來自倫敦帝國(guó)理工學(xué)院的科學(xué)家正在開發(fā)一種技術(shù)，它能夠在幾分鐘內(nèi)完成個(gè)人基因組的測(cè)序，且費(fèi)用比目前的技術(shù)要低得多。研究人員已經(jīng)將這項(xiàng)原型技術(shù)申請(qǐng)，其研究成果發(fā)表在近期的《Nano Letters》雜志上。
在這個(gè)新研究中，研究人員證明能在50 nm孔中利用電荷高速推動(dòng)DNA鏈。當(dāng)DNA鏈出現(xiàn)在芯片后面時(shí)，它的編碼序列被一種電極隧道接頭讀取。電線之間的2 nm間隔支持一種電流，它能與每個(gè)堿基的不同電信號(hào)相互作用。然后，一臺(tái)強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)能夠解析堿基的信號(hào)，以構(gòu)建出基因組序列。
一直以來，因納米孔測(cè)序的高速和高通量，它被認(rèn)為是DNA測(cè)序技術(shù)的重大進(jìn)步。在典型的納米孔實(shí)驗(yàn)中，生物分子在電力驅(qū)動(dòng)下穿過一個(gè)外加電場(chǎng)的納米孔。這導(dǎo)致孔內(nèi)離子電流的特征性阻斷。通過分析，能提取出有關(guān)分子性質(zhì)的一些信息，如長(zhǎng)度、成分以及與其他分子的相互作用。但是，目前基于粒子電流阻斷或熒光的檢測(cè)似乎還缺乏時(shí)空的分辨率，不能獲得結(jié)構(gòu)信息。
而另一種基于DNA的隧道運(yùn)輸?shù)臋z測(cè)方法有望打破這些限制。因其源于量子力學(xué)，隧道電流隨距離迅速衰減，從而提高空間分辨率，還提供了分子的特異性。
帝國(guó)理工學(xué)院化學(xué)系的Emanuele Instuli博士解釋了研究時(shí)面臨的挑戰(zhàn)：“直到現(xiàn)在還很難對(duì)齊接頭和納米孔。此外，對(duì)這種尺寸電線的改造接近原子規(guī)模，實(shí)際上已達(dá)現(xiàn)有儀器的極限。然而，在實(shí)驗(yàn)中，我們能夠讓兩個(gè)鉑電線進(jìn)入電極接頭，其間隔足夠小，讓電流能夠通過。”
研究人員通過隧道光譜學(xué)鑒定出有功能的隧道裝置，隨后*次證明能在納米孔平臺(tái)上同時(shí)進(jìn)行隧道檢測(cè)和DNA分子的離子電流檢測(cè)。這是邁向超快DNA隧道測(cè)序的重要一步。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，這項(xiàng)技術(shù)有幾個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)：納米孔測(cè)序很快、很簡(jiǎn)單；硅芯片比目前使用的一些易損材料更耐用，它們能夠處理、洗滌、并重新使用很多次，而*不會(huì)折損其性能。
作者之一，化學(xué)系Joshua Edel博士談到：“與目前的技術(shù)相比，這個(gè)裝置能夠帶來更廉價(jià)的測(cè)序：只需幾美元而已。我們還未試過全基因組測(cè)序，但是初期實(shí)驗(yàn)表明理論上能夠在幾分鐘內(nèi)完成人類基因組的全基因組掃描。它顯然快得多，更可靠，且有望放大成一種裝置，每秒鐘讀取1千萬個(gè)堿基。”
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