Dna測(cè)序方法及其系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及DNA及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種DNA測(cè)序方法及其系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]DNA測(cè)序(DNA sequencing，或譯DNA定序)是指分析特定DNA片段的堿基序列，也就是腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)與鳥(niǎo)嘌呤的(G)排列方式。
[0003]目前，主要通過(guò)熒光、離子電流和隧穿電流的方法來(lái)區(qū)分不同堿基，熒光法是在熒光或者化學(xué)發(fā)光物質(zhì)的協(xié)助下，通過(guò)讀取DNA聚合酶或DNA連接酶將堿基連接到DNA鏈上過(guò)程中釋放出的光學(xué)信號(hào)而間接確定的，其需要昂貴的光學(xué)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，還要記錄、存儲(chǔ)并分析大量的光學(xué)圖像，這都使儀器的復(fù)雜性和成本增加。離子電流和隧穿電流的方法是通過(guò)測(cè)量DNA通過(guò)納米孔時(shí)的離子電流或橫向隧穿電流的變化來(lái)測(cè)序的，這些方法有他們自身的優(yōu)勢(shì)，但是會(huì)受制于信號(hào)和噪音比低和讀取長(zhǎng)度短的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種DNA測(cè)序方法極其系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中DNA測(cè)序，采用熒光法、離子電流法與隧穿電流的方法進(jìn)行不同堿基的區(qū)分，而導(dǎo)致成本高、速度慢、集成化低的問(wèn)題。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種DNA測(cè)序方法，包括:
[0006]獲取每種堿基所對(duì)應(yīng)的電流變化參考值，其中，所述電流變化參考值包括電流振幅變化參考值與電流時(shí)間變化參考值；
[0007]將分子馬達(dá)與待測(cè)DNA分子混合制得第一合成體；
[0008]將所述第一合成體固定至場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極上；
[0009]導(dǎo)通所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管，測(cè)量所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源漏極之間的電流，設(shè)為第一初始電流；
[0010]依次將不同的單種堿基溶液加入至所述第一合成體上，并獲取不同堿基溶液所對(duì)應(yīng)的所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源漏極之間的電流，并分別與所述第一初始電流比較，以得到每種堿基溶液所對(duì)應(yīng)的電流變化值，其中所述電流變化值包括電流振幅變化值與電流時(shí)間變化值；
[0011]當(dāng)某一堿基溶液所對(duì)應(yīng)的電流振幅變化值與此堿基所對(duì)應(yīng)的電流振幅變化參考值相似時(shí)，確定所述待測(cè)DNA分子中包含所述堿基；根據(jù)所述堿基形成電流振幅變化值所用的電流時(shí)間變化值由小至大的排列，確定所述堿基在所述待測(cè)DNA分子中的序列。
[0012]優(yōu)選地，所述獲取每種堿基所對(duì)應(yīng)的電流變化參考值，具體包括:
[0013]將分子馬達(dá)和已知DNA序列的DNA分子混合制得第二合成體；
[0014]將所述第二合成體固定至所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極上；
[0015]導(dǎo)通所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管，測(cè)量所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源漏極之間的電流，設(shè)為第二初始電流；
[0016]根據(jù)已知DNA序列的DNA分子中堿基序列，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則依次對(duì)應(yīng)加入某一堿基溶液至所述第二合成體上，并獲取不同堿基溶液所對(duì)應(yīng)的所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源漏極之間的電流，并分別與所述第二初始電流比較，以得到堿基序列中每種堿基所對(duì)應(yīng)的電流變化參考值。
[0017]優(yōu)選地，通過(guò)化學(xué)修飾法、液滴法或微納溝道法，將所述第一合成體固定至場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極上
[0018]優(yōu)選地，通過(guò)化學(xué)修飾法、液滴法或微納溝道法，將所述第二合成體固定至所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極上。
[0019]優(yōu)選地，所述分子馬達(dá)為DNA聚合酶。
[0020]優(yōu)選地，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管為單級(jí)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述單級(jí)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極為石墨烯、碳納米管或氮化硼。
[0021]本發(fā)明的另一目的在于提供一種DNA測(cè)序方法，包括:
[0022]獲取每種堿基所對(duì)應(yīng)的電壓變化參考值，其中，所述電壓變化參考值包括電壓振幅變化參考值與電壓時(shí)間變化參考值；
[0023]將分子馬達(dá)與待測(cè)DNA分子混合制得第一合成體；
[0024]將所述第一合成體固定至場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極上；
[0025]導(dǎo)通所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管，測(cè)量所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源漏極之間的電壓，設(shè)為第一初始電壓；
[0026]依次將不同的單種堿基溶液加入至所述第一合成體上，并獲取不同堿基溶液所對(duì)應(yīng)的所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源漏極之間的電壓，并分別與所述第一初始電壓比較，以得到每種堿基溶液對(duì)應(yīng)的電壓變化值，其中電壓變化值包括電壓振幅變化值與電壓時(shí)間變化值；
[0027]當(dāng)某一堿基溶液對(duì)應(yīng)的電壓振幅變化值與所述堿基所對(duì)應(yīng)的電壓振幅變化參考值相似時(shí)，確定待測(cè)DNA分子中包含所述堿基；根據(jù)所述堿基形成電壓振幅變化值所用的電壓時(shí)間變化值由小至大的排列，確定所述堿基在所述待測(cè)DNA分子中的序列。
[0028]優(yōu)選地，所述獲取每種堿基所對(duì)應(yīng)的電壓變化參考值，具體包括:
[0029]將分子馬達(dá)和已知DNA序列的DNA分子混合制得第二合成體；
[0030]將所述第二合成體固定至所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極上；
[0031]導(dǎo)通所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管，測(cè)量所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管源漏極的之間的電壓，設(shè)為第二初始電壓；
[0032]根據(jù)已知DNA序列的DNA分子中堿基序列，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則依次對(duì)應(yīng)加入某一堿基溶液至所述第二合成體上，并獲取不同堿基溶液所對(duì)應(yīng)的所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源漏極之間的電壓，并分別與所述第二初始電壓比較，以得到堿基序列中每種堿基所對(duì)應(yīng)的電壓變化參考值。
[0033]本發(fā)明提供的一種DNA測(cè)序系統(tǒng)，包括:
[0034]場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管為單級(jí)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中，所述單級(jí)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括硅納米線、絕緣層、和在所述硅納米線上的源極、漏極以及柵極；
[0035]分子馬達(dá)與DNA分子混合制得的合成體，且所述合成體固定與所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極上；
[0036]電源，分別向所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源漏極和柵極施加工作電壓，使所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管導(dǎo)通；
[0037]堿基溶液，包括四種不同堿基的單種堿基溶液，所述單種堿基溶液還適于分別加入至所述合成體上；
[0038]電流表，適于在所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管導(dǎo)通后，獲取未加入堿基溶液之前所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源漏極之間的初始電流，以及適于在依次將不同的所述單種堿基溶液加入至所述合成體上時(shí)，獲取不同的所述單種堿基溶液所對(duì)應(yīng)所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管源漏極電流。本發(fā)明提供的另一種DNA測(cè)序系統(tǒng)，包括:
[0039]場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管為單級(jí)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中，所述單級(jí)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括硅納米線、絕緣層、和在所述硅納米線上的源極、漏極以及柵極；
[0040]分子馬達(dá)與DNA分子混合制得的合成體，且所述合成體固定至場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極上；
[0041]電源，分別向所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源漏極和柵極施加工作電壓，使所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管導(dǎo)通；
[0042]堿基溶液，包括四種不同堿基的單種堿基溶液，所述單種堿基溶液還適于分別加入至所述合成體上；
[0043]電壓表，適于在所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管導(dǎo)通后，獲取未加入堿基溶液之前所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源漏極之間的初始電壓，以及適于在依次將不同的所述單種堿基溶液加入至所述合成體上時(shí)，獲取不同的所述單種堿基溶液所對(duì)應(yīng)所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管源漏極電壓。
[0044]如上所述，本發(fā)明的DNA測(cè)序方法及系統(tǒng)，具有以下有益效果:
[0045]通過(guò)化學(xué)修飾法、液滴法或微納溝道法，將分子馬達(dá)和DNA分子的合成體固定到場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極上，將含有單種堿基溶液依次加入到合成體上，獲取場(chǎng)效應(yīng)晶體管源極和漏極之間的電流變化參考值或者電壓變化參考值(其中所述電流變化參考值包括電流振幅變化值與電流時(shí)間變化值，所述電壓變化參考值包括電壓振幅變化值和電壓時(shí)間變化值)，對(duì)照每種堿基的電流變化參考值或者電壓變化參考值，測(cè)得DNA片段中的堿基的序列。具體根據(jù)所述電流振幅變化值對(duì)比電流振幅變化參考值區(qū)別不同種類(lèi)的堿基，或者根據(jù)所述電壓振幅變化值對(duì)比電壓振幅變化參考值區(qū)別不同種類(lèi)的堿基；以及根據(jù)所述電流時(shí)間變化值由小至大的排列，或者根據(jù)所述電壓時(shí)間變化值由小至大的排列，確定了 DNA片段中堿基的序列。
[0046]本發(fā)明的實(shí)施例中提供的DNA測(cè)序方法中利用場(chǎng)效應(yīng)晶體管進(jìn)行堿基序列的獲取，充分利用半導(dǎo)體工藝集成的優(yōu)勢(shì)降低了生產(chǎn)成本；相對(duì)于離子電流和隧穿電流的方法，提高了信號(hào)的信噪比；大大地縮短了 DNA測(cè)序的時(shí)間。
【附圖說(shuō)明】
[0047]圖1顯示為本發(fā)明實(shí)施例提供的DNA測(cè)序方法流程圖；
[0048]圖2顯示為本發(fā)明實(shí)施例提供的DNA測(cè)序方法中的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049]圖3顯示為本發(fā)明實(shí)施例提供的DNA測(cè)序方法中的場(chǎng)效應(yīng)晶體管進(jìn)行DNA測(cè)序示意圖；
[0050]圖4顯示為本發(fā)明實(shí)施例提供的DNA測(cè)序方法中的場(chǎng)效應(yīng)晶體管進(jìn)行