[发明专利]采用脉冲静电喷射的基因测序装置及测序方法

说明书

本发明公开了一种采用脉冲静电喷射的基因测序装置及测序方法，装置包括由蓄液池和薄膜通道组成的DNA分子溶液喷射流路；由静电源、与静电源连接并插入蓄液池中的银丝，以及与静电源负极连接的Pt引出电极组成的静电回路；碱基检测回路和控制回路。测序方法为：流入蓄液池的DNA分子溶液由薄膜通道喷出；静电回路通过插入蓄液池中的银丝，对DNA分子施加驱动电压；薄膜通道底端的喷射孔口形成不断变化的锥状腔体，DNA分子断续从锥口喷出，形成脉冲喷射模式；DNA链上不同碱基通过薄膜电容通道时引起电压的变化，根据不同电压区分不同碱基。与现有技术相比，本发明对不同碱基的区分度高，提高了检测精度，减少了检测时间。

技术领域

本发明涉及基因测序、生物分子检测技术，尤其涉及采用脉冲静电喷射的基因测序装置及测序方法。

背景技术

纳米、生物和信息被认为是影响社会发展的三大科学技术，其中纳米科技以其突出的交叉性和集成性，直接影响到生物技术和信息技术的发展。人类基因组计划、基因芯片、个性化分子诊断、生物云计算都和基因测序有着密切的关联。对于每个生物个体而言，基因组包含了整个生物体的遗传信息。基因测序技术能够真实地反映一个染色体上的全部遗传信息，进而可以全面地揭示基因组的复杂性和多样性，因此在生命科学研究中，基因测序扮演着一个十分重要的角色。

基因测序技术发展到如今，已经历三代。第一代基因测序技术主要是Sanger等人提出的经典双脱氧核苷酸末端终止测序法和Gilbert等人提出的化学降解法，通过将DNA剪切成随机长度的DNA链，用特定化学试剂标定碱基，再通过凝胶电泳和放射自显影之后，可以根据电泳带的位置确定待测分子的DNA序列。第二代基因测序技术主要表现为大规模的并行聚合测序仪器，其不仅保持了第一代测序技术的高准确度，而且大大降低了基因测序的成本同时极大地提高了测序速度。但仍有缺陷，它本质上没有改变测序之前需要对样本进行扩增的问题。第三代基因测序技术是纳米孔测序技术，它采用电泳技术，借助电泳驱动单个分子逐一通过纳米孔来实现测序。该技术无需DNA扩增，荧光标记，且大大节约时间和金钱花费。纳米孔基因测序的工作原理主要是离子阻塞电流检测原理和隧道电流检测法原理。离子阻塞电流检测法是一个装满缓冲液的容器被一纳米孔分割成两半，在纳米孔两侧施加偏置电压，DNA分子通过纳米孔时，由于DNA分子的物理占位，将会引起纳米通道的电阻变化，从而引发离子电流的变化。隧道电流检测法是在纳米孔内壁两侧制作两个平行电极，由于纳米孔的径向尺寸与生物分子的直径相当，因此，当生物分子通过时，如果能够测出横向流过生物分子的电流，在电极尺寸足够小的情况下，电流大小反映的是DNA单个碱基的结构特征。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种采用脉冲静电喷射的基因测序装置及测序方法，该发明能显著提高基因测序效率和测量精度。

技术方案：采用脉冲静电喷射的基因测序装置，包括：

DNA分子溶液喷射流路，包括蓄液池和位于蓄液池底端的薄膜通道；

静电回路，包括静电源、与静电源正极连接并插入蓄液池中的银丝，以及与静电源负极连接的引出电极；

碱基检测回路，包括检测DNA分子不同碱基的电容薄膜通道，以及与电容薄膜通道并联的电压表；

串行通信控制回路，包括计算机、与计算机通过协议连接的电压表、信号发生器和皮安表。

静电回路通过信号发生器控制静电源产生回路电压。

静电回路还包括皮安表，以检测喷射到引出电极上的DNA分子。

蓄液池通过湿法刻蚀工艺，刻蚀两侧淀积的氮化硅薄膜硅层制得。

薄膜通道通过聚焦离子束溅射蓄液池底端氮化硅薄膜制得。

电容薄膜通道和引出电极两侧有绝缘层。

电容薄膜通道的通道尺度范围为0～5nm。