半導(dǎo)體技術(shù)已經(jīng)改變了它所觸及的每一個(gè)行業(yè)，從計(jì)算到攝影再到音樂。如今，它正在改變生命科學(xué)。也許，你很難想象，一塊半導(dǎo)體芯片就是一臺(tái)測(cè)序儀，但事實(shí)上，Life Technologies的Ion 個(gè)人化操作基因組測(cè)序儀（PGM™）正是如此。難怪在2010年美國(guó)基因組生物學(xué)技術(shù)進(jìn)展年會(huì)上甫一亮相時(shí)，就立刻驚艷全場(chǎng)。

當(dāng)時(shí)，這臺(tái)測(cè)序儀還不屬于Life Technologies，它的制造商是沒啥名氣的Ion Torrent公司。這家公司總部位于美國(guó)康涅狄格州吉爾福德，是由Jonathan Rothberg創(chuàng)辦的。是不是覺得這個(gè)名字有些耳熟？沒錯(cuò)，他正是454生命科學(xué)的創(chuàng)始人。2007年他成功將454賣給了羅氏公司，之后創(chuàng)辦了Ion Torrent。去年8月，Life Technologies收購(gòu)了這家公司。

Rothberg博士的夢(mèng)想是打造測(cè)序領(lǐng)域的“數(shù)碼相機(jī)”，既實(shí)惠又易用，還能快速得到結(jié)果。他確實(shí)做到了。與其他測(cè)序平臺(tái)相比，Ion PGM™ 測(cè)序儀快速、簡(jiǎn)捷，擴(kuò)展性好，更關(guān)鍵的一點(diǎn)是，價(jià)格實(shí)惠。它讓測(cè)序平民化，讓每個(gè)實(shí)驗(yàn)室都觸手可及。因此， Ion PGM™ 測(cè)序儀在推出以來的6個(gè)月內(nèi)創(chuàng)下了多項(xiàng)紀(jì)錄。它的通量已提高了10倍，它的流程成為行業(yè)中最快的，并且它是世界上銷售最快的測(cè)序儀，已發(fā)往40多個(gè)國(guó)家。

Ion Torrent技術(shù)使用專有的大規(guī)模并行半導(dǎo)體傳感器芯片，對(duì)DNA復(fù)制期間產(chǎn)生的氫離子開展實(shí)時(shí)測(cè)定。離子半導(dǎo)體芯片上高密度的孔陣列提供了數(shù)百萬個(gè)單獨(dú)的反應(yīng)器，而集成的流體通路讓試劑流過整個(gè)傳感器芯片。這種流體體系、微體系機(jī)械設(shè)計(jì)和半導(dǎo)體技術(shù)的獨(dú)特組合，讓我們能夠?qū)⑦z傳信息（DNA）直接翻譯成數(shù)碼信息（DNA序列），快速生成大量的高質(zhì)量數(shù)據(jù)。點(diǎn)擊索取Ion PGM測(cè)序儀的更多資料

擴(kuò)展

英特爾的創(chuàng)始人之一戈登•摩爾曾提出過著名的摩爾定律，即集成電路中可容納的晶體管數(shù)量將每?jī)赡攴�一番。而Life Tech和Rothberg似乎并不滿足于此，他們?cè)S下每六個(gè)月將PGM產(chǎn)量提高10倍的承諾。如今，新的Ion 316™ 芯片有著100 Mb的通量，比原先的Ion 314™ 芯片高了10倍。而第四季度上市的Ion 318™ 芯片將帶來1 Gb的通量。這三種芯片都能用于Ion PGM™測(cè)序儀，為用戶帶來了靈活選擇通量的靈活性，從10 Mb到1 Gb。

簡(jiǎn)捷

Ion Torrent使用半導(dǎo)體技術(shù)和簡(jiǎn)單的試劑對(duì)DNA進(jìn)行測(cè)序，而并非使用光作為中介體。Ion Torrent將化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)碼信息，就像一塊CMOS芯片將光子轉(zhuǎn)換成像素。無修飾的核酸，無需酶化學(xué)級(jí)聯(lián)，無需任何熒光和化學(xué)發(fā)光。僅適用經(jīng)濟(jì)的標(biāo)準(zhǔn)試劑。

快速

Ion PGM™ 測(cè)序儀擁有目前最快的新一代測(cè)序流程，從構(gòu)建文庫(kù)到數(shù)據(jù)分析，不到8小時(shí)。就測(cè)序運(yùn)行本身來說，對(duì)于100 bp讀取，全新的Ion 316™芯片需要2小時(shí)運(yùn)行時(shí)間，與Ion 314™芯片相同。在測(cè)序短讀取時(shí)，運(yùn)行時(shí)間縮短至1小時(shí)內(nèi)。單日流程加快了研究周期和文章發(fā)表，可實(shí)現(xiàn)更多的研究和市場(chǎng)應(yīng)用。

基于此，在德國(guó)暴發(fā)大腸桿菌疫情時(shí)，多個(gè)研究機(jī)構(gòu)都第一時(shí)間采用了Ion PGM™ 測(cè)序儀。德國(guó)明斯特大學(xué)醫(yī)院的Dag Harmsen博士認(rèn)為：“從我這個(gè)公共衛(wèi)生官員的角度來看，（PGM的）最大優(yōu)勢(shì)在于其快速，而速度也是此刻最需要的。”

開山之作

也許有些人質(zhì)疑Ion PGM™測(cè)序儀是否真的如廣告單頁(yè)上宣傳的那樣好，但同行評(píng)議的文章應(yīng)該會(huì)讓他們信服。上個(gè)月，Life Technologies的研究人員在《Nature》在線版上發(fā)表了第一篇大作，介紹他們?nèi)绾卫�用半�?dǎo)體測(cè)序的策略對(duì)細(xì)菌基因組和人類基因組進(jìn)行測(cè)序。

研究人員首先利用此平臺(tái)對(duì)費(fèi)氏弧菌和沼澤紅假單胞菌進(jìn)行了de novo基因組測(cè)序，覆蓋度分別為6.2倍和6.9倍。之后，他們利用更大的離子芯片，對(duì)大腸桿菌的基因組進(jìn)行了3次測(cè)序，覆蓋度在11.3-58.4之間。

研究人員報(bào)道，對(duì)于每次讀取的前50個(gè)堿基，每個(gè)堿基的準(zhǔn)確率超過99.6%，對(duì)于前100個(gè)堿基，大約在98.9%。在包含均聚物的部分基因組，準(zhǔn)確率有所下降，但5堿基均聚物的準(zhǔn)確率仍達(dá)到97.3%。讀長(zhǎng)基本在100 bp左右，但有些也達(dá)到了200 bp甚至更長(zhǎng)。

之后，他們對(duì)利用大約1000塊離子芯片，對(duì)戈登•摩爾先生的核基因組進(jìn)行了測(cè)序，平均覆蓋度達(dá)10.6倍。研究小組發(fā)現(xiàn)了大約260萬個(gè)SNP。其中99.95%的雜合基因型和99.97%的純合基因型通過ABI SOLiD產(chǎn)生的序列得到了驗(yàn)證。

應(yīng)用

Ion PGM™ 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了所有可能的測(cè)序應(yīng)用。以創(chuàng)紀(jì)錄的時(shí)間開展多重?cái)U(kuò)增子測(cè)序。此外，200 bp的讀取讓長(zhǎng)擴(kuò)增子測(cè)序成為可能。在微生物測(cè)序項(xiàng)目中，Ion PGM™ 系統(tǒng)能帶來最優(yōu)的結(jié)果，極其均一的覆蓋和長(zhǎng)讀長(zhǎng)。316和即將上市的318芯片則更適合轉(zhuǎn)錄組、小RNA測(cè)序以及ChIP-Seq。

美國(guó)國(guó)立癌癥研究院翻譯基因組學(xué)實(shí)驗(yàn)室的主任Stephen Chanock也很看好這一平臺(tái)。他認(rèn)為該技術(shù)不僅便宜，測(cè)序準(zhǔn)確度也很高。當(dāng)然，就準(zhǔn)確度而言，Ion PGM™測(cè)序儀還是比不上目前最大、最昂貴的測(cè)序儀。這些大家伙花費(fèi)幾十萬美元就可以在一次測(cè)序反應(yīng)里得到數(shù)百Gb的堿基序列，它們是目前進(jìn)行高精度人類基因組測(cè)序工作的首選。而PGM測(cè)序儀則比較適合進(jìn)行快速、小規(guī)模的測(cè)序工作，比如對(duì)細(xì)菌的基因組進(jìn)行測(cè)序或者對(duì)很多人基因組里的某一個(gè)基因區(qū)域進(jìn)行測(cè)序，以幫助確診疾病等。

據(jù)Rothberg介紹，Ion PGM™ 測(cè)序儀的讀長(zhǎng)很快將達(dá)到400 bp，而更高通量的318™ 芯片也將上市，也許，未來的天地更加廣闊。（生物通 余亮）

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