[发明专利]DNA测序装置及使用方法有效
申请号: | 201610319973.0 | 申请日: | 2016-05-13 |
公开(公告)号: | CN105820947B | 公开(公告)日: | 2018-04-10 |
发明(设计)人: | 邓涛;刘亚轩;侯建军 | 申请(专利权)人: | 北京交通大学 |
主分类号: | C12M1/34 | 分类号: | C12M1/34;C12Q1/6869 |
代理公司: | 北京市商泰律师事务所11255 | 代理人: | 黄晓军 |
地址: | 100044 北*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | dna 装置 使用方法 | ||
1.一种DNA测序装置,其特征在于,包括:
在硅基衬底上设置有氮化硅薄膜,在氮化硅薄膜上方设置有底层接触电极,底层接触电极上方覆盖有底层石墨烯微带,在底层石墨烯微带上设置有六方氮化硼微带,在六方氮化硼微带上设置有顶层石墨烯微带,所述底层石墨烯微带、所述六方氮化硼微带和所述顶层石墨烯微带构成了石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结,在石墨烯—六方氮化硼—石墨烯异质结中心刻蚀有石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔;
还包括:置于电解质溶液中的硅基衬底,在硅基衬底上设置有金字塔型微腔,在金字塔型微腔顶部生长有氮化硅薄膜,氮化硅薄膜上刻蚀有矩形通孔;
在顶层石墨烯微带上设置有两个顶层接触电极,石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔将反应腔分成上下两个部分,置于反应腔上部的外接电极接正电位,置于反应腔下部的外接电极接负电位;
外接电极、微弱离子电流测量设备和可变电压源构成了纵向微弱离子电流测量回路;
分布在石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔左右两边的一对顶层接触电极、横向微弱隧穿电流测量设备和可变电压源构成了横向隧穿电流测量回路;
分布在石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔上下两边的右侧顶层接触电极、底层接触电极、纵向微弱隧穿电流测量设备和可变电压源构成了纵向隧穿电流测量回路。
2.根据权利要求1所述的DNA测序装置,其特征在于:所述石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔的直径为1—10nm,所述六方氮化硼微带为1—3层六方氮化硼。
3.根据权利要求1所述的DNA测序装置,其特征在于:所述顶层石墨烯微带为单层或多层石墨烯,所述底层石墨烯微带为单层或多层石墨烯。
4.根据权利要求1所述的DNA测序装置,其特征在于:用于产生驱动单链DNA分子穿过石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔的静电场由可变电压源提供,可变电压源的偏置电压应为0.05—0.2V,反应腔上部的外接电极接正电位,反应腔下部的外接电极接负电位。
5.根据权利要求1所述的DNA测序装置,其特征在于:位于石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔左、右两侧的顶层接触电极分别接正电位和负电位,位于石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔下部的底层接触电极接正电位。
6.一种基于权利要求1至5任一项所述的DNA测序装置的测序方法,其特征在于,包括:
将单链的DNA分子加入到盛有电解质溶液的测序反应腔下部,在静电场的驱动下,单链DNA分子成线状穿越石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔,最后进入测序反应腔上部;
外接电极、微弱离子电流测量设备和可变电压源构成了纵向微弱离子电流测量回路;采用纵向微弱离子电流测量设备对单链DNA分子穿越石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔过程中的穿越时间t、纵向离子电流发生阻塞的间隔时间Δt1、阻塞离子电流的大小IB进行定量测量;
分布在石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔左右两边的一对顶层接触电极、横向微弱隧穿电流测量设备和可变电压源构成了横向隧穿电流测量回路;采用横向微弱隧穿电流测量设备对顶层石墨烯微带中的横向隧穿电流发生改变的时间间隔Δt2、横向隧穿电流的大小IT-horizontal进行定量测量;
分布在石墨烯—六方氮化硼—石墨烯纳米孔上下两边的右侧顶层接触电极、底层接触电极、纵向微弱隧穿电流测量设备和可变电压源构成了纵向隧穿电流测量回路;采用纵向微弱隧穿电流测量设备对顶层石墨烯和底层石墨烯之间的隧穿电流发生改变的时间间隔Δt3、纵向隧穿电流的大小IT-vertical进行定量测量;
通过对所测得的三组数据进行解析计算:DNA分子序列Sequence=f(t,Δt1,IB,Δt2,IT-horizontal,Δt3,IT-vertical),即可获得DNA分子的序列信息。
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