DNA测序经历了Sanger测序、二代测序(高通量测序)及三代测序(纳米孔测序)，日前，美国国家标准与技术研究所(NIST)模拟了一个新型基因测序概念：通过将DNA分子从微小的、具有化学活性的石墨孔洞中拉动，通过测量石墨孔洞边缘产生的电位变化来实现高速、高精度、高效率的DNA测序;研究人员表明，该方法每秒可识别660亿个碱基，准确度为90%且无假阳性;如果该方法通过实验验证，那么将比传统的测序方法速度更快，成本更低。相关研究结果于近日发表于《Nanoscale》杂志上。

　　NIST提出的新型DNA测序方法与纳米孔测序原理的延伸，依赖于带电粒子(离子)通过纳米孔道引发电位变化。尽管一直以来都受欢迎，但带电粒子(离子)通过纳米孔道引发电位变化也面临很多挑战，如不必要的电信号噪声、干扰以及选择性不足。为了克服这些困扰，NIST提出的新建议是创建临时的化学键和依赖于石墨烯的能力打破这些化学键，并将产生的机械应变信号转变为电流信号。引领该项目的NIST理论家Alex Smolyanitsky说，“这本质上是一个微型压力传感器，我们并没有发明一个完整的技术，只是提出了一个新的物理原理。”

　　由于电气性和微型薄膜结构，石墨烯在纳米孔测序中很受欢迎。在NIST提出的新方法中，单层石墨纳米带(4.5*15.5nm)附有多个纳米通道(宽度为2.5nm)。于室温下在水中模拟传感器的工作原理：胞嘧啶可附着在纳米孔中，通过碱基配对原理可检测出鸟嘌呤;单链DNA分子可通过纳米孔;当鸟嘌呤通过孔道时，与胞嘧啶形成氢键;随着DNA单链在孔道中移动，石墨烯被猛拉再滑回到原来的位置，氢键断裂，从而机械应变信号转变为电流信号。

　　NIST的研究主要集中于DNA链如何影响石墨烯的电学性能，并发现临时的电流变化确实发生在目标碱基通过孔道的瞬间。为了能检测ACTG四个碱基，拥有不同插入孔的四个石墨烯带需垂直堆叠以创建一个集成的DNA传感器。

　　研究人员将模拟数据与理论想结合起来评估可测信号的变化水平。结果发现信号强度在毫安范围，比早期的离子电流纳米孔方法要强些。基于90%的准确率和无假阳性，研究人员认为DNA链四个碱基的独立检测可使准确率达99.99%，这个准确率也是人类所需的。

　　作者最后得出结论：该方法提供了一个无需先进的数据处理、显微镜或高度受限的操作环境便可实现DNA传感的技术。除了将碱基附着到纳米孔上，其他所有的传感组件均已被其他研究小组的试验证实。理论分析表明基本的电子过滤方法可以过滤有用的电信号，该方法将同样可用于其他应变敏感膜，如二硫化钼。