王辉-纳流控技术的发展和应用

1、纳流控技术的发展及应用 王辉王辉 2012-6-5Do you know Nanofluidic chip?Biochip生物芯片Lab-on-a-Chip 芯片实验室LabchipMicrofluidic Chip 微流控芯片Micro Total Analysis System(MicroTAS, TAS)微全分析系统 Nanofluidic Chip 纳流控芯片 纳流控纳流控 的发展起源的发展起源 于于 2 0 世纪末世纪末,比微流控的发展滞后约比微流控的发展滞后约 1 0 年年 ,从图所示每年发表论文的数量可从图所示每年发表论文的数量可 以明显看以明显看 出其发展出其发展 状况状况.2

2、 0 0 4 2 0 0 4 年以来年以来 , ,纳流控技术已成为科研工作者们进行化学和生物分析纳流控技术已成为科研工作者们进行化学和生物分析 的一个重要的一个重要研究平台。纳流控技术的应用范围涉及生物、化学研究平台。纳流控技术的应用范围涉及生物、化学 、物理、物理 、工程、工程 、材料等各个、材料等各个领域领域 , ,已经成为当代科学发展的一个不可缺少的重要分支已经成为当代科学发展的一个不可缺少的重要分支 。如图。如图 所示所示2 0 0 9 2 0 0 9 年年 以以来来 , ,纳流控领域在理论纳流控领域在理论 、制作、应用上都有很大突破。、制作、应用上都有很大突破。什么是纳流控？纳流控技

3、术：在纳米尺寸（至少一维小于100纳米）结构中流体的操纵技术与科学。 由于纳米级通道内很大的流体阻力和通道内的高压力损失，从而降低了单独使用纳米结构来进行生化分析和其他应用的可能性。所以，目前纳流控分析系统大多采用纳米与微米通道相连接的方式集成，使用微米通道将样品引入纳米通道，进行反应、分离和检测。微-纳通道微-纳通道nanochannel : height 50 nm, width 50um, length 5.5um. microchannel: hight 850 nm , width 50 um.微微-纳通道纳通道微流控微流控 difference 纳流控纳流控1：面积与体积之比大大增

4、加。对于常规尺度的物体，例如：面积与体积之比大大增加。对于常规尺度的物体，例如1立方米立方米的体积，其表面积为的体积，其表面积为6平方米，面积平方米，面积/体积之比为体积之比为A/v=6m-1。将该物。将该物体分为边长为体分为边长为1微米的微米的1018方个小立方体，表面积与体积之比为方个小立方体，表面积与体积之比为A/v =6 106m-1，将该物体分为边长为，将该物体分为边长为1纳米的纳米的1027方个小立方体，表方个小立方体，表面积与体积之比为面积与体积之比为A/v =6 109m-1，因而在纳米尺度，因而在纳米尺度 系统中流体系统中流体的体积与表面积的相对重要性发生了巨大的变化，纳米通

5、道的表面的体积与表面积的相对重要性发生了巨大的变化，纳米通道的表面性能起着关键作用。性能起着关键作用。2：固体表面的绝对粗糙度在纳米尺度通道中影响更加明显。宏观：固体表面的绝对粗糙度在纳米尺度通道中影响更加明显。宏观尺度下可以忽略的粗糙度会对纳米尺度通道的流体流动产生比较大尺度下可以忽略的粗糙度会对纳米尺度通道的流体流动产生比较大的影响。的影响。3：纳米尺度流动不是简单的尺寸缩小问题，与宏观现象相比纳米：纳米尺度流动不是简单的尺寸缩小问题，与宏观现象相比纳米尺度流动必然会呈现出较大的差异，密度均一性的假设己经失效，尺度流动必然会呈现出较大的差异，密度均一性的假设己经失效，连续介质假设也不再适用

6、。连续介质假设也不再适用。纳流控系统中管道尺寸在纳米级纳流控系统中管道尺寸在纳米级 ,其大小与双电层厚度及其大小与双电层厚度及生物分子尺生物分子尺 寸相近寸相近,这些特征使纳流控具独特的性质。这些特征使纳流控具独特的性质。当管道尺寸小到纳米级时当管道尺寸小到纳米级时,双电层发生重叠双电层发生重叠 ,比表面积显著比表面积显著增加增加,纳通道内的表面性质和纳通道内的表面性质和 反应过程与常规体系将有显反应过程与常规体系将有显著差别著差别 ,因因 而而 ,双电层厚度的变化和管道内流体离子强度双电层厚度的变化和管道内流体离子强度 的扰动将影响纳通道的扰动将影响纳通道 内的分子基本性质内的分子基本性质

7、、识别、识别 、反应及、反应及其传输特性。其传输特性。双电层双电层在溶液中，固体表面常因表面基团在溶液中，固体表面常因表面基团的解离或的解离或从从溶液中选择性地吸附某溶液中选择性地吸附某种离子而带电。由于电中性的要求，种离子而带电。由于电中性的要求，带电表面附近的液体中必有与固体带电表面附近的液体中必有与固体表面电荷数量相等但符号相反的多表面电荷数量相等但符号相反的多余的反离子。带电表面和反离子构余的反离子。带电表面和反离子构成成双电层双电层。热运动使液相中的离子。热运动使液相中的离子趋于均匀分布，带电表面则排斥同趋于均匀分布，带电表面则排斥同号离子并将反离子吸引至表面附近，号离子并将反离子吸

8、引至表面附近，溶液中离子的分布情况由上述两种溶液中离子的分布情况由上述两种相对抗的作用的相对大小决定。根相对抗的作用的相对大小决定。根据据O.斯特恩的观点，一部分斯特恩的观点，一部分反离子反离子由由于电性吸引或非电性的特性吸引作于电性吸引或非电性的特性吸引作用和表面紧密结合，构成吸附层用和表面紧密结合，构成吸附层（或称斯特恩层）。其余的离子则（或称斯特恩层）。其余的离子则扩散地分布在溶液中，构成双电层扩散地分布在溶液中，构成双电层的扩散层。的扩散层。微通道-纳通道双电层差别微通道微通道：双电层的厚度相对于通道尺寸很小，对流体的作用力很小，可以将：双电层的厚度相对于通道尺寸很小，对流体的作用力很

9、小，可以将EDL的作用忽略，并且，在微通道中，除固液界面处外通道中各处的电势基的作用忽略，并且，在微通道中，除固液界面处外通道中各处的电势基本是相等的。本是相等的。纳通道纳通道：双电层的厚度相对于纳米级通道不能被忽略，这会使得纳通道具有：双电层的厚度相对于纳米级通道不能被忽略，这会使得纳通道具有一些独特的传输性质，双电层叠加、介电常数、表面电荷、扩散速率、熵等一些独特的传输性质，双电层叠加、介电常数、表面电荷、扩散速率、熵等通道性能的变化通道性能的变化德拜长度德拜长度反映了溶液中静电力的作用范围，在水溶液中德拜长度一般是德拜长度反映了溶液中静电力的作用范围，在水溶液中德拜长度一般是1一一100

10、nm，因表面电荷而产生的静电力可以通过尺寸和德拜长度相当的纳米通道，因表面电荷而产生的静电力可以通过尺寸和德拜长度相当的纳米通道将其作用于其它物体上。纳米通道除了通道尺寸与德拜长度相当外，表面电荷将其作用于其它物体上。纳米通道除了通道尺寸与德拜长度相当外，表面电荷的数量也和通道中离子的数量相当，这样可以有效的控制离子环境。在微米通的数量也和通道中离子的数量相当，这样可以有效的控制离子环境。在微米通道中上述两个条件很难满足，但在纳米通道中就很容易满足，而纳米通道壁上道中上述两个条件很难满足，但在纳米通道中就很容易满足，而纳米通道壁上的表面电荷决定了纳米通道内的离子分布以及在溶液在纳米通道内的流动

11、情况的表面电荷决定了纳米通道内的离子分布以及在溶液在纳米通道内的流动情况。随着通道尺寸从微米缩小到纳米，面积和体积都在快速的减随着通道尺寸从微米缩小到纳米，面积和体积都在快速的减小，而且纳米尺寸已经与生物分子的尺寸以及溶液中决定小，而且纳米尺寸已经与生物分子的尺寸以及溶液中决定静定作用范围的德拜长度相当，纳流控技术出现了许多微静定作用范围的德拜长度相当，纳流控技术出现了许多微流控技术所不具备的性能。比如纳流控通道的尺寸与生物流控技术所不具备的性能。比如纳流控通道的尺寸与生物分子如分子如DNA、蛋白质大小相近，可将纳流控芯片用于生物、蛋白质大小相近，可将纳流控芯片用于生物大分子的单分子检测、控制

12、和分离分析等等。大分子的单分子检测、控制和分离分析等等。纳通道性能 纳米通道中带点粒子的传输行为纳米通道中带点粒子的传输行为 纳米通道中中性分子的传输行为纳米通道中中性分子的传输行为 纳米通道中质子传输行为纳米通道中质子传输行为 富集和消耗现象富集和消耗现象 非对称纳通道中整流现象非对称纳通道中整流现象 非对称表面电荷纳通道中整流现象非对称表面电荷纳通道中整流现象传输现象传输现象 整流现象整流现象 自从纳流控技术出现后，研究者希望利用纳流控装置能够完全了解纳通道的表面性质和纳通道的传输机理。迄今为止，为研究物质在纳通道中的传输行为，展开了许多实验和理论模拟工作。下面，我们将讨论一下带电粒子、中

13、性分子以及质子分别在纳通道中传输行为，并将其运用于化学和生物分析中。带电粒子在纳通道中的传输Ionic and mass transport in micronanofluidic devicesLab Chip, 2011, 11: 795804纳通道可以分为2个部分：electrostatic interaction regionFree transport region （a）当通道尺寸比较大时。静电相互作用区和自由移动区同时存在于纳米通道中，所有的物质都可以通过纳通道。 (b)当纳米通道的尺寸降低到比EDL厚度稍微大一点时，自由移动区减小了，只有小分子可以通过纳通道，大分子会由于位阻不

14、能通过，这种现象被称为尺寸效应尺寸效应。（c）进一步减小纳米通道的尺寸，由于双电层发生重叠，纳米通道中就只有静电相互作用区存在。对于带负电的通道表面，只有带正电小分子可以通过纳米通道，带负电的小分子由于静电排斥作用被屏蔽在通道的一端。这种现象被称为电荷效应电荷效应。简言之，带电粒子在纳米通道中 的传输主要是由纳米通道的尺寸效应和电荷效应决定。表面电荷密度取决于溶液的pH和浓度，保持溶液的pH 和浓度不变，EDL的厚度可以看做是一个不变值，可以通过改变静电相互区和自由移动区来控制物质在纳米通道中的传输。ElectrokineticElectrokinetic Protein Protein Pr

15、econcentrationPreconcentration Using a Simple Using a Simple Glass/Poly(Glass/Poly(dimethylsiloxanedimethylsiloxane) ) MicrofluidicMicrofluidic Chip Chip利用玻璃和利用玻璃和PDMS封接处所形成的纳米级通道来进行蛋白质的富集，设计芯片如图封接处所形成的纳米级通道来进行蛋白质的富集，设计芯片如图(a)所所示上下两个通道通过宽度为示上下两个通道通过宽度为20um的的PDMDS相互隔开，将蛋白质样品置于相互隔开，将蛋白质样品置于3和和4样品池内，样品

16、池内，1和和2为样品溶液池，当两边加上为样品溶液池，当两边加上200V电压后，带负电的蛋白质样品在交界处的样品池电压后，带负电的蛋白质样品在交界处的样品池一侧发生富集，一侧发生富集，30min后蛋白质的富集倍数高达后蛋白质的富集倍数高达106。这是由于纳米通道的深度与双电。这是由于纳米通道的深度与双电层的厚度相当，因此在玻璃和层的厚度相当，因此在玻璃和PDMS封接处会产生一个阳离子通道如图封接处会产生一个阳离子通道如图 b所示，所示，由于静电作用，带负电荷的蛋白质受到排斥而不能通过该通道，因此在该交界处发生富由于静电作用，带负电荷的蛋白质受到排斥而不能通过该通道，因此在该交界处发生富集。集。A

17、nalytical Chemistry, Vol. 78, No. 14, July 15, 2006(A) Image taken before electric field is applied. Top channel is filled with PBS buffer solution, and bottom channel is filled with 10 nM BSA in PBS buffersolution (pH 7.4). (B -D) Images taken after applying V1,V2 ground and V3,V4 200 V while port

18、5 is float for 5, 10, and 20 min, respectively.中性分子在纳通道中的传输Anomalous Diffusion of Electrically Neutral Molecules in ChargedWei Chen, Zeng-Qiang Wu, Xing-Hua Xia,*随着溶液离子强度的增加，苯酚在通道中的扩散速率随着增大；此外，在同一个离子强度时，溶液pH不同，苯酚的扩散速率也不同多孔氧化铝纳米通道多孔氧化铝膜具有独特的纳米级柱状孔阵列结构,这种膜的孔径大小一致,排列有序,分布均匀地呈六方密排柱状孔洞。孔径大小分布在5200nm之间,甚至

19、可以达到更小,孔密度高达1011个/平方厘米。多孔氧化铝膜在制备线状纳米材料、纳米管材料和纳米线阵列材料方面获得了广泛的关注。 氧化铝氧化铝一种两性材料，在水溶液中可以水解成AlOH表面基团。依据溶液的PH不同，氧化铝纳米通道表面会形成苯酚分子是中性分子，苯酚分子的酚羟基易被双电层极化，所以即使是不带电的中性分子在纳通道中传输行为也会受到双电层的影响。双电层厚度与离子强度的关系纳米通道中自由扩散区和DEL限制性扩散区的空间分布取决于DEL的厚度，而DEL的厚度即德拜长度与离子强度有如下关系：n :浓度；kB： 玻尔兹曼常数； e ：电子电荷； z：化合价： T：绝对温度；0 ：真空电导率：介电

20、常数离子强度高时，德拜长度小，双电层厚度小，对苯酚分子的极化作用小，苯酚在通道中的扩散快；离子强度低时，德拜长度大，双电层厚度大，对苯酚分子的极化作用大，苯酚在通道中的扩散慢。在不同pH扩散率在不同pH时，随着pH升高，表面电荷密度增大，双电层越小，相应苯酚的扩散速率越大。NATURE NANOTECHNOLOGY | VOL 5 | DECEMBER 2010Anomalous ion transport in 2-nm hydrophilic nanochannels微微-纳装置图纳装置图 两个微通道，十个纳通道，四个储液池上层透明耐热玻璃，下层硅基底纳通道图纳通道图140um2um2nm

21、AFM表征表征Conductance of HCl, KCl and NaCl at Conductance of HCl, KCl and NaCl at concentrations from 0.1 uM to 1M. concentrations from 0.1 uM to 1M. A: shows the initial conductance of Kcl, Nacl and HCl solutions at various concentrations. All initial conductances were measured after only 5 min of rin

22、sing. B: the measured final conductancesafter 12 h incubation, as well as the bulk predictions for KCl,NaCl and HCl solutions. 低浓度的KCl溶液，溶液中的K 、H 浓度都很低，当把低浓度的KCl溶液通入纳米通道后，对于表面带负电的纳米通道。通道表面会吸附正离子形成双电层， 由于H 迁移速率远远大于K ，所以溶液中H 会很快占据通道表面。即使是表面电荷密度为1mCm-2纳米通道，由于表面静电吸附作用，通道中质子浓度可以达到10mM。溶液中阳离子要进入通道中，必须要同通道

23、中质子进行交换，但是在低浓度（1mM0.1uM）时，阳离子与通道的质子交换速率很慢，即使是放置12小时交换效率也不高，所以实验在低浓度是测得的电导率变化不大。结论：高浓度时，通道中阳离子占主导地位，浓度越高，电导率越大；低浓度时，电导率由通道的表 面电荷决定，逐步降低离子浓度，电导率在一定浓度范围内处于稳定值。离子的富集和消耗离子的富集和消耗微流控装置中皮升至纳升级的进样体积对于那些昂贵且难获得的样品和试剂而言是一种独特的优势。不过这么小的进样体积同时也带来了问题，要求检测器具有更高的灵敏度，一些常规检测器难以在微流控分析系统中应用，分析低浓度试样更加困难。这一局限性很大程度上限制了微流控分析

24、体系的实际应用。于是出现了各种各样的基于微流控芯片的试样预富集技术，成为了解决这一问题的有效方法。预富集技术的出现，使低浓度样品的测定成为了可能。 随着通道尺度从微米进入纳米，通道表面性能发生巨大的变化，如双电层的部分重叠。利用纳米通道的这一特殊性，成功地实现了试样的预富集。所以微纳流控芯片分析系统可以将着独特而简单的富集方法与芯片毛细管电泳结合，为了分离检测低浓度的重要生物样品提供新的分析技术。Ion-Enrichment and Ion-Depletion Effect of Nanochannel StructuresNano LettU-微通道由微通道由8个纳米个纳米通道连接通道连接纳

25、通道：纳通道：100um(W)60nm(D)荧光素和罗丹明6G在微纳复合结构中富集和消耗现象A：荧光素B：罗丹明富集和消耗机理整个装置中小分子运动以电迁移为主。在微通道中正负离子运动反向但迁移数相同，而对于内壁带负电荷的纳米通道正离子容易通过，负离子由于静电排斥作用则比较难通过。当在纳米通道两端加上电压后，正离子很快向负极移动，而负极区域的负离子由于难进入到纳通道中，所以在负极正负离同时出现富集。在正极：正离子都富集到负极，剩下的负离子向正极移动，于是在出现了离子的消耗区。Nanofluidic channels by anodic bonding of amorphous siliconto

26、 glass to study ion-accumulation and ion-depletion effectTalanta 2006纳米通道装置图纳米通道装置图两个U-微通道由50个平行的纳米通道连接纳通道：30mm (L)1mm(W)50nm(D)U-微通道中通入20um荧光素，纳通道两端加上500V电压后，分别在0s、1s、 5s、10s 对纳通道两端荧光成像图非对称纳通道中整流现象Effect of Conical Nanopore Diameter on Ion Current RectificationJ. Phys. Chem. B 2009, 113, 1596015966

27、非对称表面电荷纳通道中整流现象A Current technologies are able to produce the sequence of a mammalian-sized genome of the desired data quality for ; the goal of this initiative is to reduce costs by at least four orders of magnitude, so that a mammalian- sized genome could be sequenced for approximately . 美国国立卫生研究院

28、University of California (Santa Cruz)David W. DeamerGeorge M. Church Harvard University加州大学圣克鲁兹分校的Deamer和哈佛大学的George Church都不约而同地提出一个构想：证明了单链证明了单链DNA和和RNA分子能通过蛋白质组成的孔道，并且能检测到它分子能通过蛋白质组成的孔道，并且能检测到它们通过这种纳米级孔道时所造成的电流改变（图们通过这种纳米级孔道时所造成的电流改变（图8a）。他们使用的孔）。他们使用的孔道蛋白是道蛋白是金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌溶血素溶血素，溶血素蛋白非常稳定，即使在接溶

29、血素蛋白非常稳定，即使在接近近100的情况下也能维持正常的功能。的情况下也能维持正常的功能。Deamer发现，因为发现，因为溶血素溶血素蛋白孔径非常小，简直与单链核苷酸的直径相差无几，所以可以将折蛋白孔径非常小，简直与单链核苷酸的直径相差无几，所以可以将折叠卷曲的核苷酸链解开，并仅允许它以单链的形式通过蛋白孔道。单叠卷曲的核苷酸链解开，并仅允许它以单链的形式通过蛋白孔道。单链核苷酸分子穿过蛋白孔道时会造成局部电流改变，即相比没有分子链核苷酸分子穿过蛋白孔道时会造成局部电流改变，即相比没有分子穿过时的电流强度有所减小。穿过时的电流强度有所减小。溶血素溶血素Deamer证明了单链证明了单链DNA和

30、和RNA分子能通过蛋白质组成的孔分子能通过蛋白质组成的孔道，并且能检测到它们通过这种纳米级孔道时所造成的电流道，并且能检测到它们通过这种纳米级孔道时所造成的电流改变。单链核苷酸分子穿过蛋白孔道时会造成局部电流改变，改变。单链核苷酸分子穿过蛋白孔道时会造成局部电流改变，即相比没有分子穿过时的电流强度有所减小。即相比没有分子穿过时的电流强度有所减小。但到目前为止，还没有一种生物纳米孔或人工纳米孔能有但到目前为止，还没有一种生物纳米孔或人工纳米孔能有一个非常合适的几何学结构，可以让人们在多聚核苷酸分一个非常合适的几何学结构，可以让人们在多聚核苷酸分子穿过纳米孔时检测单个核苷酸造成的电流改变。人们目子

31、穿过纳米孔时检测单个核苷酸造成的电流改变。人们目前可用的这些纳米孔都太长，没有一个长度短于前可用的这些纳米孔都太长，没有一个长度短于5nm，而，而太长的纳米孔通道会造成一次有太长的纳米孔通道会造成一次有1015个碱基的单链个碱基的单链DNA分分子穿过，所以无法对单个碱基分子进行检测。子穿过，所以无法对单个碱基分子进行检测。 使用核酸外切酶依次从使用核酸外切酶依次从DNA链末端切割碱链末端切割碱基，以检测这些碱基逐个通过纳米孔道时引基，以检测这些碱基逐个通过纳米孔道时引起的电流变化，用这种新方法来测序。起的电流变化，用这种新方法来测序。外切外切酶位于纳米孔的顶部，控制酶位于纳米孔的顶部，控制DN

32、A链的位移。链的位移。英国牛津纳米孔技术公司英国牛津纳米孔技术公司（Oxford Nanopore Technologies）最）最近成功地将一个氨基化环糊精配体共价结近成功地将一个氨基化环糊精配体共价结合到了合到了溶血素孔道内（图溶血素孔道内（图8b）。当一个）。当一个dNMP通过固定于脂质双分子层中的通过固定于脂质双分子层中的溶血溶血素氨基化环糊精孔道时，跨孔电流强度会素氨基化环糊精孔道时，跨孔电流强度会发生四种改变，即发生四种改变，即每一种每一种dNMP通过纳米通过纳米孔道时都会引起一种特定形式的电流强度孔道时都会引起一种特定形式的电流强度改变改变，因此，可以通过测量电流强度的改，因此，

33、可以通过测量电流强度的改变来判断究竟是哪一种碱基（变来判断究竟是哪一种碱基（A、T、G、C）通过了纳米孔。另外，由于电流强度）通过了纳米孔。另外，由于电流强度的改变非常明显（因为碱基堵塞纳米孔和的改变非常明显（因为碱基堵塞纳米孔和未堵塞之间，电流强度差异特别大），所未堵塞之间，电流强度差异特别大），所以也就可以准确的判断出有多少个碱基通以也就可以准确的判断出有多少个碱基通过纳米孔了。过纳米孔了。现在，对于这种纳米孔测序技术来说，最重要的是如何保证被核酸外切酶依次切下来的碱基能100%依次通过纳米孔。由于该方法采用纳米孔来识别释放的dNMP，而不是通过对完整的DNA链上的碱基进行鉴别，因此，这种

34、逐次“阅读”碱基的方式能否如实反映DNA链中碱基的真实顺序就显得尤其重要了。最后，选择哪种核酸外切酶也是很重要的一步。可以采用将核酸酶和溶血素基因剪接在一起的重组片段，或者采用化学方法将核酸酶与溶血素结合在一起，从而确保释放的dNMP能够通过纳米孔。这种核酸外切酶应该具有可持续性、检测时低噪音，以及同时能在高盐环境下工作的特性。最好这种核酸外切酶能够切割基因组双链DNA，而且易于操作。“The quality of their ability to distinguish between the nucleotides is pretty high for single-nucleotide

35、reads by any DNA-sequencing method. This increases the confidence that the team will eventually be able to develop a true sequencing system from this approach. 在加州门洛帕克市（在加州门洛帕克市（Menlo Park）市区的）市区的一幢写字楼里，世界上运行速度最快的基一幢写字楼里，世界上运行速度最快的基因测序仪向世人展示了它的神奇。这台铝因测序仪向世人展示了它的神奇。这台铝合金样机如碗柜般大小，两束激光在其中合金样机如碗柜般大小，两束激

36、光在其中经过反光镜和透光镜之后，射向一个经过反光镜和透光镜之后，射向一个30厘厘米高、类似米高、类似6足昆虫的机器装置。在这个足昆虫的机器装置。在这个装置里面，两束激光汇聚于指甲盖大小的装置里面，两束激光汇聚于指甲盖大小的载玻片中心，而汇聚点则只有大头针的针载玻片中心，而汇聚点则只有大头针的针尖那么大。尖那么大。这个点虽小，里面却充满了成这个点虽小，里面却充满了成千上万个比世界上体积最小的晶体管还要千上万个比世界上体积最小的晶体管还要微小的纳米孔。在这些小孔中，大约有微小的纳米孔。在这些小孔中，大约有1/3承载着承载着DNA的片段，它们和一种经过变异的片段，它们和一种经过变异的酶混合在一起。向孔中滴入被荧光染料的酶混合在一起。向孔中滴入被荧光染料着色的分子后，不同种类的遗传密码即会着色的分子后，不同种类的遗传密码即会发出特定颜色的光。光谱仪会记录下这些发出特定颜色的光。光谱仪会记录下这些闪光，然后将其传入电脑进行分析。闪光