基于 ISFET 电化学传感器阵列的基因测序系统
项目概况
- 基于 ISFET 电化学传感器阵列的基因测序系统 核酸是生命体最 基本组成物质，也是生命的信息载体。DNA 测序技术涉及到基因组 学、分子生物学、半导体测序芯片、电子学、机械、化学等多学科 交叉。DNA 测序技术对于生命科学基础研究、临床检验诊断和个性 化医疗、公共卫生安全和食品安全、出入境有害生物检验检疫等具 有极其重要的意义和应用价值，并对芯片化的测序技术提出了更高 的要求和期望。 ISFET（离子敏化场效应管）具有输入阻抗高、 噪声低、热稳定性好、制造工艺简单等特点，可在液态环境下测量 杂交反应前后的离子浓度变化，实现化学传感器的功能。 本项目 基于芯片微孔中核酸聚合反应产生的离子浓度变化和电荷传递，利 用 ISFET 实现电信号的放大和识别，并采用半导体芯片技术实现 ISFET 阵列化以获得高通量，同时在核酸聚合反应过程保证了获取 序列的延续性，从而达到测序读长和通量的需求。 本课题组自 2011 年在模块化 DNA 分析系统项目，2013 年基于焦磷酸电化学传 感器阵列的基因组测序系统（中国科学院重大仪器研制项目），以 及 2105 年基金委重点基金，基于溶液法低电压有机薄膜晶体管的 高灵敏度 microRNA 传感器等项目支持下开展了 ISFET 电化学传感 器阵列的基因测序系统的研制。前期开展了小规模 ISFET 器件阵列 相关的读出电路，敏感单元的设计和优化。在此基础上完成了 40 万门测序芯片的设计和 CMOS 流片，以及芯片的电化学测试。 基于电化学传感器芯片的基因测序系统也被称为芯片上的测序仪，具 有成本低、反应速度快、稳定可靠、通量扩展几乎可达无限等特点， 对于生命科学和精准医学领域的基因序列测定需求具有应用灵活、 快速等优势，既适用于中低通量特异性 panel 的靶向性测序分析， 也适用于高通量基因组、转录组、宏基因组级别测序分析，应用领 域广泛，具有巨大的产业前景。基因测序领域的产业年均增速预期 将达到百分之十二以上，2025 年市场容量将达到 197 亿美元，因 此具有自主知识产权、技术水平先进、应用领域广阔的新一代测序 技术将成为我国在这一市场中新的增长点。
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