[发明专利]一种基于纳米孔和DNA折纸的疾病分子检测方法

说明书

本发明公开了一种基于纳米孔和DNA折纸的疾病分子检测方法，属于DNA测序技术领域。本发明方法主要基于固态纳米孔并利用DNA折纸结构(origami)作为待测疾病标志物分子的载体来实现疾病标识物分子的检测，具有高通量、低消耗、短时长、精度高、高时间分辨率和信噪比高等优点，对重大疾病早期发现和及早治疗具有极其重要的意义。

技术领域

本发明属于DNA测序技术领域，具体涉及一种基于纳米孔和DNA折纸的疾病分子检测方法。

背景技术

DNA测序技术又叫基因测序技术，其作为探索生命奥秘的解锁生命秘密的重要手段，一直受到研究者的广泛关注，引领着生命科学领域的发展，对医学、生命科学、生物学、生物化学、生物物理学等学科和交叉学科的发展起到了极大的促进作用。追溯其发展历程基因测序技术经历了如下几个发展阶段。

第一代测序是1977年Sanger和Gilbert等人基于引物延伸法的基本原理发明的链终止法和化学降解法。第二代测序技术是目前测序市场所广泛采用的技术，与一代测序相比，二代测序在测序成本、长读长、精准度以及读取速度方面都有较大的提高。三代测序中以RS为代表该技术通过对零模波导中的单个荧光分子的高灵敏度检测实现单分子的实时检测进而获得待测物的序列信息。

纳米孔测序是目前最新发展的新一代测序技术，目前根据制备材料而言纳米孔又分为生物纳米孔和固态纳米孔。生物纳米孔以α-溶血素和MSPA为代表，固态纳米孔根据材料不同又分为氮化硅为代表的硅基材料纳米孔、石墨烯为代表的碳基材料纳米孔、二硫化钼或二硫化钨等材料的纳米孔。虽然生物纳米孔在孔径均一方面相对具有优势，但固态纳米孔在PH广适性、温度广适性、稳定性以及适应外部其他环境方面更具有优势。

基于纳米孔的研究从被提出至今吸引了越来越多的课题组的进入，然而该技术目前仍然存在着很多亟待解决的问题。其中最主要的原因是由于受到尺寸效应的影响目前尚没有仪器能够对纳米孔内部进行表征观察，相应的分子动力学和流体力学等物理模型也未有一个定论；此外，生物分子通过纳米孔时速度过快以及低信噪比问题也是一个挑战。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于纳米孔和DNA折纸的疾病分子检测方法，该方法主要基于固态纳米孔并利用DNA折纸结构(origami)来实现疾病标识物分子的检测，具有高通量、低消耗、短时长、精度高、高时间分辨率和信噪比高等优点，对重大疾病早期发现和及早治疗具有极其重要的意义。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于纳米孔和DNA折纸的疾病分子检测方法，所述方法将DNA折纸Origami结构作为载体与待测疾病标识物分子偶联形成复合结构，再将所述复合结构通过固态纳米孔进行过孔检测，得到待测疾病标识物分子的生物学信息。

进一步地，所述DNA折纸Origami结构还设有单链“尾巴”，单链“尾巴”与待测疾病标识物分子通过碱基互补配对完成偶联。

进一步地，所述方法应用了一种半导体材料窗口薄膜纳米孔反应装置，所述装置包括样品池、密封圈、半导体材料窗口薄膜、腔室、膜片钳信息采集系统、电极和外部导电线路，电极包括导电金属片和与其连接的导电金属线，导电金属片位于所述腔室内，导电金属线直接往腔室上方延伸并与外部导电线路连接，外部导电线路再与膜片钳信息采集系统连接构成回路；采用多级电流脉冲在所述半导体材料窗口薄膜上制备出所述固态纳米孔，该纳米孔是连接两个所述腔室的唯一通道，通过施加电压驱使待测疾病标识物分子通过纳米孔并产生过孔信号，分析信号得到待测疾病标识物分子的生物学信息。

进一步地，所述DNA折纸Origami结构的形状包括四面体、茎环型、“镊子”型、长方体、三角锥、“4WJ”型、五角星型或六角星型。