干順式井，該等順式井彼此流體隔離，並流體地連接至彼此流體隔離且被界定於基材中的各別一或多個反式井。例如，多個順式井可係所欲的，以便能夠測量在單一基材上的多個多核苷酸。在一些實施例中，具有奈米孔定序裝置陣列的基材包含一個共同順式電極、一個共同反式電極、一個共同順式井、一個共同反式井、及複數個奈米孔定序裝置。

在其他實施例中，具有奈米孔定序裝置陣列的基材包含一個共同順式井、複數個反式井、及複數個奈米孔定序裝置，其中可用個別的反式電極可個別定址各奈米孔定序裝置。在其他實施例中，具有奈米孔定序裝置陣列的基材包含複數個順式井、複數個反式井、及複數個奈米孔定序裝置，其中可用個別的反式電極可個別定址各奈米孔定序裝置。在一些實例中，該順式井可與一奈米孔陣列接觸，且因此能夠維持電解質與陣列中之奈米孔之各者接觸。

包含奈米孔定序裝置之陣列的基材可在陣列上具有許多不同的奈米級開口佈局，其包括奈米級開口之規則、重複、及非規則圖案。在一實例中，可將該等奈米級開口設置為六邊形栅格，以用於密集堆積並改善裝置密度。其他陣列佈局可包括例如直線（即，矩形）佈局、三角形佈局等。作為實例，佈局或圖案可係呈列及行之奈米級開口之x-y格式。在一些其他實例中，佈局或圖案可係奈米級開口之一重複配置。在又其他實例中，該佈局或圖案可係奈米級開口之一隨機配置。該圖案可包括斑點、柱體、條紋、漩渦、線、三角形、矩形、圓形、圓弧、格子、格紋、斜紋、箭頭、方形、及/或交叉線。

奈米級開口的佈局可相關於奈米級開口之密度（即，在基材之經界定區域中構成該陣列之奈米級開口的數目）來特徵化。例如，奈米級開口之陣列可以每mm ²約10個奈米級開口至每mm ²約1,000,000個奈米級開口之密度存在。密度亦可包括例如每mm ²至少約10個、每mm ²約5,000個、每mm ²約10,000個、每mm ²約0.1百萬個、或更高之密度。替代地或額外地，密度可不大於每mm ²約1,000,000個、每mm ²約0.1百萬個、每mm ²約10,000個、每mm ²約5,000個、或更少。應進一步理解，該基材中的該等奈米級開口之密度可介於選自上述範圍的較低值中之一者與較高值中之一者之間。

在一基材上呈一陣列之奈米級開口的佈局亦可以依據平均節距（即，從一奈米級開口之中心至一相鄰奈米級開口之中心的間距（中心至中心之間距））來特徵化。該圖案可係規則使得平均節距周圍之變異係數小，或圖案可係非規則的，在此情況中，變異係數可相對大。在一實例中，平均節距可在約100 nm至約500 µm的範圍內。平均節距可係例如至少約100 nm、約5 µm、約10 µm、約100 µm、或更大。替代地或額外地，平均節距可係例如至多約500 µm、約100 µm、約50 µm、約10 µm、約5 µm或更小。用於裝置之一實例陣列的平均節距可介於選自上述範圍的較低值之一者與較高值之一者之間。在一實例中，該陣列可具有約10 µm的節距（中心至中心之間距）。在另一實例中，該陣列可具有約5 µm的節距（中心至中心之間距）。在又另一實例中，該陣列可具有在從約1 µm至約10 µm之範圍內的節距（中心至中心之間距）。

在一些實例中，一陣列壽命係約或高於48小時，且該反式井之一般直徑係約或高於100 µm。 實施例

所揭示技術之一個態樣係關於核酸之奈米孔定序。在一個實施例中，所揭示系統包括奈米孔。所揭示系統可包括含有電解質之流動室，且因此跨該系統施加電壓導致通過奈米孔之離子電流。所關注分子可係核苷酸，或等效地係該核苷酸之獨特標籤或標記。舉例而言，該核苷酸之標籤或標記可係核苷酸之特定序列組合。當所關注分子在奈米孔中或接近該奈米孔時，其可能導致在奈米孔處的獨特離子電流阻斷，並因此取決於所關注分子之身分而導致獨特奈米孔電阻。在一些情況下，奈米孔可係蛋白質或DNA形成之生物奈米孔，並沈積在脂質雙層中。在其他情況下，奈米孔可係一固態奈米孔，該固態奈米孔係直接形成為一隔膜（例如，矽基、石墨烯、或聚合物的隔膜）上之奈米級開口。奈米孔可甚至係生物及固態混合物。脂質雙層或隔膜可作用為系統之等效電路中的電容器。在一些實施例中，所揭示之系統可用以識別胺基酸或其他生物分子。

圖6繪示所揭示系統之一個實施例。在圖6中，顯示用於識別核苷酸之奈米孔感測器裝置6000。奈米孔感測器裝置6000可包括一或多個順式井6002。奈米孔感測器裝置6000可進一步包括與一或多個順式井相關聯的一或多個順式電極。奈米孔感測器裝置6000可進一步包括複數個反式井6006。複數個反式井中之各者可藉由具有奈米孔6003之脂質或固態隔膜6004與一或多個順式井隔開。奈米孔感測器裝置6000可進一步包括複數個場效電晶體6005 (field effect transistor, FET)，該複數個FET之各者與複數個反式井中之一者相關聯。

奈米孔感測器裝置6000可進一步包括電源6001，其經組態以在一或多個順式電極與複數個FET之源極端子之間提供交流(alternating current, AC)輸入。奈米孔感測器裝置6000可進一步包括可操作地耦接至複數個FET之控制器6010，該控制器6010經組態以測量複數個FET之AC響應，其中該等AC響應取決於奈米孔內或附近的核苷酸之身分。圖15A及圖15B繪示例示性AC響應波形。奈米孔電阻之變化可導致如圖15B所示之波形的振幅及相位調變。在一些情況下，控制器6010經組態以測量AC響應之振幅的變化，例如如圖15B中之點153與154之比較所示。舉例而言，可藉由比較圖15B中之最大點151與最小點152來獲得振幅。在一些情況下，控制器6010經組態以測量AC響應之波形形狀的變化。在一些情況下，電源經組態以提供在正電位與負電位之間交替之呈正弦、矩形、三角形、鋸齒形、或另一適合波形的AC電壓。在一些情況下，通過奈米孔之離子通量係藉由以下來調變：通過奈米孔之核苷酸、併入多核苷酸之核苷酸上的標記、或其任何組合。圖9顯示奈米孔感測器裝置6000的等效電路。

為了判定所關注分子之身分，所揭示方法可跨系統施加AC電壓，並從電晶體讀出電壓或電流響應。藉由施加AC電壓，系統將取決於所關注分子之身分而具有非法拉第的電容響應，且系統可不具有淨電化學反應。使用AC電壓亦可允許更快的讀出。若AC電壓頻率係在奈米孔及雙層/隔膜之諧振頻率處附近，則測量靈敏度可增加。

舉例而言，參考圖6，一種識別核苷酸之方法可包括在將順式井6002與反式井6006隔開之隔膜6004內提供奈米孔6003。該識別核苷酸之方法可進一步包括從電源6001提供AC輸入，該電源可操作地耦接至順式井中之順式電極，及至反式井中之FET 6005之源極端子。該識別核苷酸之方法可進一步包括測量來自FET之AC響應，其中該AC響應取決於奈米孔6003內或附近之核苷酸的身分。

在一些情況下，測量AC響應包括測量AC響應之振幅的變化。在一些情況下，測量AC響應包括測量AC響應之波形的變化。在一些情況下，提供AC輸入包括提供在正電位與負電位之間交替之呈正弦、矩形、三角形、鋸齒形、或另一適合波形的AC電壓。在一些情況下，測量AC響應包括：測量與第一核苷酸相關聯之第一響應，並且不等待暫態響應接近穩態響應而測量與第二核苷酸相關聯之第二響應。

在某些實施例中，圖9所示之等效電路滿足下列方程式。 V _g 係FET閘極上的測量電壓，且可藉由以下計算

，其中

且

。在圖9中， ω代表AC輸入之頻率， R代表奈米孔之電阻， C _BL 代表脂質雙層之電容，且 C _F 代表與FET相關聯之電容。

圖10繪示在某些參數下的反應

，其中

，並假設

。x軸繪示如由FET所測量之AC電源頻率或信號頻率。對於 R變化之最大靈敏度的位置101可見於

。換言之，位置101係奈米孔及隔膜/雙層之諧振頻率，其中至FET之信號對於孔電阻變化或對於奈米孔及隔膜/雙層之電阻率的拐點處或附近之變化係敏感的。

圖11A、圖11B及圖11C繪示不同參數下之響應，且顯示孔電阻（R_孔）變化導致奈米孔及隔膜/雙層之諧振頻率變化。奈米孔之諧振頻率對於孔電阻（R_孔）變化係敏感的。y軸繪示如藉由FET閘極上之電壓所測量之電路響應之實部(Re)，且亦繪示虛部(Im)。x軸繪示如由FET所測量之AC電源頻率或信號頻率。在某些實施例中，奈米孔及隔膜/雙層之諧振頻率可在實部(Re)對於AC電壓頻率變化或對於拐點處或附近之變化係敏感的時候判定。在某些實施例中，奈米孔及隔膜/雙層電路響應之諧振頻率可藉由與相移位相關之虛部(Im)處於最大位準或附近時判定。

在圖11A之實例中，FET之閘極面積係約1.0 μm ²，隔膜/雙層面積係約1.0 μm ²，閘極電容密度係約17 ff/μm ²。相較於孔電阻係1.5 GOhm時，孔電阻係1.0 GOhm時的奈米孔及隔膜/雙層之諧振頻率偏移更高。

在圖11B之實例中，FET之閘極面積係約.25 μm ²，隔膜/雙層面積係約0.25 μm ²，閘極電容密度係約17 ff/μm ²。相較於孔電阻係1.5 GOhm時，孔電阻係1.0 GOhm時的奈米孔及隔膜/雙層之諧振頻率偏移更高。

在圖11C之實例中，FET之閘極面積係約3.50 μm ²，隔膜/雙層面積係約100.00 μm ²，閘極電容密度係約17 ff/μm ²。相較於孔電阻係1.5 GOhm時，孔電阻係1.0 GOhm時的奈米孔及隔膜/雙層之諧振頻率偏移更高。

圖11A至圖11C顯示，由於奈米孔之電阻變化所導致的奈米孔及隔膜/雙層之諧振頻率變化可用以偵測改變奈米孔之電阻的定序鹼基。

圖12A、圖12B及圖12C顯示響應變化相對於FET閘極及/或脂質雙層之大小及電容之變化的信號雜訊比。所示之信號雜訊比與相對於孔電阻（R_孔）之FET測量響應的區別成比例。

圖13顯示電路響應可區分不具有雙層、僅具有雙層、或具有奈米孔及雙層兩者之情境的實例。y軸繪示如藉由FET閘極上之電壓所測量之電路響應之實部(Re)，且亦繪示虛部(Im)。x軸繪示如由FET所測量之AC電源頻率或信號頻率。在某些實施例中，具有或不具有奈米孔之隔膜/雙層之諧振頻率可在實部(Re)對於AC電壓頻率變化或對於拐點處或附近之變化係敏感的時候判定。在某些實施例中，具有或不具有奈米孔之隔膜/雙層之諧振頻率可在與相移相關之虛部(Im)處於最大位準或附近時判定。

在當孔電阻（R_孔）係0.0 GOhm，諸如當隔膜/雙層已損壞且不再分隔順式細胞及反式細胞時之實例中，電路響應通常在AC電壓之後。

在孔電阻（R_孔）係100.0 GOhm之實例中，諸如奈米孔未併入至隔膜/雙層中時，電路響應對於AC電壓頻率之變化係敏感的，且在AC電源頻率約為100 Hz下處於諧振狀態。

在孔電阻（R_孔）係1.0 GOhm之實例中，諸如奈米孔併入至隔膜/雙層中時，電路響應對於AC電壓頻率之變化係敏感的，且在AC電源頻率約為10kHz下處於諧振狀態。相較於處於諧振狀態但未併入奈米孔之隔膜/雙層，奈米孔及隔膜/雙層在高的AC電源頻率下諧振。

點131指示在具有奈米孔及雙層兩者之情境下的諧振頻率的響應。箭頭132顯示將奈米孔置入隔膜/雙層中使諧振頻率移位至較高頻率。

在某些實施例中，缺乏諧振頻率可用以判定隔膜/雙層受損且特定的反式井係有缺陷的。在某些實施例中，相對低的諧振頻率可用以判定奈米孔尚未併入隔膜/雙層中。舉例而言，可將新奈米孔引入隔膜/雙層中。在某些實施例中，相對高的諧振頻率可用以判定奈米孔已併入隔膜中且特定的反式井正常運作。

根據一些實施例，圖2A至圖2F示意性地繪示組成物，該組成物包括錨定至奈米孔或相鄰於該奈米孔之繫鏈，且經組態以用於回應於跨該奈米孔之電位變化而使用錨定至該奈米孔或相鄰於該奈米孔之該繫鏈來偵測聚合酶在核苷酸上之作用。在一些情況下，奈米孔可係固態奈米孔，如圖1E所繪示。

圖1A中所繪示之組成物包括：奈米孔1800，其包括第一側1801、第二側1802、延伸通過第一側及第二側之孔隙1803、及設置在第一側與第二側之間之收縮部1804；永久繫鏈1810，其包括錨定至奈米孔1800之第一側1801的頭區（未具體標示）、在奈米孔1800之第一側1801與第二側1802之間可移動的尾區（未具體標示）、及包括報導子區1814及部分1815之細長本體（未具體標示）；及核苷酸1830，其包括細長標籤（未具體標示），該細長標籤包括部分1832，但缺乏報導子區。如圖1A中所繪示，核苷酸1830之部分1832與繫鏈1810之部分1815之間的交互作用可將報導子區1814設置在相對於部分1832之預定位置處。可選地，可提供多於一個報導子區，例如至少兩個、或三個、或四個、或五個、或多於五個報導子區。另外，部分1815可位於沿細長標籤之任何合適位置處，例如可位於頭區1811與報導子區1814之間，且相鄰於報導子區1814，諸如圖1A中所繪示，或可相鄰於頭區1811，相鄰於尾區1812，或位於尾區1812與報導子區1814之間。

應瞭解，在相對於部分1832之預定位置處設置報導子區1814可採任何合適方式偵測到。舉例而言，組成物可與測量電路可操作通訊。測量電路可經組態以偵測報導子區1814相對於部分1832的位置。在一個說明性實施例中，奈米孔1800、繫鏈1810、聚合酶1850、及核苷酸1830可浸入導電流體，例如水性鹽溶液中。測量電路可與第一電極及第二電極通訊，且可經組態以在彼等電極之間施加第一電壓，以跨奈米孔1800施加電壓，如由圖1A中「+」及「-」符號所表示，並使用電極以測量第一電壓下通過孔隙1803之電流或通量之量值。報導子區1814可具有與繫鏈（未具體標示）之細長本體的一些區或所有其他區不同的電氣或通量阻斷性質。舉例而言，報導子區1814可包括靜電電荷，而細長本體的一些區或所有其他區可包括不同的靜電電荷，或可係無電荷的（例如，可係電中性）。或例如，報導子區1814可係無電荷的，而細長本體的一些區或所有其他區可包括靜電電荷。在一個說明性、非限制性實例中，繫鏈之細長本體包括多核苷酸，該多核苷酸包括一或多種界定報導子區1814之無鹼基核苷酸(abasic nucleotide)。通過孔隙1803之電流或通量的量值可回應於報導子區1814在孔隙1803內的相對位置而可測量地變化，且此類相對位置可基於所施加的電壓，且基於報導子區1814相對於部分1832之位置，其繼而可基於聚合酶1850在核苷酸1830上之作用。

更具體而言，測量電路進一步可經組態以將跨奈米孔1800的施加電壓改變至第二電壓，例如藉由反向該施加電壓（諸如由「+」及「-」符號之相反換位所表示），諸如圖1B所示。施加電壓的此一變化可導致交互作用部分1815、1832在奈米孔1800之孔隙1803內的移動。舉例而言，如圖1B所示，施加電壓之變化可移動相鄰於收縮部1804之交互作用部分1815、1832，且可將報導子區1814設置為相鄰於收縮部1804或在該收縮部內。測量電路可經組態以使用電極測量第二電壓下通過孔隙1803之電流或通量的量值。可見到，第一電壓下的電流或通量不同於第二電壓下的電流或通量，且此類電流或通量可基於第二電壓，且基於報導子區1814相對於部分1832之位置，其繼而可基於聚合酶1850在核苷酸1830上之作用。

聚合酶1850在核苷酸1830上之作用可基於由此一系統所產生之信號的測量（例如，光學或電測量的）量值或持續時間或兩者而個別地可識別。舉例而言，聚合酶1850在核苷酸1830上之作用可導致部分1815與1832之間的交互作用，其繼而導致報導子區1814相對於部分1832設置於第一位置處，且在第一位置處存在報導子區1814使信號（例如，通過孔隙1803之電流或通量）具有第一量值。因此，具有第一量值之信號相關於已發生聚合酶1850於核苷酸1830上之作用。應注意，在部分1815與部分1832之間形成之雙鏈體可充分大，以抑制雙鏈體移動通過收縮部，例如在第二電壓下。

如圖1C所示，在一些實施例中，持續施加第二電壓可導致部分1815與部分1832解離。此類解離可視作為「中斷」在部分1815與部分1832之間形成的雙鏈體。在一些實施例中，報導子區1814或部分1815或兩者可移動通過收縮部1804，以便設置於奈米孔1800之第二側1802上。部分1832可經組態以便保持設置於奈米孔1800之第一側上，即使部分1815變成經設置在奈米孔1800之第二側上，以便暫時抑制部分1815與1832之間的交互作用。如圖1D所示，在此類解離後，跨孔隙1803施加的電壓可再次變化，例如可回應於哪些部分1815及1832可彼此交互作用而變回第一電壓。

值得注意的是，在一些實施例中，繫鏈之細長本體與核苷酸之細長標籤之相應長度、部分1815及1832之相應位置、及報導子區1814之相應位置係共選擇的，以便在核苷酸受到聚合酶1850作用時抑制施加至核苷酸1830的力，並因此抑制或阻止此一力改變聚合酶之性能。在一個說明性實施例中，部分1815與部分1832之間的交互作用形成雙鏈體。繫鏈之細長本體之長度及部分1815沿細長本體之位置可共選擇，使得部分1815可回應於適當施加電壓而延伸通過收縮部1804，例如以導致部分1815與部分1832之間的解離。核苷酸之細長標籤之長度及部分1832沿細長標籤之位置可共選擇，以便提供額外的鬆弛，使得細長標籤不需要被拉緊，便能在第二施加電壓下將報導子區1814設置為相鄰於收縮部1804。雙鏈體1815、1832之大小可抑制雙鏈體移動通過收縮部1804，且可使核苷酸免於遭受可能已經由細長標籤1831以其他方式施加至核苷酸1830之力的影響。另外，報導子區1814與部分1815及1832之相對位置可共選擇，以便在第二電壓下將報導子區1814設置在相對於收縮部1804之適合位置處，以便在部分1815及1832彼此交互作用時促進報導子區之偵測。在一個例示性實施例中，報導子區1814設置在沿細長本體1831之適合位置處，以便在部分1815及1832回應於聚合酶1850之作用而彼此交互作用時，設置在奈米孔1800之收縮部1804內或鄰近於該收縮部。

根據一些實施例，圖2A至圖2F示意性地繪示組成物，該組成物包括相鄰於生物奈米孔錨定之繫鏈，且經組態以用於使用跨該奈米孔所施加之電壓的變化來偵測聚合酶在第一核苷酸上之作用。

更具體而言，圖2A繪示包括奈米孔2200之組成物，該奈米孔包括第一側2201、第二側2202、延伸通過第一側及第二側之孔隙2203、及設置在第一側與第二側之間的收縮部2204。說明性地，奈米孔2200可包括生物孔隙，諸如MspA奈米孔（例如，M2-NNN MspA突變型），其設置於一障壁上，諸如生物來源之隔膜（例如，脂質雙層）或固態隔膜。圖2A中所繪示之組成物進一步包括繫鏈2210，該繫鏈包括頭區2211、尾區2212、及設置於其間之細長本體2213。頭區2211適當地錨定至聚合酶2250，例如使用本文中所提供之或所屬技術領域中已知之任何合適附接方式。繫鏈2210之細長本體2213可包括部分2214。說明性地，細長本體2213可包括多核苷酸，且多核苷酸之核酸之第一子集可界定部分2214。另外，尾區2212可包括至少一帶電原子，使得基於圖2A所繪示之於步驟1期間跨奈米孔2200施加的電壓，此類電壓產生第一方向力F1，該第一方向力F1導致尾區2212易位通過孔隙2203，且通過收縮部2204，使得細長尾部2213之部分變為設置在孔隙2203內，且尾區以諸如圖2B所繪示之方式變為設置於奈米孔2200之第二側2202之外。此類方向力F1亦導致聚合酶2250朝向奈米孔2200之第二側2202易位直至聚合酶2250以諸如圖2B所繪示之方式擱置於奈米孔2200之第一側2201上或相鄰於該第一側擱置為止，從而在方向力F1下預防或抑制聚合酶2250之進一步移動。應注意，聚合酶可選地可部分地設置在奈米孔2200之孔隙2203內。

圖2A中所繪示之組成物亦可包括繫鏈2210之尾區2212可附接至其上的另一構件2250′。舉例而言，圖2A中所繪示之組成物可包括一或多個多核苷酸2250′，該一或多個多核苷酸具有可適當地雜交至在細長本體2213上或在繫鏈2210之尾區2212上之相對應核酸之序列。舉例而言，如圖2B所示，在施加於步驟1（圖2A）期間且可在步驟2（圖2B）期間繼續的方向力F1下，尾區2212變為設置在奈米孔2200之第二側2202之外，且變為附接至（例如，與構件2250′雜交），例如與相鄰於奈米孔2200之第二側2202（例如，在反式側(trans side)上）之互補DNA片段（「捕獲-DNA」）。尾區2212與構件2250′之間的鍵結（例如，尾區2212之一或多個第一核酸與構件2250′之一或多個第二核酸之間的雜交，以便形成雙鏈體2212、2250′，例如雙股DNA）係足夠強的，以便在施加反方向力F2（例如電壓反向）時（例如，在圖2C所繪示之步驟3期間），雙鏈體抑制聚合酶與奈米孔之分離，並因此將聚合酶保持捕獲在奈米孔處。舉例而言，雙鏈體2212、2250′可包括足夠數目的雜交核酸，使得雙鏈體在力F2的施加下不解離。另外，雙鏈體2212、2250′可足夠大，以抑制雙鏈體移動通過收縮部2204。另外，在一些實施例中，奈米孔2200之收縮部2204的橫向尺寸係選擇成使得僅單個繫鏈2210之單個細長本體2213可穿過其中設置，因此確保僅一個聚合酶2250在奈米孔處被捕獲。

在特定實施例中，品質評估步驟可用以評估奈米孔或在奈米孔處之聚合酶捕獲。適當地嵌入隔膜中之奈米孔可產生一特徵電流或通量圖案，該特徵電流或通量圖案可與在隔膜中無奈米孔存在或在奈米孔功能不全時所得之電流或通量圖案區別。在品質評估指示奈米孔未適當嵌入隔膜中的情況下，可重複用於裝載奈米孔之步驟。

由奈米孔適當捕獲之聚合酶亦可產生一特徵電流或通量圖案。舉例而言，施加至已經由繫鏈捕獲聚合酶之奈米孔之偏壓電壓可產生一電流或通量圖案，該電流或通量圖案指示在奈米孔孔隙與核酸繫鏈中之特徵鹼基(signature base)之間的交互作用。偏壓電壓可在相反方向上施加，以判定繫鏈在奈米孔腔中是否具有所欲的移動性，使得特徵鹼基如所預測地與孔隙交互作用。在品質評估指示聚合酶未由奈米孔適當捕獲的情況下，可例如藉由施加強逆向偏壓來剝除聚合酶，並可重複用於在奈米孔處捕獲聚合酶之步驟。

在另一可選品質評估常規程序中，可施加相對大的逆向偏壓電壓至系統，以判定是否自奈米孔移除聚合酶及繫鏈。通常，形成在構件2250′與2212之間的雙鏈體將足夠強，以防止移除繫鏈。此品質評估常規程序將指示情況是否如此。類似地，可在此階段施加偏壓電壓，且偵測所得電流或通量圖案以判定是否發生如本文前面所述之阻塞或泄露。在品質評估指示聚合酶未由具有足夠穩定性的奈米孔捕獲的情況下，可重複用於在奈米孔處捕獲聚合酶之步驟。

本文所述之若干實施例係關於裝載有多個奈米孔之多重裝置，該多重裝置之各者需要附接至聚合酶。可針對多重群體進行品質評估步驟，諸如上述之彼等者。若所欲數目之功能奈米孔未形成於多重奈米孔設備中，或若分次裝載不夠，則可整批處理設備以重複奈米孔（或聚合酶）裝載。可選地，可在重複裝載步驟之前移除奈米孔（或聚合酶），例如，若存在有瑕疵的奈米孔或聚合酶。舉例而言，若多重設備係於少於90%、75%、50%、30%、或更少的預期位點處裝載，則可進行重複裝載（及可選地移除奈米孔或聚合酶）。

在圖2C所示之步驟3，圖2B所示之組成物進一步可經受反方向力F2（例如，相對於步驟1及步驟2之電壓的電壓反向），聚合酶2250可基於其而不與奈米孔2200之第一側2201接觸，並且可以與定序引子2280、目標單股DNA 2270（目標）、及複數個核苷酸2230、2230′接觸，該複數個核苷酸中之各者包括對應的細長標籤2231、2231′，該等對應的細長標籤包括對應的部分2232、2232′，該等對應的部分回應於聚合酶2250作用於核苷酸2230或2230′之上而與繫鏈2213之部分交互作用。

在圖2D所繪示之步驟4，聚合酶2250基於目標2270之序列而作用於第一核苷酸2230上，核苷酸2230之細長標籤2231之對應部分2232基於其而與繫鏈2310之部分2214交互作用。例如，聚合酶2250可基於第一核苷酸2230與目標2270之序列中之次核苷酸互補而相對於第二核苷酸2230′優先鍵結第一核苷酸2230。另外，細長標籤2231可包括第一核苷酸序列，且細長本體2213之部分2214可包括與細長標籤2231之第一核苷酸序列互補之第二核苷酸序列，使得第一核苷酸序列與第二核苷酸序列彼此雜交。應注意，步驟4可在反方向力F2下執行，例如，相對於步驟1及步驟2之電壓的電壓反向，使得聚合酶2250不需要設置為抵靠奈米孔2200之第一側2201。

在圖2E所繪示的步驟5，可再次施加方向力F1，其可導致尾區2212在遠離奈米孔220之第一側2201的方向上易位，及聚合酶2250朝向奈米孔2200之第二側2202易位。例如，跨奈米孔2200的電壓可再次被反向。然而，在步驟5施加力F1不必然導致聚合酶2250以諸如圖2B所繪示之方式擱置於奈米孔2200之第一側2201或相鄰於該第一側擱置。反而，施加力F1（拉動朝向反式）可導致由部分2214與2232之間的交互作用（例如，鍵結或雜交）所界定的雙鏈體擱置於收縮部2204上或相鄰於該收縮部擱置。說明性地，該組成物可包括在一系統中，該系統包括經組態以測量通過收縮部2204之電流或通量的測量電路系統。在步驟5期間，電流或通量可基於第一部分2232，例如基於部分2232之特定序列，且第一核苷酸2230可基於電流或通量而可識別。舉例而言，第一核苷酸2230之部分2232可具有不同於第二核苷酸2230′之部分2232′的序列，且可鍵結至繫鏈2210之細長本體2213之不同部位（部分）。說明性地，該細長標籤可包括有助於將此類標籤所附接至其上之核苷酸彼此區分的任何適合的多核苷酸序列。

在圖2F所示的步驟6，在持續施加方向力F1之下，在隨機時間之後，繫鏈2210之部分2214與核苷酸2230之細長標籤2231之部分2232之間的雙鏈體以類似於本文其他地方所引用之Derrington et al., PNAS 2010中描述之方式解離。在此類解離後，方向力F1可導致聚合酶2250以諸如圖2B所繪示之方式擱置於奈米孔2200之第一側2201上或相鄰於該第一側擱置。

應注意，可適當地使用其他組態。例如，作爲在圖2E及圖2F中分別所繪示的步驟5及步驟6之替代，細長標籤2231反而可足夠短，使得在繫鏈2210之部分2214與核苷酸2230之細長標籤2231之部分2232之間的雙鏈體不會在施加方向力F1之下到達收縮部，且反而聚合酶2250以諸如圖2B所繪示之方式擱置於奈米孔2200之第一側2201上或相鄰於該第一側擱置。在此類實施例中，附接至可藉由聚合酶2250鍵結之不同核苷酸2230、2230′之細長標籤2231、2231′可包括序列或長度彼此不同之部分2232、2232′，且因此彼此以不同方式與繫鏈2210之部分2214交互作用（例如，彼此以不同方式雜交），進而導致繫鏈2214之長度的不同變化。對應的核苷酸2230、2230′可基於部分2214與對應的部分2232、2232′之間的交互作用所導致的基於繫鏈2210之長度的電流或通量之變化來識別。可重複類似於圖2D至圖2F所繪示之彼等者的步驟4至步驟6，因此施加AC電壓，保留電極。在又另一實施例中，細長標籤或細長本體可包括報導子區，諸如本文其他地方所提供者，且通過孔隙2203之電流或通量可基於設置在孔隙內之報導子區，且核苷酸2230可基於電流或通量而可識別。

另外，如果捕獲功能不良聚合酶，可將電壓反向至極高電壓，使得捕獲DNA脫離且可捕獲新聚合酶（重複步驟1至步驟3）。

可針對通過奈米孔之繫鏈之各種狀態來測量電壓、電流、或光學波形。電壓、電流、或光波形可適用於判定在奈米孔系統上進行之分析方法的結果。例如，波形可擬合至資料以增加定序讀出之準確度。

在一個實施例中，為了開始模板DNA之定序，所揭示方法可施加正相對電位至反式點擊，以拉動聚合物繫鏈，使得DNA聚合酶移動至奈米孔附近。聚合物繫鏈可係含有無鹼基區段之單股DNA。由於DNA聚合酶將經標籤核苷酸併入以與模板DNA進行鹼基配對，故可判定經標籤核苷酸之身分。由DNA聚合酶併入之各經標籤核苷酸可具有獨特標籤。獨特標籤可鍵結（例如，雜交）至聚合物繫鏈之獨特區域，其具有自無鹼基區段之獨特距離，使得無鹼基區段相對於奈米孔之位置可獨特地判定。無鹼基區段相對於奈米孔之獨特位置可導致在奈米孔處獨特的離子電流阻斷，並因此導致獨特的奈米孔電阻。為了讀出經標籤核苷酸之身分，所揭示方法可施加AC電壓。藉由施加AC電壓，系統可具有非法拉第的電容響應，且可不具有淨電化學反應。在一些實施例中，藉由測量取決於獨特的奈米孔電阻之FET閘極電壓波形，可判定經標籤核苷酸之獨特身分。相較於藉由施加DC電壓（其需要等待暫態響應減弱）來讀出經標籤核苷酸之身分，使用AC電壓可允許更快的讀出。若AC電壓頻率係在奈米孔及隔膜/雙層之諧振頻率處附近，則可改善測量靈敏度，從而最大化對於奈米孔電阻率變化的響應靈敏度。在判定經標籤核苷酸之身分後，所揭示方法可施加另一較大的正相對電位至反式點擊，以增加聚合物繫鏈上之拉力，使得標籤自聚合物繫鏈解離。在一些實施例中，所揭示方法可用以偵測蛋白質或其他類型之生物聚合物。

根據一些實施例，圖3A至圖3C示意性地繪示所形成之具有離子載體的奈米孔。單個聚合酶3010可錨定至隔膜3020中。該隔膜可係脂質單層或脂質雙層。聚合酶可使用跨膜肽(membrane-spanning peptide, MSP) 3011錨定，且此肽可錨定至下方表面。離子載體之一半部分(gB) 3030（例如，短桿菌肽）可經由繫鏈接合至MSP，此半部分駐留在隔膜之反式側上。此繫鏈之目的係將gB定位至聚合酶，並定位至反式側。將gB定位在反式側上接近聚合酶之其他方法包括：將gB錨定至表面，或使用gB具有偏好反式側雙層之特徵的非對稱雙層。聚合酶可與模板多核苷酸3002及引子3001交互作用，其可不穿過孔。經γ磷酸標記之核苷酸3003可附接至短桿菌肽二聚體(gA)之另一半部分3031，此部分係在順式側上。當核苷酸位於聚合酶活性位點時，二聚體3040可由短桿菌肽之兩半部分形成，從而打開准許電流3050流動之奈米孔或離子通道。對短桿菌肽肽(gramicidin peptide)序列的簡單修改可影響電流流動，因此四個不同修改可准許四種不同信號。短桿菌肽之兩半部分可以經工程改造以具有快速解離速率，因此在γ磷酸鍵結斷裂後，gA將擴散至塊體中。應注意，單獨一個gA可能不會跨越整個隔膜以准許離子流動。為了讀出經標記核苷酸之身分，所揭示方法可施加AC電壓。藉由施加AC電壓，系統可具有非法拉第的電容響應，且可不具有淨電化學反應。在一些實施例中，藉由測量取決於四個不同修改之AC響應波形，可判定經標記核苷酸之獨特身分。

實施例之額外細節可見於US10364463B2, Liu, Zewen, et al. “Solid-state nanopore-based DNA sequencing technology.” Journal of Nanomaterials 2016 (2016)，揭露之各者全文以引用方式併入本文中。 替代實施例

所揭示技術之一個態樣係關於使用所關注分子作為傳導電力之分子橋之部分。在一個實施例中，所揭示系統包括奈米間隙及跨奈米間隙延伸之分子橋。介電板亦可跨奈米間隙延伸，以作用為電容器。當所關注分子與分子橋交互作用（例如，雜交）時，其可導致分子橋之導電性的明確變化。分子橋可係部分雙股DNA、DNA摺紙(DNA origami)、碳奈米管、或其他分子線，且可含有奈米粒子。此揭示系統可用以識別多種分子，例如不同核苷酸或胺基酸。

圖7繪示所揭示系統之一個實施例。在圖7中，顯示用於識別核苷酸之感測器裝置7000。感測器裝置7000可包括電極7012。感測器裝置7000可進一步包括具有閘極氧化物7113之FET 7020。感測器裝置7000可進一步包括分子橋，例如在流動室7017中之部分雙股核酸聚合物7099。分子橋7099可具有：（例如經由頂部金屬表面7018）可操作地耦接至電極7012之一端；及（例如經由底部金屬表面7008及埋入厚絕緣體7007之金屬互連件7022）可操作地耦接至FET 7020之閘極端子之另一端。蓋帽介電質(cap dielectric) 7223及金屬表面7008及7018可形成與部分雙股核酸聚合物7099並聯連接之電容器。蓋帽介電質7223之厚度可係約數個nm、10 nm、20 nm、30 nm、40 nm、50 nm、60 nm、70 nm、80 nm、或90 nm。

感測器裝置7000可進一步包括電源7001，該電源經組態以在電極與FET之源極端子之間提供AC輸入。感測器裝置7000可進一步包括用於施加AC輸入的額外電極7002。可跨FET之源極端子及汲極端子施加偏壓電壓7004。感測器裝置7000可進一步包括可操作地耦接至FET之控制器7003，該控制器經組態以測量FET之AC響應，其中該AC響應取決於與部分雙股核酸聚合物7099交互作用之核苷酸的身分。

圖15A及圖15B繪示例示性AC響應波形，諸如藉由圖6之控制器、藉由圖7之控制器7003、或其他合適的感測器裝置之控制器所測量的響應波形。分子橋7099之電傳導變化可導致波形之振幅及相位調變，如圖15B中所示。在一些情況下，該控制器經組態以測量AC響應之振幅的變化，例如如圖15B中之點153及154之比較所示。舉例而言，可藉由比較圖15B中之最大點151及最小點152來獲得振幅。在一些情況下，控制器經組態以測量AC響應之波形形狀的變化。在一些情況下，電源7001經組態以提供在正電位與負電位之間交替之呈正弦、矩形、三角形、鋸齒形、或另一適合波形的AC電壓。在一些實施例中，通過部分雙股核酸聚合物7099之電傳導係藉由併入多核苷酸之核苷酸上的一核酸標記來調變，該核酸標記與該部分雙股核酸聚合物部分互補。圖8顯示感測器裝置7000的等效電路。

圖14A及圖14B顯示圖8所示之電路的響應的信號雜訊比。在圖14A之實例中，FET之閘極面積係約1.00 μm ²，且FET 7020之閘極電容密度係約17 ff/μm ²。分子橋7099之諧振頻率係在SNR之峰處或附近。如圖14A所示，隨著分子橋（R_線）的電阻降低，分子橋的諧振頻率增加。因此，可利用分子橋的諧振頻率變化偵測改變分子橋之電阻的定序鹼基。在圖14B之實例中，FET之閘極面積係約0.25 μm ²，且FET 7020之閘極電容密度係約17 ff/μm ²。分子橋7099之諧振頻率係在SNR之峰處或附近。如圖14B所示，隨著分子橋（R_線）的電阻降低，分子橋的諧振頻率增加。因此，可利用分子橋的諧振頻率變化偵測改變分子橋之電阻的定序鹼基。

根據一些實施例，圖4中所示之感測系統40包括流通槽41及整合至流通槽41中之電子感測器10。電子感測器10包括：兩個電極12、14；橋接兩個電極12、14之經修飾部分雙股核酸聚合物16，該經修飾部分雙股核酸聚合物16包括兩個多核苷酸鏈18、20，其部分地鍵結（經由氫鍵結）在一起；間隙22，其位於多核苷酸鏈之第一個多核苷酸鏈18中，其中缺少核苷酸；及在多核苷酸鏈之第二個多核苷酸鏈20中之複數個核苷酸鹼基24，其暴露在間隙22處。流通槽41係含有感測器10之容器。應理解，其他容器（諸如孔、管、通道、光析管、培養皿、瓶、或類似者）可替代地含有感測器10。循環程序（諸如核酸定序反應）特別適用於流通槽41。

實例流通槽41包括基材/支撐件13及與其直接或間接結合至其或與其一體形成之蓋。流通槽41可包括流體入口45及流體出口47，其能夠遞送批量試劑至容納在流通槽41內之一個感測器10或感測器10之一陣列。

感測系統40亦可包括試劑遞送系統49，用以選擇性地將試劑引入至流通槽41之位於感測器10上方的輸入（例如，流體入口45），然後從流體出口47引出。試劑遞送系統49可包括可永久地或可移除地附接至流體入口45的管道或其他流體元件。試劑遞送系統49可包括樣本容器51。試劑（包括待引入至電子感測器10之經標記核苷酸30）可儲存於樣本容器，或於使用前才製備並引入樣本容器中。試劑遞送系統49亦可包括泵或其他合適的設備，用以從樣本容器51擷取試劑，並將其遞送至流體入口45。在其他實例中，將樣本容器51定位成使得試劑可藉由重力流至位於感測器10上方的流體入口45，並從流體出口47流出。流通槽41中之感測器10可亦可操作性地連接至偵測器15，以偵測在使用感測系統40時的感測器10之導電性變化。

根據一些實施例，系統40′係顯示於圖5中且包括電子感測器10，該電子感測器包括：兩個電極12、14；橋接兩個電極12、14之經修飾部分雙股核酸聚合物16，該經修飾部分雙股核酸聚合物16包括兩個多核苷酸鏈18、20，其部分地鍵結（經由氫鍵結）在一起；間隙22，其位於多核苷酸鏈之第一個多核苷酸鏈18中，其中缺少核苷酸；及在多核苷酸鏈之第二個多核苷酸鏈20中之複數個核苷酸鹼基24，其暴露在間隙22處；及待引入至電子感測器10之單獨試劑，該等試劑包括經標記核苷酸30，經標記核苷酸30中之至少一者包括核苷酸32、附接至核苷酸之磷酸基團之連接分子34、附接至連接分子34之開關股28，該開關股28包括與暴露在間隙22處的該複數個核苷酸鹼基24中的至少一些者互補的鹼基36。在圖5所示之實例中，多核苷酸鏈18係ACCGGGGTA-間隙-ATCCG，且多核苷酸鏈20係TGGGCCCCATCCCCCCTAGGC (SEQ. ID No. 1)。在多核苷酸鏈20中，核苷酸鹼基「CCCCCC」暴露在間隙22處（至少直到開關股28與其相關聯為止）。

儘管未顯示，但應理解，感測器10可定位在容器中或容器之部分，諸如流通槽41（圖4）、管、通道、光析管、培養皿、瓶、或類似者。另一適合容器之實例係流通槽。

雖然在圖5中顯示一個感測器10，但應理解，感測系統40′可包括定位於基材上之感測器10之一陣列。此外，感測系統40′之（多個）感測器10可各自電連接至各別偵測器15，以在開關股28於間隙22處相關聯時偵測自電感測器10的響應。

感測系統40′之一些實例進一步包括：錨定至經修飾dsNA 16′的聚合酶38；及待引入至感測器10之模板多核苷酸鏈48。

如圖5所示，感測器10包括聚合酶38。可以使用可催化一次添加一個核苷酸至新生股(nascent strand)的任何DNA聚合酶。DNA聚合酶可來自以下家族中之任一者：A、B、C、D、X、Y、及RT。來自家族A之特定實例包括T7 DNA聚合酶、Pol I、Pol γ、Pol Θ、或Pol v；或來自家族B者包括Pol II、Pol B、Pol ζ、Pol α、Pol δ、及Pol ε；或來自家族C者包括Pol III；或來自家族D者包括Pol D（DP1/DP2異二聚體），或自家族X者包括Pol β、Pol α、Pol λ、Pol µ、及末端去氧核苷酸轉移酶；或來自家族Y者包括Pol ι、Pol κ、Pol η、Pol IV、及Pol V；或來自家族RT者包括端粒酶。

如圖5所示，聚合酶38係以繫鏈46固定至經修飾dsNA 16′。在另一實例中，聚合酶38係以繫鏈46固定至基材。繫鏈46係用作為聚合酶38之錨，且可所欲的是繫鏈46係非導電的。當聚合酶38附接至經修飾dsNA 16′時，可特別所欲的是非導電繫鏈。適合的繫鏈46之實例包括沿聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)鏈在某一點處之具有可裂解連結(cleavable link)之PEG，或可包括鎳NTA/His標籤化學、抗生蛋白鏈菌素/生物素化學（例如，附接至經修飾dsNA 16′之抗生蛋白鏈菌素、以及附接至聚合酶38之生物素）、DNA-DNA雜交、DNA-PNA雜交、羧基矽烷1-乙基-3-(3-二甲胺基丙基)碳二亞胺(EDC)、或可將聚合酶附接至經修飾dsNA 16′或基材表面之任何其他合適的連接子。在一些實例中，繫鏈46將聚合酶38保持在距離經修飾dsNA 16′至少10 nm處。此可係所欲的，例如，使得聚合酶38之保形變化(conformal change)、聚合酶38之電荷、及/或由聚合酶38所保持之目標/模板多核苷酸鏈48之電荷不會干擾經修飾dsNA 16′之感測操作。

在一實例中，經修飾dsNA 16′可由繫鏈46初始地附接至聚合酶38，該繫鏈包括一可裂解連結。可將此組合引入至電極12、14，以將經修飾dsNA 16′之相對端附接至電極12、14，並經由例如鎳NTA/His標籤化學將聚合酶38附接至基材表面。在此實例中，可對該可裂解連結進行裂解，以使聚合酶38自經修飾dsNA 16′脫離。在此實例中，聚合酶38鄰近經修飾dsNA 16′，但實際上不與其接觸。應理解，當提供化學將聚合酶38保持在例如基材表面上及鄰近感測器10處時，可裂解繫鏈46。

如本文所提及，系統40、40′之實例亦可包括待引入感測器10之模板多核苷酸鏈48。

模板多核苷酸鏈48可係任何待定序之樣本，且可由DNA、RNA、或其類似物（例如，肽核酸）構成。模板（或目標）多核苷酸鏈48之源極可係基因體DNA、傳訊RNA、或來自天然來源之其他核酸。在一些情況下，源自此類來源的模板多核苷酸鏈48可在用於本文之方法或系統40、40′中之前被擴增。可使用各種已知擴增技術中之任一者，包括但不限於：聚合酶鏈反應(polymerase chain reaction, PCR)、滾環擴增(rolling circle amplification, RCA)、多重置換擴增(multiple displacement amplification, MDA)、或隨機引子擴增(random primer amplification, RPA)。應理解，在用於本文所述之方法或系統40、40′中之前，模板多核苷酸鏈48之擴增係可選的。因此，在一些實例中，模板多核苷酸鏈48在使用之前將不會進行擴增。模板/目標多核苷酸鏈48可以可選地衍生自合成庫。合成核酸可具有天然的DNA或RNA組成物，或可係其類似物。

模板多核苷酸鏈48可衍生之生物樣本包括例如來自以下之彼等者：哺乳動物，諸如嚙齒動物、小鼠、大鼠、兔、豚鼠、有蹄動物、馬、綿羊、豬、山羊、牛、貓、狗、靈長類動物、人類或非人類靈長類動物；植物，諸如阿拉伯芥、玉米、高粱、燕麥、小麥、稻米、菜籽、或黃豆；藻類，諸如萊茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)；線蟲，諸如秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans)；昆蟲，諸如黑腹果蠅(Drosophila melanogaster)、蚊子、果蠅、蜂蜜或蜘蛛；魚類，諸如斑馬魚；爬蟲類；兩棲類，諸如青蛙或有爪蟾蜍(Xenopus laevis)；盤基網柄菌(Dictyostelium discoideum)；真菌，諸如肺胞囊蟲(Pneumocystis carinii)虎河魨(Takifugu rubripes)、酵母、釀酒酵母(Saccharamoyces cerevisiae)、或粟酒裂殖酵母(Schizosaccharomyces pombe)；或惡性瘧原蟲(Plasmodium falciparum)。模板多核苷酸鏈48亦可衍生自：原核生物，諸如細菌、大腸桿菌、葡萄球菌或肺炎黴漿菌(Mycoplasma pneumoniae)；古菌；病毒，諸如C型肝炎病毒、埃博拉病毒或人類免疫缺陷病毒；或類病毒。模板多核苷酸鏈48可衍生自上述生物體之均質培養或群體，或替代地衍生自若干不同生物體之集合，例如在社區或生態系統中。

此外，模板多核苷酸鏈48可不衍生自天然來源，而是可使用已知技術合成。舉例而言，可合成基因表現探針或基因型探針，並用於本文所述之實例中。

在一些實例中，模板多核苷酸鏈48可獲得作為一或多種較大核酸之片段。可使用所屬技術領域中各種已知技術中之任一者進行片段化，包括：例如霧化、音波處理、化學裂解、酶促切割、或物理剪切。片段化亦可藉由使用特定擴增技術產生，該特定擴增技術藉由僅複製更大核酸鏈之一部分來產生擴增子。舉例而言，PCR擴增產生具有由原始模板上之核苷酸序列之長度所界定之大小的片段，該長度係介於側接引子在擴增期間雜交的位置之間。模板多核苷酸鏈48之長度可係關於核苷酸之數目或關於公制長度（例如，奈米）。

一種模板/目標多核苷酸鏈48或其擴增子之群體可具有所欲於或適用於本文所述之方法或系統40、40′之一特定應用之平均股長度。舉例而言，平均股長度可小於約100,000個核苷酸、約50,000個核苷酸、約10,000個核苷酸、約5,000個核苷酸、約1,000個核苷酸、約500個核苷酸、約100個核苷酸、或約50個核苷酸。替代地或額外地，平均股長度可大於約10個核苷酸、約50個核苷酸、約100個核苷酸、約500個核苷酸、約1,000個核苷酸、約5,000個核苷酸、約10,000個核苷酸、約50,000個核苷酸、或約100,000個核苷酸。目標多核苷酸鏈48或其擴增子之群體之平均股長度可在上文所述之最大值與最小值之間的範圍內。

在一些情況下，模板/目標多核苷酸鏈48之群體可在條件下產生，或以其他方式經組態以具有其成員之最大長度。舉例而言，成員之最大長度可小於約100,000個核苷酸、約50,000個核苷酸、約10,000個核苷酸、約5,000個核苷酸、約1,000個核苷酸、約500個核苷酸、約100個核苷酸、或約50個核苷酸。替代地或額外地，模板多核苷酸鏈48或其擴增子之群體可在條件下產生，或以其他方式經組態以具有其成員之最小長度。舉例而言，成員之最小長度可大於約10個核苷酸、約50個核苷酸、約100個核苷酸、約500個核苷酸、約1,000個核苷酸、約5,000個核苷酸、約10,000個核苷酸、約50,000個核苷酸、或約100,000個核苷酸。群體中之模板多核苷酸鏈48之最大及最小股長度可在上文所述之最大值與最小值之間的範圍內。

如圖5中所示，待定序之模板多核苷酸鏈48（例如，單股DNA股）在已與試劑（諸如經標記核苷酸30）一起被引入溶液之後鍵結至聚合酶38。

在一些實例中，若干不同之經標記核苷酸30（例如，分別用dA、dC、dG、及dT標記為核苷酸32）可在包括感測器10之陣列的系統40、40′中一起使用。在一個實例中，使用四種不同之經標記核苷酸30，各自包括不同核苷酸32及不同核苷酸特異性開關股28。作為一實例，經標記核苷酸30包括：第一經標記核苷酸，其包括去氧腺苷多磷酸(deoxyadenosine polyphosphate)作為核苷酸及第一核苷酸特異性開關股；第二經標記核苷酸，其包括去氧鳥苷多磷酸(deoxyguanosine polyphosphate)作為核苷酸及具有不同於第一開關股之序列的第二核苷酸特異性開關股；第三經標記核苷酸，其包括去氧胞苷多磷酸(deoxycytidine polyphosphate)作為核苷酸及具有不同於第一開關股及第二開關股之各者之序列的第三核苷酸特異性開關股；及第四經標記核苷酸，其包括去氧胸苷多磷酸(deoxythymidine polyphosphate)作為核苷酸及具有不同於第一開關股、第二開關股及第三開關股中之各者之序列的第四核苷酸特異性開關股。因此，在此實例中，第一、第二、第三、及第四核苷酸特異性開關股彼此不同。不同開關股將產生不同導電性變化（在於互補間隙22處相關聯時），其可用以識別附接至其之特定核苷酸。

為了判定所關注分子之身分，所揭示方法可跨系統施加AC電壓，並從電晶體讀出電壓或電流響應。分子橋之電導率及因此系統之電響應取決於所關注分子之身分。若AC電壓頻率係在最佳頻率處附近，則可改善測量靈敏度，其使響應靈敏度最大化。

實施例之額外細節可見於US2020/0002758，揭露之各者全文以引用方式併入本文中。 進一步實例

實例1：       一種用於識別一巨分子中之一組分之系統，其包含： 一第一元件，其具有一第一電阻，其中該第一電阻取決於該組分之身分； 一第二元件，其具有一第一電容，其中該第二元件可操作地與該第一元件連接；及 一電源，其經組態以供應一第一週期性波形，該第一週期性波形具有大致一第一頻率，從而最大化該系統對於該第一電阻的電響應靈敏度。

實例2：       如實例1之系統，其中該第一頻率取決於該第一電阻及該第一電容。

實例3：       如實例1之系統，其中該第一週期性波形係正弦的。

實例4：       如實例1之系統，其中該第一元件與該第二元件並聯連接。

實例5：       如實例1之系統，其進一步包含複數個電極及複數個電晶體。

實例6：       如實例5之系統，其中該複數個電晶體中之一者係一場效電晶體(field-effect transistor, FET)。

實例7：       如實例1之系統，其進一步包含一電極及一FET，其中該電極可操作地連接至該第一元件之一側，其中該FET之閘極端子可操作地連接至該第一元件之相對側，且其中該第一元件與該第二元件並聯連接。

實例8：       如實例7之系統，其中該第一週期性波形係供應作為跨該電極及該FET之源極端子的一電壓。

實例9：       如實例7之系統，其中該第一頻率進一步取決於與該FET相關聯之一第二電容。

實例10：     如實例9之系統，其中該第二電容係該FET之閘極電容。

實例11：     如實例1之系統，其中該電源進一步經組態以供應一第二波形。

實例12：     如實例11之系統，其中該電源經組態以同時供應該第二波形及該第一週期性波形。

實例13：     如實例11之系統，其中該第二波形係週期性的。

實例14：     如實例11之系統，其中該第二波形係直流(direct current, DC)波形。

實例15：     如實例1之系統，其中該巨分子包含複數種類型之聚合物，且其中該組分係該複數種類型之聚合物中之一者的單體。

實例16：     如實例1之系統，其中該巨分子包含一或多個多肽，且其中該組分係胺基酸。

實例17：     如實例1之系統，其中該巨分子包含一或多個多核苷酸，且其中該組分係核苷酸。

實例18：     如實例17之系統，其中該一或多個多核苷酸之核苷酸經修飾及/或經標記，使得任何兩種類型之核苷酸的第一電阻值係可區分的。

實例19：     如實例17之系統，其進一步包含一反轉錄酶，其中該反轉錄酶經組態以反向轉錄該巨分子之一部分。

實例20：     如實例17之系統，其進一步包含DNA聚合酶，其中該DNA聚合酶經組態以複製該巨分子之一部分。

實例21：     如實例20之系統，其進一步包含一室、該室內之一電解質、及核酸之前驅物，其中該等前驅物溶解於該電解質中。

實例22：     如實例21之系統，其進一步包含永久附接至該DNA聚合酶之一聚合物繫鏈，其中該聚合物繫鏈經組態以在該電解質中帶電。

實例23：     如實例22之系統，其中該前驅物之部分經組態以與該聚合物繫鏈之預界定區雜交，其中該等預界定區取決於該等前驅物之類型。

實例24：     如實例22之系統，其中該電源進一步經組態以致動該聚合物繫鏈。

實例25：     如實例21之系統，其進一步包含一流體子系統，該流體子系統經組態以將該電解質及該等前驅物供應至該室。

實例26：     如實例21之系統，其中該等前驅物經修飾及/或經標記，使得任何兩種類型之前驅物的第一電阻值係可區分的。

實例27：     如實例26之系統，其中該等前驅物耦接至離子載體或離子載體之部分。

實例28：     如實例1之系統，其中該第二元件包含至少一介電層及至少一導電層。

實例29：     如實例28之系統，其中該第一元件包含經修飾部分雙股核酸聚合物。

實例30：     如實例29之系統，其中該經修飾部分雙股核酸聚合物包含： 兩個多核苷酸鏈，其部分地鍵結在一起； 一間隙，其位於一個多核苷酸鏈中，其中缺少核苷酸；及 在另一個多核º苷酸鏈中之複數個核苷酸鹼基，其暴露在該間隙處。

實例31：     如實例1之系統，其中該第二元件包含一隔膜。

實例32：     如實例31之系統，其中該膜係由脂質、矽、石墨烯、固態材料、合成材料、脂質的仿生等效物、或其任何組合形成。

實例33：     如實例31之系統，其進一步包含離子載體或離子載體之一部分，其沈積於該隔膜中。

實例34：     如實例33之系統，其中該第一元件包含一離子通道，其形成於該隔膜中，該隔膜係部分地基於該離子載體或該離子載體之部分。

實例35：     如實例31之系統，其中該第一元件包含一奈米孔。

實例36：     如實例35之系統，其中該奈米孔係該隔膜中之一孔。

實例37：     如實例35之系統，其中該奈米孔包括沉積於該隔膜中之一結構，其中該結構係由一或多個多核苷酸、一或多個多肽、一或多種類型之生物聚合物、一或多個碳奈米管、一或多種類型之固態材料、或其任何組合形成。

實例38：     一種複數個定序器之陣列，其中至少一個定序器係根據先前實例中任一項之系統來定義。

實例39：     一種使用如實例7至10中任一項所定義之系統之方法，該方法包含測量該FET隨該組分之身分而變動之一響應以識別該巨分子中之該組分。

實例40：     如實例39之方法，其中測量該響應包含測量FET閘極-源極電壓、FET源極-汲極電流、FET汲極-源極電阻、或其任何組合。

實例41：     如實例39之方法，其中測量該響應包含測量該響應之一相位、該響應之一振幅、該響應之一波形、或其任何組合。

實例42：     如實例39之方法，該方法進一步包含將該第一頻率設定至一值，使得該FET相對於該第一電阻之響應的部分衍生物係最大或最小的。

實例43：     如實例39之方法，該方法進一步包含將該第一頻率設定至一值，使得該FET相對於改變該第一電阻之響應的經測量變化大於一臨限。

實例44：     如實例42之方法，該方法進一步包含：組態該電源，以在該第一頻率之10%內的一頻率下供應該第一週期性波形。

實例45：     如實例42之方法，該方法進一步包含：組態該電源，以在具有與該第一頻率相同數量級的一頻率下供應該第一週期性波形。 定義

本文所用之所有技術與科學用語具有與本揭露所屬技術領域中具有通常知識者所通常理解的意義相同，除非另有明確指示。

如本文中所使用，單數形式「一(a/an)」及「該(the)」包括複數形式的指示對象，除非上下文另有明確指示。因此，例如，提及「一序列(a sequence)」可包括複數個此類序列等。

用語「包含(comprising)」、「包括(including)」、「含有(containing)」及這些用語的各種形式彼此同義，且同樣廣泛。此外，除非有明確相反陳述，否則包含、包括、或具有具有特定性質的元件或複數個元件的實例可包括額外元件，不論額外元件是否具有該性質。

如本文中所使用，「順式(cis)」係指奈米孔開口的一側，其中分析物或經修飾分析物經由該側進入開口，或該分析物或經修飾分析物跨越該側表面移動。

如本文中所使用，「反式(cis)」係指奈米孔開口的一側，其中分析物或經修飾分析物（或其片段）經由該側離開開口，或該分析物或經修飾分析物未跨越該側表面移動。

如本文中所使用，用語「流體連接(fluidically connecting)」、「流體連通(fluid communication)」、「流體耦接(fluidically coupled)」、及類似者係指兩個空間區域連接在一起，使得液體或氣體可在該兩個空間區域之間流動。例如，一或多個順式井可藉由一中間井、一流體隧道、一較窄區域、或一孔（例如，奈米孔）流體連接至一或多個反式井，使得電解質之至少一部分可在該等經連接井之間流動。該兩個空間區域可透過第一及第二奈米級開口、或透過一或多個閥、限流器、或用以控制或調節通過系統之流體流的其他流體組件流體連通。

如本文中所使用，用語「可操作地連接(operably connected)」係指元件之組態，其中一個元件之作用或反應影響另一元件，但其係採用保留各元件之功能之方式。

如本文中所使用，用語「隔膜(membrane)」係指使可在其中含有相同組成物或不同組成物的兩個液體/凝膠室（例如，一順式井與一流體腔）分離的非滲透性或半滲透性障壁或其他片材。隔膜對任何給定物種的滲透性取決於隔膜的本質。在一些實例中，隔膜對離子、電流、及/或流體可係非滲透性。例如，一脂質隔膜不可滲透離子（即，不允許任何離子傳輸通過），但可至少部分地滲透水（例如，水擴散度在從約40 µm/s至約100 µm/s的範圍內）。對於另一實例，一合成/固態隔膜（其之一實例係氮化矽）不可滲透離子、電荷、及流體（即，所有這些物種的擴散係零）。根據本揭露，可使用任何隔膜，只要該隔膜可包括一跨隔膜奈米級開口，並可維持跨該隔膜之電位差。該隔膜可係一單層或一多層隔膜。一多層隔膜包括兩層或更多層，該等層中之各者係一非滲透性或半滲透性材料。

該隔膜可由生物源或非生物源之材料形成。屬於生物源之材料係指衍生自生物環境（諸如有機體或細胞）或自生物環境隔離之材料，或生物可得結構之合成製造版本（例如，仿生材料）。

由生物源之材料製成的實例隔膜包括由波勒脂質(bolalipid)形成的單層。由生物源之材料製成的另一實例隔膜包括脂質雙層。合適脂質雙層包括例如細胞之隔膜、細胞器之隔膜、脂質體、平面脂質雙層、及支撐脂質雙層。脂質雙層可例如由磷脂質之兩個相對層形成，該兩層經配置使得其疏水性尾端基(tail group)面朝向彼此，以形成疏水性內部，而脂質的親水性頭端基(head group)面對雙層各側上的水性環境。脂質雙層亦可例如藉由一種方法形成，其中一脂質單層承載在一水性溶液/空氣界面上、通過實質上垂直於該界面的孔隙之任一側。該脂質通常係藉由首先溶解在一有機溶劑中，並接著讓該溶劑之一滴在該孔隙之任一側上的水性溶液之表面上蒸發而添加至水性電解質溶液之表面。一旦有機溶劑已至少部分蒸發，孔隙之任一側上的溶液/空氣界面係經實體向上及向下移動而通過該孔隙，直到形成一雙層。其他合適之雙層形成方法包括：尖端浸漬、塗刷雙層、及脂質體雙層之箝膜術。亦可使用用於獲得或產生脂質雙層的任何其他方法。

不屬於生物源之材料亦可用作為隔膜。這些材料中的一些是固態材料且可形成固態隔膜，而這些材料中的其他者可形成薄液膜或隔膜。固態隔膜可係單層，諸如在支撐基材（即，固體支撐件）上之塗層或膜或自存元件。固態隔膜亦可係呈三明治組態的多層材料之複合物。可使用不屬於生物源之任何材料，只要所得之隔膜可包括一跨隔膜奈米級開口，並可維持跨該隔膜之電位差。該等隔膜可包括有機材料、無機材料、或兩者。適合的固態材料之實例包括例如微電子材料、絕緣材料（例如，氮化矽(Si ₃N ₄)、氧化鋁(Al ₂O ₃)、氧化鉿(HfO ₂)、五氧化二鉭(Ta ₂O ₅)、氧化矽(SiO ₂)等）、一些有機及無機聚合物（例如，聚醯胺、塑膠，諸如聚四氟乙烯(PTFE)）、或彈性體，諸如雙組分附加固化聚矽氧橡膠）、及玻璃。此外，固態隔膜可由單層石墨烯製成，該單層石墨烯係經緻密堆集成二維蜂巢格子的碳原子薄片材，多層石墨烯、或與一或多層其他固態材料混合的一或多層石墨烯。含石墨烯的固態隔膜可包括至少一個石墨烯層，其係石墨烯奈米帶或石墨烯奈米間隙，其可用作為電感測器以表徵目標多核苷酸。應理解，固態隔膜可藉由任何合適的方法製成，例如化學氣相沉積(chemical vapor deposition, CVD)。在一實例中，石墨烯隔膜可透過CVD或從石墨的剝離來製備。可使用之合適的薄液膜材料之實例包括：二嵌段共聚合物或三嵌段共聚物，諸如兩親PMOXA-PDMS-PMOXA ABA三嵌段共聚物。

如本文中所使用，用語「奈米孔(nanopore)」意欲指與隔膜離散、界定在隔膜中、或跨隔膜延伸的中空結構，該隔膜允許離子、電流、及/或流體從隔膜的一側穿越至隔膜的另一側。例如，抑制離子或水溶性分子通過的隔膜可包括跨隔膜延伸的奈米孔結構，以允許離子或水溶性分子（通過延伸通過奈米孔結構的奈米級開口）從隔膜的一側至隔膜的另一側通過。延伸通過奈米孔結構的奈米級開口之直徑可沿其長度（即，從隔膜的一側至隔膜的另一側）而變化，但在任何點上係奈米級（即，從約1 nm至約100 nm，或至小於1000 nm）。奈米孔之實例包括例如生物奈米孔、固態奈米孔、及生物與固態混合之奈米孔。

如本文中所使用，用語「直徑(diameter)」意欲指在可刻在通過奈米級開口的截面之質心的奈米級開口的截面上的最長筆直線。應理解，奈米級開口可具有或可不具有一圓形或實質上圓形的截面（奈米級開口的截面實質上與順式/反式電極平行）。進一步，截面可係規則或不規則形狀。

如本文中所使用，用語「生物奈米孔(biological nanopore)」意欲指其結構部分由生物源之材料製成的奈米孔。生物源係指衍生自生物環境（諸如有機體或細胞）或自生物環境隔離之材料，或生物可得結構之合成製造版本。生物奈米孔包括例如多肽奈米孔及多核苷酸奈米孔。

如本文中所使用，用語「多肽奈米孔(polypeptide nanopore)」意欲指延伸跨隔膜且允許離子、電流、聚合物（諸如DNA或肽）、或適當尺寸及電荷的其他分子、及/或流體透過其從隔膜的一側至隔膜的另一側流動的蛋白質/多肽。多肽奈米孔可係單體、均聚物、或異質聚合物。多肽奈米孔之結構包括例如α-螺旋束奈米孔及β-桶形奈米孔。實例多肽奈米孔包括α-溶血素、包皮垢分枝桿菌(Mycobacterium smegmatis)孔蛋白A (MspA)、短桿菌素A、麥芽糖孔蛋白、OmpF、OmpC、PhoE、Tsx、F-絲狀附屬物等。在細胞膜中天然地發現蛋白α-溶血素，用作為供離子或分子進出細胞的孔。包皮垢分枝桿菌孔蛋白A (MspA)是由分枝桿菌所產的隔膜蛋白，其允許親水性分子進入細菌。MspA形成一緊密互連之八聚體及類似一杯狀的跨隔膜β-桶形且含有一中心孔。

可合成一多肽奈米孔。一種合成多肽奈米孔包括在本質上不會發生的類蛋白(protein-like)胺基酸序列。該類蛋白胺基酸序列可包括一些已知存在的胺基酸但不會形成蛋白質的鹼基（即，非蛋白胺基酸）。該類蛋白胺基酸序列可經人工合成，而非以有機體表示，然後將其純化/隔離。

如本文中所使用，用語「多核苷酸奈米孔(polynucleotide nanopore)」意欲包括延伸跨越隔膜的多核苷酸，且允許離子、電流、及/或流體從隔膜的一側流至隔膜的另一側。多核苷酸孔可包括例如多核苷酸摺紙（例如，奈米級摺疊DNA以產生奈米孔）。

如本文中所使用，用語「固態奈米孔(solid-state nanopore)」意欲指其結構部分係由固態隔膜所界定且包括非生物源（即，非生物源）之材料的奈米孔。固態奈米孔可由無機或有機材料形成。固態奈米孔包括例如氮化矽奈米孔、二氧化矽奈米孔、及石墨烯奈米孔。

本文所揭示之奈米孔可係混合奈米孔。「混合奈米孔(hybrid nanopore)」係指包括生物源及非生物源兩者的材料的奈米孔。一種混合奈米孔之實例包括多肽固態混合奈米孔及多核苷酸固態奈米孔。

如本文中所使用，用語「奈米孔定序器(nanopore sequencer)」係指本文中所揭示之可用於奈米孔定序的任何裝置。在本文所揭示之實例中，在奈米孔定序期間，奈米孔浸沒在本文所揭示電解質的實例中，且跨隔膜施加電位差。在一實例中，電位差係電位差或電化學電位差。可經由電壓源跨隔膜施加電位差，電壓源注入或投予電流至順式井或反式井之一或多者中所含有的電解質的離子之至少一者。電化學電位差可藉由順式井及反式井之離子組成物的差異與電位組合來建立。不同離子組成物可係例如各井中之不同離子或各井中相同離子之不同濃度。

跨奈米孔施加電位差可使核酸易位通過該奈米孔。產生對應於核苷酸易位通過奈米孔的一或多個信號。因此，作為目標多核苷酸、或作為單核苷酸、或衍生自目標多核苷酸或單核苷酸的探針運輸通過奈米孔，跨該隔膜的電流由於例如收縮之鹼基相依性（或探針相依性）阻塞而變化。可使用各種方法之任何者來測量來自電流變化的信號。各信號對於奈米孔中的（一或多個）核苷酸（或探針）的物種係獨特的，使得所得信號可用以判定多核苷酸的特性。例如，可判定產生特性訊號的（一或多個）核苷酸（或探針）的一或多個物種之身分。

如本文中所使用，「核苷酸(nucleotide)」包括含氮雜環鹼基、糖、及一或多個磷酸基。核苷酸係核酸序列的單體單元。核苷酸的實例包括例如核糖核苷酸或去氧核糖核苷酸。在核糖核苷酸(RNA)中，糖係核糖，且在去氧核糖核苷酸(DNA)中，糖係去氧核糖，即，缺乏存在於核糖中2'位置處之羥基的糖。含氮雜環鹼基可係一嘌呤鹼基或一嘧啶鹼基。嘌呤鹼基包括腺嘌呤(A)及鳥嘌呤(G)、及其經改質衍生物或類似物。嘧啶鹼基包括胞嘧啶(C)、胸腺嘧啶(T)、及尿嘧啶(U)、及其經改質衍生物或類似物。去氧核糖的C-1原子鍵結至一嘧啶之N-1或嘌呤之N-9。磷酸基可係單、二或三磷酸鹽形式。這些核苷酸係天然核苷酸，但進一步理解為，亦可使用非天然核苷酸、經改質核苷酸或前述核苷酸之類似物。

如本文中所使用，用語「信號(signal)」意欲指表示資訊的指示器。信號包括例如一電信號及一光學信號。用語「電信號(electrical signal)」係指表示資訊的電品質之指示器。該指示器可係例如電流、電壓、穿隧、電阻、電位、電壓、電導、或橫向電氣效應。「電子電流(electronic current)」或「電流(electric current)」係指電荷的流動。在一實例中，電信號可係通過奈米孔的電流，且電流可在跨奈米孔施加電位差時流動。

用語「基材(substrate)」係指一剛性固體支撐物，其不溶於水性液體中，且在不存在孔隙、埠、或其他類似液體導管的情況中無法使液體通過。在本文所揭示之實例中，該基材可具有界定於其中之井或室。合適基材之實例包括玻璃及經改質或官能化玻璃、塑膠（包括丙烯酸、聚苯乙烯、及苯乙烯與其他材料的共聚物、聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚胺甲酸酯、聚四氟乙烯(PTFE)（諸如購自Chemours之TEFLON®）、環烯烴/環烯烴聚合物(cyclo-olefin polymer, COP)（諸如購自Zeon的ZEONOR®）、聚醯亞胺等）、尼龍、陶瓷、矽石或矽基材料、矽與經改質矽、碳、金屬、無機玻璃、及光纖束。

在本文中使用用語頂部(top)、底部(bottom)、下部(lower)、上部(upper)等描述裝置/奈米孔定序器及/或裝置之各種組件。應理解，這些方向性用語並非意指暗示特定定向，而是用於指定組件之間的相對定向。方向性用語的使用不應解讀為將本文所揭示之實例限制於任何特定定向。如本文中所使用，用語「上部(upper)」、「下部(lower)」、「垂直(vertical)」、「水平(horizontal)」、及類似者意指指示相對定向。

如本文中所使用，使用同義詞用語「井(well)」、「腔(cavity)」及「室(chamber)」，且係指可含有流體（例如，液體、凝膠、氣體）的裝置中所界定之離散特徵。一順式井係含有一順式電極或部分由一順式電極所界定的一室，且亦流體連接至一FET之流體系統，該FET繼而流體地連接至一反式井/室。所提出之裝置之一陣列的實例可具有一個順式井或多個順式井。反式井係含有反式電極或部分由其本身的反式電極界定的一單一室，且亦流體地連接至一順式井。在包括多個反式井的實例中，各反式井與其他反式井彼此電隔離。此外，應理解，平行於至少部分界定該井之基材表面的一井的截面可係彎曲形、方形、多邊形、雙曲線、圓錐形、角形等。

如本文中所使用，「場效電晶體(field-effect transistor)」或「FET」一般包括由一半導體材料（例如，矽、鍺、砷化鎵、碳化矽等）所形成且被一通道區分離的經摻雜源極/汲極區。n-FET係具有n通道之FET，其中電流載子係電子。p-FET係具有p通道之FET，其中電流載子係電洞。n-FET裝置之源極/汲極區可包括不同於p-FET裝置之源極/汲極區的材料。在一些實例中，源極/汲極區或通道可不經摻雜。摻雜區可藉由將摻雜劑原子添加至一本質半導體而形成。此在熱平衡情況中改變本質半導體之電子及電洞載體濃度。一摻雜區可係p型或n型。如本文中所使用，「p型」意指將雜質添加至本質半導體，其建立缺價電子。對於矽，實例p型摻雜劑（即，雜質）包括但不限於硼、鋁、鎵、及銦。如本文中所使用，「n型(n-type)」係指添加將自由電子貢獻至本質半導體的雜質。對於矽，實例n型摻雜劑（即，雜質）包括但不限於銻、砷、及磷。（多種）摻雜劑可藉由離子植入或電漿摻雜來引入。

例如，在具有複數個金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)之積體電路中，各MOSFET具有藉由在半導體材料層中植入n型或p型雜質而形成在一半導體層之一作用區中的一源極及一汲極。該源極與該汲極之間設置有一通道（或本體）區。一閘極電極設置在該本體區上方。該閘極電極及該本體係藉由一閘極介電（閘極氧化物）層間隔開。該通道區連接該源極與該汲極，且電流從該源極至該汲極流動通過該通道區。藉由施加於該閘極電極處的電壓，在通道區中誘導電流流動。

非平面電晶體裝置架構（諸如奈米片（或奈米線）電晶體）可提供優於平面電晶體的增加之裝置密度及增加的效能。「全環繞閘極(gate-all-around)」電晶體係其中閘經結構化以圍繞通道的電晶體。「奈米片電晶體(nanosheet transistor)」係指可包括延伸於形成一通道的一對源極/汲極區之間的複數個堆疊奈米片的FET。與習用的平面FET相比，奈米片電晶體可包括圍繞多個奈米片通道區之全周緣包覆的一閘極堆疊。奈米片電晶體組態實現在奈米片通道區中較完全空乏並減少短通道效應。「奈米線電晶體(Nanowire transistor)」可類似於奈米片電晶體，惟通道可包括奈米線而非奈米片除外。奈米片或奈米線電晶體中之全環繞閘極結構可提供具有較佳切換控制、較低洩漏電流、較快操作、及較低輸出電阻的非常小裝置。

增加通道導電性及減小FET大小之方式係將通道形成為一奈米結構。例如，全環繞閘極(GAA)奈米片FET係一種用於藉由將通道區形成為一系列奈米片而提供一相對小的FET佔用區域的架構。在GAA組態中，一基於奈米片之FET包括一源極區、一汲極區、及在該源極區與該汲極區之間的堆疊奈米片通道。一閘極環繞該等堆疊奈米片通道且調控流動通過該源極區與該汲極區之間的該等奈米片通道的電子。GAA奈米片FET可藉由形成通道奈米片與犧牲奈米片的交替層來製造。在完成FET裝置之前，從該等通道奈米片釋放該等犧牲奈米片。對於n型FET，該等通道奈米片一般係矽(Si)，且該等犧牲奈米片一般係矽鍺(SiGe)。對於p型FET，該等通道奈米片一般係SiGe，且該等犧牲奈米片一般係Si。在一些實施方案中，p-FET之通道奈米片可係SiGe或Si，且犧牲奈米片可係Si或SiGe。從由第一類型半導體材料（例如，Si用於n型FET，及SiGe用於p型FET）形成之通道奈米片與由第二類型半導體材料（例如，SiGe用於n型FET，及Si用於p型FET）形成之犧牲奈米片的交替層來形成GAA奈米片，提供優越的通道靜電控制，其有利於將閘極長度連續按比例縮小至七奈米CMOS技術及以下。使用多層SiGe/Si犧牲/通道奈米片（或Si/SiGe犧牲/通道奈米片）以在GAA FET半導體裝置中形成通道區提供所欲的裝置特性，包括在SiGe與Si之間的界面處引入應變。

在一些實例中，「奈米線(nanowire)」的特徵在於小於約30 nm的一臨界尺寸，而「奈米片(nanosheet)」特徵在於約30 nm或更大的一臨界尺寸。在例示性裝置中，沿閘極測量臨界尺寸。在該方向上，若通道寬度小，則通道截面如同「線材」，而如果通道寬度大，則通道截面如同「片材」。

在一些實例中，奈米片或奈米線的最小尺寸係介於約1至10、約1至50、約1至100、約1至500、或約1至1000 nm之間。在一些實例中，奈米片或奈米線的最小尺寸係介於約1至5、約3至10、約5至15、約10至20、約15至30、約20至40、約30至50、約40至75、約50至100、約75至150、約100至200、約150至300、約200至400、約300至500、約400至750、或約500至1000 nm之間。在一些實例中，奈米片之最小尺寸比奈米片之另兩個尺寸小至少約3、約5、約7、約10、約15、約20、約50、約100、約150、約200、約250、約300、約350、約400、約450、約500、約600、約700、約800、約900、約1000、約2000、約2500、約3000、約4000、或約5000倍。在一些實例中，奈米片之最小尺寸比奈米片之另兩個尺寸小介於約2至5、約3至7、約5至10、約7至15、約10至20、約15至50、約20至100、約50至150、約100至200、約150至250、約200至300、約250至350、約300至400、約350至450、約400至500、約450至600、約500至700、約600至800、約700至900、約800至1000、約900至2000、約1000至2500、約2000至3000、約2500至4000、或約3000至5000倍之間。在一些實例中，奈米片之最小尺寸比奈米片之另兩個尺寸小至多約3、約5、約7、約10、約15、約20、約50、約100、約150、約200、約250、約300、約350、約400、約450、約500、約600、約700、約800、約900、約1000、約2000、約2500、約3000、約4000、或約5000倍。在一些實例中，奈米線之最大尺寸比奈米線之另兩個尺寸大至少約3、約5、約7、約10、約15、約20、約50、約100、約150、約200、約250、約300、約350、約400、約450、約500、約600、約700、約800、約900、約1000、約2000、約2500、約3000、約4000、或約5000倍。在一些實例中，奈米線之最大尺寸比奈米線之另兩個尺寸大介於約2至5、約3至7、約5至10、約7至15、約10至20、約15至50、約20至100、約50至150、約100至200、約150至250、約200至300、約250至350、約300至400、約350至450、約400至500、約450至600、約500至700、約600至800、約700至900、約800至1000、約900至2000、約1000至2500、約2000至3000、約2500至4000、或約3000至5000倍之間。在一些實例中，奈米線之最大尺寸比奈米線之另兩個尺寸大至多約3、約5、約7、約10、約15、約20、約50、約100、約150、約200、約250、約300、約350、約400、約450、約500、約600、約700、約800、約900、約1000、約2000、約2500、約3000、約4000、或約5000倍。

本文所述及申請專利範圍中所提出之態樣及實例可鑒於上述定義來了解。 額外說明

應理解，下文更詳細論述的前述概念及額外概念的全部組合（假設此類概念並未相互不一致）被設想為本文所揭示之本發明標的之一部分。具體而言，本揭露之結尾處出現的所主張標的之全部組合皆被設想為本文所揭示之本發明標的之一部分。亦應理解，本文中明確採用的用語（其亦可出現在以引用方式併入的任何揭露中）應符合與本文所揭示之特定概念最一致的意義。

本說明書通篇提及「一個實例(one example)」、「另一實例(another example)」、「一實例(an example)」等等，意指結合該實例描述之一特定元件（例如特徵、結構、及/或特性）被包括在本文所述之至少一實例中，且可或可不存在於其他實例中。此外，應理解，在各種實例中，用於任何實例之所述元件可以任何合適的方式組合，除非上下文另有明確規定。

應理解，本文所提供的範圍包括所述範圍及在所述範選內之任何值或子範圍，如同此類值或子範圍被明確陳述。例如，從約2 nm至約20 nm的範圍應解讀為不僅包括從約2 nm至約20 nm的明確敘述限制，亦包括個別值，諸如約3.5 nm、約8 nm、約18.2 nm等，及子範圍，諸如約5 nm至約10 nm等。再者，當使用「約(about)」及/或「實質上(substantially)」來描述一值時，此意欲涵蓋來自所述值之微小變化（至多+/-10%）。

雖然已詳細描述若干實例，但是應理解，可修改所揭示之實例。因此，前述說明應視為非限制性的。

雖然已經描述某些實例，但是這些實例僅以實例的方式呈現，且不意欲限制本揭露之範圍。實際上，本文所述之新穎方法及系統可以多種其他形式體現。此外，可在不悖離本揭露之精神的情況中，在本文所描述之系統及方法中進行各種省略、取代、及變化。隨附申請專利範圍及其均等物意欲涵蓋此類形式或修改，其等將落入本揭露之範圍及精神內。

結合一特定態樣所描述之特徵、材料、特性、或群組，或實例係應理解為可適用於本說明書中或本說明書中其他處所述之任何其他的態樣實例，除非其等不相容。本說明書中所揭露之所有特徵（包括任何隨附申請專利範圍、摘要、及圖式）、及/或如此揭示的任何方法或程序的所有步驟可以任何組合結合，除了至少一些此等特徵及/或步驟互相排斥的組合。保護不限於任何前述實例之細節。保護延伸至本說明書所揭露之特徵的任何新穎一者、或任何新穎的組合（包括任何隨附之申請專利範圍、摘要、及圖示）、或如此揭示之任何方法或程序之步驟的任何新穎一者、或任何新穎的組合。

此外，亦可在單一實施方案中組合地實施在分開之實施方案的上下文中描述在本揭露中的某些特徵。相反地，亦可在多個實施方案分開地或以任何合適的次組合來實施在單一實施方案之上下文中描述的各種特徵。此外，雖然可如上所述地將特徵在某些組合中作用，然而在一些情況中，可將來自所主張組合的一或多個特徵從組合中刪除，且可將組合主張作為次組合或次組合的變化。

此外，雖然操作可在圖中依特定順序描繪或在說明書中依特定順序描述，但不需要依所示的特定順序或依循序順序執行此操作，或執行所有操作，以達成所欲的結果。在實例方法及程序中可合併未描繪或描述之其他操作。例如，可在所描述操作之任何者之前、之後、同時、或之間執行一或多個額外操作。此外，在其他實施方案中，該等操作可經重新配置或重新定序。所屬技術領域中具有通常知識者將理解，在一些實例中，所繪示及/或揭示之程序中所取得的實際步驟可不同於圖式中所示者。取決於實例，可移除上述步驟之某些，或可新增其他步驟。此外，上文所揭示之具體實例的特徵及屬性可以不同方式組合以形成額外實例，所有實例皆屬於本揭露之範圍內。同樣地，在上文所描述之實施方案中的各種系統組件之分離不應理解為在所有實施方案中需要此類分離，且應理解，所述組件及系統通常可一起整合在一單一產品中或封裝至多個產品中。例如，本文所述之能量儲存系統之組件中之任何者可分開地提供、或整合在一起（例如，包裝在一起、或附接在一起）以形成能量儲存系統。

為了本揭露之目的，在本文中描述某些態樣、優點、及新穎特徵。非必然所有此類優點可根據任何特定實例來達成。因此，例如所屬技術領域中具有通常知識者將認知到，本揭示可以達成如本文所教示之一項優點或優點群組的方式體現或實行，而不必然達成如本文所教示或建議的其他優點。

在所使用的上下文內，諸如「可以(can)」、「可能(could)」、「會(might)」、或「可(may)」的條件語言通常意欲傳達某些實例包括某些特徵、元件、及/或步驟，而其他實例不包括某些特徵、元件、及/或步驟，除非另有明確說明。因此，此類條件語言通常非意欲隱含特徵、元件、及/或步驟係以一或多個實例所需的任何方式，或一或多個實例必然包括在有或無使用者輸入或提示的情況中用於決定的邏輯，無論這些特徵、元件、及/或步驟被包括在任何特定實例中或在任何特定實例中執行。

除非另有說明，否則諸如用語「X、Y、及Z中之至少一者(at least one of X, Y, and Z)」的連接語言係以上下文來理解，如通常用來傳達項目、用語等可係X、Y、或Z。因此，此類連接語言通常非意欲暗示某些實例需要至少一個X、至少一個Y、及至少一個Z的存在。

本文所用之程度語言（諸如用語「大約(approximately)」、「約(about)」、「大致上(generally)」、及「實質上(substantially)」表示接近所述值、量、或特性的一值、量或特性，其仍執行所欲功能或達成所欲結果。

本揭露之範圍不意欲受限於本說明書或本說明書他處之較佳實例的具體揭露，且可由本說明書中或本說明書其他地方呈現的申請專利範圍所定義，或如未來呈現。申請專利範圍之語言係基於申請專利範圍中所採用之語言而廣泛地解讀，並不限於本說明書中或申請的審查期間所述之實例，該等實例應解讀為非排他性的。

10:電子感測器/感測器 12:電極 13:基材/支撐件 14:電極 15:偵測器 16:經修飾部分雙股核酸聚合物 16′:經修飾dsNA 18:多核苷酸鏈 20:多核苷酸鏈 22:間隙 24:核苷酸鹼基 28:開關股 30:經標記核苷酸 32:核苷酸 34:連接分子 36:鹼基 38:聚合酶 40:感測系統/系統 40′:感測系統/系統 41:流通槽 45:流體入口 46:繫鏈 47:流體出口 48:模板多核苷酸鏈/目標多核苷酸鏈 49:試劑遞送系統 51:樣本容器 101:位置 131:點 132:箭頭 151:最大點 152:最小點 153,154:點 1800:奈米孔 1801:第一側 1802:第二側 1803:孔隙 1804:收縮部 1810:繫鏈 1811:頭區 1812:尾區 1814:報導子區 1815:部分/雙鏈體 1830:核苷酸 1831:細長本體/細長標籤 1832:部分/雙鏈體 1850:聚合酶 2200:奈米孔 2201:第一側 2202:第二側 2203:孔隙 2204:收縮部 2210:繫鏈 2211:頭區 2212:尾區/雙鏈體 2213:細長本體/雙鏈/細長尾部 2214:部分/繫鏈 2230:核苷酸 2230′:核苷酸 2231:細長標籤 2231′:細長標籤 2232:部分 2232′:部分 2250:聚合酶 2250′:構件/多核苷酸/雙鏈體 2270:目標單股DNA/目標 2280:定序引子 2310:繫鏈 3001:引子 3002:模板多核苷酸 3003:經γ磷酸標記之核苷酸 3010:聚合酶 3011:跨膜肽 3020:隔膜 3030:半部分 3031:另一半部分 3040:二聚體 3050:電流 6000:奈米孔感測器裝置 6001:電源 6002:順式井 6003:奈米孔 6004:脂質或固態膜/隔膜 6005:場效電晶體(FET) 6006:反式井 6010:控制器 7000:感測器裝置 7001:電源 7002:額外電極 7003:控制器 7004:偏壓電壓 7007:厚絕緣體 7008:底部金屬表面/金屬表面 7012:電極 7017:流動室 7018:頂部金屬表面/金屬表面 7020:FET 7022:金屬互連件 7099:部分雙股核酸聚合物/分子橋 7113:閘極氧化物 7223:蓋帽介電質 F1:方向力/力 F2:反方向力/力

本揭露之實例的特徵將藉由參照下列實施方式與圖式而顯而易見，其中相似的參考數字對應於相似，但可能不相同的組件。為了簡潔起見，具有先前描述功能之參考數字或特徵可或可不結合其所出現的其他圖式來描述。

[圖1A]、[圖1B]、[圖1C]及[圖1D]示意性地繪示包括奈米孔之實施例。

[圖1E]示意性地繪示固態奈米孔之實例。

[圖2A]、[圖2B]、[圖2C]、[圖2D]、[圖2E]及[圖2F]示意性地繪示包括相鄰於生物奈米孔錨定之繫鏈(tether)之實施例。

[圖3A]、[圖3B]及[圖3C]示意性地繪示包括所形成之具有離子載體的奈米孔之實施例。

[圖4]係包括分子橋感測器之感測系統之實例的示意圖。

[圖5]係分子橋感測系統之另一實例的示意圖。

[圖6]示意性地繪示包括奈米孔及AC電源之實施例。

[圖7]示意性地繪示包括分子橋及AC電源之實施例。

[圖8]顯示用於圖7之實施例的等效電路。

[圖9]顯示用於圖6之實施例的等效電路。

[圖10]繪示在一些參數下圖9所示之電路的響應。

[圖11A]、[圖11B]及[圖11C]繪示在其他參數下圖9所示之電路的響應。

[圖12A]、[圖12B]及[圖12C]繪示圖9所示之電路的響應的信號雜訊比。

[圖13]顯示與圖9相關的不同情形中的電路響應。

[圖14A]及[圖14B]顯示圖8所示之電路的響應的信號雜訊比。

[圖15A]及[圖15B]繪示例示性AC響應波形。

Claims (15)

1. 一種用於識別核苷酸之奈米孔感測器裝置，其包含： 一或多個順式井； 一或多個順式電極，其與所述一或多個順式井相關聯； 複數個反式井，所述複數個反式井中之各者藉由具有奈米孔之脂質或固態隔膜與所述一或多個順式井隔開； 複數個場效電晶體，所述複數個場效電晶體之各者與所述複數個反式井中之一者相關聯； 電源，其經組態以在所述一或多個順式電極與所述複數個場效電晶體之源極端子之間提供交流輸入；及 控制器，其可操作地耦接至所述複數個場效電晶體，所述控制器經組態以測量所述複數個場效電晶體之交流響應，其中所述交流響應取決於在所述奈米孔內或附近的所述核苷酸之身分。
2. 如請求項1之奈米孔感測器裝置，其中所述控制器經組態以測量所述交流響應之振幅的變化。
3. 如請求項1之奈米孔感測器裝置，其中所述控制器經組態以測量所述交流響應之波形形狀的變化。
4. 如請求項1至3中任一項之奈米孔感測器裝置，其中所述電源經組態以提供在正電位與負電位之間交替之呈正弦、矩形、三角形、鋸齒形、或另一適合波形的交流電壓。
5. 如請求項1至4中任一項之奈米孔感測器裝置，其中通過所述奈米孔之離子通量係藉由以下來調變：通過所述奈米孔之核苷酸、併入多核苷酸之核苷酸上的標記、或其任何組合。
6. 一種識別核苷酸之方法，其包含： 在將順式井與反式井隔開之隔膜内提供奈米孔； 從電源提供交流輸入，所述電源可操作地耦接至所述順式井中之順式電極以及所述反式井中之場效電晶體之源極端子；及 測量來自所述場效電晶體之交流響應，其中所述交流響應取決於在所述奈米孔內或附近之核苷酸的身分。
7. 如請求項6之方法，其中測量所述交流響應包含測量所述交流響應之振幅的變化。
8. 如請求項6之方法，其中測量所述交流響應包含測量所述交流響應之波形的變化。
9. 如請求項6至8中任一項之方法，其中提供所述交流輸入包含提供在正電位與負電位之間交替之呈正弦、矩形、三角形、鋸齒形、或另一適合波形的交流電壓。
10. 如請求項6至9中任一項之方法，其中測量所述交流響應包含：測量與第一核苷酸相關聯之第一響應，且不等待暫態響應接近穩態響應而測量與第二核苷酸相關聯之第二響應。
11. 一種用於識別核苷酸之感測器裝置，其包含： 電極； 場效電晶體； 部分雙股核酸聚合物，其具有可操作地耦接至所述電極之一端，及可操作地耦接至所述場效電晶體之閘極端子之另一端； 電源，其經組態以在所述電極與所述場效電晶體之源極端子之間提供交流輸入；及 控制器，其可操作地耦接至所述場效電晶體，所述控制器經組態以測量所述場效電晶體之交流響應，其中所述交流響應取決於與所述部分雙股核酸聚合物交互作用之核苷酸的身分。
12. 如請求項11之感測器裝置，其中所述控制器經組態以測量所述交流響應之振幅的變化。
13. 如請求項11之感測器裝置，其中所述控制器經組態以測量所述交流響應之波形形狀的變化。
14. 如請求項11至13中任一項之感測器裝置，其中所述電源經組態以提供在正電位與負電位之間交替之呈正弦、矩形、三角形、鋸齒形、或另一適合波形的交流電壓。
15. 如請求項11至14中任一項之感測器裝置，其中通過所述部分雙股核酸聚合物之電傳導係藉由併入多核苷酸之核苷酸上的核酸標記來調變，所述核酸標記與所述部分雙股核酸聚合物部分互補。

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