Illumina透露半导体测序仪的更多细节

莺歌燕舞

2016年度的基因组生物学技术进展大会（AGBT）于上周在美国奥兰多举行。Illumina的CEO Jay Flatley在大会上宣布了其半导体测序平台，即Firefly计划的更多细节。

Flatley表示，Firefly将打开新的市场，因为它是如此简单。最终目标是制成这样一种设备，输入的是原始样本，而输出的是报告。尽管Illumina还没有实现，但Firefly无疑是朝着那个方向迈进了一步。

正如Illumina之前提到的，Firefly是基于它在2008年收购Avantome时获得的CMOS技术。Illumina一直在开发Avantome的技术，但从未商业化，因为这项技术离不开emulsion PCR。然而，Illumina希望将边合成边测序技术（SBS）与半导体芯片相融合。

Firefly设备本质上是一个带有纳米孔的CMOS传感器。纳米孔嵌入光电二极管中，让DNA沉积。簇生成和测序都在CMOS芯片上直接发生。由于CMOS是个单通道的设备，Flatley表示，研究人员必须弄清楚如何开发单通道的边合成边测序技术。

Firefly将采用一种新的编码技术。对于Illumina HiSeq测序仪采用的四通道技术，每个核苷酸被一种单独的荧光染料标记，并在四个不同的光学通道中检测。而之后推出的NextSeq则采用了一种双通道技术。这种技术使用两种荧光染料，其中鸟嘌呤总是暗的，腺嘌呤和胞嘧啶用单个染料标记，而胸腺嘧啶用两个染料标记。

在单通道技术中，胸腺嘧啶将有一个永久的荧光标记。腺嘌呤将有相同的荧光标记，但这种染料是可以去除的。鸟嘌呤将永远是暗的。另外，胞嘧啶一开始是暗的，但之后会加上荧光标记。

Flatley随后演示了这个方案如何读取DNA。在四个核苷酸的第一幅图像中，A和T同时被标记并可以检测。之后，在第二幅图像中，A的染料切除，并添加到C上。这样，第二幅图像中只有C和T发荧光。通过综合两幅图像的信息，所有四种碱基很容易被区分。在内部测试中，Illumina已经证明了99%的原始读取准确性和2x150 bp读长，与HiSeq X的表现相当。

这个平台将包含两个模块，总体积达1立方英尺。一个模块将用于文库制备，能够在3.5小时内平行制备8个文库，且无人值守。文库制备卡盒将利用Illumina NeoPrep所使用的数字微流体技术。用户只需加入样品和引物。这个设备将带来8个单独的文库，或合并成一个文库，用于测序。

制备好的文库随后上样到测序卡盒中，其中包含CMOS芯片。测序大约需要3.5-13小时，具体取决于应用，随后结果可上传到baseSpace云计算环境，进行数据分析。这个系统将由iPad驱动，因此可无线监控。

Fifefly有望在2017年下半年商业化，售价低于3万美元，而每个样品的耗材成本约为100美元。Flatley表示，Firefly的产量达到1 Gb，使其特别适合靶向研究、耐药性监控以及个人基因组测序等应用。


来源：生物通  作者：余亮