[发明专利]单分子操纵的石墨烯纳米孔DNA测序仪

说明书

技术领域

本发明涉及DNA测序领域，具体涉及一种利用单分子操纵系统结合石墨烯纳米测序技术对DNA碱基序列进行高效、廉价、精准的检测，并能灵活的扩展到RNA、多肽和蛋白质的结构单元及空间构像检测的设备。

背景技术

DNA(Deoxyribonucleic acid，脱氧核糖核酸)序列是生命的蓝图，蕴含着整个生物体的遗传信息。快速准确地解读这些遗传信息对生命科学的进步和生物环境的发展具有重要的意义。然而生物体的基因多样性高、容量巨大，要正确解读生物体的遗传信息就需要快速、精准的DNA序列探测技术。开发一台快速、长读长、低成本的DNA测序仪是实现精准化生命科学研究和生物医药发展创新的必由之路，方可真正实现DNA测序广泛的应用价值。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种单分子操纵的石墨烯纳米孔DNA测序仪，该设备具有成本低廉，操作便捷，结果准确等特点，并适用于RNA、多肽、蛋白质等多类物质的检测。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种单分子操纵的石墨烯纳米孔DNA测序仪，包括纳米操纵系统101、纳米孔测序系统102、数据采集分析系统103和中央控制系统104，纳米操纵系统101，对单个DNA分子进行实时操纵，将DNA分子移动至纳米孔处并将DNA分子送入纳米孔中；纳米孔测序系统102，对四种不同的碱基进行区分，实现单个碱基的识别；数据采集分析系统103，利用低噪音电流放大器，对纳米孔芯片中的离子电流信息进行数据采集，并进行实时地数据处理和分析，获得离子电流信号和碱基序列之间的对应关系，从而测量出长链DNA的序列；中央控制系统104，通过反馈控制系统电路对纳米操纵系统、纳米孔测序系统和数据采集分析系统进行实时控制，确保纳米操纵系统、纳米孔测序系统和数据采集分析系统在亚微秒的同步时间下进行协同工作。

进一步，所述纳米操纵系统包括微位移平台203、探针201、探针夹持器和电源207；所述探针设置于探针夹持器上；所述纳米孔测序系统包括石墨烯纳米孔芯片205和装载石墨烯纳米孔芯片的反应池204，所述反应池设置于微位移平台上，所述电源的正极、负极分别通过电极206向石墨烯纳米孔芯片施加电压。

进一步，所述纳米操纵系统还包括激光发射器和光电探测器，激光发射器发出激光照射在探针上，所述光电探测器检测来自于探针的反射光。

进一步，所述探针为单探针或多探针。

进一步，所述纳米操纵系统还包括电流表208，所述电流表连接于电源与电极之间。

由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益技术效果：

本发明将纳米孔测序的基本原理与单分子纳米操纵技术有机结合，具备超长读写长度，可以进行单分子DNA实时控制，能够实现单碱基识别的超高分辨率，满足DNA测序的技术要求。通过纳米操纵系统准确控制DNA分子的位置和过孔速度，提高电流信号的信噪比达到单碱基探测灵敏度；将石墨烯薄膜创造性地添加在测序系统中，利用单层石墨烯薄膜的几何属性有效地实现单碱基识别；对超长DNA分子进行线性化处理，避免DNA分子堵塞纳米孔从而实现设备对超长链DNA分子的读取能力；本发明无需对待测DNA分子进行标记或放大，可以实时读取DNA分子通过纳米孔时的离子电流信号从而实现对碱基序列无损直观的检测。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1显示为本发明实施例提供的DNA测序方法总体技术路线图；

图2显示为本发明实施例提供的DNA测序方法中的场效应晶体管进行碱基测试电流变化示意图；

图3为样品池的俯视图；

其中，201为探针，202为待测DNA，203为微位移平台，204为样品池，205为加载在样品池内的石墨烯纳米孔芯片，206为电极，207为电源，208为电流表，209为检测到的电流信号，214光学显微镜。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

图1为本仪器的DNA测序方法总体技术路线图，一种单分子操纵的石墨烯纳米孔DNA测序仪，包括纳米操纵系统101、纳米孔测序系统102、数据采集分析系统103和中央控制系统104。