[发明专利]基因测序芯片及方法

说明书

一种基因测序芯片及方法，芯片包括：衬底(1)；第一光波导(2)、第二光波导(3)及金属针尖(5)，均形成在衬底(1)上，三者呈T字形相对分布，第一光波导(2)与第二光波导(3)位置相对；纳米孔(6)，其设置在三者的接触区域，贯穿衬底(1)；第一光波导(2)及第二光波导(3)一端均为三维渐变结构，两者具有三维渐变结构的一端相对；第一光波导(2)与具有三维渐变结构一端相对的另一端设有光源耦合器(7)，第二光波导(3)与具有三维渐变结构一端相对的另一端设有第一信号采集器(8)。该芯片及方法提高了碱基单分子的检测效率，降低了成本，提高了芯片系统的集成度和稳定性，同时减少了数据量，提高了采集速度。

技术领域

本发明涉及基因测序领域，尤其涉及一种基因测序芯片及方法。

背景技术

核苷酸测序技术是基因组学乃至生命科学研究的关键和基本技术之一，也是基本生物信息数据主要获取手段，是推动生物计算和生物信息学发展的原动力。自Sanger测序法诞生以来，测序技术极大推动生命科学和医学的发展。最近10年来，高通量的第二代DNA测序技术的成功应用再次推动了医药生命科学领域的飞速发展，并催生了“精准医学”的产生。然而，所有的第二代DNA测序技术都是利用DNA聚合酶或链接酶的生化反应间接测定DNA测序，即：间接测序。即使是“第三代”的单分子测序技术(如PacBio测序仪)还是应用了DNA聚合酶的聚合反应来进行测序，因此同属间接测序。

由于目前的DNA测序技术都是间接法测序，即基于对核酸的酶促生化反应过程中标记荧光或自发荧光的观测来实现的，此类技术受限于“酶疲劳”导致的荧光衰减和光学检测器件尺寸等因素，造成序列分析的持续性和同时监测反映数量的不足，从而导致读长短，或者通量低。与此同时，荧光检测技术需要高昂的标记试剂或自发荧光反应体系，致使在通量水平上几乎达到极限的基础上难以进一步降低成本。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有的技术问题，本发明提出一种基于针尖增强拉曼效应的基因测序芯片及方法，用于至少部分解决上述技术问题。

(二)技术方案

本发明一方面提出一种基因测序芯片，包括：衬底1；第一光波导2、第二光波导3及金属针尖5，都形成在衬底1上，三者呈T字形相对分布，第一光波导2与第二光波导3位置相对；纳米孔6，其设置在第一光波导2、第二光波导3与金属针尖5三者的接触区域，贯穿衬底1；第一光波导2及第二光波导3一端均为三维渐变结构，第一光波导2及第二光波导3具有三维渐变结构的一端相对；第一光波导2与具有三维渐变结构一端相对的另一端设有光源耦合器7，第二光波导3与具有三维渐变结构一端相对的另一端设有第一信号采集器8。

可选地，第一光波导2及第二光波导3为金属-介质-金属结构，金属的材料为具有表面等离子体效应的金属。

可选地，第一光波导2及第二光波导3上制作有至少一个布拉格周期结构。

可选地，第一光波导2及第二光波导3传输的激发光经三维渐变结构压缩后，纵向尺寸小于10nm。

可选地，第一光波导2及第二光波导3传输的激发光波长范围为400nm～900nm。

可选地，金属针尖5为单层或多层具有平面针尖的金属层。

可选地，第一信号采集器8包括至少一个信号传输波导、至少一个滤波器、至少一个信号采集波导及至少一个光电探测器。

可选地，基因的单链碱基链的尺寸小于纳米孔6尺寸。

可选地，基因测序芯片还包括第三光波导4及第二采集器9，其形成在衬底1上；第三光波导4与T字形相对分布的第一光波导2、第二光波导3及金属针尖5构成十字形结构，第三光波导4具有三维渐变结构一端与金属针尖5位置相对，第二采集器9位于第三光波导4与具有三维渐变结构一端相对的另一端，第三光波导4为金属-介质-金属结构。