Как выделить днк в домашних условиях. Можно ли верить результатам анализа днк на отцовство и как проводится исследование. Точность анализа ДНК в домашних условиях

06.11.2019

Сегодня практически 10% отцов воспитывают не своих кровных детей в браке, причем статистика говорит, только о тех случаях, когда родство в судебном порядке не подтвердилось. А сколько еще таких, что не подозревают о данном факте. Одним из главных доказательств установления отцовства является генетическая экспертиза, которая проводится посредством сбора ДНК. ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота, которая содержит информацию о генетической составляющей человека, что передается из поколения в поколение. Таким образом, именно такой анализ является ключевым при установлении кровного родства. Насколько достоверна данная процедура, можно ли ее провести в домашних условиях и какие условия для сбора материала необходимо соблюдать? Об этом мы расскажем далее.

Нить ДНК – это 46 хромосом, а именно главный носитель уникальной информации каждого отдельного человека. То есть, каждый человек имеет свои гены, они позволяют передавать данные в качестве сперматозоида следующему поколению. Клетки, которые содержат ДНК, хранят заложенную информацию о человеке при его зачатии и могут восстановить необходимый набор генетических признаков. Именно поэтому, нить ДНК используют для подтверждения или опровержения родства двух людей. Если ребенок был зачат от предполагаемого мужчины, то ему передается набор его генетических признаков, в результате чего хромосомы от двух биологических материалов (отца и ребенка) совпадают и тест выдает положительный результат. Поэтому достоверность данного теста высокая.

Провести тест ДНК для установления отцовства можно как после рождения ребенка, так и , если у матери не стоит диагноз «Угроза выкидыша».

Стоимость анализа

Проверка ДНК процедура довольно сложная, ее оказывают не все медицинские учреждения. Так как для ее проведения необходимо дорогостоящее оборудование и квалифицированные специалисты, ее цена не будет дешевой. Сегодня тест ДНК на установление родства может обойтись вам примерно в 5000-7000 рублей для каждого участника. Цена иногда может доходить и до 10000 рублей. Все зависит от региона проживания, медицинского центра куда вы обратились, а также срочности проведения процедуры. Стандартная цена составляет для получения результатов в течение 14 дней. Если вам необходимо узнать ответ срочно, за 2-3 дня, тогда придется заплатить две цены.

Когда вопрос , многие клиенты, придя в лабораторию, интересуются: «Возможно ли проведение экспертизы бесплатно?». Закон в этом случае возложил все издержки с судебным процессом на истца. Если в процессе установления отцовства через суд, будет доказан факт родства, от которого ответчик уклонялся, то суд может обязать его компенсировать растраты истца.

Процедура проведения теста на отцовство дома

Многие, услышал о возможности провести процедуру теста ДНК в домашних условиях, путают ее с действительностью. Не стоит сравнивать данный вид процедуры с тестом на беременность или овуляцию, при помощи экспресс-полосок. Здесь смысл заключается совершенно в другом. Под термином «анализ ДНК дома» понимается только лишь забор биологического материала, который в дальнейшем направляется в медицинскую лабораторию. Обычно для проведения анализа предоставляют биологические данные отца и ребенка, но наличие клеток матери позволит существенно упростить тест и увеличить процент результативности.

Важным моментом, перед тем как провести процедуру в домашних условиях является то, что полученный результат при таких обстоятельствах забора материала не сможет быть допущен к рассмотрению на судебном заседании.

Чтобы процедура прошла по всем правилам, сотрудник медицинского центра присылает по адресу вашего проживания специальный набор. Он состоит из подробной инструкции забора материала, набора стерильных палочек, а также разноцветных конвертов, куда помещается материал. На дому обычно предоставляют забор клеток слизистой, а именно эпителия с внутренней стороны щек. После успешного выполнения рекомендаций, конверты направляют в лабораторию, где и осуществляют непосредственно сам тест.

Что нужно для анализов

Наиболее частым вопросом перед проведением ДНК анализа на родство, является предмет исследуемого, то есть биологического материала человека, где содержится необходимая генетическая информации. Итак, в качестве материала для проведения генетической экспертизы от отца и ребенка может выступать следующее:

кровь;
слюна;
сперма;
волосы;
ногти;
сера из уха;
пятна на ткани естественных выделений человека;
зубная щетка;
бритва;
окурки;
жевательная резинка.

Если проблем с забором материала нет, то сотрудники лаборатории советуют предоставлять слюну с внутренней стороны щек, так как данные клетки являются буккальным эпителием.

Задача специалиста – это исследовать сразу несколько фрагментов молекулы, которая содержит генетические данные, чтобы удостовериться несколько раз в подлинности результатов. Именно поэтому, лучше всего проводить данную процедуру в стенах лаборатории, чтобы разные внешние факторы не повлияли хоть на малейшую долю отклонения.

Инструкция по забору материала

Очень важно соблюдать правила забора материала, что может напрямую отразиться на точности результатов теста. Особенно это касается тех людей, кто выбрал проведение забора биологического материала на дому.

ни в коем случае нельзя к предмету забора дотрагиваться руками, для этого необходимо использовать перчатки и стерильный пинцет, который после помещает материал в специальный контейнер;
если это зубная щетка, то ее срок эксплуатации не должен превышать недели;
при наличии пятен на одежде, их нужно аккуратно вырезать ножницами, а после также поместить пинцетом в стерильный конверт или контейнер;
жевательная резинка или окурки, предварительно подсушиваются;
волосы предоставляются для анализа только с луковицами и желательно около 10 шт.;
собрать слюну можно стерильной ватной палочкой.

Если вы собираете биологический материал в домашних условиях, очень важно соблюдать не только вышеперечисленные правила, касаемо отдельных предметов, но и проследить, чтобы за время их хранения (например, если это жевательная резинка или окурок от сигареты), к ним никто не дотрагивался. Иначе результаты будут искаженными.

Расшифровка результатов

После сдачи исследуемого материала в отведенный срок вы получаете результата теста ДНК. Результаты будут отображены на бланке, где будет представлена информация о двух или более участников исследования. Главное здесь, это запись о выводе проводимого исследования и заключение специалиста – подтвердить или опровергнуть совпадение. Если ответ положительный, то в выводе будет стоять вероятность совпадения 99,9%. Многие задают вопрос: «Почему не 100%?». А все потому, что 0,01% отводится исключительным случаям, которые могут произойти в жизни, например, когда у биологического отца есть брат-близнец и были поданы именно его биологические материалы. А вот если сходства с генами не будет найдено, то результат будет 100%. Здесь ошибка исключена.

Можно ли обмануть тест

Как бы ни звучало это абсурдным, но результаты ДНК экспертизы можно исказить. Если данное действие произошло умышленно, то за этого рода деяния грозит уголовная ответственность и заказчику и исполнителю. Конечно, все мы понимаем, что за все этим стоит цена вопроса. А вот неумышленно подлинные результаты могут быть искажены в следствии подмены биологического материала в лаборатории. Такое на практике происходит, когда в экспертизе не задействованы судебные органы при установлении отцовства. Так как если на экспертизу направляет суд в ходе разбирательства, то тест ДНК проходит по строгим правилам, в проверенных медицинских центрах, с подробным отчетом, а также фотоотчетом, и при присутствии уполномоченного лица.

Если вы сомневаетесь в результатах генетической экспертизы, вы можете затребовать ее повторное проведение, даже если отцовство устанавливается в судебном порядке.

На сегодняшний день ведущие ученые мира доказали, что можно искусственно подделать образцы слюны и крови при наличии чужого биологического материала. Происходит это при помощи высокотехнологического оборудования, которое умеет синтезировать молекулу ДНК. Но сделать этого не может любая лаборатория, так как ей необходим доступ к базе геномов, а также современные технологии, которые не имеются в широкой доступности.

Следовательно, тест ДНК для установления отцовства является единственным методом определения родства с высокой точностью. Несмотря на недешевую цену, а также длительность ожидания результатов, анализ ДНК на отцовство является достоверной и максимально точной информацией, что либо подтверждает, либо опровергает факт родственной связи. Именно поэтому при судебных разбирательствах, результаты генетической экспертизы играют решающую роль.

К сожалению, многие могут сомневаться в том, что данный метод действительно работает, а сделать ДНК тест не так уж и сложно. На самом деле, специалисты в клинических условиях способны определить связь между людьми не только по анализу крови, но и по ногтю или, например, волосу. Давайте проясним основные вопросы, касающиеся данного процесса, и отметим, как проходит установление факта признания отцовства.

Можно ли верить результатам анализа ДНК на отцовство и как проводится исследование

Современные технологии позволяют установить личность отца ребенка еще до появления малыша на свет, во время его вынашивания. Причем если еще десятилетие назад для подобной процедуры требовалось проведение амниоцентеза - прокола передней брюшной стенки и матки женщины для забора образца околоплодных вод, то теперь медики научились выделять детскую ДНК прямо из крови его матери. Такое исследование возможно уже с девятой недели беременности.

Анализ ДНК на отцовство в домашних условиях

Сегодня, получить информацию об отцовстве могут все сомневающиеся мужчины, благодаря гениальному изобретению — домашнему тесту ДНК. Что это за анализ, что нужно для его проведения и какова достоверность полученного результата, мы расскажем вам в этой статье.

Установление отцовства

ДНК-тест на установление отцовства позволяет с очень высокой точностью (до 99,999999 %) определить являетесь ли вы отцом ребенка. Отрицательный результат будет равен 100%. Для проведения экспертизы необходим биологический материал обоих участников теста - чаще всего мы берем безболезненный мазок с внутренней части щеки. Но возможен также «нестандартный» метод, когда для анализа используется что-то другое: волосы (с луковицей) окурок, жевательная резинка, след крови на одежде и пр. На результат исследования этот фактор не влияет.

ДНК тест установление отцовства в СПб

Если вы хотите установить, является-ли определенный мужчина биологическим отцом ребенка, Вам нужно сделать анализ ДНК отцовство. Данный ДНК тест – самый точный способ определения отцовства на сегодняшний день — точность 99,99999%. Для исключения малейших погрешностей, ДНК тест на отцовство проводится двумя независимыми группами генетиков, и заверяется личной подписью главного врача.

Анализ ДНК в домашних условиях

Самостоятельно произвести сбор биоматериала (инструкция ниже).
Связаться с оператором , который вызовет курьера по Вашему адресу либо сообщит куда необходимо доставить образцы в Вашем регионе. Оператор также назначает номер Вашего заказа и заполняет анкетные данные.

Установление отцовства по анализу ДНК

Предварительно готовиться к сдаче буккального эпителия не нужно. Если мужчина делает анонимное тестирование и проводит сбор материала самостоятельно, в клинике ему выдают пакет с ватными палочками. После взятия образца пакет запечатывается и отправляется на анализ.

Как сдавать ДНК-анализ

Как сдавать ДНК-анализ беременным женщинам? Раньше делали прокол плодного пузыря, чтобы провести забор материала, но тогда появлялась угроза жизни ребенка. Теперь определение отцовства возможно с 9-й недели беременности без риска для здоровья плода и матери. Данная процедура называется дородовым неинвазивным ДНК-анализом на отцовство.

Установление отцовства по ДНК в условиях дома

Живу в Узбекистане, хочу заказать тест на отцовство, к мальчику, который якобы от меня, у меня доступ ограниченный, его стараются мне не показывать. Результаты теста нужны мне, они не будут использованы в других целях, я должен для себя узнать истину: от меня или нет?

Как правильно сделать ДНК-анализ на отцовство

Максимальный процент совпадений – 99,9%. Это вовсе не значит, что вероятность ниже, просто лаборатории придерживаются принципа объективности. Всегда остается вероятность, что у отца ребенка есть брат-близнец. Несмотря на то, что такие случаи – большая редкость, медики при интерпретации эту вероятность учитывают. При таком проценте (около 100%) ошибка исключена.
Достоверность зависит не столько от качественно собранного материала, сколько от профессионализма лаборантов и количества исследуемых локусов (участков цепочки ДНК). Если лаборатория гарантирует анализ около 30-33 локусов, в достоверности такого теста можно не сомневаться.
Если отцом ребенка является исследуемый, то в результате будет указано «биологическое отцовство пациента 1 (ФИО отца) в отношении пациента 2 (ФИО ребенка) не исключено», а затем указывается процент совпадений. Если же исследуемый отцом ребенка не является, в результате будет написано, что сходства генетического материала не обнаружено. Ошибка в этом случае исключена.

Тест ДНК на отцовство — цена и правила проведения процедуры

Сбор слюны считается самой простой и безболезненной процедурой, которую можно провести в домашних условиях. Для этого, согласно предоставленной лабораторной инструкции, ватными палочками слюна берется в полости рта с внутренней стороны щек, губ, а также нижней поверхности языка. Перед этим нужно тщательно прополоскать рот чистой кипяченой водой комнатной температуры. Домашние тесты на отцовство складываются в большой конверт и отправляются с курьером в молекулярный центр.

Определение и Установление отцовства

В соответствии с приказом Министерства Здравоохранения России 161 от 24.04.2003 года для доказательства факта отцовства достаточно точности исследования 99,90%, на практике удаётся достичь ещё большей точности. После проведения процедуры установления отцовства по ДНК становится точно ясно является ли мужчина биологическим отцом конкретного ребенка или нет. Наша генетическая лаборатория позволяет выполнять процедуры установления (определения) отцовства с соблюдением высочайших стандартов качества, быстро и анонимно.

Как установить отцовство ребенка

Вопрос о том, как установить отцовство быстро и с высокой точностью, актуален для женщин, для мужчин, а также повзрослевших детей. Сейчас для этого применяются современные высокоточные методики, которые позволяют безошибочно, с высокой долей вероятности установить истину, разрешить семейные споры.

Днк тест на определение отцовства по крови, волосам и другим нестандартным образцам

Если несколько лет назад достоверной информацией обладала лишь мать малыша, то в век современных технологий ДНК тест на отцовство по крови, по волосам и другими нестандартными способами можно сделать практически в любой лаборатории, которая специализируется на проведении подобных генетических исследований.

Генетический анализ на отцовство

Все перечисленные материалы, кроме первых двух, относятся к нестандартным и чаще всего используются для частных анализов, но не для судебных. Их исследуют на более сложном оборудовании, поэтому и цена генетического анализа на отцовство в таких случаях оказывается выше.

После того, как генетические технологии стали доступными, многие озадачились - как сделать тест ДНК в домашних условиях и что требуется для такого мероприятия? Анализ ДНК – достаточно сложная процедура, которая проводится в специализированных лабораториях с применением высокоточной аппаратуры. При этом учреждение должно быть аккредитовано, иметь лицензии на право заниматься данным видом деятельности. Самый распространенный стандартный вариант материала, который необходим для проведения исследований – клетки буккального эпителия , которые берутся путем мазка на слизистой оболочке щеки. И такую процедуру можно сделать как в лабораторных условиях, так и самостоятельно дома.

Как сделать тест ДНК дома самому

Если у человека нет возможности посетить лабораторию, то возникает вопрос - можно ли сделать ДНК-тест в домашних условиях? Само тестирование, как указано выше, проводится исключительно в лабораторных условиях . А взять мазок вполне возможно дома, точно следуя инструкции. Для этого понадобится почтовый конверт, новая упаковка ватных палочек и ножницы. Лучший вариант – использовать специальный комплект, который в компании «Ралзо» можно получить бесплатно. Такая стандартная процедура, как ДНК тест на отцовство , проводится следующим образом:

Конверты и палочки готовятся отдельно для каждого лица, которое будет участвовать в тестировании.
Конверт предварительно подписывается с указанием персональных сведений – Ф.И.О., число, месяц, год рождения, родство, дата, когда производится мазок. При анонимном исследовании вместо перечисленных сведений ставится индивидуальный номер.
Для взятия образца клеток у одного человека необходимо использовать две палочки.
Забор производится на слизистой оболочке ротовой полости. Для этого палочкой производится не менее 20 движений вверх и вниз. При этом ватную головку следует плотно прижимать и слегка проворачивать.
После взятия мазка палочку следует подержать на воздухе примерно одну минуту, чтобы удалить лишнюю влагу.
Далее конец, которого касались руки, аккуратно отрезается ножницами, а часть с ватной головкой помещается в конверт. Здесь нужно быть очень аккуратным, стараться не касаться внутренней поверхности руками и использовать для заклеивания липкую ленту, но не увлажнять ее языком.
Все манипуляции повторяются и забор клеток производится на другой стороне щеки.
Собранные материалы направляются для исследования, после чего клиент получает официальное заключение на фирменном бланке.

Если нет возможности предоставить клетки эпителия, то для исследования могут использоваться волосы, фрагменты ногтей, зубная щетка или другие личные вещи, из которых можно выделить необходимый для исследования генетический материал.

Точность анализа ДНК в домашних условиях

Чтобы взять образец ДНК дома и не сомневаться в чистоте проб, необходимо использовать фирменный набор и строго соблюдать рекомендации. Все остальное – зависит от технологии исследования и квалификации специалистов.

У нас используется самое передовое оборудование и современные реактивы , исследование одного образца проводится дважды опытными экспертами, что дает возможность получить объективный и точный результат, который ни у кого не вызывает сомнений. Ошибки и неточности даже в таких сложных тестах как установление отцовства по ДНК во время беременности полностью исключены!

Как получить набор для проведения ДНК-теста в домашних условиях

Заказать бесплатный фирменный комплект для анализа можно прямо на нашем сайте . Если Вам необходима консультационная помощь, рекомендуем позвонить нашим специалистам, которые доступно расскажут, как использовать набор и предоставят любую интересующую информацию.

Всем привет, меня зовут Александр Соколов, и я хочу рассказать, как сделал дома секвенатор – прибор для расшифровки ДНК. Рыночная цена такого прибора составляет около 10 миллионов рублей.

Краткий экскурс в генетику. Если вдруг вы помните, в 2003 г. было сделано сенсационное заявление: ученые, наконец, расшифровали геном человека. Геном построен из ДНК, а ДНК – это исходный код организма. ДНК представляет собой двойную цепочку, состоящую из 4-х видов нуклеотидов, которые повторяются в геноме человека порядка 3 млрд. раз. Так же, как в битах зашифрована вся информация на вашем компьютере, в нуклеотидах зашифрована инструкция о сборке всех белков человеческого тела. То есть зная, в какой последовательности расположены нуклеотиды в ДНК, мы теоретически можем собрать все необходимые белки и получить модель человека. Так вот в стандартном понимании ученые не расшифровали ДНК, а просто перевели химическую последовательность в набор нулей и единиц на компьютере. Что делать с этим дальше – отдельный разговор. Например, на данный момент нам ясна функция лишь 5% всего массива генома (это кодирование белков). Чем занимаются остальные 95%, можно только предполагать.

В 2003 году стоимость секвенирования ДНК человека составляла около 100 млн долларов. С течением времени эта цифра уменьшалась и сейчас она приближается к тысяче долларов. Вы платите, вашу ДНК секвенируют и отдают вам жесткий диск с 3 ГБ информации – вашим геномом в цифровом виде.

Сегодня на рынке представлено три основных секвенатора. Самый производительный, Hiseq, и его приемник NovaSeq, обеспечивает самое дешевое (флуоресцентное) секвенирование. Один его запуск длится несколько дней, и за это время обрабатываются геномы сразу нескольких человек. Однако сам запуск стоит около десятка тысяч долларов. К слову, и сам прибор стоит порядка $1 млн, а, поскольку устаревает он примерно за 3 года, для того, чтобы он окупился, он должен приносить вам $1000 в день.

Второй прибор появился на рынке буквально прошлым летом. Он называется Nanopore и базируется на очень интересной технологии, когда ДНК секвенируется путем пропускания через нанопору. Самый дешевый вариант Nanopore позиционируется как одноразовый домашний секвенатор и стоит $1000.

Третий прибор – PGM, полупроводниковый секвенатор, который стоит $50 000 у себя на родине и около 10 млн рублей (с доставкой, растаможиванием и т. д.) в России. Процесс секвенирования на нем занимает порядка нескольких часов.

Что ж, десяти миллионов у меня не было, а PGM захотелось. Пришлось сделать самому. Сначала вкратце о том, как происходит полупроводниковое секвенирование. Вся цепочка ДНК делится на фрагменты длиной по 300-400 нуклеотидов, называемые ридами. Затем риды прикрепляются к маленьким сферам и многократно копируются – в итоге на каждой сфере «висит» целый пучок одинаковых фрагментов ДНК. Копирование нужно для усиления сигнала от каждого конкретного рида. Набор разных сфер называется библиотекой ДНК.

Сердцем PGM является одноразовый чип – матрица, похожая на матрицу в фотокамере, только вместо пикселей, реагирующих на свет, здесь pH-транзисторы, реагирующие на изменение кислотно-щелочного баланса. Полученная библиотека ДНК загружается на чип, содержащий 10 млн лунок, на дне каждой из них находится pH-транзистор. В лунку умещается только одна сфера и, следовательно, риды только одного типа (с одной определенной последовательностью нуклеотидов). Далее на чип подаются реагенты таким образом, чтобы ДНК начала себя копировать. А копируется она линейно, то есть нуклеотиды прикрепляются к вновь создаваемой цепочке в том порядке, в котором они стоят в материнской цепочке. Поэтому на чип подается один тип нуклеотидов – и тут же фиксируется изменение pH в некоторых лунках (это значит, что в них произошло присоединение данного нуклеотида). Далее подается другой тип нуклеотидов и фиксируется изменение pH в лунках и т. д. Таким образом, подавая на чип все 4 типа нуклеотидов много раз, мы можем получить информацию о последовательности нуклеотидов в каждом риде. Затем математическими способами прочитанные короткие отрезки собираются на компьютере в единую цепочку. Чтобы собрать ее более-менее уверенно, каждый рид нужно прочесть примерно по 100 раз.

Рис.1. Полупроводниковое секвенирование

Теперь разберемся, из чего состоит сам прибор. Имеется, как мы уже знаем, чип, а также система подачи реагентов и материнская плата. Все секвенирование ведется именно на чипе – остальной аппарат только передает на него определенные сигналы, подает реагенты, считывает с него аналоговые сигналы, оцифровывает их и гонит полученный поток информации на компьютер, где данные накапливаются и обрабатываются.

Рис. 2. Устройство секвенатора

Чип позиционируется как одноразовый и после использования выкидывается. Соответственно, там, где работает PGM, такие чипы можно достать бесплатно в любом количестве. Зачем их доставать, спросите вы? Дело в том, что чип мне уже удалось использовать многократно. По сути он вечен: достаточно хорошо промывать его – и можно применять вновь и вновь. По точности работы он ничем не будет отличаться от нового. Сама моя идея заключалась в том, чтобы сделать прибор под этот условно бесплатный чип.

Итак, передо мной встала задача реверс-инжиниринга чипа. Разумеется, никакой документации на заветную микросхему найти было нельзя – производитель не собирался делиться секретами производства, а хотел спокойно продавать свои приборы за $50 000. Для начала я сделал самое очевидное и простое: прозвонил контакты тестером. Стало ясно, где расположены цифровые и аналоговые входы-выходы, питание и прочее. Кое-какую информацию удалось почерпнуть из патентов на чип. Но всего этого, понятно, было недостаточно для создания полноценного продукта. Я еще повозился с чипом, проверял разные свои догадки, поэкспериментировал с подачей сигналов, но никуда принципиально не продвинулся. Пришлось поставить проект на паузу.

Рис. 3. Прозвонка чипа

А затем внезапно на Habrahabr мне попалась статья известного блоггера BarsMonster о том, как он делает реверс-инжиниринг чипов! Воодушевился, написал ему, написал другим энтузиастам, отправил запрос в Киев, где занимались фотографированием чипов. Из Киева ответили, что полировать по слоям они не умеют, могут только отснять верхний слой, а так как мой чип – многослойный, будет не понятно, куда идут дорожки от контактов. Потом познакомился с одним американцем, который тоже занимается реверс-инжинирингом чипов, послал ему свои микросхемы, но и тут дальше фотографирования верхнего слоя дело не пошло. Затем наткнулся в интернете на статью про тех, кто смог отреверсить чип Sony PlayStation и пр. («Слава героям!» и вот это все, если кто в курсе). Решил написать им с вопросами, нашел их ники – и тут же понял, что один из них мне знаком. Недавно товарищ свел меня со своим другом, который «тоже занимается генетикой на любительском уровне», мы пообщались с этим другом в Skype и на этом диалог закончили. И вот я понимаю, что мой новый приятель – мегакрутой мастер реверс-инжиниринга чипов. Тут же написал ему. Однако выяснилось, что, хоть помочь он и готов, у него нет микроскопа. Снова тупик.

А через несколько месяцев нужный микроскоп нашелся в соседней лаборатории! Правда, встроенная в него камера была ужасной, я фотографировал на мобильный телефон через окуляр и получал снимки вот такого качества:

Рис. 4. Чип под микроскопом

Затем на последний Новый год отличный микроскоп за 130 тыс. появился у меня на работе (я – специалист по квантовой криптографии). Мечты сбываются. Наконец, я смог нормально сфотографировать чип сверху.

Рис. 5. Мой рабочий микроскоп

А потом… Потом мне все-таки пришлось самому освоить технику его полировки. Трудность полировки заключается в том, чтобы снимать слои металла толщиной порядка 1 микрона – при этом ширина чипа составляет 1 сантиметр. Для сравнения скажу, что это примерно то же, что допустить на 1 км погрешность не более 10 см. Я очень старался. Результаты моих трудов представлены на следующем фото:

Рис. 6. Реверс-инжиниринг под оптическим микроскопом

Довольно хорошо видны нижний кремниевый слой, верхний слой с транзисторами, первый, второй, третий и четвертый слои металла.

Чип состоит из повторяющихся зон (типа сдвиговых регистров), и по таким картинкам было очень удобно его анализировать: сразу становилось ясно, что происходит на разных слоях. Я «отреверсил» самые «нафаршированные» участки с обилием логики, которые многократно повторялись. Но самым сложным оказалось отследить трассы, идущие по всему чипу, понять, какой внешний контакт к чему относится. С новогодних праздников до конца февраля, я, вооружившись новым прекрасным микроскопом, корпел над этой задачей – сидел на работе до десяти ночи, «реверсил», думал. И тут произошло новое чудо: товарищ смог организовать бесплатную фотосъемку чипа по слоям на электронном микроскопе в МИРЭА. «Фотосессия» крохи в 1 кв. см представляла собой 50 ГБ черно-белых фотографий.

Теперь все эти отдельные фотографии нужно было каким-то образом объединить в одну целую картинку. Чуть ли не в тот же день я написал на «питоне» программу, которая генерировала HTML-файл – при его открытии в браузере я получал требуемое. (Кстати, самая старая 10-я Opera справилась с этим лучше всего, рекомендую!) Затем на javascript написал еще одну программу, позволяющую сравнивать слои, плавно переходить между ними, выравнивать их, подбирать масштаб и т. д. Наконец, в моих руках были все инструменты для решения главных задач. Я отследил трассы, пронизывающие чип, и восстановил всю его структуру до последнего транзистора.

Еще одна фотография среза чипа, сделанная под рентгеном (в МИРЭА):

Рис. 7. Съемка под электронным микроскопом

Хорошо видны лунки, куда попадают сферы с ридами. Ниже располагаются три слоя металла, а еще ниже – слой с транзисторами.

Следующим этапом борьбы за светлое будущее стало создание под чип материнской платы. Спроектировал ее и отправил заказ на производство. А пока суд да дело использовал для работы с чипом плату «Марсоход-2» с FPGA. (FPGA – это, грубо говоря, массив из 10 000 универсальных логических элементов; программируя FPGA, мы можем получать любую логическую схему, легко обрабатывающую гигабитные потоки информации.) Прошивку для FPGA я написал сам, а кроме того, для динамического управления системой написал софт, который задает всю конфигурацию для FPGA. Потом вновь образовался полугодовой перерыв (ездил в командировку на Байкал, готовил в лаборатории установку, которую демонстрировали Путину). Но в конце концов звезды сошлись: у меня появилось время, приехали готовые платы – и я собрал свою систему.

Рис. 8. Создание «железа»

Подал все необходимые сигналы и – о, чудо! – увидел на осциллографе сигнал с чипа. (Осциллограф я купил когда-то за 6 000 рублей на eBay, еще 1 000 стоила прошивка к нему.) На картинке хорошо видны пятна – капельки какого-то реагента.

Рис. 9. Сигнал с чипа на осциллографе

Теперь мне нужно было придумать, как оцифровать эту картинку и передать ее на компьютер. Я собрал вот такую установку:

Рис.10. Схема прибора

Рис. 11. Готовая установка

Есть компьютер, который подает данные управления на плату с FPGA. Плата генерирует цифровые сигналы и отправляет их на чип. Сигнал с чипа идет на усилитель, далее – на АЦП на плате, оцифровывается и передается через COM-порт на компьютер. Вообще, пропускная способность COM-порта невелика: 15 килобит в секунду (т. к. в одном чипе находится от 1 млн до 10 млн «пикселей», а максимальная скорость передачи – 115200 бод). Тем не менее картинка на компьютер в итоге попадает.

Рис. 12. Обработанный сигнал на компьютере.

На фото выше видно, что, когда на использованный б/у-шный чип подается библиотека ДНК, чип заполняется неравномерно: по краям – в меньшей степени. Разные цвета обусловлены разным напряжением на pH-транзисторах. То есть мы можем ясно различить те лунки, куда попали сферы с ридами – впоследствии это поможет нам контролировать промывку чипа.

Соответственно, следующей задачей стала промывка чипа. Нужно было добиться, чтобы он стал, как новый. К счастью, у меня имелся совершенно новый чип в качестве референсного образца. На илл. А видно, что в активной области такой чип практически одного цвета (вертикальные повторяющиеся полосы – это просто шумы, наводки).

Рис. 13. Промывка чипа

На рис. 13 B неудачно промытый чип – он разноцветный. На рис.13 D – использованный, но хорошо промытый чип. Видно, что градиент по краям исчез. Тем не менее стоило бы еще доказать, что он действительно чистый и может использоваться повторно.

Поскольку библиотеки ДНК прикрепляются к танталовому покрытию чипа в кислой среде и открепляются – в щелочной (то есть при высоком pH), то чип промывается с помощью специальных полуавтоматических пипеток растворами с разными pH. На сегодняшний день мне удалось добиться практически полной очистки чипа.

У меня интересовались, почему, когда я полностью разобрался в структуре чипа, я не стал заказывать его изготовление, а предпочел по-прежнему искать и доставать б/у-шные, возиться с их промывкой и т. п. Да потому, что разработка микросхемы стоит огромных денег, миллионы долларов, и солидная часть этой суммы уходит на физическую отладку полученного продукта: подгонку, настройку всех параметров транзисторов и т. д. То есть просто скопировать логическую схему – недостаточно. Поэтому я беру условно бесплатную, уже готовую – спроектированную, изготовленную, отлаженную – микросхему и таким образом экономлю значительные средства, серьезно удешевляю проект.

Следующей моей задачей было собрать более продвинутый прибор, который позволял бы быстрее передавать информацию на компьютер и при этом не состоял бы из огромного количества отдельных плат.

Рис.14 Разработка следующей версии прибора

Я взял новую плату с FPGA – на том же кристалле здесь было 2 ARM-ядра с Linux, имелся Gigabit Ethernet и прочие «плюшки», но зато, в отличие от предыдущего варианта, не было АЦП. Позже спроектировал еще одну плату, с высокоскоростными АЦП и всеми другими необходимыми элементами. Запустил – все заработало.

Что осталось сделать для появления финального прибора? Всего три вещи.

Первое. Нужен гигабитный интернет, быстрая передача данных на компьютер. Это я реализовал буквально вчера.

Второе. Система подачи реагентов. Проектирование специального клапана уже в процессе.

Третье. Софт для обработки информации с чипа. С ПО пока есть вопросы, поэтому приглашаю к сотрудничеству программистов.

Финальный прибор стоит 10 млн рублей. Себестоимость секвенирования составляет несколько тысяч долларов. Чипы обходятся от 100 до 1000 долларов – в зависимости от количества «пикселей» в них. (К слову, восстановление чипов само по себе может стать неплохим заработком, особенно учитывая, что для промывки нужно сделать лишь пару кликов.) Реагенты тоже покупаются, но в перспективе будут создаваться и они.

В общем все это очень интересно, но главное – за этим будущее. Сегодня биотехнологии занимают в мировом научно-техническом прогрессе то же место, что компьютерные технологии в 80-х гг. прошлого века. При этом секвенирование – одно из ключевых направлений для современной биологии и медицины. Ну и, конечно, биотехнологии – это очень прибыльно.

В последнее время на рынке появился полупроводниковый секвенатор S5, и в ближайшее будущие я планирую переключиться на него.

Буду рад пообщаться со всеми, кто захочет тем или иным образом поучаствовать в развитии этого проекта!
Проект был бы не возможен, без теоретической подготовки