Ein integriertes Halbleiterbauelement zur nicht-optischen Genomsequenzierung

Die grundlegende Bedeutung der DNA-Sequenzierung für die Lebenswissenschaften, Biotechnologie und Medizin hat die Suche nach skalierbareren und kostengünstigeren Lösungen vorangetrieben. Hier beschreiben wir eine DNA-Sequenzierungstechnologie, bei der skalierbare, kostengünstige Halbleiterfertigungstechniken verwendet werden, um einen integrierten Schaltkreis herzustellen, der in der Lage ist, eine nicht-optische DNA-Sequenzierung von Genomen direkt durchzuführen. Sequenzdaten werden erhalten, indem direkt die Ionen erfasst werden, die durch die schablonengeleitete DNA-Polymerase-Synthese mit vollständig natürlichen Nukleotiden auf diesem massiv parallelen Halbleitersensor- oder Ionenchip erzeugt werden. Der Ionenchip enthält ionensensitive, feldwirksame Transistor-basierte Sensoren, die perfekt mit 1,2 Millionen Vertiefungen übereinstimmen, welche die Begrenzung bieten und die parallele, gleichzeitige Detektion unabhängiger Sequenzierungsreaktionen ermöglichen. Die Verwendung der am weitesten verbreiteten Technologie zur Herstellung integrierter Schaltkreise, des complementary metal-oxide semiconductor (CMOS)-Prozesses, erlaubt die kostengünstige Großserienproduktion und Skalierung des Geräts zu höheren Dichten und größeren Anordnungsgrößen. Wir zeigen die Leistungsfähigkeit des Systems durch die Sequenzierung von drei bakteriellen Genomen, seine Robustheit und Skalierbarkeit durch die Herstellung von Ionenchips mit bis zu zehnfach mehr Sensoren sowie die Sequenzierung eines menschlichen Genoms.