[发明专利]一种DNA测序装置及测序方法

权利要求书

1.一种DNA测序装置，其特征在于，包括三维纳米运动平台(1)、探针(3)、用于装夹固定探针(3)的定位夹具(2)及综合测序层，所述定位夹具(2)固定于三维纳米运动平台(1)上，所述综合测序层包括固态纳米孔芯片(4)、液体池(5)、磁镊系统(6)、电源(10)、电流测量装置(9)及电极(11)；所述固态纳米孔芯片(4)上刻蚀有金字塔形空腔(13)，所述金字塔形空腔(13)的塔顶中心处设有固态纳米孔(12)；所述液体池(5)设置于固态纳米孔芯片(4)的下部，液体池(5)的内部设有若干磁珠(8)；设置于固态纳米孔芯片(4)上方的电极(11)通过电流测量装置(9)连接电源(10)的负极，设置于固态纳米孔芯片(4)下方的电极(11)连接电源(10)的正极，所述磁镊系统(6)设置于液体池(5)的下部，包括一端磁镊S极和一端磁镊N极。

2.根据权利要求1所述的DNA测序装置，其特征在于，所述三维纳米运动平台(1)的三维方向行程特性为：与所述固态纳米孔芯片(4)所在平面平行方向的移动分辨率小于5nm，闭环行程大于10μm；与所述固态纳米孔芯片(4)所在平面垂直方向的移动分辨率小于0.3nm，闭环行程大于10μm。

3.根据权利要求1所述的DNA测序装置，其特征在于，所述探针(3)包括基体(30)、隔离层(31)、纳米孔(310)及DNA绑定体(32)，所述基体(30)由圆棒状体经过精密磨削加工技术将圆棒状体一端加工成针尖状获得，所述隔离层(31)通过薄膜沉积技术包覆在基体(30)的外侧表面，所述纳米孔(310)通过微纳加工制造技术刻蚀于所述基体(30)的下部尖端处，并刻穿隔离层(31)，所述基体(30)的下部尖端面通过纳米孔(310)与DNA绑定体(32)相连；所述探针(3)尖端圆弧的直径小于1μm。

4.根据权利要求3所述的DNA测序装置，其特征在于，所述DNA绑定体(32)为单个链霉亲和素，用于捕捉单条DNA链。

5.根据权利要求3所述的DNA测序装置，其特征在于，所述隔离层(31)的厚度为1～100nm，纳米孔(310)的直径为5～200nm。

6.根据权利要求1所述的DNA测序装置，其特征在于，所述固态纳米孔(12)的直径不超过5nm，所述电源(10)的电压为100～300mV。

7.根据权利要求1所述的DNA测序装置，其特征在于，所述液体池(5)采用疏水材料。

8.根据权利要求1所述的DNA测序装置，其特征在于，所述磁珠(8)直径为1～10μm，所述磁镊系统(6)垂直方向的位移精度为0.3nm，所述DNA测序装置利用磁镊系统(6)的梯度磁场布置磁珠(8)的阵列，所述磁珠(8)是与DNA绑定体(32)相匹配的商用链霉亲和素磁珠。

9.一种DNA测序方法，所述方法基于权利要求1所述的DNA测序装置，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1)将固态纳米孔芯片(4)放置于液体池(5)的上方，并在所述固态纳米孔芯片(4)的上、下方移植测试液滴；

2)通过探针基体(30)下部尖端面的DNA绑定体(32)将待测序的DNA链结合于探针(3)的尖端表面，并将探针(3)固定于三维纳米运动平台(1)的定位夹具(2)中；

3)在液体池(5)的下方，利用磁镊系统(6)的梯度磁场布置磁珠(8)的阵列，便于接收来自所述固态纳米孔芯片(4)上方的DNA链；

4)在两个电极(11)之间通过电源(10)施加电压，驱动DNA链穿过所述固态纳米孔芯片(4)的固态纳米孔(12)，利用磁珠(8)捕获DNA链的另一端将待测DNA拉直；

5)通过同步移动探针和磁珠，控制DNA与纳米孔的相对位置，检测DNA碱基序列。

10.根据权利要求9所述的DNA测序方法，其特征在于，步骤1)所述的固态纳米孔芯片(4)的上、下方两侧的测试液滴仅能通过固态纳米孔(12)连通。