[发明专利]一种DNA测序装置及测序方法

说明书

本发明公开一种DNA测序装置，包括三维纳米运动平台、探针、用于装夹固定探针的定位夹具及综合测序层，所述定位夹具固定于三维纳米运动平台上，所述综合测序层包括固态纳米孔芯片、液体池、磁镊系统、电源、电流测量装置及电极；本发明基于DNA测序装置还公开了一种DNA测序方法，克服了现有DNA测序装置在测序时，绑定大量的DNA单链而无法捕获到单条DNA，且仅能实现一端牵引DNA单链向上移动测序，造成测序过程中，溶液中的DNA易产生布朗运动的弊端，实现了高精度的DNA单碱基测序。

技术领域

本发明涉及生物分子检测技术领域，更具体地，涉及一种DNA测序装置及测序方法。

背景技术

固态纳米孔测序是实现DNA或RNA分子高灵敏度单分子探测的一个非常有前景的研究方向，具有简单、易于集成化、小型化的特点，受到国内外研究学者的广泛关注。然而，固态纳米孔测序在实现商业化测序应用之前仍面临着许多挑战：一、DNA分子的过孔速度。DNA分子在电流驱动下的过孔速度太快导致现有膜片钳装置或其他信号采集系统获取的有效数据点太少，无法根据阻断电流的信号分辨单个碱基；二、纳米孔中DNA位移热运动的抑制。每个碱基之间仅有微小的间距(约0.34nm)，但DNA分子的测序必须在分子热运动剧烈的室温或接近室温的条件下进行，DNA位移热运动剧烈。

当前，传统做法如：利用光镊技术使用高度聚集的激光形成稳定的三维光学势阱俘获微粒，通过对微粒的三维操纵达到对绑定在微粒上的DNA进行控制，但光镊中激光产生的热量影响纳米孔检测电流信号及噪声水平；磁镊技术是指梯度分布的磁场通过超顺磁性磁珠对DNA施加拉力，但其三维空间分辨率难以实现单碱基核苷酸分辨率；利用原子力显微镜AFM探针尖端控制DNA易位，同时也可以测量力和阻断电流，但是利用原子力显微镜不能实现DNA分子无摩擦通过纳米孔，且一根AFM探针上修饰有多根DNA，并且位置随机；玻璃微针技术是使用商业拉针仪拉出比原子力显微镜悬臂弹性系数更小的微针尖，通过修饰微针尖连接DNA，玻璃微针相比AFM探针修饰面积更小，但修饰DNA的数量仍随机。

综上，传统的单分子操纵技术如微针、原子力显微术、光镊、磁镊等存在作用力小且不易测量、实验环境受限制、对生物样品有损害及空间分辨率低等诸多不足。因此，研究新型的DNA分子操控技术具有十分重要的意义。

发明内容

为克服现有DNA测序装置测序时，现有探针绑定大量的DNA单链而无法捕获到单条DNA的弊端，且在测序过程中，现有测序装置仅能实现一端牵引DNA单链向上移动测序，造成室温下溶液中DNA产生剧烈热运动的后果，本发明提供一种DNA测序装置及测序方法，避免一颗磁珠上绑定多条DNA单链。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种DNA测序装置，包括三维纳米运动平台1、探针3、用于装夹固定探针3的定位夹具2及综合测序层，所述定位夹具2固定于三维纳米运动平台1上，所述综合测序层包括固态纳米孔芯片4、液体池5、磁镊系统6、电源10、电流测量装置9及电极11；固态纳米孔芯片4上刻蚀有金字塔形空腔13，所述金字塔形空腔13的塔顶中心处设有固态纳米孔12；所述液体池5设置于固态纳米孔芯片4的下部，液体池5的内部设有若干磁珠8，设置于固态纳米孔芯片4上方的电极11通过电流测量装置9连接电源10的负极，设置于固态纳米孔芯片4下方的电极11连接电源10的正极，所述磁镊系统6设置于液体池5的下部，包括一端磁镊S极和一端磁镊N极，所述液体池5采用疏水材料，所述固态纳米孔12的直径不超过5nm，所述电源10的电压为100～300mV。

优选地，所述三维纳米运动平台1的三维方向行程特性为：与所述固态纳米孔芯片4所在平面平行方向的移动分辨率小于5nm，闭环行程大于10μm；与所述固态纳米孔芯片4所在平面垂直方向的移动分辨率小于0.3nm，闭环行程大于10μm，保证了三维纳米运动平台1在三维方向上均具有高于纳米级的分辨率精度和稳定性。