CN105838592A - Dna测序装置及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种DNA测序装置及制作方法,该装置主要包括：置于双面抛光单晶硅片上的二氧化硅薄膜，该二氧化硅薄膜顶部生长有氮化硅薄膜，在氮化硅薄膜上制备底层接触电极。在底层接触电极上方覆盖有底层石墨烯微带，在底层石墨烯微带上方覆盖有六方氮化硼微带，在六方氮化硼微带上方覆盖有顶层石墨烯微带，底层石墨烯微带、六方氮化硼微带和顶层石墨烯微带构成了一个石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结构，并刻蚀石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔。该装置解决了常规固态纳米孔通道太长导致测序分辨率难以达到单个碱基的问题，克服了隧穿电流DNA测序法中隧穿电极难以制作的问题。这些优点为实现单碱基分辨率、直接纳米孔测序奠定了基础。

Description

DNA测序装置及制作方法

技术领域

本发明涉及DNA测序技术领域，尤其涉及一种DNA测序装置及制作方法。

背景技术

脱氧核糖核酸(DNA)测序技术是现代生命科学研究的核心技术之一。从基于荧光标记Sanger法的第一代测序技术到以循环阵列合成测序法为代表的第二代测序技术，极大地改变了人们研究所有生命蓝图的方式，推动了基因组学及其相关学科的创立与发展。

然而，经过数十年的发展，第一代测序技术由于对电泳分离技术的依赖，在速度和成本方面都已达到了极限。第二代测序技术由于对荧光或者化学发光物质的依赖，使得仪器设备、生化试剂的成本难以显著降低。为实现百美元人类基因组(HDG)目标，迫切需要一种新型的不使用任何标记的直接测序方法。在所有以低成本、高通量、直接测序为目标的新一代DNA测序技术中，基于纳米孔的单分子测序被认为是最有希望的DNA测序技术。

截止目前，基于纳米孔的DNA单分子直接测序方法主要分为二大类：纵向离子电流阻塞法和横向隧穿电流法。离子电流阻塞法的挑战是纳米孔通道过长导致测序精度有待提高。横向隧穿电流法需要在纳米孔边缘制造一对相距仅为1.5nm左右的隧穿电极，测序精度高但工艺难度大。由于上述两类方法对纳米孔的结构要求各不相同，因而往往单独采用，限制了纳米孔DNA测序的精度和可靠性。

发明内容

本发明的实施例提供了一种DNA测序装置及制作方法，以实现DNA分子的准确、高效、低成本测序。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

根据本发明的一个方面，提供了一种DNA测序装置，包括：

设置于双面抛光单晶硅片上的底层接触电极，在底层接触电极上方覆盖有底层石墨烯微带，在底层石墨烯微带上方覆盖有六方氮化硼微带，在六方氮化硼微带上方覆盖有顶层石墨烯微带，底层石墨烯微带、六方氮化硼微带和顶层石墨烯微带构成了一个石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结构，在石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结中心刻蚀石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔。

进一步地，包括置于双面抛光单晶硅片上的二氧化硅薄膜，该二氧化硅薄膜顶部生长有氮化硅薄膜，在氮化硅薄膜上刻蚀有矩形窗口，在氮化硅薄膜上利用光刻和热蒸发或电子束蒸发技术制备铬/金底层接触电极。

进一步地，利用光刻和等离子体刻蚀技术图形化石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结构，利用光刻和热蒸发或电子束蒸发技术在顶层石墨烯微带上方制备两个顶层接触电极，利用聚焦电子束或聚焦离子束技术在悬浮的石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结中心刻蚀一个亚10nm的石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔。

进一步地，在单晶硅片的背面利用双面光刻、感应耦合等离子体或各向异性湿法刻蚀技术制作微腔，测序反应腔中填充有电解质溶液，反应腔用于支撑上层的氮化硅薄膜以及石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结。

底层接触电极接正电位，位于石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔左、右两侧的顶层接触电极分别接正电位和负电位。

进一步地，底层接触电极、顶层右侧接触电极、纵向微弱隧穿电流测量设备和可变电压源构成纵向隧穿电流测量回路；

分布在石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔左右两边的一对顶层接触电极、横向微弱隧穿电流测量设备和可变电压源构成横向隧穿电流测量回路；

置于单晶硅片上方的铂电极接正电位，置于单晶硅片下方的铂电极接负电位，铂电极、微弱离子电流测量设备和可变电压源构成微弱离子电流测量回路。

进一步地，所述石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔的直径为1—10nm。

进一步地，所述顶层石墨烯微带为单层或多层石墨烯，所述底层石墨烯微带为单层或多层石墨烯，所述六方氮化硼微带为单层或多层六方氮化硼。

进一步地，用于驱动单链DNA分子穿过石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔的静电场由可变电压源提供，所述可变电压源的偏置电压应为0.05—

0.25V，在石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔上方的铂电极接正电位，在石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔下方的铂电极接负电位。

进一步地，在石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔顶层石墨烯上的右侧接触电极接负电位，在底层石墨烯上的底层接触电极接正电位，在石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔左右两边的一对顶层接触电极分别接正电位和负电位。

根据本发明的另一个方面，提供了一种DNA测序装置的制作方法，包括如下步骤：

步骤1：洗清双面抛光单晶硅片，将单晶硅片置于配比为1:4的双氧水和硫酸混合液中，对所述硫酸混合液进行加热，去除单晶硅片的表面污迹，然后用去离子水冲洗、烘干单晶硅片；

步骤2：在单晶硅片上通过热氧生长一层二氧化硅薄膜；

步骤3：利用等离子体增强化学汽相沉积技术在二氧化硅薄膜上方生长一层氮化硅薄膜；

步骤4：利用光刻和热蒸发或电子束蒸发技术制备石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结底部的铬/金底层接触电极；

步骤5：利用双面光刻技术和感应耦合等离子体或各向异性湿法刻蚀技术在单晶硅片背面刻蚀出微腔；

步骤6：利用光刻技术和反应离子刻蚀技术在氮化硅薄膜上制作一个矩形窗口，该矩形窗口用于支撑悬浮的石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结构；

步骤7：利用聚甲基丙烯酸甲脂转移底层石墨烯微带至底层接触电极和氮化硅薄膜上，作为石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结的隧穿下电极；

步骤8：利用聚甲基丙烯酸甲脂转移六方氮化硼微带至底层石墨烯微带上，作为石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结的电介质层；

步骤9：利用聚甲基丙烯酸甲脂转移顶层石墨烯微带至六方氮化硼微带上，作为石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结的隧穿上电极，并利用光刻和等离子体刻蚀技术图形化石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结构；

步骤10：利用光刻和热蒸发或电子束蒸发技术在顶层石墨烯微带上制备两个铬/金顶层接触电极；

步骤11：利用聚焦电子束或聚焦离子束技术在悬浮的石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结中心刻蚀一个亚10nm的石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔，该石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔在两个顶层接触电极的中间；

步骤12：将带有石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔的测序芯片安装于测序反应腔中；在底层接触电极和右侧顶层接触电极之间接入可变电压源和纵向微弱隧穿电流测量设备；在位于石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔左、右两侧的顶层接触电极之间接入可变电压源和横向微弱隧穿电流测量设备；在两个铂电极之间接入驱动单链DNA分子穿越石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔的可变电压源和微弱离子电流测量设备。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明采用了DNA分子穿越石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔时，纳米孔中纵向离子电流阻塞、纳米孔顶层石墨烯微带中横向隧穿电流变化、纳米孔顶层和底层石墨烯微带间纵向隧穿电流变化三组数据解析测序的新思想。采用这种三组数据解析测序可以提供单链DNA分子穿越石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔时的更多信息，改善了传统纳米孔离子电流阻塞法信噪比低、易受外界干扰等问题。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔的DNA测序装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种DNA测序装置的制作方法的处理流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

为了实现DNA分子的准确、高效、低成本测序，本发明实施例提供的一种基于石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔的DNA测序装置的结构如图1所示，包括双面抛光单晶硅片1，置于双面抛光单晶硅片1上的二氧化硅(SiO₂)薄膜21，SiO₂薄膜21顶部生长有氮化硅(Si₃N₄)薄膜20，在Si₃N₄薄膜20上刻蚀有矩形窗口7，在Si₃N₄薄膜20上利用光刻、热蒸发或电子束蒸发技术制备铬/金(Cr/Au)底层接触电极19，在底层接触电极19上方覆盖有底层石墨烯微带4，在底层石墨烯微带4上方覆盖有六方氮化硼微带18，在六方氮化硼微带18上方覆盖有顶层石墨烯微带13，底层石墨烯微带4、六方氮化硼微带18和顶层石墨烯微带13构成了一个石墨烯—六方氮化硼—石墨烯(G/h-BN/G)异质结构。

利用光刻和等离子体刻蚀技术图形化上述石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结构，然后利用光刻、热蒸发或电子束蒸发技术在顶层石墨烯微带13上方制备一对(两个)顶层接触电极12，利用聚焦电子束(FEB)或聚焦离子束(FIB)技术在悬浮的石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结中心刻蚀一个亚10nm的石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔5。

在单晶硅片1的背面利用双面光刻、感应耦合等离子体(ICP)或各向异性湿法刻蚀技术制作微腔9。测序反应腔2中填充有电解质溶液3。底层接触电极19接正电位，反应腔用于支撑上层的氮化硅薄膜以及石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结。

位于石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔5左、右两侧的顶层接触电极12分别接正电位和负电位。底层接触电极19、顶层右侧接触电极12、纵向微弱隧穿电流测量设备17和可变电压源16构成纵向隧穿电流测量回路；分布在石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔5左右两边的一对顶层接触电极12、横向微弱隧穿电流测量设备14和可变电压源15构成横向隧穿电流测量回路。置于硅片1上方的铂电极8接正电位，置于硅片1下方的铂电极8接负电位，铂电极8、微弱离子电流测量设备11和可变电压源10构成微弱离子电流测量回路。

所述石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔5的直径为1—10nm。

所述顶层石墨烯微带13为单层或多层石墨烯。

所述底层石墨烯微带4为单层或多层石墨烯。

所述六方氮化硼微带18为单层或多层六方氮化硼。

所述二氧化硅薄膜21的厚度为10—50nm。

所述氮化硅薄膜20的厚度为200—400nm。

所述纵向微弱隧穿电流测量设备17为皮安级电流测量仪。

所述纵向离子电流测量设备11为皮安级电流测量仪。

所述横向微弱隧穿电流测量设备14为亚微安级电流测量仪。

所述可变电压源10的偏置电压应为0.05—0.25V，在石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔5上方的铂电极8接正电位，在石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔5下方的铂电极8接负电位。

所述电解质溶液3为NaCl、KCl或者LiCl溶液，其浓度为0.8—1.5mol/L，PH值为8.0。

以上所述的DNA测序装置的制作方法的处理流程如图2所示，包括如下步骤：

步骤1：洗清双面抛光单晶硅片1。将单晶硅片1置于配比为1:4的双氧水和硫酸混合液中，对所述硫酸混合液进行加热，比如，在85摄氏度下将硫酸混合液煮15分钟，去除单晶硅片1的表面污迹，然后用去离子水冲洗、烘干单晶硅片1。

步骤2：在单晶硅片1上通过热氧生长一层厚度为10—50nm的二氧化硅薄膜21。

步骤3：利用等离子体增强化学汽相沉积(PECVD)技术在二氧化硅薄膜21上方生长一层厚度为200—400nm的氮化硅薄膜20。

步骤4：利用光刻和热蒸发或电子束蒸发技术制备石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结底部的铬/金底层接触电极19。首先在氮化硅薄膜4正面旋涂光刻胶，通过光刻在电极区域形成光刻胶开孔，然后采用热蒸发或电子束蒸发技术淀积铬/金，最后采用剥离lift-off完成底层接触电极19的制备。

步骤5：利用双面光刻技术和感应耦合等离子体(ICP)或各向异性湿法刻蚀技术在单晶硅片1背面刻蚀出微腔9，以二氧化硅薄膜21为刻蚀自停止层，微腔9顶部尺寸为5-20μm，微腔9底部尺寸由所采用的刻蚀技术及硅衬底厚度决定。

步骤6：利用光刻技术和反应离子刻蚀技术(RIE)在氮化硅薄膜20上制作一个矩形窗口7，矩形窗口7的大小为0.5—3μm，用于支撑悬浮的石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结构。

步骤7：利用聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)转移底层石墨烯微带4至底层接触电极19和氮化硅薄膜20上，作为石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结的隧穿下电极。

步骤8：利用聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)转移六方氮化硼微带18至底层石墨烯微带4上，作为石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结的电介质层。

步骤9：利用聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)转移顶层石墨烯微带13至六方氮化硼微带18上，作为石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结的隧穿上电极，并利用光刻和等离子体刻蚀技术图形化石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结构。

步骤10：利用光刻和热蒸发或电子束蒸发技术在顶层石墨烯微带13上制备一对(两个)铬/金顶层接触电极12。

步骤11：利用聚焦电子束(FEB)或聚焦离子束(FIB)技术在悬浮的石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结中心刻蚀一个亚10nm的石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔5，纳米孔5在两个顶层接触电极12的中间。

步骤12：将带有石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔5的测序芯片安装于测序反应腔2中；在底层接触电极19和右侧顶层接触电极12之间接入可变电压源16和纵向微弱隧穿电流测量设备17；在位于石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔5左、右两侧的顶层接触电极12之间接入可变电压源15和横向微弱隧穿电流测量设备14；在两个铂电极8之间接入驱动单链DNA分子7穿越石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔5的可变电压源10和微弱离子电流测量设备11，即可获得基于石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔的DNA测序装置。

综上所述，本发明实施例提出了基于石墨烯—六方氮化硼—石墨烯固态纳米孔的新型DNA测序装置，利用传统的硅材料及新型的二维材料石墨烯和六方氮化硼设计的一种新型石墨烯—六方氮化硼—石墨烯固态纳米孔结构，和现有技术相比具有如下优点：

1)、石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔的采用，解决了常规固态纳米孔通道太长导致测序分辨率难以达到单个碱基的问题。此外，六方氮化硼优异的电介质特性，使得石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结中的顶层石墨烯微带和底层石墨烯微带可以作为一对天然在亚纳米量级(六方氮化硼厚度)精确对准和良好隔离的隧穿电极，克服了隧穿电流DNA测序法中隧穿电极难以制作的问题。这些优点为实现单碱基分辨率、直接纳米孔测序奠定了基础。

2)由于本发明采用石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔作为DNA测序的核心部件，当DNA分子穿越纳米孔时，可以同时对纳米孔中纵向离子电流阻塞、纳米孔顶层石墨烯微带中横向隧穿电流变化、纳米孔顶层和底层石墨烯微带间纵向隧穿电流变化进行测量，最终通过对三组数据进行解析计算来准确地获得DNA分子序列信息。本发明有望改善传统纳米孔离子电流阻塞DNA测序法信噪比低、易受外界环境干扰等问题，提高测序精度，从根本上解决纳米孔DNA测序所面临的问题。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种DNA测序装置，其特征在于，包括：

设置于双面抛光单晶硅片上的底层接触电极，在底层接触电极上方覆盖有底层石墨烯微带，在底层石墨烯微带上方覆盖有六方氮化硼微带，在六方氮化硼微带上方覆盖有顶层石墨烯微带，底层石墨烯微带、六方氮化硼微带和顶层石墨烯微带构成了一个石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结构，在石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结中心刻蚀石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔。

2.根据权利要求1所述的DNA测序装置，其特征在于，包括置于双面抛光单晶硅片上的二氧化硅薄膜，该二氧化硅薄膜顶部生长有氮化硅薄膜，在氮化硅薄膜上刻蚀有矩形窗口，在氮化硅薄膜上利用光刻和热蒸发或电子束蒸发技术制备铬/金底层接触电极。

3.根据权利要求2所述的DNA测序装置，其特征在于，利用光刻和等离子体刻蚀技术图形化石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结构，利用光刻和热蒸发或电子束蒸发技术在顶层石墨烯微带上方制备两个顶层接触电极，利用聚焦电子束或聚焦离子束技术在悬浮的石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结中心刻蚀一个亚10nm的石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔。

4.根据权利要求3所述的DNA测序装置，其特征在于，在单晶硅片的背面利用双面光刻、感应耦合等离子体或各向异性湿法刻蚀技术制作微腔，测序反应腔中填充有电解质溶液，反应腔用于支撑上层的氮化硅薄膜以及石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结。

底层接触电极接正电位，位于石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔左、右两侧的顶层接触电极分别接正电位和负电位。

5.根据权利要求4所述的DNA测序装置，其特征在于，底层接触电极、顶层右侧接触电极、纵向微弱隧穿电流测量设备和可变电压源构成纵向隧穿电流测量回路；

分布在石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔左右两边的一对顶层接触电极、横向微弱隧穿电流测量设备和可变电压源构成横向隧穿电流测量回路；

置于单晶硅片上方的铂电极接正电位，置于单晶硅片下方的铂电极接负电位，铂电极、微弱离子电流测量设备和可变电压源构成微弱离子电流测量回路。

6.根据权利要求3所述的DNA测序装置，其特征在于：所述石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔的直径为1—10nm。

7.根据权利要求1所述的DNA测序装置，其特征在于：所述顶层石墨烯微带为单层或多层石墨烯，所述底层石墨烯微带为单层或多层石墨烯，所述六方氮化硼微带为单层或多层六方氮化硼。

8.根据权利要求3所述的DNA测序装置，其特征在于：用于驱动单链DNA分子穿过石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔的静电场由可变电压源提供，所述可变电压源的偏置电压应为0.05—0.25V，在石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔上方的铂电极接正电位，在石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔下方的铂电极接负电位。

9.根据权利要求1所述的DNA测序装置，其特征在于：在石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔顶层石墨烯上的右侧接触电极接负电位，在底层石墨烯上的底层接触电极接正电位，在石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔左右两边的一对顶层接触电极分别接正电位和负电位。

10.一种DNA测序装置的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：洗清双面抛光单晶硅片，将单晶硅片置于配比为1:4的双氧水和硫酸混合液中，对所述硫酸混合液进行加热，去除单晶硅片的表面污迹，然后用去离子水冲洗、烘干单晶硅片；

步骤2：在单晶硅片上通过热氧生长一层二氧化硅薄膜；

步骤3：利用等离子体增强化学汽相沉积技术在二氧化硅薄膜上方生长一层氮化硅薄膜；

步骤4：利用光刻和热蒸发或电子束蒸发技术制备石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结底部的铬/金底层接触电极；

步骤5：利用双面光刻技术和感应耦合等离子体或各向异性湿法刻蚀技术在单晶硅片背面刻蚀出微腔；

步骤6：利用光刻技术和反应离子刻蚀技术在氮化硅薄膜上制作一个矩形窗口，该矩形窗口用于支撑悬浮的石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结构；

步骤7：利用聚甲基丙烯酸甲脂转移底层石墨烯微带至底层接触电极和氮化硅薄膜上，作为石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结的隧穿下电极；

步骤8：利用聚甲基丙烯酸甲脂转移六方氮化硼微带至底层石墨烯微带上，作为石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结的电介质层；

步骤9：利用聚甲基丙烯酸甲脂转移顶层石墨烯微带至六方氮化硼微带上，作为石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结的隧穿上电极，并利用光刻和等离子体刻蚀技术图形化石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结构；

步骤10：利用光刻和热蒸发或电子束蒸发技术在顶层石墨烯微带上制备两个铬/金顶层接触电极；

步骤11：利用聚焦电子束或聚焦离子束技术在悬浮的石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结中心刻蚀一个亚10nm的石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔，该石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔在两个顶层接触电极的中间；

步骤12：将带有石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔的测序芯片安装于测序反应腔中；在底层接触电极和右侧顶层接触电极之间接入可变电压源和纵向微弱隧穿电流测量设备；在位于石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔左、右两侧的顶层接触电极之间接入可变电压源和横向微弱隧穿电流测量设备；在两个铂电极之间接入驱动单链DNA分子穿越石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔的可变电压源和微弱离子电流测量设备。