Forskere forbedrer den nanopore-baserede teknologi til påvisning af DNA-molekyler

Hvis vi ville tælle antallet af mennesker i en mængde, vi kunne lave skøn på farten, meget sandsynligt upræcis, eller vi kunne bede hver person om at passere gennem et svingtårn. Sidstnævnte ligner den model, som EPFL-forskere har brugt til at skabe en "DNA-læser", der er i stand til at detektere passage af individuelle DNA-molekyler gennem et lille hul:en nanopore med integreret grafentransistor.

DNA-molekylerne fortyndes i en opløsning indeholdende ioner og drives af et elektrisk felt gennem en membran med en nanopore. Når molekylet går gennem åbningen, det fremkalder en lille forstyrrelse på marken, kan detekteres ikke kun af moduleringerne i ionstrøm, men også ved samtidig modulation i grafentransistorstrømmen. Baseret på disse oplysninger, det er muligt at afgøre, om et DNA-molekyle er gået gennem membranen eller ej.

Dette system er baseret på en metode, der har været kendt i over et dusin år. Den oprindelige teknik var ikke så pålidelig, da den præsenterede en række mangler, såsom tilstopning af porer og manglende præcision, blandt andre. "Vi troede, at vi ville være i stand til at løse disse problemer ved at skabe en så tynd membran som muligt og samtidig bevare åbningens styrke", sagde Aleksandra Radenovic fra Laboratory of Nanoscale Biology ved EPFL. Sammen med Floriano Traversi, postdoc studerende, og kolleger fra Laboratory of Nanoscale Electronics and Structures, hun stødte på det materiale, der viste sig at være både det stærkeste og mest modstandsdygtige:grafen, som består af et enkelt lag kulstofmolekyler. Strimlerne af grafen eller nanobånd, der blev brugt i eksperimentet, blev produceret på EPFL, takket være arbejdet udført på Center for Mikronanoteknologi (CMI) og Center for Elektronmikroskopi (CIME).

"Gennem en fantastisk tilfældighed, fortsatte forskeren, grafenlagets tykkelse måler 0,335 nm, som præcist passer til kløften mellem to DNA -baser, hvorimod der i de hidtil anvendte materialer var en tykkelse på 15 nm." Som et resultat, mens det tidligere ikke var muligt individuelt at analysere passagen af ​​DNA-baser gennem disse "lange" tunneler – i molekylær skala –, den nye metode vil sandsynligvis give en meget højere præcision. Til sidst, det kunne bruges til DNA-sekventering.

Men de er der ikke endnu. På kun 5 millisekunder, op til 50.000 DNA-baser kan passere gennem porerne. Det elektriske udgangssignal er ikke klart nok til at "læse" den levende sekvens af DNA-strengpassagen. "Imidlertid, muligheden for at påvise passage af DNA med grafen nanobånd er et gennembrud såvel som en betydelig mulighed", sagde Aleksandra Radenovic. Hun bemærkede, at for eksempel, enheden er også i stand til at detektere passage af andre slags proteiner og give information om deres størrelse og/eller form.

Dette afgørende skridt mod nye metoder til molekylær analyse har modtaget en ERC-bevilling og er omtalt i en artikel offentliggjort i Natur nanoteknologi .