[發(fā)明專利]單分子操縱的石墨烯納米孔DNA測(cè)序儀

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611147527.2
• 申請(qǐng)日: 2016-12-13
• 公開（公告）號(hào): CN106596645A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王德強(qiáng);王作斌;黃綺夢(mèng);鄧云生;周大明;梁麗媛;胡堯威
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G01N27/00
• 分類號(hào): G01N27/00
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11275
• 代理人: 王貴君

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及DNA測(cè)序領(lǐng)域，具體涉及一種利用單分子操縱系統(tǒng)結(jié)合石墨烯納米測(cè)序技術(shù)對(duì)DNA堿基序列進(jìn)行高效、廉價(jià)、精準(zhǔn)的檢測(cè)，并能靈活的擴(kuò)展到RNA、多肽和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)單元及空間構(gòu)像檢測(cè)的設(shè)備。

背景技術(shù)

DNA(Deoxyribonucleic acid，脫氧核糖核酸)序列是生命的藍(lán)圖，蘊(yùn)含著整個(gè)生物體的遺傳信息。快速準(zhǔn)確地解讀這些遺傳信息對(duì)生命科學(xué)的進(jìn)步和生物環(huán)境的發(fā)展具有重要的意義。然而生物體的基因多樣性高、容量巨大，要正確解讀生物體的遺傳信息就需要快速、精準(zhǔn)的DNA序列探測(cè)技術(shù)。開發(fā)一臺(tái)快速、長(zhǎng)讀長(zhǎng)、低成本的DNA測(cè)序儀是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化生命科學(xué)研究和生物醫(yī)藥發(fā)展創(chuàng)新的必由之路，方可真正實(shí)現(xiàn)DNA測(cè)序廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于此，本發(fā)明提供一種單分子操縱的石墨烯納米孔DNA測(cè)序儀，該設(shè)備具有成本低廉，操作便捷，結(jié)果準(zhǔn)確等特點(diǎn)，并適用于RNA、多肽、蛋白質(zhì)等多類物質(zhì)的檢測(cè)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種單分子操縱的石墨烯納米孔DNA測(cè)序儀，包括納米操縱系統(tǒng)101、納米孔測(cè)序系統(tǒng)102、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)103和中央控制系統(tǒng)104，納米操縱系統(tǒng)101，對(duì)單個(gè)DNA分子進(jìn)行實(shí)時(shí)操縱，將DNA分子移動(dòng)至納米孔處并將DNA分子送入納米孔中；納米孔測(cè)序系統(tǒng)102，對(duì)四種不同的堿基進(jìn)行區(qū)分，實(shí)現(xiàn)單個(gè)堿基的識(shí)別；數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)103，利用低噪音電流放大器，對(duì)納米孔芯片中的離子電流信息進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并進(jìn)行實(shí)時(shí)地?cái)?shù)據(jù)處理和分析，獲得離子電流信號(hào)和堿基序列之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而測(cè)量出長(zhǎng)鏈DNA的序列；中央控制系統(tǒng)104，通過(guò)反饋控制系統(tǒng)電路對(duì)納米操縱系統(tǒng)、納米孔測(cè)序系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，確保納米操縱系統(tǒng)、納米孔測(cè)序系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)在亞微秒的同步時(shí)間下進(jìn)行協(xié)同工作。

進(jìn)一步，所述納米操縱系統(tǒng)包括微位移平臺(tái)203、探針201、探針夾持器和電源207；所述探針設(shè)置于探針夾持器上；所述納米孔測(cè)序系統(tǒng)包括石墨烯納米孔芯片205和裝載石墨烯納米孔芯片的反應(yīng)池204，所述反應(yīng)池設(shè)置于微位移平臺(tái)上，所述電源的正極、負(fù)極分別通過(guò)電極206向石墨烯納米孔芯片施加電壓。

進(jìn)一步，所述納米操縱系統(tǒng)還包括激光發(fā)射器和光電探測(cè)器，激光發(fā)射器發(fā)出激光照射在探針上，所述光電探測(cè)器檢測(cè)來(lái)自于探針的反射光。

進(jìn)一步，所述探針為單探針或多探針。

進(jìn)一步，所述納米操縱系統(tǒng)還包括電流表208，所述電流表連接于電源與電極之間。

由于采用了以上技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下有益技術(shù)效果：

本發(fā)明將納米孔測(cè)序的基本原理與單分子納米操縱技術(shù)有機(jī)結(jié)合，具備超長(zhǎng)讀寫長(zhǎng)度，可以進(jìn)行單分子DNA實(shí)時(shí)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)單堿基識(shí)別的超高分辨率，滿足DNA測(cè)序的技術(shù)要求。通過(guò)納米操縱系統(tǒng)準(zhǔn)確控制DNA分子的位置和過(guò)孔速度，提高電流信號(hào)的信噪比達(dá)到單堿基探測(cè)靈敏度；將石墨烯薄膜創(chuàng)造性地添加在測(cè)序系統(tǒng)中，利用單層石墨烯薄膜的幾何屬性有效地實(shí)現(xiàn)單堿基識(shí)別；對(duì)超長(zhǎng)DNA分子進(jìn)行線性化處理，避免DNA分子堵塞納米孔從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備對(duì)超長(zhǎng)鏈DNA分子的讀取能力；本發(fā)明無(wú)需對(duì)待測(cè)DNA分子進(jìn)行標(biāo)記或放大，可以實(shí)時(shí)讀取DNA分子通過(guò)納米孔時(shí)的離子電流信號(hào)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)堿基序列無(wú)損直觀的檢測(cè)。

附圖說(shuō)明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中：

圖1顯示為本發(fā)明實(shí)施例提供的DNA測(cè)序方法總體技術(shù)路線圖；

圖2顯示為本發(fā)明實(shí)施例提供的DNA測(cè)序方法中的場(chǎng)效應(yīng)晶體管進(jìn)行堿基測(cè)試電流變化示意圖；

圖3為樣品池的俯視圖；

其中，201為探針，202為待測(cè)DNA，203為微位移平臺(tái)，204為樣品池，205為加載在樣品池內(nèi)的石墨烯納米孔芯片，206為電極，207為電源，208為電流表，209為檢測(cè)到的電流信號(hào)，214光學(xué)顯微鏡。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述；應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說(shuō)明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

圖1為本儀器的DNA測(cè)序方法總體技術(shù)路線圖，一種單分子操縱的石墨烯納米孔DNA測(cè)序儀，包括納米操縱系統(tǒng)101、納米孔測(cè)序系統(tǒng)102、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)103和中央控制系統(tǒng)104。