CN105092647A - 一种基于分子构象变化的测序方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于分子构象变化的测序方法，可用于检测DNA，RNR，多肽或蛋白质，检测DNA序列方法如下：将石墨烯纳米孔装置连接于电路中，将分子马达固定在石墨烯纳米孔的上方或孔内，分子马达和DNA模板分子形成合成体，再依次将含有单个碱基的溶液加入，当分子马达将每一个碱基合成到DNA分子模板上时，分子马达的构象会发生变化而影响到通过纳米孔的离子电流，每个碱基造成的分子马达构象的变化不同，通过检测DNA穿越石墨烯纳米孔时产生的电信号分析出DNA的序列。
Description
技术领域
本发明属于序列测试领域，涉及一种基于分子构象变化的测序方法，具体涉及通过纳米孔检测分子构象的变化影响通过纳米孔的离子电流进而判断出每种碱基而分析出序列。
背景技术
当前，人们通过离子电流，隧穿电流，荧光等方法来区分单个碱基，实现对序列的测量。这些方法有他们自身的优势，但是受制于信号和噪音比低和读取长度短的限制。为了克服以上限制，我们采用了一种利用石墨烯纳米孔来检测分子构象变化的测序技术。进一步利用半导体工艺集成的优势，可以将器件微型化，集成化和规模化，进一步降低最终产品的生产成本，实现快速、低成本的测序。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于分子构象变化的测序方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于分子构象变化的DNA测序方法，将单原子层薄膜纳米孔装置连接于电路中，将分子马达固定在纳米孔内或上方，分子马达和DNA分子模板形成合成体，再依次将含有单个碱基的溶液加入，合成体每次移动一个碱基，合成体在外电压的作用下，被拉入纳米孔，当分子马达将每一个碱基合成到DNA分子模板上时，分子马达的构象会发生变化而影响到通过纳米孔的离子电流，每个碱基造成的分子马达构象的变化不同，通过检测DNA穿越纳米孔时产生的电信号分析出DNA的序列，
所述电路包括正负电极，提供电势的电压源，检测电流变化的电流表，所述纳米孔连接在正负电极之间。
进一步，所述纳米孔的制备方法如下：
1)提供硅衬底，在硅衬底(1)上方生长厚度为0.2～1nm的单原子层薄膜(2)，接着在上下两面面生长膜厚为10～100nm的电绝缘薄膜(3)和(4)；
2)采用光刻刻蚀工艺，在电绝缘薄膜(4)和硅衬底(1)刻蚀出梯形口(5)，采用电子束光刻、反应离子刻蚀、聚焦离子束刻蚀中任一种方法穿过电绝缘薄膜(3)刻蚀出直径为1～10nm的孔(6)，采用电击穿，透射电子显微镜、氦离子束中任一种方法在单原子薄膜层(2)上刻蚀出直径为1～5nm的纳米孔(7)；
3)在孔(6)表面形成一层用于固定分子马达的化学层(8)。
进一步，步骤3)中所述修饰化学层(8)形成方法如下：通过生物素修饰法在孔(6)表面形成生物链霉素，或者通过Au-S基修饰法在孔(6)表面形成金，或者通过高分子修饰法在孔(6)表面形成氨基丙基三乙氧硅烷二戊醛。
进一步，所述分子马达固定在纳米孔内或上方方法如下：利用-SH或者-NH2修饰分子马达表面的羟基或者磷酸基以及活性基团，修饰后的分子马达表面与修饰化学层(8)的特定基团发生化学反应，从而使分子马达以共价偶联的方式固定在纳米孔内。
进一步，所述单原子层薄膜厚度为0.35nm。
进一步，所述单原子层薄膜为单层石墨烯薄膜或二硫化钼薄膜或氮化硼薄膜。
进一步，所述电绝缘薄膜为氮化硅薄膜或二氧化硅薄膜。
进一步，所述化学层采用化学自组装、化学吸附、共价键等方式固定在孔(6)表面。
进一步，所述分子马达为phi29DNA聚合酶。
所述方法也可用于检测RNA、多肽或蛋白质的序列。
本发明的有益效果在于：本发明提供一种全新的测序新方法和新思路，可以利用单原子层薄膜纳米孔快速实现DNA、RNA、多肽或蛋白质测序。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为纳米孔的制备工艺图；
图2为通过分子马达的构象变化检测序列的示意图；
图3为不同碱基时检测出的电流信号。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
实施例1纳米孔的制备：
按如图1所述的纳米孔制备工艺进行：
1)提供硅衬底，在硅衬底1上方生长厚度为0.2nm的单原子层薄膜2，接着在上下两面生长膜厚为30nm的电绝缘薄膜层3和4；
2)采用光刻刻蚀工艺，在电绝缘薄膜层4和硅衬底1刻蚀出梯形口5，采用电子束光刻在电绝缘薄膜层3刻蚀出直径为5nm的孔6，采用电击穿方法在单原子薄膜层2刻蚀出直径为3nm的纳米孔7；
3)通过生物素修饰法在孔6表面形成生物链霉素。
实施例2通过分子马达的构象变化检测序列
如图2所示通过分子马达的构象变化检测序列的示意图，图2中1代表石墨烯薄膜层，3代表氮化硅薄膜层，6代表在氮化硅薄膜层3刻蚀出的孔，7代表在石墨烯薄膜层刻蚀出的纳米孔，8代表用于固定分子马达的化学层，9代表电路中的两级，10代表提供电势的电压源，11代表用于检测电流变化的电流表；
a为分子马达phi29DNA聚合酶，b为DNA分子模板的双链部分，c为DNA分子模板的单链部分，分子马达a与DNA形成合成体并每次移动一个碱基，合成体在外电压10的作用下，被拉入孔6再至纳米孔7，分子马达a通过孔6时被其表面的化学层8固定下来；
利用-SH或者-NH2修饰分子马达表面的活性基团，修饰后的分子马达表面与修饰化学层8的特定基团发生化学反应，从而使分子马达以共价偶联的方式固定在纳米孔内或上方。
12为任意的单个碱基，当没有合成体通过纳米孔时，通过电流表11检测到一个背景电流212，当单个碱基为腺嘌呤(A)时，检测到电流信号为213，当单个碱基为胸腺嘧啶(T)时，检测到电流信号为214，当单个碱基为胞核嘧啶(C)时，检测到的电流信号为215，当单个碱基为鸟嘌呤(G)时，检测到的电流信号为216，检测示意图如图3所示。当将A，T，C，G分别合成到DNA模板上的时候。通过分析213，214，215和216电流的变化可以有效地识别不同的碱基，来实现DNA的测序。
最后说明的是，以上优选实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (9)
1.一种基于分子构象变化的DNA测序方法，其特征在于，将单原子层薄膜纳米孔装置连接于电路中，将分子马达固定在纳米孔内或上方，分子马达和DNA分子模板形成合成体，再依次将含有单个碱基的溶液加入，合成体每次移动一个碱基，合成体在外电压的作用下，被拉入纳米孔，当分子马达将每一个碱基合成到DNA分子模板上时，分子马达的构象会发生变化而影响到通过纳米孔的离子电流，每个碱基造成的分子马达构象的变化不同，通过检测DNA穿越纳米孔时产生的电信号分析出DNA的序列，所述电路包括正负电极，提供电势的电压源，检测电流变化的电流表，所述纳米孔连接在正负电极之间。
2.根据权利要求1所述基于分子构象变化的DNA测序方法，其特征在于，所述纳米孔的制备方法如下：
1)提供硅衬底，在硅衬底(1)上方生长厚度为0.2～1nm的单原子层薄膜(2)，接着在上下两面生长膜厚为10～100nm的电绝缘薄膜层(3)和(4)；
2)采用光刻刻蚀工艺，在电绝缘薄膜层(4)和硅衬底(1)刻蚀出梯形口(5)，采用电子束光刻、反应离子刻蚀、聚焦离子束刻蚀中任一种方法在电绝缘薄膜层(3)刻蚀出直径为1～10nm的孔(6)，采用电击穿，透射电子显微镜、氦离子束中任一种方法在单原子薄膜层(2)刻蚀出直径为1～5nm的纳米孔(7)；
3)在孔(6)表面形成用于固定分子马达的修饰化学层(8)。
3.根据权利要求2所述基于分子构象变化的DNA测序方法，其特征在于，步骤3)中所述修饰化学层(8)形成方法如下：通过生物素修饰法在孔(6)表面形成生物链霉素，或者通过Au-S基修饰法在孔(6)表面形成金，或者通过高分子修饰法在孔(6)表面形成氨基丙基三乙氧硅烷二戊醛。
4.根据权利要求1所述基于分子构象变化的DNA测序方法，其特征在于，所述分子马达固定在纳米孔内或上方方法如下：利用-SH或者-NH2修饰分子马达表面的羟基或者磷酸基以及活性基团，修饰后的分子马达表面与修饰化学层(8)的特定基团发生化学反应，从而使分子马达以共价偶联的方式固定在纳米孔内或上方。
5.根据权利要求2所述基于分子构象变化的DNA测序方法，其特征在于，所述单原子层薄膜厚度为0.35nm。
6.根据权利要求2所述基于分子构象变化的DNA测序方法，其特征在于，所述单原子层薄膜为单层石墨烯薄膜或二硫化钼薄膜或氮化硼薄膜。
7.根据权利要求2所述基于分子构象变化的DNA测序方法，其特征在于，所述电绝缘薄膜为氮化硅薄膜或二氧化硅薄膜。
8.根据权利要求2所述基于分子构象变化的测序方法，其特征在于，所述分子马达为phi29DNA聚合酶。
9.根据权利要求1所述基于分子构象变化的测序方法，其特征在于，所述方法也可用于检测RNA、多肽或蛋白质的序列。
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|---|---|
| CN (1) | CN105092647A (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105776127A (zh) * | 2016-04-22 | 2016-07-20 | 东南大学 | 一种DNA碱基序列检测的双层SiN纳米孔结构的制作方法 |
| WO2018041274A3 (zh) * | 2016-08-31 | 2018-04-26 | 北京大学 | Dna测序方法 |
| CN108706543A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-10-26 | 广东工业大学 | 一种精确控制的纳米孔制造方法 |
| CN109306317A (zh) * | 2018-10-08 | 2019-02-05 | 天津大学 | 多层薄膜结构以及基于其的dna测序器件和测序方法 |
| CN110607220A (zh) * | 2019-08-01 | 2019-12-24 | 广东工业大学 | 一种精确修饰生物分子的阵列式结构及其修饰方法 |
| CN110607231A (zh) * | 2019-10-19 | 2019-12-24 | 上海新微技术研发中心有限公司 | 基于运动蛋白的基因转运速度控制装置 |
| CN110628599A (zh) * | 2019-10-19 | 2019-12-31 | 上海新微技术研发中心有限公司 | 拉曼光谱法生物分子测序系统 |
| CN111440855A (zh) * | 2020-04-07 | 2020-07-24 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 近零厚度纳米孔制备及dna测序方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104212711A (zh) * | 2014-04-08 | 2014-12-17 | 张世理 | 电子传感器及基于电子传感器的基因探测方法 |
| CN104458813A (zh) * | 2014-11-28 | 2015-03-25 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 基于类金刚石薄膜的纳米孔测量系统及其制备方法 |
| CN104630358A (zh) * | 2015-01-30 | 2015-05-20 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | Dna测序方法及其系统 |
-
2015
- 2015-08-20 CN CN201510513826.2A patent/CN105092647A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104212711A (zh) * | 2014-04-08 | 2014-12-17 | 张世理 | 电子传感器及基于电子传感器的基因探测方法 |
| CN104458813A (zh) * | 2014-11-28 | 2015-03-25 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 基于类金刚石薄膜的纳米孔测量系统及其制备方法 |
| CN104630358A (zh) * | 2015-01-30 | 2015-05-20 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | Dna测序方法及其系统 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| ELIZABETH A MANRAO等: ""Reading DNA at single-nucleotide resolution with a mutant MspA nanopore and phi29 DNA polymerase"", 《NATURE BIOTECHNOLOGY》 * |
| 于静静等: ""纳米孔单分子分析技术研究进展"", 《材料导报 A ：综述篇》 * |
| 王跃: ""基于纳米孔和纳米阵列的单分子DNA测序技术基础研究"", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 基础科学辑》 * |
| 陈文辉等: ""固态纳米孔：下一代DNA测序技术-原理、工艺和挑战"", 《中国科学：生命科学》 * |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105776127A (zh) * | 2016-04-22 | 2016-07-20 | 东南大学 | 一种DNA碱基序列检测的双层SiN纳米孔结构的制作方法 |
| WO2018041274A3 (zh) * | 2016-08-31 | 2018-04-26 | 北京大学 | Dna测序方法 |
| JP2020500002A (ja) * | 2016-08-31 | 2020-01-09 | 北京大学Ｐｅｋｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ | Ｄｎａ塩基配列決定法 |
| CN108706543A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-10-26 | 广东工业大学 | 一种精确控制的纳米孔制造方法 |
| CN109306317A (zh) * | 2018-10-08 | 2019-02-05 | 天津大学 | 多层薄膜结构以及基于其的dna测序器件和测序方法 |
| CN110607220A (zh) * | 2019-08-01 | 2019-12-24 | 广东工业大学 | 一种精确修饰生物分子的阵列式结构及其修饰方法 |
| CN110607220B (zh) * | 2019-08-01 | 2023-03-14 | 广东工业大学 | 一种精确修饰生物分子的阵列式结构及其修饰方法 |
| CN110607231A (zh) * | 2019-10-19 | 2019-12-24 | 上海新微技术研发中心有限公司 | 基于运动蛋白的基因转运速度控制装置 |
| CN110628599A (zh) * | 2019-10-19 | 2019-12-31 | 上海新微技术研发中心有限公司 | 拉曼光谱法生物分子测序系统 |
| CN111440855A (zh) * | 2020-04-07 | 2020-07-24 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 近零厚度纳米孔制备及dna测序方法 |
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