基因测序技术已经发展到第四代了

基因测序行业目前由上游技术驱动，高度依赖技术。测序公司和诊断公司增加了对测序技术的投资，以便在未来基因测序的爆发中获得相当大的市场份额。根据安永最近的一份报告，在未来五年内，基因测序仪器的市场规模将与基因测序服务的市场规模基本相同。

纳米孔测序原理

当四种不同的脱氧核苷酸A、T、G和C通过纳米孔进入时，它们引起的电流变化也是不同的，这样就可以用电流来检测DNA序列。双链DNA的直径为2纳米，单链DNA的直径为1纳米，因此所采用的纳米孔径几乎有严格的要求。纳米孔:分为生物纳米孔和固体纳米孔，生物纳米孔:溶血素(通常包埋在双层脂质膜中)，最窄直径为1.5纳米，允许单链DNA分子通过。然而，生物纳米孔对稳定性、电流、噪声等有很高的要求。固体纳米孔:由硅及其衍生物制成，通过电子束和离子束在硅或其他材料薄膜上钻孔。固体纳米孔在稳定性、当前噪声和工艺集成方面具有显著优势，但目前存在技术瓶颈和高成本。

固体纳米孔技术

固态纳米孔制造和半导体技术的结合使得大规模生产DNA测序芯片成为可能。2001年，李等人用聚焦离子束在Si3N4薄膜上制备了直径为61 nm的孔，然后用氩气将孔径减小到1.8nm。2003年，斯托姆等人用高能电子束在二氧化硅薄膜上制备了直径为2 nm的孔。现在，人们可以在许多材料上制作亚10纳米尺度的固体纳米孔，如氮化硅、二氧化硅、碳化硅、氧化铝等。此外，石墨烯由于其超薄的结构和特殊的电子特性，也是薄膜材料的新选择。它的超薄单原子层结构非常适合测量隧道电流。

纳米电极的制备

纳米电极的制造也是用于测序的纳米孔制造中的一个重要挑战。如前所述，纳米电极的形状和与纳米孔的符合程度直接影响电流信号的质量，因此不容易在纳米尺度上生产具有规则形状和良好电特性的电极。

目前，研究人员所做的只是在实验室里研究一个单一的纳米孔，它不能应用于商业。到目前为止，还没有办法快速生产出直径均匀且小于5纳米的纳米孔阵列。这是DNA测序芯片走向商业化过程中必须解决的问题。然而，人们相信随着半导*造技术和纳米电子学的不断发展，人们一定会生产出高质量的纳米孔芯片。

挑战

尽管纳米孔测序的优势是显而易见的，与前几代技术相比，它在成本和速度上有很大优势，但它仍处于初级阶段。从排序原则到制造过程，存在许多问题，许多技术还处于理论阶段。它面临的挑战主要如下:

#电流检测系统:电流识别的最短距离为3纳米，目前几乎很难找到孔径如此小的材料。

#纳米膜系统:限制纳米孔目前的大小，仍然有很大的阻力纳米孔的制造。

#数据分析系统:尽管许多人获得了这些数据，但数据的操作和分析仍然存在很大的障碍。