[發明專利]一種用于基因測序的信號收集結構及測序方法

在審

• 申請號: 202110336903.7
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN115125115A
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 上海近觀科技有限責任公司
• 主分類號: C12M1/34
• 分類號: C12M1/34;C12Q1/6874;G01N21/64
• 代理公司: 江蘇坤象律師事務所 32393
• 代理人: 趙新民

本發明提供一種用于基因測序的信號收集結構，包括設置在基底上的檢測組件、覆蓋在檢測組件上的信號分離區以及包圍信號分離區的擋光側壁；所述信號分離區包括濾光層；所述檢測組件包括光電探測器，所述光電探測器包括光電二極管元件及相應的信號處理單元。結構簡單，成本低，能通過熒光信號的發射波段差異性或發光強度差異性，快速準確分辨4種堿基用于后續分析序列信息，有利于基因測序技術的進一步推廣應用和深入發展。本發明還提供的一種測序方法因采用本發明的信號收集結構而具有相應優勢。

技術領域

本發明屬于基因測序技術領域，尤其涉及一種單分子DNA測序中用于基因測序的信號收集結構及相應的測序方法。

背景技術

本部分旨在為權利要求書中陳述的本發明的實施方式提供背景或上下文。此處的描述不因為包括在本部分中就應認為是現有技術。

生物主要遺傳物質(如脫氧核糖核酸，簡稱DNA，由A、T、C、G四種脫氧核苷酸構成)的測序已經在疾病檢測、藥物開發、精準醫療等鄰域中發揮越來越重要的作用。第二代測序技術基于PCR(Polymerase Chain Reaction，聚合酶鏈式反應)技術，是一種用于基因測序的信號收集結構在體外(試管、切片…)擴增核酸的技術。該技術模擬體內天然DNA的復制過程。其基本原理是在模板、引物、4種dNTP和耐熱DNA聚合酶存在的條件下，特異擴增位于兩段已知序列之間的DNA區段的酶促合成反應。PCR技術的特異性取決于引物與模板結合的特異性。經過PCR擴增后，DNA分子(如DNA納米微球，DNB)被放置在以硅片或者玻璃的基底形成的芯片陣列中，然后將測序需要的溶液和試劑通過微流道流經芯片表面，待測的ATGC四種堿基之一進行配對和熒光分子修飾，然后通過外部激光進行激發，對應激發出四種不同熒光，激發出的熒光信號經過光路系統并成像，后期通過分析成像的圖片，即可得到對應的堿基信息。再經過切除熒光基團，進行下一個堿基的熒光基團修飾，每一個測序循環里，重復上述的步驟，最后得到整個DNA的堿基序列信息，完成測序。第三代單分子測序技術被提出并嘗試解決讀長短的缺點，主要特點是不需要進行聚合酶鏈式反應擴增（PCR），直接對大片段DNA進行測序。測序領域一直追求成本更低、速度更快、精度更高、讀長更長的新型測序技術。Pacific Bioscience公司的單分子實時測序技術成本高昂，Oxford NanoporeTechnologies公司的生物納米孔測序技術準確度較低。因此，科學家們仍然一直在追求更加完美的測序技術，力求解決成本高、精度低的缺點。基因測序的關鍵部分主要依賴基因測序芯片完成。測序芯片是DNA分子的載體，其性能直接影響測序的正確性。測序芯片一般包括反應結構和信號收集結構。

目前普遍使用熒光標記的方法進行基因測序，在反應結構中通過特定的光學系統對熒光標記的堿基進行激發，一般是發射出一束激光至陣列有若干個四種基因分子的測序芯片上，并透射出一束由基因分子被激光照射激發產生的熒光。通過信號收集結構采集相應熒光標記物發射的熒光信號，檢測接收并對堿基序列進行分析，得到序列信息。其中，對四種堿基進行熒光標記信號識別的方法有：四類堿基結合四種不同的熒光標記物而產生四個不同的熒光波段，對四個波段熒光分別成像，以此識別堿基；另一種用于基因測序的信號收集結構熒光標記方法：只用兩種熒光標記物，即只產生兩個熒光波段。第一類堿基結合第一種用于基因測序的信號收集結構熒光標記物，產生第一種用于基因測序的信號收集結構波段熒光；第二類堿基結合第二種熒光標記物，產生第二種波段熒光；第三類堿基結合兩種熒光標記物，同時產生兩種波段熒光；第四類堿基不結合熒光標記物，不產生熒光。通過對兩個波段熒光分別成像，能夠識別堿基。

因此目前十分需要研究一種用于基因測序的信號收集結構及相應的測序方法，能夠適用于單分子DNA測序中，實現成本低，測試效果好，以此進一步推動基因測序技術的深入發展及廣泛應用。

所述背景技術部分公開的上述信息僅用于加強對本公開的背景的理解，因此它可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現有技術的信息。背景技術部分的內容僅僅是公開人所知曉的技術，并不當然代表本領域的已有的現有技術。

發明內容