多参数纳米孔DNA直接测序技术和装置的研究

新一代DNA测序仪的研究为国际生物医学工程领域研究前沿，非基因扩增法的单分子DNA测序技术已经成为该前沿研究的焦点。以纳米孔作为关键核心部件的测序技术已经成为新一代基因测序仪及生物分子检测系统的重要发展方向之一。以蛋白质分子为功能单元的生物纳米孔测序技术已经取得了较好的结果，近年来固态纳米孔制备技术的发展为研制可实用化全固态纳米孔器件奠定了基础。本项目提出一种多参数的纳米孔模型。该模型将通过分别检测跨纳米孔及其孔间DNA分子引起的电特性的差异，实现DNA分子上不同碱基的识别。本项目将采用聚焦离子束加工平台在氮化硅膜上加工纳米孔和相关的电极系统，采用微流控技术构建相关的DNA测序器件。在固态纳米孔上直接制备电极系统，构建高频信号控制及信号采集系统，通过施加脉冲电场和电荷前置放大器检测相应的电参数。研究DNA序列与信号、噪音之间模型，实现DNA分子上碱基序列的测定。

新一代DNA 测序仪的研究为国际生物医学工程领域研究前沿，以纳米孔作为关键核心部件的测序技术已经成为新一代基因测序仪及生物分子检测系统的重要发展方向之一。本课题提出了一种多参数的纳米孔模型。该模型通过分别检测跨纳米孔及其孔间DNA分子引起的电特性的差异，实现了DNA分子信息的识别。本课题采用聚焦离子束加工平台在氮化硅膜上加工纳米孔和相关的电极系统，采用微流控技术构建相关的DNA 检测器件，实现了对DNA分子相关特性的检测。目前已制备出小于5 nm直径的纳米孔，并已在固态纳米孔上直接制备出电极系统，构建了一套高频信号控制及信号采集系统，通过施加脉冲电场和电荷前置放大器检测相应的电参数，实现10 nA信号放大，4 MHz信号A/D转换采集与存储。研究了DNA长度及类型与信号、噪音之间的关系模型，实现了DNA分子相关特性的分析，如DNA单双链，折叠状态，长度，易位速度等。研究了纳米孔等效电路模型和噪声影响，分析了纳米孔的电阻电容特性和噪声的类型，并分别对噪声进行了计算评价。并且运用有限元的方法对纳米孔模型进行了仿真，实现了从实验现象到理论计算的深度耦合。