[发明专利]一种用于基因测序的信号收集结构及测序方法

说明书

本发明提供一种用于基因测序的信号收集结构，包括设置在基底上的检测组件、覆盖在检测组件上的信号分离区以及包围信号分离区的挡光侧壁；所述信号分离区包括滤光层；所述检测组件包括光电探测器，所述光电探测器包括光电二极管元件及相应的信号处理单元。结构简单，成本低，能通过荧光信号的发射波段差异性或发光强度差异性，快速准确分辨4种碱基用于后续分析序列信息，有利于基因测序技术的进一步推广应用和深入发展。本发明还提供的一种测序方法因采用本发明的信号收集结构而具有相应优势。

技术领域

本发明属于基因测序技术领域，尤其涉及一种单分子DNA测序中用于基因测序的信号收集结构及相应的测序方法。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就应认为是现有技术。

生物主要遗传物质(如脱氧核糖核酸，简称DNA，由A、T、C、G四种脱氧核苷酸构成)的测序已经在疾病检测、药物开发、精准医疗等邻域中发挥越来越重要的作用。第二代测序技术基于PCR(Polymerase Chain Reaction，聚合酶链式反应)技术，是一种用于基因测序的信号收集结构在体外(试管、切片…)扩增核酸的技术。该技术模拟体内天然DNA的复制过程。其基本原理是在模板、引物、4种dNTP和耐热DNA聚合酶存在的条件下，特异扩增位于两段已知序列之间的DNA区段的酶促合成反应。PCR技术的特异性取决于引物与模板结合的特异性。经过PCR扩增后，DNA分子(如DNA纳米微球，DNB)被放置在以硅片或者玻璃的基底形成的芯片阵列中，然后将测序需要的溶液和试剂通过微流道流经芯片表面，待测的ATGC四种碱基之一进行配对和荧光分子修饰，然后通过外部激光进行激发，对应激发出四种不同荧光，激发出的荧光信号经过光路系统并成像，后期通过分析成像的图片，即可得到对应的碱基信息。再经过切除荧光基团，进行下一个碱基的荧光基团修饰，每一个测序循环里，重复上述的步骤，最后得到整个DNA的碱基序列信息，完成测序。第三代单分子测序技术被提出并尝试解决读长短的缺点，主要特点是不需要进行聚合酶链式反应扩增（PCR），直接对大片段DNA进行测序。测序领域一直追求成本更低、速度更快、精度更高、读长更长的新型测序技术。Pacific Bioscience公司的单分子实时测序技术成本高昂，Oxford NanoporeTechnologies公司的生物纳米孔测序技术准确度较低。因此，科学家们仍然一直在追求更加完美的测序技术，力求解决成本高、精度低的缺点。基因测序的关键部分主要依赖基因测序芯片完成。测序芯片是DNA分子的载体，其性能直接影响测序的正确性。测序芯片一般包括反应结构和信号收集结构。

目前普遍使用荧光标记的方法进行基因测序，在反应结构中通过特定的光学系统对荧光标记的碱基进行激发，一般是发射出一束激光至阵列有若干个四种基因分子的测序芯片上，并透射出一束由基因分子被激光照射激发产生的荧光。通过信号收集结构采集相应荧光标记物发射的荧光信号，检测接收并对碱基序列进行分析，得到序列信息。其中，对四种碱基进行荧光标记信号识别的方法有：四类碱基结合四种不同的荧光标记物而产生四个不同的荧光波段，对四个波段荧光分别成像，以此识别碱基；另一种用于基因测序的信号收集结构荧光标记方法：只用两种荧光标记物，即只产生两个荧光波段。第一类碱基结合第一种用于基因测序的信号收集结构荧光标记物，产生第一种用于基因测序的信号收集结构波段荧光；第二类碱基结合第二种荧光标记物，产生第二种波段荧光；第三类碱基结合两种荧光标记物，同时产生两种波段荧光；第四类碱基不结合荧光标记物，不产生荧光。通过对两个波段荧光分别成像，能够识别碱基。

因此目前十分需要研究一种用于基因测序的信号收集结构及相应的测序方法，能够适用于单分子DNA测序中，实现成本低，测试效果好，以此进一步推动基因测序技术的深入发展及广泛应用。

所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。背景技术部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不当然代表本领域的已有的现有技术。

发明内容