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

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

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

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

而另一種技術(shù)路線固態(tài)納米孔DNA測序則具備優(yōu)良的機械物理性能，在極大地提高測序準(zhǔn)確率（最高可達(dá)99．999％）的同時，憑借價格低廉的半導(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)一步降低單次測序的成本，被業(yè)內(nèi)公認(rèn)為測序領(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）就是國內(nèi)率先實現(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，國內(nèi)首創(chuàng)，研發(fā)進(jìn)展國際領(lǐng)先。一個月前，羅島納米公司成功地研發(fā)出基于固態(tài)納米孔的DNA測序原理機。

固態(tài)納米孔測序的高門檻

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

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)納米孔測序理論體系，創(chuàng)立了一系列固態(tài)納米孔測序?qū)嵱没�的技術(shù)路線。包括自動控制打孔工藝（HIM＋Stepper）、探針雜交法測序原理、動態(tài)動力學(xué)校正克服錯配誤差、配合動力學(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。

簡單來說，其固態(tài)納米孔測序體系可以概括為以下幾個方面：

1、在將DNA束縛的情況下，固態(tài)納米孔與DNA相對運動，從而克服分子熱運動；

2、用探針雜交測序方法，分辨單鏈與雙鏈信號差別；

3、雙層孔誤差校準(zhǔn)方法，克服探針錯配帶來的誤差；

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穿過的納米級的小孔。凌新生教授帶領(lǐng)的羅島納米科研團隊根據(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)納米孔測序成為可能。

同時，創(chuàng)造性地使用多種探針雜交、動態(tài)動力學(xué)校正的方法，納米級精密操控分子級別的DNA過孔并測量其過孔時的探針信號，其難度可想而知。羅島納米科研團隊攻克了一個又一個技術(shù)難題，不僅實現(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的實驗數(shù)據(jù)，驗證了固態(tài)納米孔測序的可行性。

固態(tài)納米孔測序的大前景

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

固態(tài)納米孔測序應(yīng)用前景的最大亮點在于兼具高準(zhǔn)確率、長度長的同時，廉價地進(jìn)行人類全基因組測序。這一特點將重塑測序行業(yè)現(xiàn)有格局，帶動下游成百上千家測序技術(shù)服務(wù)公司、生物制藥公司、臨床診斷和基因檢測，激活萬億級的應(yīng)用市場。對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)納米孔測序?qū)⒏膶?span id="hffcjxu" class='hrefStyle'>基因測序全產(chǎn)業(yè)鏈格局，讓基因測序相關(guān)的應(yīng)用場景變得觸手可及。同時，作為生命科學(xué)基礎(chǔ)科研最重要的工具，固態(tài)納米孔測序?qū)⒋蟠笸苿尤祟悓ψ陨淼恼J(rèn)識，引導(dǎo)出一系列造福人類的科研成果。

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

羅島納米產(chǎn)品完全基于國產(chǎn)化的技術(shù)，必將實現(xiàn)中國在第四代測序技術(shù)的彎道超車，打破國外公司的壟斷格局。這將對中國測序行業(yè)企業(yè)在保證業(yè)務(wù)安全可持續(xù)、爭取更佳的價格談判權(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隨著中國納米孔測序行業(yè)的不斷發(fā)展而不斷發(fā)酵放大，對行業(yè)發(fā)展起到正向協(xié)同作用。

作者：王嬋