罗岛纳米成功研发新一代固态纳米孔测序仪

DNA是生命的基础，DNA测序是生命科学与医疗健康的基石。

一代测序精度高，但是成本高昂，无法大规模商业化。相对于一代测序，二代测序极大降低了测序成本，从而占据了80％的DNA测序市场。然而二代测序存在读长短，难以识别与大量疾病相关的结构变异，也就失去了最重要的应用场景。三代测序以Pacbio为代表，又称单分子测序，特点是读长长，然而成本远高于二代测序，缺乏市场空间。

纳米孔测序也是一种单分子测序，为了区别于Pacbio的边合成边测序（Sequence by Synthesis）技术路线，通常称为第四代测序。纳米孔DNA测序的天然优势在于极长的读长（最高可达4Mbp）及较短的测序时间（小于12h）。

根据纳米孔材料的不同，纳米孔DNA测序分为蛋白孔与固态孔两个技术路线。蛋白孔技术路线由于在原理上受分子热运动的影响，准确率始终无法达到高准确度的要求；同时，由于蛋白孔阵列的生产、储存成本高，导致测序成本居高不下。

而另一种技术路线固态纳米孔DNA测序则具备优良的机械物理性能，在极大地提高测序准确率（最高可达99．999％）的同时，凭借价格低廉的半导体工艺制备的硅基片和氮化硅薄膜，极大地降低测序成本。另外，固态纳米孔可以重复使用，通过大规模量产的方式，进一步降低单次测序的成本，被业内公认为测序领域未来的发展方向。

苏州罗岛纳米科技有限公司（罗岛纳米）就是国内率先实现了这条技术路径的高科技企业。罗岛纳米技术基于公司创始人凌新生教授18年来的研究发展，理论体系完整、可行，国内首创，研发进展国际领先。一个月前，罗岛纳米公司成功地研发出基于固态纳米孔的DNA测序原理机。

固态纳米孔测序的高门槛

作为固态纳米孔测序理论的奠基人，凌新生教授是美国布朗大学终身教授、苏州大学高等研究院创始院长，并且是美国物理协会终身Fellow以及2002年斯隆基金会斯隆奖获得者。

凌教授是著名凝聚态物理学家，在2002年发现射电显微镜（TEM）可以制作纳米孔后，逐步形成了固态纳米孔测序理论体系，创立了一系列固态纳米孔测序实用化的技术路线。包括自动控制打孔工艺（HIM＋Stepper）、探针杂交法测序原理、动态动力学校正克服错配误差、配合动力学校正的双层孔技术、精密操控DNA单分子的磁镊技术等。

简单来说，其固态纳米孔测序体系可以概括为以下几个方面：

1、在将DNA束缚的情况下，固态纳米孔与DNA相对运动，从而克服分子热运动；

2、用探针杂交测序方法，分辨单链与双链信号差别；

3、双层孔误差校准方法，克服探针错配带来的误差；

4、探针杂交法加上双层孔带来的信息冗余度X6，进一步提高了准确率；

5、将不同探针信号拼接为完整的DNA序列。

罗岛纳米的固态纳米孔制备工艺

固态纳米孔测序技术的高门槛首先是能否在固态材料上制作出孔径极小又刚好能允许DNA穿过的纳米级的小孔。凌新生教授带领的罗岛纳米科研团队根据凌教授多年摸索和制孔技术参数，仅仅用半年时间就稳定地、高质量地制作出了在硅基片上3－5纳米的纳米孔，使得固态纳米孔测序成为可能。

同时，创造性地使用多种探针杂交、动态动力学校正的方法，纳米级精密操控分子级别的DNA过孔并测量其过孔时的探针信号，其难度可想而知。罗岛纳米科研团队攻克了一个又一个技术难题，不仅实现了固态纳米孔制孔全过程的苏州本地化，并且积累了大量扎实的实验数据，验证了固态纳米孔测序的可行性。

固态纳米孔测序的大前景

虽然固态纳米孔测序仪原理机的研发成功，离测序仪商用机的量产尚有一定的距离，但原理机的研发成功是极其重要的一步。它的成功，不仅验证了固态纳米孔测序技术科学上的可行性，同时，通过对原理机核心部件与试剂耗材的成本计算，可以肯定未来商用机的问世一定会在保证测序准确率（99．99％）的同时，极大降低测序成本。罗岛纳米的负责人透露，未来人类全基因组测序的单次成本将在500元人民币左右。

固态纳米孔测序应用前景的最大亮点在于兼具高准确率、长度长的同时，廉价地进行人类全基因组测序。这一特点将重塑测序行业现有格局，带动下游成百上千家测序技术服务公司、生物制药公司、临床诊断和基因检测，激活万亿级的应用市场。对于未来的癌症伴随诊断、肠道微生物组学的全基因组研究以及公民的健康体检，低成本且高效的第四代固态纳米孔测序将改写基因测序全产业链格局，让基因测序相关的应用场景变得触手可及。同时，作为生命科学基础科研最重要的工具，固态纳米孔测序将大大推动人类对自身的认识，引导出一系列造福人类的科研成果。

在基因测序技术发展历史中，我国在一代、二代、三代及蛋白孔测序均落后于国外技术。基因测序技术的重要性，不亚于通信产业的芯片，计算机产业的操作系统。测序仪及其耗材的高价垄断严重限制了中下游的发展。随着基因测序行业的发展，中下游提供各种基因测序产品和服务的公司层出不穷，全球基因测序市场以前所未有的速度发展，引领技术革新是走出基因测序下游产业竞争红海的关键。

罗岛纳米产品完全基于国产化的技术，必将实现中国在第四代测序技术的弯道超车，打破国外公司的垄断格局。这将对中国测序行业企业在保证业务安全可持续、争取更佳的价格谈判权等方面带来微妙而重要的变化。有理由相信这一变化将会随着中国纳米孔测序行业的不断发展而不断发酵放大，对行业发展起到正向协同作用。

作者：王婵