人體全序列的基因測定

“人類基因組計劃在2003年完成人體全序列的基因測定，但第一代測序方法高昂的時間和經濟成本均令人望而生畏。”江蘇省微納生物醫療器械設計與製造重點實驗室副主任、東南大學機械工程學院副院長陳雲飛介紹，第一代基因測序方法歷時12年、耗資數十億美元，近兩年迅猛發展的第二代測序儀讓人類基因組重測序的費用降低到10萬美元以下，測序時間也縮短到6個月。但是，這樣的價格和時間，對於個人用戶來說仍然太高，因而極大地限制了臨床應用和基礎理論研究。

2004年，美國國家人類基因組研究所啟動了“千元基因組測序研究項目”，目的是讓人類基因組測序費用降至1000美元以下。
2006年，依托東大的江蘇省微納生物醫療器械設計與製造重點實驗室，開展了“基於微納製造的第三代基因測序系統”研究。

“第一代、第二代基因測序使用的都是化學方法，我們採取的是物理方法，重點之一是研製能做納米孔的樣機。”陳雲飛舉了個例子，“DNA在人體細胞裡，就像頭髮絲一樣團成一團，如果能把它們拉直，就能清楚地看到基因序列是如何排列的。”

關鍵問題是，怎麼把DNA序列拉直？陳雲飛說，科研人員想到一個辦法，那就是做一個非常小的孔，就像穿針眼一樣，讓基因從這個小孔裡一一穿過。

　　多小的孔才合適呢？陳雲飛說，一根頭髮絲的直徑有7萬納米，而這個小孔的直徑，目標是1納米。

從2000年開始，課題組的科研人員經過反复實驗，選擇了氮化硼和石墨烯作為原材料進行加工。
“目前已經做出2納米直徑的小孔了，可以開始測量短序列基因的測定。”陳雲飛說。

科研人員將納米孔貼在一個膜上，將這個膜插入溶液中，隔開溶液池，通上電極之後，DNA在溶液裡是帶負電的，它就會向正電極一側遊，因為孔很小，鹼基對只能一個一個地從這個孔內過去，通過測定鹼基對經過納米孔時的電流，來確定鹼基對的大小、類型等，完成基因測序。

陳雲飛說，這就像一個人要經過一道門，胖子過去時帶動的風大，瘦子過去時帶動的風就小，人們可以通過測量風的大小來判斷這個人的體型。

據介紹，這項技術的難點在於“針眼”材料的選擇，以及鹼基對通過“針眼”時電流大小的測定。目前，這兩道坎均已被突破，下一步，他們將繼續研究縮小“洞”的大小，提高測序精度、縮短測序時間，爭取在一到兩年內實現“一滴血一天測出人體全基因序列”的目標，縮短找到治療疾病方法的時間。