堿基
在形成穩定螺旋結構的堿基對中共有4種不同堿基。根據它們英文名稱的首字母分別稱之為A(腺嘌呤)、T(胸腺嘧啶)、C(胞嘧啶)、G(鳥嘌呤)。每種堿基分別與另一種堿基的化學性質完全互補，通俗來說，就是A總與T配對，G總與C配對。這四種化學“字母”沿DNA骨架排列。“字母”(堿基)的一種獨特順序就構成一個“詞”(基因)。
在DNA雙螺旋結構中，堿基對就像“拉鏈齒”
人類基因組共有23對染色體，其中22對為常染色體，還有一對性染色體X染色體或Y染色體，含有約30億個堿基，組成大約20000到25000個基因。如果將DNA穩定的雙螺旋結構看成拉鏈的話，四種堿基兩兩配對，每一對堿基就是拉鏈骨架上互相咬合的齒。它們的獨特順序就構成一個基因。
讓堿基挨個通過“小孔”驗明正身
東南大學機械工程學院陳云飛副院長介紹，基因實際上是DNA的一個片段，而基因的遺傳信息其實就存貯在堿基的序列中。30億個堿基排列略有變化，就有了人高矮胖瘦等分別。要完成全序列的基因測定，是個浩大的工程。第一代測序法用的是化學方法，要把長的基因打成很多段，然后進行熒光測定，第二代集成度高了，所以時間縮短很多，第三代測序的目標是更短的時間、更廉價的費用。為此，依托東南大學的江蘇省微納生物醫療器械設計與制造重點實驗室從2006年就開始了相關的研究。
“每個堿基的長度約為0.34納米，30億個堿基長度也就是1.03米。”陳云飛副院長介紹，他們的物理測序方法，就是讓這個總長度只有1米多實際上卻浩浩蕩蕩的堿基隊伍挨個通過一個納米孔，然后給每個堿基“量個頭”。這個原理是什么呢？“4種堿基有的大小是不一樣的。我們造出一個孔，讓堿基挨個走過去，堿基個頭不一樣，引發的電流大小也就不一樣。”通過納米孔傳感器繪制電流變化，就能自動分辨出堿基的排列順序了。
“堿基”被電極吸引，就像線穿過針眼
陳云飛副院長口中的這個孔，相當有技術含量。他們這個孔做到直徑2納米，在全世界都是領先水平。2納米是個什么概念，陳云飛舉了個例子，我們的一根頭發絲是7萬納米，1納米相當于頭發絲直徑的1/70000。東大研究人員選用的兩種材料是石墨烯與氮化硼，這兩種材料本身都是單層片狀結構，只有零點幾納米厚，強度卻是鋼的1000倍。
有了小孔，堿基卻不會主動“鉆”小孔，那就得給堿基加點“動力”。“我們將溶液用特殊的薄膜隔開，薄膜上集成的是納米孔的陣列，在溶液的一邊加正電極，一邊加負電極，因為DNA本身帶有負電，電極一起作用，DNA就會主動往正極方向跑。”陳云飛說，只要DNA的“頭”通過小孔了，原本“蜷縮”成一團的DNA就被“拉直”，DNA上的堿基也就能挨個“量個頭”了，就像線被穿過針眼一樣。東大從想法形成到做出這個原理樣機，大約用了14年。
基因測序有多難？
要測30億個堿基，第一代測定法花了12年
2003年人類基因組計劃完成人體全序列的基因測定，歷時長達12年，耗資達30億美元。近兩年第二代測序儀讓人類基因組測序的時間縮短到了2-4周，價格也降到了500萬美金，但這樣的價格和時間，極大地限制了其臨床應用和基礎理論研究。于是，在2004年美國國家人類基因組研究所啟動了“千元基因組測序研究項目”，目的是讓人類基因組的測序的費用降到1000美元以下。
新測序法帶來啥改變？
基因檢查更快更便宜，可以“私人定制”藥品
如今新技術能在24小時內完成對個體的基因測序，有了基因圖譜，未來用藥治病將可能迎來本質的改變。“比如說，我們確定某種基因和某種疾病的關系，而患者本身就有這種基因，我們就能根據患者的基因圖譜來制作針對這個患者的藥品，個性化藥物時代將到來。”除了藥品的“私人定制”外，疾病的預防也成了可能。“我們知道患者本身有某種疾病的基因缺陷的話，修復基因也有了可能。”
