新概念：石墨單分子層孔道DNA測序法

    美國國家標準與技術(shù)研究院（NIST）近期提出了一種高效、精確的DNA測序方法。通過(guò)將DNA分子從超薄的石墨片層結構的孔洞中拉動(dòng)，通過(guò)測量石墨孔洞邊緣產(chǎn)生的電位變化，從而實(shí)現高速、高精度、高效率的DNA測序。該方法不同于以前的桑格爾測序法以及第二代第三代測序法。相關(guān)工作發(fā)表在《Nanoscale》上。　

　　NIST的研究表明，該方法可以在一秒鐘時(shí)間內，識別約660億個(gè)堿基，而且有90％的準確性，并且沒(méi)有假陽(yáng)性（falsepositive）�，F在的這個(gè)測序還僅僅停留在概念層次，如果真的能夠被實(shí)驗證明，該方法可能最終會(huì )比會(huì )常規DNA測序更快和更便宜，是真正面向未來(lái)的測序方法。　

　　在20世紀70年代開(kāi)發(fā)的常規測序，涉及分離、復制、打標簽和DNA的重組件，來(lái)讀取的遺傳信息。NIST的新方法則基于將DNA拉過(guò)納米孔道的理論。這個(gè)概念開(kāi)創(chuàng )于20年前，基于帶電粒子（離子）通過(guò)納米通道，會(huì )引起電位的變化。時(shí)至今日，這個(gè)想法仍然很流行，但會(huì )造成諸如不必要的背景電流信號噪聲、或干擾，也面臨著(zhù)選擇性不足的挑戰。　

　　相比之下，NIST的新測序流程，是要建立臨時(shí)的化學(xué)鍵，依靠石墨烯的能力，從打破這些化學(xué)鍵，將機械應變信號轉變?yōu)殡娏餍盘�。這實(shí)際上是一個(gè)很小的應變傳感器，科學(xué)家認為他們雖然沒(méi)有發(fā)明完整的技術(shù)，但是提出了一個(gè)新的物理原則，即有可能是遠遠優(yōu)于其他測序方法。由于它的電性能和小型化的薄膜結構，石墨烯是在納米孔測序概念中非常合適。在新的NIST法，石墨烯納米帶（4.5X15.5納米）上有多個(gè)納米孔道（2.5納米寬），其中可以通過(guò)堿基。

　　使用計算機模擬該系統在室溫下在水中進(jìn)行測序，胞嘧啶附著(zhù)到納米孔，可以檢測到鳥(niǎo)嘌呤。甲單鏈DNA分子從納米孔通過(guò)，當鳥(niǎo)嘌呤通過(guò)是，與胞嘧形成啶氫鍵。當DNA的不斷移動(dòng)，石墨烯被猛拉，然后滑回原來(lái)的位置，鍵鍛裂，從而出現電流變化。　

　　研究人員利用與理論相結合的模擬數據，來(lái)估計可測量信號變化的水平。信號強度是在毫安范圍內，比早先的離子電流的納米孔的方法信號更強�；�于90％的準確率的性能，而無(wú)需任何誤報（沒(méi)有假陽(yáng)性），研究人員認為，相同的DNA鏈的四次獨立的測量將產(chǎn)生99.99％的精度，可以達到測序人類(lèi)基因組所需要的精確度。

　　理論分析表明，基本的電子過(guò)濾方法，可以分離出有用的電信號，而不需要復雜的數據處理，或其他嚴格限制的操作條件。除了連接堿基，納米孔，所有的傳感器組件已通過(guò)其他研究小組用實(shí)驗證實(shí)可行。這項研究的作者得出結論，該測序的新概念充滿(mǎn)了希望，這可能是新一代顛覆時(shí)代的新概念。