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基因测序技术的CCD相机

DNA测序技术，即测定DNA序列的技术。在分子生物学研究中，DNA的序列分析是进一步研究和改造目的基因的基础。早在DNA双螺旋结构（Watson and Crick,1953)被发现后不久就有人报道过DNA测序技术，但是当时的操作流程复杂，没能形成规模。随后在1977年Sanger发明了具有里程碑意义的末端终止测序法，同年A.M.Maxam和W.Gilbert发明了化学降解法。Sanger法因为既简便又快速，并经过后续的不断改良，成为了迄今为止DNA测序的主流；按照时间的关系，采用这两种原理的手动测序方法被称为第一代基因测序技术。

然而随着科学的发展，传统的Sanger测序已经不能完全满足研究的需要，对模式生物进行基因组重测序以及对一些非模式生物的基因组测序，都需要费用更低、通量更高、速度更快的测序技术，因此第二代或者下一代自动测序技术（Next-generation sequencing)应运而生。第二代测序技术的核心思想是边合成边测序（Sequencing by Synthesis)，即通过捕捉新合成的末端的标记来确定DNA的序列，现有的技术平台主要包括Roche公司的454 FLX测序仪、Illumina公司的Solexa Genome Analyzer测序仪和Applied Biosystems Life Technology（ABI）公司的 SOLID system测序仪。这三个技术平台各有优点，454 FLX的测序片段比较长，高质量的读长（read）能达到400bp；Solexa测序性价比最高，不仅机器的售价比其他两种低，而且运行成本也低，在数据量相同的情况下，成本只有454测序的1/10；SOLID测序的准确度高，原始碱基数据的准确度大于99.94%，而在15X覆盖率时的准确度可以达到99.999%，是目前第二代测序技术中准确度最高的。

所有的下一代基因测序平台都遵循了类似的工作流程，如下图所示，都要经过克隆扩增以加强测序过程中的光学灵敏度。首先，构建DNA模板文库，通过随机打断基因组DNA获得DNA文库片段（长度为数十到数百碱基），或者构建控制距离分布的配对末端片段；在双链片段的两端连上接头序列，然后变性得到单链模板文库，并固定在固体表面上，固体表面可以是平面或者微球的表面；在芯片上形成DNA簇阵列的DNA簇或者扩增微球，利用聚合酶或者连接酶进行一系列循环的反应操作，通过显微检测系统监控每个生化循环反应中的产生的光学事件，并且用CCD相机将图像采集并记录下来，由于数据量比较大且光信号比较弱，因此要求CCD具有很好的灵敏度且很快的读出速度；然后对产生的阵列图像进行时序分析，获得DNA 片段的序列，然后按照一定的计算机算法将这些片段组装成更长的重叠群。

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目前第二代基因测序技术是世界上主流的基因测序技术，也是最为成熟的基因测序技术。

先锋科技股份有限公司代理的CCD Camera可以用于用于基因测序中微弱荧光的探测：