Nanoskala crack-junctions kan fremskynde DNA-sekventering

Det tidskrævende, dyr proces med sekventering af DNA-molekyler – en teknologi, der bruges til at identificere, diagnosticere og muligvis finde kure mod sygdomme – kunne blive meget hurtigere og billigere som følge af en ny nanofremstillingsmetode, der udnytter lufthuller i nanostørrelse, eller nanocracks, i elektrisk ledende materialer.

En ph.d.-studerende ved KTH Kgl. Valentin Dubois, præsenterede den nye teknik i sin afhandling, siger, at resultaterne tilbyder et muligt alternativ til nuværende optiske DNA-sekventeringsprocesser, som er afhængige af omfangsrige, dyrt udstyr. Arbejdet blev udført i samarbejde med hans vejledere.

"Vores metode kan i princippet, muliggør udvikling af DNA-sequencers bestående af en simpel USB-forbundet dockingstation, i en størrelse svarende til en lille smartphone, koster mindre end €100, " siger Dubois. "Og enhver kunne bruge det uden nogen særlig uddannelse. Forhåbentlig, det vil være muligt at bestemme en persons genetiske sammensætning på mindre end en time, i stedet for dage, som det er tilfældet i dag."

Nanogap elektroder, dybest set et par elektroder med en nanometer-størrelse mellem dem, tiltrækker opmærksomhed som stilladser til at studere, følelse, eller udnytte de mindste stabile strukturer, der findes i naturen:molekyler. I sin afhandling Crack-junctions:Bridging the gap between nano electronics and giga manufacturing, Valentin Dubois beskriver, hvordan man anvender de unikke egenskaber ved nanorevner i elektrisk ledende materialer som en ny måde at fremstille elektrodepar med nanometer brede luftspalter.

Forskerne viste, at deres teknik kunne producere en type elektrisk nanostruktur kaldet tunneling junction, som kræver den mindste luftspalte, i størrelsesordenen et par enkelte nanometer. Ud over, dimensionerne af en luftspalte genereret af revner kan styres ved hjælp af konventionel mikrofabrikationsteknologi. "Det er det, der virkelig adskiller vores teknologi fra andet arbejde på området, som ikke let kan kontrollere bredden af ​​de revner, der dannes, " siger Dubois.

Teknologien er ikke kun i stand til at producere de mindste luftspalter, men gør det på en skalerbar måde - så millioner af dem kan fremstilles parallelt, han siger.

"Jeg opdagede, at de tunnelforbindelser, der blev skabt på denne måde, kunne løse centrale teknologiske udfordringer, som man står over for i dag inden for nanovidenskab. Revnedefinerede tunnelforbindelser har potentialet til at muliggøre endnu uundersøgte eksperimentelle konfigurationer til at udforske og udnytte fysik, og snart biologi, på nano- og molekylært niveau, " han siger.

Efter at have opnået sin ph.d. Dubois vil arbejde fuld tid med DNA-teknologier som Wallenberg Postdoc ved Broad Institute i Boston.

"Jeg vil have adgang til top-of-the-class samarbejdspartnere og forskningsmiljø for at give min teknologi den bedste chance for succes. For mig, det er også en stor oplevelse at kende de varme emner inden for sundhedspleje og genomik, og hvilke er de vigtige problemer at løse. Jeg håber at lære en masse der, og udvikle sig som forsker, men også som iværksætter, " han siger.