有没有想过，生物是如何在如此多样的特征中运行和存在的?

科学家们对此思考了几个世纪，直到1953年，一位美国人跑进剑桥的一家酒吧，向他的英国合作者大喊，他们发现了生命的秘密。(不，他没有喝醉，我敢肯定那天下午“鹰”的顾客可能是这么想的。)答案就在每个生物体内储存的一套复杂的指令中。生物体在生长、发育、功能和繁殖过程中使用的这套指令储存在一种叫做脱氧核糖核酸(DNA)的分子中。酒吧里的两位绅士詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克根据罗莎琳德·富兰克林和莫里斯·威尔金斯的尖端x射线晶体学研究，了解了DNA的结构。

那么，这个程序如何存储这样的代码呢?

正如1953年科学家们所理解的那样，DNA是一种长聚合物，由称为核苷酸的重复单位组成的双螺旋螺旋，由氢键连接在一起，由4个核酸碱基组成:腺嘌呤(a)、胞嘧啶(C)、鸟嘌呤(G)和胸腺嘧啶(T)。基因密码依次由三个碱基序列(如ACT、CAG、TTT)组成的名为密码子的三个字母“词”组成。这些密码子形成了一种基因，影响生物体的某些可观察到的特征。测序是确定DNA中碱基的精确顺序的过程，多年来，这已成为基础生物学研究以及医学诊断、生物技术、法医生物学、病毒学和基因治疗等领域不可或缺的一部分。

多年来的测序.....

第一次DNA测序实验使用了一种费力的色谱技术。在基于荧光的方法发展和商业化之后，它变得更快和更容易。这使得科学家们在理解DNA方面取得了巨大的进步，并开发了一些突破性的应用。万博电脑网页版登录然而，这项技术所取得的最大成就是历时15年破译人类基因组(定义人类有机体的一组指令)的计划。这导致了在提高测序速度和降低测序成本的技术开发上的巨大投资。在过去的十多年里，这个成本从每个人类基因组的1亿美元下降到只有1000美元，比摩尔定律影响的要快，摩尔定律被称为弗拉特利定律，以其当时的首席执行官Jay Flateley的名字命名Illumina公司。公司。这是这场革命背后的驱动力。

一般来说，大多数测序技术都是利用人工创造多个DNA副本的过程或通过合成进行测序。这利用了DNA碱基的一种独特特性，可以相互特异性结合，即仅a到T和G-C。在制造人工拷贝时，它们被荧光标记并使用高灵敏度相机读出。传统上，这是一个漫长的过程，包括几个步骤，Illumina能够使用玻璃上的流池来改进这一过程，并进一步开发使用微型流池，使用等离子体蚀刻技术制成的称为微流体的组件。多年来，Thermo fisher、Pacific Biosciences等竞争对手已经使用了玻璃、硅和聚合物上的管道和井中的各种微流体结构，通过荧光标记读出该序列。这仍然是DNA测序最精确的方法之一，结合半导体制造技术，成本正在进一步下降。

然而，在过去5年左右的时间里，一种被称为单分子测序的测序哲学有了发展。这套技术的目的是读取每个碱基就像你有DNA的分子图片一样。这一领域的进展已经非常迅速，有望将成本降至100美元/基因组，最终降至10美元/基因组。罗氏公司支持Genia，量子生物系统公司也加入了这场游戏，但明显的领跑者是牛津大学的牛津纳米孔公司，他们已经提供了几种基于单分子测序的测序仪。特别是，他们通过在电解溶液中使用电场使DNA(带少量负电荷)通过一个非常小的孔来“读取”DNA代码。观察到的电流的大小与通过的基极有关，电流的变化可以转化为序列。这项技术有几种变体，但通过纳米孔进行DNA测序的想法已经被吹捧为DNA测序的下一个颠覆者。

纳米孔测序目前使用的蛋白质膜和孔工作良好，但扩大潜力有限，并存在稳定性问题。这就是使用等离子体处理技术的MEMS制造技术发挥作用的地方，使机械稳定的超薄膜得以创造，这是当今朝着10美元/基因组竞争升温的激烈研发主题。

你想用等离子蚀刻和沉积技术制造新的DNA测序设备并解决10美元/基因组的挑战吗?来和我们谈谈Plasma-experts@oxinst.com．

作者:Ravi Sundaram博士

#生物#DNA #等离子体#MEMS #微流体