20世紀90年代，全球多個(ge) 研究實險室的科研人員投入了數百萬(wan) 工時，繪製完成了第一個(ge) 完整的人類基因組序列。從(cong) 那時起，在基於(yu) 多種創新方法的一係列自動化儀(yi) 器的幫助下，個(ge) 人 DNA 測序的成本和時間大幅降低了多個(ge) 數量級。就某種程度而言，所有這些儀(yi) 器實際都依賴於(yu) 通常以激光為(wei) 光源的熒光檢測。　　

起初，市場對人類基因測序的需求並不大。而目前市場對這種應用的需求迫切、增長迅速，有這樣幾個(ge) 原因。商業(ye) 化的族源分析現在成為(wei) 了一個(ge) 主要應用領域。這種需求在美國尤其旺盛，因為(wei) 美國有很大一部分人口是20 世紀來到這裏的移民後代。他們(men) 中的許多人現在希望通過分析了解自己的地域沿襲狀況和族譜情況。 

在中國，產(chan) 前基因篩查現在發展迅速。許多父母傾(qing) 向於(yu) 通過簡單的抽血來對母親(qin) 的 DNA 進行基因分析，而不再是采用從(cong) 羊膜腔抽取羊水這種雖然低風險但非零風險的方法。這特別適合高齡產(chan) 婦(> 40 歲)，因為(wei) 她們(men) 的嬰兒(er) 可能麵臨(lin) 較高的出生缺陷風險。測序也被作為(wei) 一種法醫工具而廣泛使用。在許多國家/地區，任何被判有某種罪行的罪犯的 DNA 都會(hui) 經過分析並被存儲(chu) 在國家數據庫中，通過對當前犯罪活動甚至過去犯罪活動中檢測到的 DNA 進行分析，然後與(yu) 已有的 DNA 數據庫進行比對。事實證明，這對解決(jue) “懸案”以及為(wei) 過去被誤判的人洗脫罪名方麵極其有用。　　

如前所述，目前多種基於(yu) 激光熒光技術的方法被用於(yu) 商業(ye) 化的測序儀(yi) 器中。Coherent相幹公司獨有的光泵半導體(ti) 激光器 (OPSL) 專(zhuan) 利技術具有很多突出特性，使其非常適合用於(yu) 測序中的熒光激發。　　

與(yu) 許多早期激光器不同，OPSL 技術具有靈活的功率擴展性。這使得激光器的功率範圍可以從(cong) 幾毫瓦擴展到幾十瓦。對於(yu) 適合基因測序的激光器而言，Sapphire係列是其中的代表。該係列於(yu) 十多年前推出，是第一款提供藍光(488 nm 波長)的固態激光器，輸出功率達數十毫瓦。現在其功率高達 500 mW、體(ti) 型小巧、功耗低且傳(chuan) 導冷卻簡單。(相幹公司近期宣布了該係列激光器出貨量業(ye) 已突破50,000台這一裏程碑式的成就)　　

圖 1.目前，大多數 DNA 測序方法依賴於(yu) 激光熒光技術，不同的熒光染料分別表示四種不同的核苷酸 (ACGT)。　　

功率有什麽(me) 重要意義(yi) ?作為(wei) 具有商業(ye) 前景的領域，DNA 測序的發展有賴於(yu) 檢測速度的大幅提升以及相應檢測成本的大幅降低。速度提升主要是並行處理和自動化產(chan) 生的結果;第一次人類基因組測序是按順序進行的，而今天的技術可以做到同時對數千個(ge) 較短的基因組片斷進行測序。簡而言之，並行記錄數千個(ge) 數據點實質上意味著直接或間接地分散降低了激光功率。因此，要獲得可接受的信噪比且避免長時間的數據采集，就需要更高的激光功率。　　

圖 2.OPSL 技術具有波長靈活性，可使用許多標準波長的激光，並可根據要求提供定製 OEM 波長。　　

OPSL 技術的另一個(ge) 重要特性是波長靈活性。氣體(ti) 激光器和早期固態激光器僅(jin) 限於(yu) 原子物理學確定的固定頻率。而OPSL 是基於(yu) 半導體(ti) 芯片，其輸出波長可以在很寬的光譜範圍內(nei) 進行定製：從(cong) 紫外波長到近紅外波長。這一點很重要，因為(wei) 測序取決(jue) 於(yu) 能否通過激光激發四種化學標記(熒光染料)中的熒光，它們(men) 分別針對四種 DNA核苷酸 ACGT 中的一種。測序的精準度取決(jue) 於(yu) 能否區分四種熒光染料，測序速度取決(jue) 於(yu) 能否高效激發它們(men) 。充分提高儀(yi) 器效率意味著讓激發波長去匹配每個(ge) 標記的最大吸收峰，而不是嚐試反向匹配。相幹公司的 OBIS 激光器可以提供20多種不同的波長，智能化、“即插即用”的標準配置，可實現儀(yi) 器的快速集成和開發。此外，大多數OBIS激光器都提供自由空間或光纖偶合輸出選項，這進一步簡化了它們(men) 在當下和未來測序儀(yi) 器中的使用。 

作者：　　

姚建武，michael.yao@coherent.com　　

Matthias Schulze, matthias.schulze@coherent.com　　

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