[发明专利]纳米孔薄膜、基因测序装置及纳米孔薄膜的制备方法

说明书

本公开提供了一种纳米孔薄膜、基因测序装置及纳米孔薄膜的制备方法，该纳米孔薄膜包括：基板、设置在所述基板的一面上的薄膜本体以及贯穿所述薄膜本体的纳米孔道，其中，所述基板上具有与所述纳米孔道相对应的通孔，所述纳米孔道具有用于容纳单个核酸分子通过且能够改变核酸分子的移动方向以降低核酸分子移动速度的检测部。本公开的纳米孔薄膜，由于纳米孔道中具有仅能容纳单个核酸分子通过的检测部，且该检测部能够通过改变核酸分子的移动方向来降低核酸分子的移动速度，核酸分子通过检测部的速度较慢，能够提高获取到的检测信号的数据量，进而能够提高基因测序的准确度。

技术领域

本公开涉及基因测序技术领域，具体而言，涉及一种纳米孔薄膜、应用该纳米孔薄膜的基因测序装置及纳米孔薄膜的制备方法。

背景技术

自上世纪70年代起,人们已先后发展了三代DNA测序技术。第一代DNA测序技术基于Sanger法，耗时15年完成了人类基因组计划，直接花费约30亿美元。第二代DNA测序技术以高通量为特点，仅需一周、花费不到100万美元就能完成人类基因组的测序。近年来，基于固态纳米孔器件的DNA单分子探测分析被认为是最有希望实现第三代快速低成本人类基因测序的技术路线之一，成为目前研究和应用探索的热点，在24小时内花费1000美元以下实现单个人的基因组测序。通过在溶液中电泳驱动分子穿过一个纳米尺度的孔可以实现基于纳米孔器件的单分子探测和分析能力。在纳米孔的有限空间里可以通过各种手段对大量分子进行快速的分析，当高聚物分子穿过纳米孔时，高聚物分子的结构信息和探测的信号特征有一一对应关系。利用该特性可以直接对数千碱基对长度的单链DNA分子进行表征，避免了扩增或标记实验准备环节，使得快速低成本DNA测序技术成为可能。

目前的实验结果显示，DNA通过纳米孔的速度约为102至105base/ms，如在120mV外加电压作用下，没有外加约束的DNA通过α-溶血素纳米通道的速度约为103base/ms，远远超过了现有商品化膜片钳检测系统的采样频率(250kHz)。由此可见，现有的纳米孔传感器实现单碱基辨识的主要问题是：DNA分子通过纳米孔速度太快，导致现有的膜片钳或其他信号采集系统获取的有效数据点太少，无法根据阻断电流的信号分辨出每一个碱基。

发明内容

鉴于现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种纳米孔薄膜、应用该纳米孔薄膜的基因测序装置以及该纳米孔薄膜的制备方法，使核酸分子通过穿越该纳米孔薄膜的纳米孔道的速度较慢，以提高基因测序的准确度。

根据本公开的第一方案，提供了一种纳米孔薄膜，其包括：基板、设置在所述基板的一面上的薄膜本体以及贯穿所述薄膜本体的纳米孔道，其中，所述基板上具有与所述纳米孔道相对应的通孔，所述纳米孔道具有用于容纳单个核酸分子通过且能够改变核酸分子的移动方向以降低核酸分子移动速度的检测部。

在一些实施例中，所述纳米孔道具有靠近所述薄膜本体的一面的第一孔段、靠近所述薄膜本体的另一面的第二孔段以及位于所述第一孔段和所述第二孔段之间的第三孔段，所述第三孔段形成所述检测部。

在一些实施例中，所述第一孔段和所述第二孔段错位布置，所述第三孔段连接在所述第一孔段和所述第二孔段之间，以形成所述检测部。

在一些实施例中，所述薄膜本体包括层叠设置的第一膜层和第二膜层。

在一些实施例中，所述第一孔段位于所述第一膜层内，所述第二孔段位于所述第二膜层内，所述第三孔段沿所述第一膜层和所述第二膜层的接触面方向设置。

在一些实施例中，所述第二膜层靠近所述第一膜层的一面具有与所述第二孔段连通的沉槽，所述沉槽与所述第一膜层共同形成所述第三孔段。

在一些实施例中，所述第三孔段由沉积在所述第一膜层和所述第二膜层之间的沉积层剥离后形成。

在一些实施例中，所述第一孔段的孔径为50nm至100nm；所述第二孔段的孔径为50nm至100nm；所述第三孔段的孔径为0.5nm至2nm；所述第三孔段的长度为5nm至10nm。