纳米孔尺度对DNA输运速度的影响

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基于纳米孔单分子传感器的第三代DNA测序技术，因其低成本，高通量等优势很有可能成为人类测序史上的创举。最近的一项研究发现，DNA在穿过10.8纳米的纳米孔道时的速度比穿过4.8纳米的纳米孔的速度降低了一倍，这对于实现DNA减速及单碱基精准测序意义重大。

这篇名为“氮化硅纳米孔尺度对poly(dT)30单链DNA过孔信号的影响机理”的研究论文发表于《中国科学：技术科学》英文版2013年第10期，从实验（图1）和理论（图2）上解释了DNA穿过大孔的输运速度较小孔慢的原因，由东南大学江苏省微纳生物医疗器械设计与制造重点实验室陈云飞教授担任通讯作者，其博士生司伟撰写。

自2006年公布了人类第一号染色体的基因测序图之后，基因测序技术继续不断发展成熟，然而距离1000美元24小时测序的目标还存在一定距离。其中主要原因之一是DNA在纳米孔测序时的过孔速度极快，甚至达到10个碱基每微妙。要想精确检测DNA的序列，目前可以从两方面着手：一，提高检测设备的采样频率（达到2MHz以上）；二，降低DNA的过孔速度。

陈云飞教授认为结合现有的电子采频现状要将检测频率提高到2MHz还是比较困难的，因此目前只能通过某种其他途径来提高DNA过孔的时间，从而实现精确测序。　　


该课题组在测序方面有所突破其中必不可少的因素之一，是他们的高精度加工工艺：首先经过湿法刻蚀的方法将硅-氮化硅薄膜上的硅膜刻穿，露出氮化硅薄膜，然后用聚焦离子束（FIB）对氮化硅薄膜进行减薄粗加工，将氮化硅薄膜厚度减薄到约10纳米厚，最后用扫描电子显微镜（TEM）在减薄区域加工10纳米以下的纳米孔。

通过实验（图1）和理论模拟（图2），他们相信，虽然纳米孔测序技术现在还有亟待解决的瓶颈，但是最终实现1000美元24小时的亲民测序技术一定会成功实现，以满足大众需求。