解讀DNA單分子的堿基序列

在DNA堿基序列分析方面，采用ISFET以外技術(shù)的開發(fā)競(jìng)爭(zhēng)也非常激烈，其中之一就是“單分子分析”技術(shù)。該技術(shù)使DNA單分子穿過直徑幾nm～幾十nm的“納米孔”，在構(gòu)成DNA的各堿基通過時(shí)通電，判斷堿基的種類和序列。只需極其微量的樣本即可，而且無需采用PCR法等擴(kuò)增技術(shù)，因此，該技術(shù)具備無擴(kuò)增錯(cuò)誤、能快速出結(jié)果等優(yōu)點(diǎn)。

實(shí)際上，已經(jīng)有廠商開始推進(jìn)單分子分析技術(shù)的實(shí)用化，并于2012年發(fā)布了產(chǎn)品。這就是英國Oxford Nanopore Technologies（ONT）公司。該公司在U盤大小的機(jī)殼內(nèi)，運(yùn)用化學(xué)和電子技術(shù)，集成了微流路和納米孔陣列（圖10（a））。目前該公司正在征集試用者。

圖10：結(jié)合化學(xué)和電子技術(shù)直接解讀DNA單分子 圖為利用分子尺寸的微小納米孔，直接解讀DNA單分子堿基序列的開發(fā)示例。Oxford Nanopore Technologies公司已經(jīng)開發(fā)出U盤形狀的產(chǎn)品（a），價(jià)格為900美元。大阪大學(xué)川合研究室等正在開發(fā)以更高精度解讀DNA的技術(shù)（b）。EPFL選擇的納米孔材料為石墨烯（c）。（圖和照片由各公司和各大學(xué)提供）

緊隨其后的是由大阪大學(xué)產(chǎn)業(yè)科學(xué)研究所教授、川合最尖端項(xiàng)目（FIRST）負(fù)責(zé)人川合知二的研究室、名古屋大學(xué)教授馬場(chǎng)嘉信的研究室、東麗、東芝及松下5家機(jī)構(gòu)和公司等組成的團(tuán)體，以及美國IBM公司、瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）等（圖10（b，c））。ONT公司利用納米孔和蛋白質(zhì)孔，而大阪大學(xué)等和IBM公司打算利用有望實(shí)現(xiàn)更高的再現(xiàn)性和量產(chǎn)性的硅材料的孔，EPFL打算在碳材料石墨烯上開孔使用。

利用DNA構(gòu)成晶體管 

除此之外，大阪大學(xué)等與ONT公司的技術(shù)還有其他不同。ONT的技術(shù)是讓電流常開，通過用堿基阻斷電流來辨別堿基。大阪大學(xué)的川合介紹了自己的方法的優(yōu)勢(shì)：“ONT的技術(shù)需要nA級(jí)的較大電流，還容易發(fā)生讀取錯(cuò)誤。而我們采用把堿基視為絕緣體和半導(dǎo)體，通過其隧穿電流辨別堿基的常閉方式，讀取錯(cuò)誤也比較少，利用pA級(jí)的微弱電流即可�！�

川合等人已經(jīng)開發(fā)出了基本元件，確認(rèn)能識(shí)別每個(gè)人的DNA之間的差異，而且能讀取抗癌基因RNA的一種堿基序列。

檢測(cè)病毒的微弱電荷

除DNA分析以外，電氣檢測(cè)病毒和蛋白質(zhì)的技術(shù)開發(fā)也取得了進(jìn)展。比如，大阪大學(xué)教授、日本產(chǎn)業(yè)科學(xué)研究所副所長(zhǎng)松本和彥的研究室等開發(fā)的利用石墨烯晶體管的技術(shù)（圖11）注6），已經(jīng)利用載流子遷移率約為1000cm2/Vs的石墨烯晶體管，成功地甄選出流感病毒。（作者：野澤 哲生，日經(jīng)技術(shù)在線！供稿）

注6）除了松本研究室外，大阪大學(xué)微生物研究所、中部大學(xué)、香川大學(xué)等也參加了共同研究。

圖11：利用石墨烯FET直接測(cè)量病毒和蛋白質(zhì)的微小電荷 大阪大學(xué)松本研究室等開發(fā)的、可利用石墨烯的高載流子遷移率，直接測(cè)量病毒等的電荷的技術(shù)。（照片由大阪大學(xué)松本研究室和Merck公司提供）