DNA是生命的基礎(chǔ)，DNA測(cè)序是生命科學(xué)與醫(yī)療健康的基石。

一代測(cè)序精度高，但是成本高昂，無法大規(guī)模商業(yè)化。相對(duì)于一代測(cè)序，二代測(cè)序極大降低了測(cè)序成本，從而占據(jù)了80％的DNA測(cè)序市場(chǎng)。然而二代測(cè)序存在讀長(zhǎng)短，難以識(shí)別與大量疾病相關(guān)的結(jié)構(gòu)變異，也就失去了最重要的應(yīng)用場(chǎng)景。三代測(cè)序以Pacbio為代表，又稱單分子測(cè)序，特點(diǎn)是讀長(zhǎng)長(zhǎng)，然而成本遠(yuǎn)高于二代測(cè)序，缺乏市場(chǎng)空間。

納米孔測(cè)序也是一種單分子測(cè)序，為了區(qū)別于Pacbio的邊合成邊測(cè)序（Sequence by Synthesis）技術(shù)路線，通常稱為第四代測(cè)序。納米孔DNA測(cè)序的天然優(yōu)勢(shì)在于極長(zhǎng)的讀長(zhǎng)（最高可達(dá)4Mbp）及較短的測(cè)序時(shí)間（小于12h）。

根據(jù)納米孔材料的不同，納米孔DNA測(cè)序分為蛋白孔與固態(tài)孔兩個(gè)技術(shù)路線。蛋白孔技術(shù)路線由于在原理上受分子熱運(yùn)動(dòng)的影響，準(zhǔn)確率始終無法達(dá)到高準(zhǔn)確度的要求；同時(shí)，由于蛋白孔陣列的生產(chǎn)、儲(chǔ)存成本高，導(dǎo)致測(cè)序成本居高不下。

而另一種技術(shù)路線固態(tài)納米孔DNA測(cè)序則具備優(yōu)良的機(jī)械物理性能，在極大地提高測(cè)序準(zhǔn)確率（最高可達(dá)99．999％）的同時(shí)，憑借價(jià)格低廉的半導(dǎo)體工藝制備的硅基片和氮化硅薄膜，極大地降低測(cè)序成本。另外，固態(tài)納米孔可以重復(fù)使用，通過大規(guī)模量產(chǎn)的方式，進(jìn)一步降低單次測(cè)序的成本，被業(yè)內(nèi)公認(rèn)為測(cè)序領(lǐng)域未來的發(fā)展方向。

蘇州羅島納米科技有限公司（羅島納米）就是國(guó)內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了這條技術(shù)路徑的高科技企業(yè)。羅島納米技術(shù)基于公司創(chuàng)始人凌新生教授18年來的研究發(fā)展，理論體系完整、可行，國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，研發(fā)進(jìn)展國(guó)際領(lǐng)先。一個(gè)月前，羅島納米公司成功地研發(fā)出基于固態(tài)納米孔的DNA測(cè)序原理機(jī)。

固態(tài)納米孔測(cè)序的高門檻

作為固態(tài)納米孔測(cè)序理論的奠基人，凌新生教授是美國(guó)布朗大學(xué)終身教授、蘇州大學(xué)高等研究院創(chuàng)始院長(zhǎng)，并且是美國(guó)物理協(xié)會(huì)終身Fellow以及2002年斯隆基金會(huì)斯隆獎(jiǎng)獲得者。

凌教授是著名凝聚態(tài)物理學(xué)家，在2002年發(fā)現(xiàn)射電顯微鏡（TEM）可以制作納米孔后，逐步形成了固態(tài)納米孔測(cè)序理論體系，創(chuàng)立了一系列固態(tài)納米孔測(cè)序?qū)嵱没�的技術(shù)路線。包括自動(dòng)控制打孔工藝（HIM＋Stepper）、探針雜交法測(cè)序原理、動(dòng)態(tài)動(dòng)力學(xué)校正克服錯(cuò)配誤差、配合動(dòng)力學(xué)校正的雙層孔技術(shù)、精密操控DNA單分子的磁鑷技術(shù)等。

簡(jiǎn)單來說，其固態(tài)納米孔測(cè)序體系可以概括為以下幾個(gè)方面：

1、在將DNA束縛的情況下，固態(tài)納米孔與DNA相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而克服分子熱運(yùn)動(dòng)；

2、用探針雜交測(cè)序方法，分辨單鏈與雙鏈信號(hào)差別；

3、雙層孔誤差校準(zhǔn)方法，克服探針錯(cuò)配帶來的誤差；

4、探針雜交法加上雙層孔帶來的信息冗余度X6，進(jìn)一步提高了準(zhǔn)確率；

5、將不同探針信號(hào)拼接為完整的DNA序列。

羅島納米的固態(tài)納米孔制備工藝

固態(tài)納米孔測(cè)序技術(shù)的高門檻首先是能否在固態(tài)材料上制作出孔徑極小又剛好能允許DNA穿過的納米級(jí)的小孔。凌新生教授帶領(lǐng)的羅島納米科研團(tuán)隊(duì)根據(jù)凌教授多年摸索和制孔技術(shù)參數(shù)，僅僅用半年時(shí)間就穩(wěn)定地、高質(zhì)量地制作出了在硅基片上3－5納米的納米孔，使得固態(tài)納米孔測(cè)序成為可能。

同時(shí)，創(chuàng)造性地使用多種探針雜交、動(dòng)態(tài)動(dòng)力學(xué)校正的方法，納米級(jí)精密操控分子級(jí)別的DNA過孔并測(cè)量其過孔時(shí)的探針信號(hào)，其難度可想而知。羅島納米科研團(tuán)隊(duì)攻克了一個(gè)又一個(gè)技術(shù)難題，不僅實(shí)現(xiàn)了固態(tài)納米孔制孔全過程的蘇州本地化，并且積累了大量扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了固態(tài)納米孔測(cè)序的可行性。

固態(tài)納米孔測(cè)序的大前景

雖然固態(tài)納米孔測(cè)序儀原理機(jī)的研發(fā)成功，離測(cè)序儀商用機(jī)的量產(chǎn)尚有一定的距離，但原理機(jī)的研發(fā)成功是極其重要的一步。它的成功，不僅驗(yàn)證了固態(tài)納米孔測(cè)序技術(shù)科學(xué)上的可行性，同時(shí)，通過對(duì)原理機(jī)核心部件與試劑耗材的成本計(jì)算，可以肯定未來商用機(jī)的問世一定會(huì)在保證測(cè)序準(zhǔn)確率（99．99％）的同時(shí)，極大降低測(cè)序成本。羅島納米的負(fù)責(zé)人透露，未來人類全基因組測(cè)序的單次成本將在500元人民幣左右。

固態(tài)納米孔測(cè)序應(yīng)用前景的最大亮點(diǎn)在于兼具高準(zhǔn)確率、長(zhǎng)度長(zhǎng)的同時(shí)，廉價(jià)地進(jìn)行人類全基因組測(cè)序。這一特點(diǎn)將重塑測(cè)序行業(yè)現(xiàn)有格局，帶動(dòng)下游成百上千家測(cè)序技術(shù)服務(wù)公司、生物制藥公司、臨床診斷和基因檢測(cè)，激活萬億級(jí)的應(yīng)用市場(chǎng)。對(duì)于未來的癌癥伴隨診斷、腸道微生物組學(xué)的全基因組研究以及公民的健康體檢，低成本且高效的第四代固態(tài)納米孔測(cè)序?qū)⒏膶?span id="2ugs2cm" class='hrefStyle'>基因測(cè)序全產(chǎn)業(yè)鏈格局，讓基因測(cè)序相關(guān)的應(yīng)用場(chǎng)景變得觸手可及。同時(shí)，作為生命科學(xué)基礎(chǔ)科研最重要的工具，固態(tài)納米孔測(cè)序?qū)⒋蟠笸苿?dòng)人類對(duì)自身的認(rèn)識(shí)，引導(dǎo)出一系列造福人類的科研成果。

在基因測(cè)序技術(shù)發(fā)展歷史中，我國(guó)在一代、二代、三代及蛋白孔測(cè)序均落后于國(guó)外技術(shù)。基因測(cè)序技術(shù)的重要性，不亞于通信產(chǎn)業(yè)的芯片，計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的操作系統(tǒng)。測(cè)序儀及其耗材的高價(jià)壟斷嚴(yán)重限制了中下游的發(fā)展。隨著基因測(cè)序行業(yè)的發(fā)展，中下游提供各種基因測(cè)序產(chǎn)品和服務(wù)的公司層出不窮，全球基因測(cè)序市場(chǎng)以前所未有的速度發(fā)展，引領(lǐng)技術(shù)革新是走出基因測(cè)序下游產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)紅海的關(guān)鍵。

羅島納米產(chǎn)品完全基于國(guó)產(chǎn)化的技術(shù)，必將實(shí)現(xiàn)中國(guó)在第四代測(cè)序技術(shù)的彎道超車，打破國(guó)外公司的壟斷格局。這將對(duì)中國(guó)測(cè)序行業(yè)企業(yè)在保證業(yè)務(wù)安全可持續(xù)、爭(zhēng)取更佳的價(jià)格談判權(quán)等方面帶來微妙而重要的變化。有理由相信這一變化將會(huì)隨著中國(guó)納米孔測(cè)序行業(yè)的不斷發(fā)展而不斷發(fā)酵放大，對(duì)行業(yè)發(fā)展起到正向協(xié)同作用。

作者：王嬋