一种基于SU8 聚合物的基因测序芯片 - 物理学报.PDF
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物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 14 (2013) 148701
一种基于SU8 聚合物的基因测序芯片*
韩伟静12 魏清泉12 李运涛12 周晓光12 俞育德12†
1) ( 中国科学院半导体研究所, 集成光电子学国家重点实验室, 北京 100083 )
2) ( 中国科学院半导体研究所, 中国科学院北京基因组研究所, 生物信息获取与传感技术联合实验室, 北京 100083 )
( 2013年3月14 日收到; 2013年4月2 日收到修改稿)
基因测序技术极大地推动了生物学和医学研究的发展. 结合了焦磷酸测序原理及阵列式微反应池芯片的高通
量测序仪在从头测序和宏基因组测序方面有着不可替代的作用. 本文首次提出并研制了一种基于SU8 聚合物的基
因测序芯片. 选择了高传输效率、低耦合损耗的光纤面板作为基片, 通过改善SU8 均匀性及释放应力, 在光纤面板
上成功制备出百万数量级阵列式微反应池; 设计并制作侧壁镀膜装置, 实现了SU8 阵列式微反应池侧壁选择性光学
薄膜蒸镀, 有效地提高了微反应池的光学隔离度, 将相邻微反应池之间的光串扰率平均值从25% 降低到了1%, 满足
了高通量焦磷酸测序对测序芯片独立并行传输弱光信号的要求. 基于SU8 聚合物的基因测序芯片制备工艺简单、
成本低廉, 具有良好的应用前景.
关键词: DNA 测序, SU8, 微反应池, 光纤面板
PACS: 87.85.fk, 81.16.Nd, 78.20.−e DOI: 10.7498/aps.62.148701
本工作原理是: 将包被有扩增后DNA 文库的微球
1 引言 及酶磁珠填入测序芯片的阵列式微反应池, 使焦磷
酸测序反应在每个微反应池中独立进行, 阵列式微
基因是指携带有遗传信息的DNA 序列, 是遗 反应池的数目决定了测序通量. 测序芯片背面与
传的物质基础. 基因序列的测定是破译遗传信息、 CCD 紧密贴合, 测序反应释放的光信号从微反应池
探索生命奥秘的必经之路. 从早期Sanger 手工测序 底部并行传输至CCD, 并以图像形式输出. 将测序
法至今, 测序技术经历了第1 代荧光标记Sanger 法 全过程产生的图像经分析后对准叠加, 就可得到待
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测序技术 和第2 代循环阵列测序技术的发展历 测DNA 文库的碱基序列.
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程 , 并逐步向第3 代直接测序技术研究迈进 . 在高通量焦磷酸测序过程中, 测序芯片的光学
第一代测序技术测序读长较长, 原始数据准确性高, 传输性能及其阵列式微反应池的光学隔离度决定
但其对电泳分离技术的依赖限制了测序速度及并 了测序结果的准确性. 单个微反应池中每次焦磷酸
行化程度的进一步提升. 相对于第1 代测序技术而 测序反应约释放 106 个光子(可见光波段)7 , 光信
言, 第2 代测序技术测序成本低、速度快、通量高, 号十分微弱, 传输过程中的耦合损失及传输损耗会
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已成为现行主流测序方法 . 导致光信号衰减, 进而造成CCD 采集的原始图像
在现有的第2 代测序仪中, 基于焦磷酸测序原 信噪比明显降低, 测序准确性下降, 因此测序芯片
理的高通量基因测序仪以其测序速度快、读长长 需具备较高的传输效率及耦合效率. 此外, 由于焦
等优势在从头测序(de novo sequencin
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