本发明涉及对制备的dna链进行测序的方法。此外，本发明涉及用于对制备的dna链进行测序的计算机程序产品和系统以及用于这种系统的传感器单元。
背景技术：
1、诸如dna和rna之类的核酸的测序在研究和医学中具有重要意义。多种用于对核酸进行测序的方法是已知的。这些包括第三代测序方法，其可用于对单个核酸分子进行测序。为此，例如使用具有不同荧光标记的核苷酸，这些核苷酸在它们并入互补核酸链过程中各自被光学实时检测。第三代测序的另一种变体是纳米孔测序，其中核酸穿过纳米孔并根据穿过孔的离子流的变化来依次识别核苷酸。
2、从us 2011/0120890 a1已知用于离子通道记录的传感器装置，其中传感器元件包括金刚石薄膜基底，该基底具有孔作为离子通道。该传感器装置尤其可用于dna的单分子检测或用于测定穿过孔的离子电流并因此用于纳米孔测序。
3、从us 2012/0264617 a1已知使用掺杂有电荷转移的纳米材料，例如氢封端金刚石、纳米管、纳米线或类似纳米结构，以创建ph传感器或离子敏感传感器，其在dna测序中通过合成直接检测新并入的核苷酸的添加。
4、从us 2021/0047682 a1已知使用与至少一个磁性传感器组合的纳米通道，以检测用磁性纳米颗粒标记的分子。在此，使用来自磁性传感器的输出信号来识别分子。分子可以是dna或rna链的核苷酸。
5、从wo 2019/173743 a1已知使用在表面附近嵌入基底中的色心，以检测蛋白质与靠近色心位于基底表面上的高度特异性捕获试剂的结合。在此，蛋白质的结合改变色心的行为并且例如通过光学方式读出这种改变。
6、需要提供对核酸进行测序的其它方法。
技术实现思路
1、本发明的目的通过对制备的dna链进行测序的方法实现，其具有如下步骤：
2、提供具有datp、dctp、dgtp和/或dttp类型的核苷酸的制备的dna链，其中核苷酸类型的至少一种具有预定磁性标记，
3、将制备的dna链置于具有有效连接的磁光转换器单元和光学传感器的传感器单元的测量范围内，
4、光激发所述磁光转换器单元，
5、检测指示所述磁光转换器单元的荧光信号的至少一个值，和
6、将检测到的值与所述具有预定磁性标记的至少一种类型的核苷酸相关联。
7、用该方法对制备的dna链进行测序，即测定制备的dna链的核苷酸序列。在该方法中，制备的dna链不是在其合成过程中测序，而是在其合成后测序。因此，使用待研究的原始核酸链预先合成所述制备的dna链。待研究的原始核酸链可以是dna链或rna链。所述制备的dna链的合成用于并入核苷酸特异性磁性标记，其中用于合成的datp、dctp、dgtp和/或dttp核苷酸类型中的至少一种具有预定磁性标记。核苷酸datp、dctp、dgtp和/或dttp可以各自是核苷酸的天然形式或其合适的衍生物，即其修饰的变体。
8、使用已知的分子生物学dna合成方法，例如引物延伸或聚合酶链式反应(pcr)来合成衍生自原始dna链或原始rna链的所述制备的dna链。等温扩增方法，例如基于核酸序列的扩增(nasba)、重组酶聚合酶扩增(rpa)、链移位扩增(mda)、“滚环”复制(rca)、解旋酶依赖性扩增(hda)或基因组扩增(wga)也可用作dna合成方法。因此，所述制备的dna链可以是与原始核酸链互补的dna链或原始核酸链的dna拷贝。
9、磁性标记对特定的核苷酸类型具有特异性，因此可以利用磁性标记推断出在所述制备的dna链中的特定位置并入的核苷酸是datp、dctp、dgtp还是dttp。所述制备的dna链中的核苷酸的识别正是基于此。
10、传感器单元的测量范围在此被定义为使得不同磁性标记之间的差异和/或单个磁性标记与传感器单元的测量精确度相协调，即可以被检测到。
11、传感器单元具有磁光转换器单元，其将磁性标记的磁场或由磁性标记引起的磁场变化转换成光信号，例如转换成波长在可见范围内的光信号。也可以设置转换成红外或紫外波长范围。
12、磁光转换器单元具有固体。该固体可以是已例如通过化学气相沉积(cvd，来自英文术语“化学气相沉积”)沉积的金刚石固体。
13、该固体具有至少一个色心的掺杂。色心被理解为是指在其它方面几乎理想的透明结晶绝缘体或具有宽带隙的半导体例如金刚石、碳化硅或二氧化硅中的点缺陷。色心可以是晶体中的原子被不同类型的原子取代的取代缺陷。色心可以是缺少原子的空位缺陷。色心也可以是取代缺陷和空位缺陷的组合。
14、固体在表面附近被至少一个色心掺杂。
15、然后光激发色心的状态，例如通过激光。
16、然后检测指示该磁光转换器单元的荧光信号的至少一个值。为此，利用光学传感器检测该磁光转换器单元的荧光信号。通过检测和评估荧光信号，例如可以进行指示荧光强度下降的单次测量。
17、由于磁光转换器单元的荧光信号对应于磁场强度或其变化并且这些值可以与磁性标记相关联，这些值可以与所述制备的dna链的核苷酸类型相关联。以此方式，识别所述制备的dna链的核苷酸类型。在识别所述制备的dna链的核苷酸类型的过程中，所述制备的dna链保持完好。
18、被至少一个色心掺杂的磁光转换器单元的固体能够实现以空间分辨的方式检测荧光信号。通过空间分辨，可以测定所述制备的dna链中的核苷酸类型的序列。识别所述制备的dna链的核苷酸类型与测定它们的序列一起对应于对所述制备的dna链进行测序。
19、因此，可以通过使用磁光转换器单元来提供方法，该方法具有足够的测量精确度，从而以空间分辨的方式检测由磁性标记引起的磁场强度的变化，从而能够对所述制备的dna链进行测序。
20、识别所述制备的dna链的核苷酸类型和测定它们的序列的步骤可以并行进行，例如沿着所述制备的dna链依次识别核苷酸的情况。在这种情况下，同时测定核苷酸类型的序列。测定核苷酸类型的序列也可以在识别核苷酸类型之后进行。
21、根据一个实施方案，在进一步的步骤中，向磁光转换器单元施加微波辐射。微波辐射可以由外部微波源提供。或者，微波辐射也可以由磁性标记的分子提供。可变频率的微波辐射的射入在此允许根据微波辐射的频率来检测和评估荧光信号。在此，在荧光信号中出现可光学检测的磁共振（odmr；odmr代表磁共振的光学检测），其频率情况由色心位置的局部磁场的塞曼效应决定。在金刚石中的单个nv中心的情况下，出现两个这种共振，分别是一个低于和一个高于大约2.87 ghz的零场分裂（“零磁场分裂”）频率。这两个共振之间的频率差指示磁场强度或其变化，特别是不依赖于金刚石的温度。由此可以特别容易地评估测量结果。
22、根据另一个实施方案，在进一步的步骤中
23、向磁光转换器单元施加静磁场，和
24、向磁光转换器单元施加rf磁场。
25、静磁场导致磁性标记的自旋进动，而相反地通过rf磁场则实现相位调整（phasenangleichung）。这样可以增加信号强度。
26、根据另一个实施方案，梯度磁场用作静磁场。通过梯度磁场可以实现额外的空间分辨或空间编码。梯度磁场可以由电磁体或永磁体提供。为了实现二维空间分辨或空间编码，可以设置将具有所述制备的dna链的载体围绕竖轴旋转90°。或者，也可以旋转传感器单元，而非载体。由此可以简化对测量结果的评估，同时可以进行区域扫描。
27、根据另一个实施方案，在进一步的步骤中进行自旋极化。结果，可以实现磁光转换器单元的色心的核自旋极化。这允许增加信号强度。为此，可以使用强磁场以实现色心自旋极化或超精细跃迁的激发。
28、根据另一个实施方案，传感器单元是位置固定的并且制备的dna链相对于传感器单元而言以预定方式移位，或制备的dna链是位置固定的并且传感器单元相对于制备的dna链而言以预定方式移位，或制备的dna链和传感器单元各自以预定方式移位。例如，制备的dna链可以通过带有微通道的传感器单元的基底被引导经过传感器单元。在此，传感器单元的基底可以是mems（微机电系统）部件。或者，制备的dna链也可以是位置固定的并且使用例如扫描力显微镜（afm，来自英文术语“原子/扫描力显微镜”），在其测量尖端布置传感器单元或传感器单元的组件。
29、本发明还包括被设计为进行这种方法的计算机程序产品、用于对制备的dna链进行测序的系统以及用于这种系统的传感器单元。