[发明专利]基于碳纳米管和单链DNA缠绕结构的DNA测序方法

说明书

本发明公开了一种基于碳纳米管和单链DNA缠绕结构的DNA测序方法，其步骤为首先将碳纳米管与单链DNA混合形成一种复合结构，并将该复合结构置于含有Na⁺和Mg²⁺等溶液的反应槽中，通过电泳作用的驱动力使其穿过纳米孔测序器件，实现信号的捕获，进而确定缠绕在碳纳米管上的DNA序列。该复合结构穿孔所产生的信号大于单链DNA穿孔所产生的信号，更易读取，大幅提高了测序的效率和准确率。

技术领域

本发明涉及基因测序技术领域，具体涉及一种单链DNA碱基的种类和顺序的检测方法，还涉及基于碳纳米管和单链DNA复合结构的DNA测序系统，以及涉及基于碳纳米管和单链DNA复合结构的制备方法。

背景技术

基因测序技术是指通过分析特定DNA片段，确定碱基序列的一种技术。其在多物种基因测序，疾病筛查和诊断，个性化治疗，法医鉴定，生物信息读取等方面具有重要意义。

DNA测序自第一代技术发展至今，测序成本不断降低，测序速度大幅提高，取得了一系列突破性地进展。新一代纳米孔测序技术通过检测单链DNA通过纳米孔时不同碱基所产生的电学信号而确定DNA序列，主要有电流式和电容式两种类型。目前纳米孔测序主要基于生物纳米孔和固态纳米孔，前者因其噪声小，且可通过自组装形成而首先被用于纳米孔测序，但无法避免生物分子对pH值和温度等环境变化敏感的缺陷。由此，稳定性好、持久性高且易商业化批量生产的固态纳米孔应运而生，然而由于电学信号过于微弱，易受环境干扰，常需辅以复杂的材料修饰技术降低噪声，还需要通过限制穿孔速率以提高分辨率，不仅牺牲了读取速率，还影响了检测准确率。因此，亟需开发一种新技术以实现快速准确的基因测序。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于碳纳米管和单链DNA缠绕的DNA测序方法、测序系统和制备方法，以至少部分克服现有技术中单链DNA分子穿孔产生的信号过于微小，不易读取，且易受噪声干扰；单链DNA分子为柔性结构，易折叠，检测准确率低的技术问题。

(二)技术方案

本发明公开了一种基于碳纳米管和单链DNA缠绕结构的DNA测序方法：将碳纳米管和单链DNA以设定的比例混合，形成一包一复合的缠绕形态，将其置于导电性盐溶液中，通过电极驱动使其穿过置于导电性盐溶液的纳米孔通道，利用离子阻塞效应可测得穿孔时所产生的电学响应，进而确定碱基的种类和排列顺序。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明基于碳纳米管和单链DNA缠绕结构的DNA测序方法或系统至少具有以下有益效果：

(1)将特定管径和长度的碳纳米管与单链DNA在溶液状态下以设定的比例混合均匀，形成一包一复合的缠绕形态，可极大地避免单链DNA 单独通过纳米孔时的自折叠现象，实现了单链DNA的测序；

(2)将碳纳米管和单链DNA复合结构通过纳米孔，增强了穿孔信号的响应强度，大幅提高了测序的准确性；

(3)通过碳纳米管和单链DNA的复合结构，增加了测试样品的尺度，实现了可使用较大固态纳米孔进行测序。

附图说明

图1是本发明实施例提出的基于碳纳米管和单链DNA复合结构的 DNA纳米孔测序的实施步骤图。

图2是本发明实施例提出的单层或者多层薄膜纳米孔测序器件的制作步骤图。

图3是本发明实施例提出的碳纳米管和单链DNA一包一复合缠绕结构的示意图。

图4是本发明实施例提出的一种基于碳纳米管和单链DNA复合结构的DNA纳米孔测序器件的示意图。