納米孔尺度對DNA輸運速度的影響

圖一：實驗示意圖

圖二：分子動力學仿真模型示意圖

　　基于納米孔單分子傳感器的第三代DNA測序技術，因其低成本，高通量等優勢很有可能成為人類測序史上的創舉。最近的一項研究發現，DNA在穿過10.8納米的納米孔道時的速度比穿過4.8納米的納米孔的速度降低了一倍，這對于實現DNA減速及單堿基精準測序意義重大。

　　這篇名為“氮化硅納米孔尺度對poly(dT)30單鏈DNA過孔信號的影響機理”的研究論文發表于《中國科學：技術科學》英文版2013年第10期，從實驗(圖1)和理論(圖2)上解釋了DNA穿過大孔的輸運速度較小孔慢的原因，由東南大學江蘇省微納生物醫療器械設計與制造重點實驗室陳云飛教授擔任通訊作者，其博士生司偉撰寫。

　　自2006年公布了人類第一號染色體的基因測序圖之后，基因測序技術繼續不斷發展成熟，然而距離1000美元24小時測序的目標還存在一定距離。其中主要原因之一是DNA在納米孔測序時的過孔速度極快，甚至達到10個堿基每微妙。要想精確檢測DNA的序列，目前可以從兩方面著手：一，提高檢測設備的采樣頻率(達到2MHz以上);二，降低DNA的過孔速度。

　　陳云飛教授認為結合現有的電子采頻現狀要將檢測頻率提高到2MHz還是比較困難的，因此目前只能通過某種其他途徑來提高DNA過孔的時間，從而實現精確測序。

　　該課題組在測序方面有所突破其中必不可少的因素之一，是他們的高精度加工工藝：首先經過濕法刻蝕的方法將硅-氮化硅薄膜上的硅膜刻穿，露出氮化硅薄膜，然后用聚焦離子束(FIB)對氮化硅薄膜進行減薄粗加工，將氮化硅薄膜厚度減薄到約10納米厚，最后用掃描電子顯微鏡(TEM)在減薄區域加工10納米以下的納米孔。

　　通過實驗(圖1)和理論模擬(圖2)，他們相信，雖然納米孔測序技術現在還有亟待解決的瓶頸，但是最終實現1000美元24小時的親民測序技術一定會成功實現，以滿足大眾需求。