IBM与ASU联手开发出低成本的测序仪

导读:亚利桑那州立大学(ASU)的Biodesign研究所和IBM的Thomas J. Watson研究中心的科学家已开发出一种DNA测序的原型设备,能够让全基因组分析成为医学中的日常实践。

亚利桑那州立大学(ASU)的Biodesign研究所和IBM的Thomas J. Watson研究中心的科学家已开发出一种DNA测序的原型设备,能够让全基因组分析成为医学中的日常实践。


    “我们的目标是将便宜、简单而强大的DNA和蛋白诊断设备放到每位医生的办公室中,”ASU的物理学教授Stuart Lindsay谈道。这种技术将迎来个性化医疗的时代,利用个体的完整DNA和蛋白质图谱来设计针对每个人的治疗方案。


    在这项最新的研究突破中,研究小组设计出一个微小的DNA读取设备,比头发丝还要小数千倍。这个设备非常灵敏,在DNA穿过时能区分每个碱基(A、C、T或G)。概念验证的研究表明,此设备的灵敏度足以检测微量的DNA(纳摩尔浓度),甚至优于新一代测序技术。


    这个DNA测序设备的制作就像三明治,不过它以高科技的半导体元件来取代肉类和奶酪。通过层层堆叠这些元件,DNA的化学信息被转化成电信号。


    首先,他们利用一种称为原子层沉积(atomic layer deposition)的半导体技术,制作了一个由两个金属电极组成的三明治,它们由2nm厚的绝缘层隔开。然后在三明治中打了个洞:DNA在穿过金属层之间的间隙时被读取。


    Lindsay表示:“之前人们尝试过让一个电极面向另一个,而它们之间的间隙需要手动调整。这就不可能使用计算机芯片的制造方法来制造设备。”


    “我们利用一层薄薄的绝缘材料来确定电极之间的间隙,并在上面挖个洞来暴露这个间隙,这种方法要简单得多,”他说。“更重要的是,我们开发的技术让我们能制造出一个相对较大的间隙(约2nm),而之前的间隙要小得多(不到1nm)。这样,设备更容易制造,也为DNA穿过电极提供了空间。”


    具体而言,当电流通过纳米孔时,如DNA穿过,它就会导致电流中出现尖峰,这与DNA分子中的每个化学碱基相对应。研究人员还在做一些修饰,以完成设备的制造。


    研究小组曾遇到相当大的设备间差异,因此需要校准,让技术更加稳定。制造的最后一步,将纳米孔的直径降低至单个DNA分子的大小,尚未完成。


    总的来说,研究小组开发出一种可扩展的制造工艺来生产设备,这种设备能够在DNA分子穿过2nm的间隙时确定其碱基组成。研究小组也在修改这种技术,让它能够读取其他的单分子。

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