納米孔尺度對(duì)DNA輸運(yùn)速度的影響
日期：2013-09-26 08:57:14
基于納米孔單分子傳感器的第三代DNA測(cè)序技術(shù)，因其低成本，高通量等優(yōu)勢(shì)很有可能成為人類測(cè)序史上的創(chuàng)舉。最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，DNA在穿過(guò)10.8納米的納米孔道時(shí)的速度比穿過(guò)4.8納米的納米孔的速度降低了一倍，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)DNA減速及單堿基精準(zhǔn)測(cè)序意義重大。
這篇名為“氮化硅納米孔尺度對(duì)poly(dT)30單鏈DNA過(guò)孔信號(hào)的影響機(jī)理”的研究論文發(fā)表于《中國(guó)科學(xué)：技術(shù)科學(xué)》英文版2013年第10期，從實(shí)驗(yàn)和理論上解釋了DNA穿過(guò)大孔的輸運(yùn)速度較小孔慢的原因，由東南大學(xué)江蘇省微納生物醫(yī)療器械設(shè)計(jì)與制造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陳云飛教授擔(dān)任通訊作者，其博士生司偉撰寫(xiě)。
自2006年公布了人類第一號(hào)染色體的基因測(cè)序圖之后，基因測(cè)序技術(shù)繼續(xù)不斷發(fā)展成熟，然而距離1000美元24小時(shí)測(cè)序的目標(biāo)還存在一定距離。其中主要原因之一是DNA在納米孔測(cè)序時(shí)的過(guò)孔速度極快，甚至達(dá)到10個(gè)堿基每微妙。要想精確檢測(cè)DNA的序列，目前可以從兩方面著手：一，提高檢測(cè)設(shè)備的采樣頻率（達(dá)到2MHz以上）；二，降低DNA的過(guò)孔速度。
陳云飛教授認(rèn)為結(jié)合現(xiàn)有的電子采頻現(xiàn)狀要將檢測(cè)頻率提高到2MHz還是比較困難的，因此目前只能通過(guò)某種其他途徑來(lái)提高DNA過(guò)孔的時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)精確測(cè)序。
該課題組在測(cè)序方面有所突破其中必不可少的因素之一，是他們的高精度加工工藝：首先經(jīng)過(guò)濕法刻蝕的方法將硅-氮化硅薄膜上的硅膜刻穿，露出氮化硅薄膜，然后用聚焦離子束（FIB）對(duì)氮化硅薄膜進(jìn)行減薄粗加工，將氮化硅薄膜厚度減薄到約10納米厚，最后用掃描電子顯微鏡（TEM）在減薄區(qū)域加工10納米以下的納米孔。
通過(guò)實(shí)驗(yàn)（圖1）和理論模擬（圖2），他們相信，雖然納米孔測(cè)序技術(shù)現(xiàn)在還有亟待解決的瓶頸，但是最終實(shí)現(xiàn)1000美元24小時(shí)的親民測(cè)序技術(shù)一定會(huì)成功實(shí)現(xiàn)，以滿足大眾需求。
該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973）（批準(zhǔn)號(hào)：2011CB707605），國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(批準(zhǔn)號(hào): 50925519, 51003015, 51005048)和教育部博士點(diǎn)基金批準(zhǔn)項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)：20100092110051）的資助。
