Dna測序方法及其系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及DNA及半導體技術領域，特別涉及一種DNA測序方法及其系統。
【背景技術】
[0002]DNA測序(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)與鳥嘌呤的(G)排列方式。
[0003]目前，主要通過熒光、離子電流和隧穿電流的方法來區分不同堿基，熒光法是在熒光或者化學發光物質的協助下，通過讀取DNA聚合酶或DNA連接酶將堿基連接到DNA鏈上過程中釋放出的光學信號而間接確定的，其需要昂貴的光學監測系統，還要記錄、存儲并分析大量的光學圖像，這都使儀器的復雜性和成本增加。離子電流和隧穿電流的方法是通過測量DNA通過納米孔時的離子電流或橫向隧穿電流的變化來測序的，這些方法有他們自身的優勢，但是會受制于信號和噪音比低和讀取長度短的限制。
【發明內容】
[0004]鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種DNA測序方法極其系統，用于解決現有技術中DNA測序，采用熒光法、離子電流法與隧穿電流的方法進行不同堿基的區分，而導致成本高、速度慢、集成化低的問題。
[0005]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種DNA測序方法，包括:
[0006]獲取每種堿基所對應的電流變化參考值，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間變化參考值；
[0007]將分子馬達與待測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效應晶體管的柵極上；
[0009]導通所述場效應晶體管，測量所述場效應晶體管的源漏極之間的電流，設為第一初始電流；
[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應的所述場效應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應的電流變化值，其中所述電流變化值包括電流振幅變化值與電流時間變化值；
[0011]當某一堿基溶液所對應的電流振幅變化值與此堿基所對應的電流振幅變化參考值相似時，確定所述待測DNA分子中包含所述堿基；根據所述堿基形成電流振幅變化值所用的電流時間變化值由小至大的排列，確定所述堿基在所述待測DNA分子中的序列。
[0012]優選地，所述獲取每種堿基所對應的電流變化參考值，具體包括:
[0013]將分子馬達和已知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效應晶體管的柵極上；
[0015]導通所述場效應晶體管，測量所述場效應晶體管的源漏極之間的電流，設為第二初始電流；
[0016]根據已知DNA序列的DNA分子中堿基序列，按照堿基互補配對原則依次對應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應的所述場效應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應的電流變化參考值。
[0017]優選地，通過化學修飾法、液滴法或微納溝道法，將所述第一合成體固定至場效應晶體管的柵極上
[0018]優選地，通過化學修飾法、液滴法或微納溝道法，將所述第二合成體固定至所述場效應晶體管的柵極上。
[0019]優選地，所述分子馬達為DNA聚合酶。
[0020]優選地，所述場效應晶體管為單級型場效應晶體管，所述單級型場效應晶體管的柵極為石墨烯、碳納米管或氮化硼。
[0021]本發明的另一目的在于提供一種DNA測序方法，包括:
[0022]獲取每種堿基所對應的電壓變化參考值，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間變化參考值；
[0023]將分子馬達與待測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效應晶體管的柵極上；
[0025]導通所述場效應晶體管，測量所述場效應晶體管的源漏極之間的電壓，設為第一初始電壓；
[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應的所述場效應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應的電壓變化值，其中電壓變化值包括電壓振幅變化值與電壓時間變化值；
[0027]當某一堿基溶液對應的電壓振幅變化值與所述堿基所對應的電壓振幅變化參考值相似時，確定待測DNA分子中包含所述堿基；根據所述堿基形成電壓振幅變化值所用的電壓時間變化值由小至大的排列，確定所述堿基在所述待測DNA分子中的序列。
[0028]優選地，所述獲取每種堿基所對應的電壓變化參考值，具體包括:
[0029]將分子馬達和已知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效應晶體管的柵極上；
[0031]導通所述場效應晶體管，測量所述場效應晶體管源漏極的之間的電壓，設為第二初始電壓；
[0032]根據已知DNA序列的DNA分子中堿基序列，按照堿基互補配對原則依次對應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應的所述場效應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應的電壓變化參考值。
[0033]本發明提供的一種DNA測序系統，包括:
[0034]場效應晶體管，所述場效應晶體管為單級型場效應晶體管，其中，所述單級型場效應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]分子馬達與DNA分子混合制得的合成體，且所述合成體固定與所述場效應晶體管的柵極上；
[0036]電源，分別向所述場效應晶體管的源漏極和柵極施加工作電壓，使所述場效應晶體管導通；
[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，適于在所述場效應晶體管導通后，獲取未加入堿基溶液之前所述場效應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，獲取不同的所述單種堿基溶液所對應所述場效應晶體管源漏極電流。本發明提供的另一種DNA測序系統，包括:
[0039]場效應晶體管，所述場效應晶體管為單級型場效應晶體管，其中，所述單級型場效應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]分子馬達與DNA分子混合制得的合成體，且所述合成體固定至場效應晶體管的柵極上；
[0041]電源，分別向所述場效應晶體管的源漏極和柵極施加工作電壓，使所述場效應晶體管導通；
[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，適于在所述場效應晶體管導通后，獲取未加入堿基溶液之前所述場效應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，獲取不同的所述單種堿基溶液所對應所述場效應晶體管源漏極電壓。
[0044]如上所述，本發明的DNA測序方法及系統，具有以下有益效果:
[0045]通過化學修飾法、液滴法或微納溝道法，將分子馬達和DNA分子的合成體固定到場效應晶體管的柵極上，將含有單種堿基溶液依次加入到合成體上，獲取場效應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間變化值)，對照每種堿基的電流變化參考值或者電壓變化參考值，測得DNA片段中的堿基的序列。具體根據所述電流振幅變化值對比電流振幅變化參考值區別不同種類的堿基，或者根據所述電壓振幅變化值對比電壓振幅變化參考值區別不同種類的堿基；以及根據所述電流時間變化值由小至大的排列，或者根據所述電壓時間變化值由小至大的排列，確定了 DNA片段中堿基的序列。
[0046]本發明的實施例中提供的DNA測序方法中利用場效應晶體管進行堿基序列的獲取，充分利用半導體工藝集成的優勢降低了生產成本；相對于離子電流和隧穿電流的方法，提高了信號的信噪比；大大地縮短了 DNA測序的時間。
【附圖說明】
[0047]圖1顯示為本發明實施例提供的DNA測序方法流程圖；
[0048]圖2顯示為本發明實施例提供的DNA測序方法中的場效應晶體管的結構示意圖；
[0049]圖3顯示為本發明實施例提供的DNA測序方法中的場效應晶體管進行DNA測序示意圖；
[0050]圖4顯示為本發明實施例提供的DNA測序方法中的場效應晶體管進行