Investigadores de la Universidad de Pensilvania han desarrollado un nuevo Plataforma a nanoescala basada en carbono para detectar eléctricamente moléculas de ADN individuales.

Usando campos eléctricos, las diminutas hebras de ADN se empujan a través del tamaño de nanoescala, poros atómicamente delgados en una plataforma de nanoporos de grafeno que, en última instancia, pueden ser importantes para la secuenciación electrónica rápida de las cuatro bases químicas del ADN en función de su firma eléctrica única.

Los poros quemado en membranas de grafeno usando tecnología de haz de electrones, proporcionar a los físicos de Penn mediciones electrónicas de la translocación del ADN.

El artículo, presentado el 25 de marzo, se publica en el número actual de Nano letras .

"Estábamos motivados para explotar las propiedades únicas del grafeno, una hoja bidimensional de átomos de carbono, para desarrollar una nueva plataforma eléctrica de nanoporos que pudiera exhibir alta resolución, "dijo Marija Drndić, profesor asociado en el Departamento de Física y Astronomía de la Facultad de Artes y Ciencias de Penn y autor principal del artículo. "Se espera una alta resolución de los dispositivos de nanoporos de grafeno porque el grosor de la hoja de grafeno es menor que la distancia entre dos bases de ADN. El grafeno se ha utilizado anteriormente para otros dispositivos eléctricos y mecánicos, pero hasta ahora no se ha utilizado para la translocación del ADN ".

El equipo de investigación había creado nanoporos de grafeno en un estudio completado hace dos años y en este estudio puso los poros a trabajar.

Para realizar los experimentos, Drndić y el becario postdoctoral Christopher A. Merchant, junto con Ken Healy, Meni Wanunu, Vishva Ray y otros miembros del laboratorio de Drndić utilizaron material de grafeno de gran superficie desarrollado por el becario postdoctoral Zhengtang Luo y el profesor A.T. Charlie Johnson, ambos físicos en Penn. El equipo utilizó una deposición de vapor químico, o CVD, método para cultivar grandes escamas de grafeno y suspenderlas sobre un orificio del tamaño de una sola micra hecho en nitruro de silicio. Un agujero aún más pequeño el nanoporo en el centro mismo del grafeno suspendido, Luego se perforó con un haz de electrones de un microscopio electrónico de transmisión, o TEM.

Los nanoporos de estado sólido están demostrando ser herramientas invaluables para investigar la biología a nivel de una sola molécula.

Los dispositivos de nanoporos de grafeno desarrollados por el equipo de Penn funcionan de manera sencilla. El poro divide dos cámaras de solución de electrolito y los investigadores aplican voltaje, que impulsa los iones a través de los poros. El transporte de iones se mide como una corriente que fluye desde la fuente de voltaje. Moléculas de ADN, insertado en el electrolito, se puede conducir en una sola fila a través de tales nanoporos.

A medida que las moléculas se trasladan, bloquean el flujo de iones y se detectan como una caída en la corriente medida. Debido a que las cuatro bases de ADN bloquean la corriente de manera diferente, Los nanoporos de grafeno con un grosor inferior a un nanómetro pueden proporcionar una forma de distinguir entre bases, realizando un bajo costo, técnica de secuenciación de ADN de alto rendimiento.

Además, para aumentar la robustez de los dispositivos de nanoporos de grafeno, Los investigadores de Penn también depositaron una capa ultrafina, solo unas pocas capas atómicas de espesor, de óxido de titanio en la membrana que además generó un limpiador, Superficie más fácilmente humectable que permite que el ADN la atraviese más fácilmente. Aunque los nanoporos de grafeno solo se pueden usar para translocar el ADN, recubrir las membranas de grafeno con una capa de óxido redujo constantemente el nivel de ruido de los nanoporos y, al mismo tiempo, mejoró la robustez del dispositivo.

Debido a la naturaleza ultrafina de los poros de grafeno, los investigadores pudieron detectar un aumento en la magnitud de las señales de translocación en relación con los nanoporos de estado sólido anteriores hechos en nitruro de silicio, para voltajes aplicados similares.

El equipo de Penn ahora está trabajando para mejorar la confiabilidad general de estos dispositivos y en utilizar la conductividad de la hoja de grafeno para crear dispositivos con control eléctrico transversal sobre el transporte de ADN. Específicamente, este control eléctrico transversal puede lograrse tallando grafeno en nanoelectrodos y utilizando su naturaleza conductora. Hacia este objetivo, Michael Fischbein y Drndic han demostrado previamente la nanoescultura de grafeno en estructuras arbitrarias, como nanocintas, nanoporos y otras formas, publicado en Letras de física aplicada en 2008, creando una base firme para la investigación futura.