博文
[译转]低成本基因测序的新希望
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Nanotransistor Boosts Sensitivity of Gene Sequencer
From: http://spectrum.ieee.org/biomedical/diagnostics/nanotransistor-boosts-sensitivity-of-gene-sequencer
Ref: http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2011.217.html
如果对任意生物体的基因测序成本可以降低到$1000以下，这将对医疗健康产业起到巨大影响，医生可以根据每个人的不同基因安排特定的治疗模式。其中，‘Nanopore sequencing’（纳米孔测序）就是极富竞争力的技术。
Nanopore sequencing的基本原理可描述为：
基本装置：固态薄膜上开有小尺寸的空洞，这个空洞仅容许单个的DNA链通过，薄膜浸泡在盐液中，施加一定的电场，离子和DNA链将会被迫通过该纳米孔，当纳米孔中有DNA链通过时，离子所形成的电流将会改变，DNA的四种不同核酸A、T、G、C通过纳米孔对电流的改变并不相同，通过测量该电流的变化即可翻译为基因序列。然而，这种电流的改变却是非常微小的，在pA量级，对这种微弱信号的检测非常困难，会淹没在噪声之中。另外一方面，DNA链通过纳米孔的速度较快，如果采样速率比较低，那么在时域中不可分辨，也许时域混叠也是不可避免的。仅靠降低DNA链通过的速率并不是完美的解决方案。
哈弗的团队Charles Lieber’s laboratory的一部分，最近提出了一种新的测量DNA链通过纳米孔的测序方案。该方案可以极大的改善电流变化的量级，并提高测量速度，使得低成本的基因测序变得可以接近。其成果已发表在本月的Nature Nanotechnology在线版。
哈弗团队的基本测量原理可描述为：
基本装置：采样纳米管制作的场效应管芯片作为测量载体，放置在SiN制成的薄膜之上，纳米孔贯穿场效应管芯片和SiN薄膜。该装置两边都配置一装有不同浓度NaCl溶液的液体，在浓度差的控制下，离子会形成扩散并携带DNA链通过纳米孔。该装置并不想普通的Nanopore sequencing去测量非常微小的离子电流的改变，而是转而测量FET沟道阻抗的变化。当DNA链通过该纳米孔时，沟道阻抗会产生于核酸对应的阻抗变化，这种变化被FET的漏源电压转换成电流变化，经实测发现，该电流变化的量级可以达到几十上百nA量级。且其测量采样速率在理论上可以达到数GHz，远远高于普通Nanopore sequencing测量的几十KHz的速度，低成本、快速测量的优势明显。
附图：来源Nature Nanotechnology在线版，
http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2011.217.html
Figure 1: Nanowire–nanopore transistor.
https://m.sciencenet.cn/blog-667957-521497.html
上一篇：[译转]有机半导体晶体管-Strain Speeds Organic Transistor
下一篇：[译转]美国海军开始通过气球和潜艇施放无人机
From: http://spectrum.ieee.org/biomedical/diagnostics/nanotransistor-boosts-sensitivity-of-gene-sequencer
Ref: http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2011.217.html
如果对任意生物体的基因测序成本可以降低到$1000以下，这将对医疗健康产业起到巨大影响，医生可以根据每个人的不同基因安排特定的治疗模式。其中，‘Nanopore sequencing’（纳米孔测序）就是极富竞争力的技术。
Nanopore sequencing的基本原理可描述为：
基本装置：固态薄膜上开有小尺寸的空洞，这个空洞仅容许单个的DNA链通过，薄膜浸泡在盐液中，施加一定的电场，离子和DNA链将会被迫通过该纳米孔，当纳米孔中有DNA链通过时，离子所形成的电流将会改变，DNA的四种不同核酸A、T、G、C通过纳米孔对电流的改变并不相同，通过测量该电流的变化即可翻译为基因序列。然而，这种电流的改变却是非常微小的，在pA量级，对这种微弱信号的检测非常困难，会淹没在噪声之中。另外一方面，DNA链通过纳米孔的速度较快，如果采样速率比较低，那么在时域中不可分辨，也许时域混叠也是不可避免的。仅靠降低DNA链通过的速率并不是完美的解决方案。
哈弗的团队Charles Lieber’s laboratory的一部分，最近提出了一种新的测量DNA链通过纳米孔的测序方案。该方案可以极大的改善电流变化的量级，并提高测量速度，使得低成本的基因测序变得可以接近。其成果已发表在本月的Nature Nanotechnology在线版。
哈弗团队的基本测量原理可描述为：
基本装置：采样纳米管制作的场效应管芯片作为测量载体，放置在SiN制成的薄膜之上，纳米孔贯穿场效应管芯片和SiN薄膜。该装置两边都配置一装有不同浓度NaCl溶液的液体，在浓度差的控制下，离子会形成扩散并携带DNA链通过纳米孔。该装置并不想普通的Nanopore sequencing去测量非常微小的离子电流的改变，而是转而测量FET沟道阻抗的变化。当DNA链通过该纳米孔时，沟道阻抗会产生于核酸对应的阻抗变化，这种变化被FET的漏源电压转换成电流变化，经实测发现，该电流变化的量级可以达到几十上百nA量级。且其测量采样速率在理论上可以达到数GHz，远远高于普通Nanopore sequencing测量的几十KHz的速度，低成本、快速测量的优势明显。
附图：来源Nature Nanotechnology在线版，
http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2011.217.html
Figure 1: Nanowire–nanopore transistor.
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