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基于原子层厚二硫化钼纳米孔的 DNA 测序关键因素的理论研究。

Theoretical studies on key factors in DNA sequencing using atomically thin molybdenum disulfide nanopores.

机构信息

College of Life Information Science and Instrument Engineering, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou, People's Republic of China.

出版信息

Phys Chem Chem Phys. 2018 Nov 21;20(45):28886-28893. doi: 10.1039/c8cp06167j.

DOI:10.1039/c8cp06167j
PMID:30420980
Abstract

Nanopore-based DNA sequencing is considered to be a low-cost, high resolution and superfast method. Solid state nanopores, especially MoS2 nanopores, have been considered to be a promising choice for DNA sequencing. However, researchers still have a very limited understanding of the effects of multiple factors on MoS2-based DNA sequencing. In this study, the effects of the applied voltage and the diameter of the MoS2 nanopore on the resolution of DNA sequencing were investigated. Our results demonstrate that the translocation time of DNA can increase with a decrease in the applied voltage. DNA can be stretched significantly to translocate a 2 nm nanopore under a high applied voltage (>400 mV nm-1). To achieve a 1 base per μs translocation speed (1 GHz bandwidth), we suggest that three methods could be applied, including a decrease in the applied voltage, a decrease in the diameter of the MoS2 nanopore or modification of the MoS2 nanopore. In addition, the size of the nanopore can severely affect the possibility of DNA entering the nanopore, and the translocation time of DNA could be significantly increased with a smaller MoS2 nanopore. These findings may help to design MoS2 nanopores with higher resolution for use in DNA sequencing.

摘要

基于纳米孔的 DNA 测序被认为是一种低成本、高分辨率和超快的方法。固态纳米孔,特别是 MoS2 纳米孔,被认为是 DNA 测序的一种很有前途的选择。然而,研究人员对多种因素对基于 MoS2 的 DNA 测序的影响仍然知之甚少。在这项研究中,研究了施加电压和 MoS2 纳米孔直径对 DNA 测序分辨率的影响。我们的结果表明,DNA 的迁移时间随着施加电压的降低而增加。在高施加电压(>400 mV nm-1)下,DNA 可以显著拉伸以迁移 2nm 的纳米孔。为了实现 1 个碱基/μs 的迁移速度(1GHz 带宽),我们建议可以应用三种方法,包括降低施加电压、降低 MoS2 纳米孔的直径或修饰 MoS2 纳米孔。此外,纳米孔的大小会严重影响 DNA 进入纳米孔的可能性,并且 DNA 的迁移时间会随着 MoS2 纳米孔的减小而显著增加。这些发现可能有助于设计具有更高分辨率的 MoS2 纳米孔,用于 DNA 测序。

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