[发明专利]一种基于纳米孔和原子力显微镜的三通道并行DNA测序传感器及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种基于纳米孔和原子力显微镜的三通道并行DNA测序传感器及测序检测方法。

背景技术

纳米孔单分子传感器，其工作原理基于库特计数器，因其原理和制备工艺简单，被科学研究者们一致认为在不久的将来将被广泛应用于生物医学、生命科学和技术科学等领域。然而DNA碱基序列精准测序发展到现在一直受到膜片钳放大器扫描频率的制约，目前膜片钳的采样频率还尚未突破4兆赫兹，现有的采样频率还远远达不到精确测序的要求。因此研究者们采用了一系列的办法来降低DNA的过孔速度，（Meller A, Nivon L, Brandin E, et al. Rapid nanopore discrimination between single polynucleotide molecules. P Natl Acad Sci USA, 2000, 97(3): 1079-1084）文献提出降低体系温度来降低DNA的过孔速度，（Fologea D, Uplinger J, Thomas B, et al. Slowing DNA translocation in a solid-state nanopore. Nano Lett, 2005, 5(9): 1734-1737）文献提出增加溶液粘度，降低外加电压和温度可以降低DNA的过孔速度，然而这些方法只能很有限的降低DNA的过孔速度，距离实现DNA测序的目标甚远；（de Zoysa RSS, Jayawardhana DA, Zhao QT, et al. Slowing DNA translocation through nanopores using a solution containing organic salts. J Phys Chem B, 2009, 113(40): 13332-13336）文献提出采用有机盐溶液要比无机盐溶液更有效的降低DNA的过孔速度，然而有机盐溶液相对无机盐溶液适用范围窄，将限制DNA测序的应用；（Manrao EA, Derrington IM, Laszlo AH, et al. Reading DNA at single-nucleotide resolution with a mutant mspa nanopore and phi29 DNA polymerase. Nat Biotechnol, 2012, 30(4): 349-U174）文献提出采用聚合酶对DNA聚合的作用来控制DNA的迁移速度，虽然可以使得单碱基的迁移速率达到毫秒级，但是聚合酶存在的条件复杂，违背了低成本简单高速测序的初衷；（Lu B, Hoogerheide DP, Zhao Q, et al. Pressure-controlled motion of single polymers through solid-state nanopores. Nano Lett, 2013, 13(7): 3048-3052）文献提出采用外载对流体加压，使得DNA在穿过纳米孔的时候除了受电场力外还受到额外的压力，他们的这一方法可以通过调节电场方向使得作用于DNA上的总作用力降低到电场力减去压力的差值，从而达到降低DNA过孔速度的目的，然而他们控制压力的方法繁琐复杂，且降低速率的程度依然有限；（Keyser UF, Koeleman BN, Van Dorp S, et al. Direct force measurements on DNA in a solid-state nanopore. Nat Phys, 2006, 2(7): 473-477）文献指出通过光镊对DNA进行操纵以达到控制DNA过孔速度的目的，可是目前光镊操作技术尚不成熟，严重制约了DNA测序技术的应用。此外目前基于纳米孔单分子传感器的纳米孔DNA测序传感器都是通过采集DNA过孔时候的堵塞电流信号或隧穿电流信号来辨别DNA碱基的，信号单一，包含的碱基信息有限。因此一种同时具备控制DNA过孔速度和实现多元化信号检测两种特征的DNA测序传感器很有必要被提出，以弥补目前测序传感器的不足。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的是现有的纳米孔DNA测序传感器发展过程中DNA过孔速度太快的问题和现有传感器信号检测渠道过于单一使得不能对DNA碱基序列精准测序等问题。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：