DNA芯片的下一个什么?

基因组个性化医疗领域是一个新兴的和有前途的领域。使用实验室的系统称为DNA测序仪,这些单位可以提供关于个人的遗传结构的重要信息。

在这方面,一些公司正在开发下一代DNA测序仪,建立在cmos半导体技术。但cmos的DNA测序芯片,技术竞争,面对大量的成本和技术障碍。

目前,该行业的目标是一个人类基因组序列为1000美元或更少。成本,保险公司总有一天会偿还的病人。最终,我们的目标是达到100美元。但人类基因组序列的实际成本大约是4000美元,根据美国国家人类基因组研究所(NHGRI)。复杂的全基因组测序的成本可能更高。

DNA分子生物的遗传指令。一套完整的DNA被称为基因组。DNA测序技术确定DNA碱基的顺序,这对基因研究和可能的治疗方法是关键。“在其核心,癌症是一种疾病的DNA,”安迪·费尔顿说,产品管理主管在热费希尔科学基因分析。“这是DNA的突变,导致细胞失控。癌症基因的测序的承诺。”

所以,在任何情况下,最大的问题是清晰可CMOS低成本,和铺平了道路走向更多的突破,在DNA测序吗?在这个领域,oem厂商不扩展传统CMOS晶体管。相反,它们是每个新芯片的扩展功能。但像集成电路产业,DNA测序芯片在cmos工厂流使用光刻,心血管疾病、腐蚀和其他流程步骤。

不过,有几个挑战。“Illumina公司使用的合成化学的排序,是最成功的大幅度(DNA测序技术),”罗斯表示说,分析师Evercore ISI。“是从汤姆斯测序,同时仍然处于起步阶段,表明有一些重大的缺点。他们有均聚物问题,很难读相同的字母顺序基地。然后你有精度问题缩小芯片上的探测器。你得到信噪比。这基本上意味着探测器越小,越接近,相声。纳米孔技术,也相对较新,有类似问题的稳定和扩展。”

接下来是什么?
DNA芯片开发商正在克服这些挑战。所以技术方向在哪里?未来的预演,我们可以看看两个独立的工作领域。首先从生活的技术。一个单独的、更超前技术是由一个团队来自IBM和亚利桑那州立大学(ASU)。

生命技术的热费希尔科学的一部分,继续推进其cmos芯片进行DNA测序。被称为离子激流,芯片是晶体管pH值的数组(pHFET)传感器。小microwell结构位于传感器阵列。反过来,这定位特定的传感器附近的DNA片段测序。“当你改变pH值在小晶体管本身的表面上,晶体管堆栈寄存器,pH值变化并将其转换成电压信号。电压信号是用来衡量一个核苷酸的合并,“热费希尔科学的费尔顿说。

公司的目标是为每一个新的规模pHFET传感器芯片,这将降低成本和增加同时测序反应装置中执行。在2011年推出第一离子激流芯片1100万井在同一芯片上。两年前,该公司开发了一种新的芯片,1.65亿microwells 1.5微米的几何图形。芯片,称为质子1 (P1),有61824个数模转换器(adc)与24高速并行运行在2.5 gbs的链接。

然后,在去年的IEEE国际电子设备会议(IEDM),生活技术描述下一代chip-dubbed质子2 (P2),将纳入未来的DNA测序仪。基于0.5微米特征尺寸,P2设备拥有6.6亿microwells在同一芯片上。P2相同数量的adc,但每个链接5-Gbs数据率,根据IEDM纸。“使芯片密度不是挑战,”费尔顿在最近的一次采访中说。“这是其他的一些领域,如使它运行在正确的速度,并确保我们得到足够的信号,我们可以准确测量它。”

接下来是什么?公司也开发了P3,由1.2金或银微小井在同一设备。0.5微米的设备将会有一个0.7微米,而P2 0.84微米和1.68微米为当前P1的筹码。463毫米的P3将死大小广场,这是一样的P1和P2。

方法,同时,在一个更超前ASU和IBM的T.J.沃森研究中心开发了一个原型DNA读者。“我们的目标是把廉价、简单和强大的DNA和蛋白质的诊断设备进每一个医生的办公室,”斯图尔特·林赛说,亚利桑那州立大学物理学教授和生物设计的单分子生物物理学中心主任。

研究人员设计了一个微小的dna解读设备,这似乎是互补金属氧化物半导体和纳米孔技术的结合。“这是一个固态装置,利用电子隧道各个基地,”林赛说。“我们的目标是把最后一个设备上成千上万或更多。最小的临界尺寸是2海里。”

固态设备就像一个小三明治。该设备由多层组成。设备是由两个金属电极2 nm厚的隔热层。层沉积使用原子层沉积(ALD)。“这是使用标准CMOS类型构建的步骤,”他说。

然后,穿过一个孔结构。DNA碱基读取时通过金属层之间的差距。“(这种技术)一些应用程序可能很快发生。例如,有可能它会让一个高度灵敏的蛋白质探测器,”他说。“DNA和蛋白质测序带来巨大的挑战与把罚款纳米孔结构在不损害结。控制流过去的分子结也是一个挑战。我们在这些问题上的合作。”

随着时间的推移,研究人员希望将这项技术商业化。ASU与罗氏公司合作在DNA测序。同时,剥离ASU公司被称为识别Analytix(伸展),希望发展一种单一的蛋白质分子序列。“伸出独家选择IP测序蛋白质和寡糖,并在筹集资金的过程中技术的商业化应用。核酸测序应用程序只授权给罗氏公司,”他说。这项工作是由罗氏公司,国家卫生研究院和NHGRI。