9 de septiembre 2010 - En un artículo publicado como artículo de portada del 9 de septiembre, 2010 Naturaleza , investigadores de la Universidad de Harvard y el MIT han demostrado que el grafeno, una hoja plana sorprendentemente robusta de carbono de solo un átomo de espesor, Puede actuar como una membrana artificial que separa dos depósitos de líquido.

Al perforar un poro diminuto de unos pocos nanómetros de diámetro, llamado nanoporo, en la membrana de grafeno, Pudieron medir el intercambio de iones a través del poro y demostraron que una molécula de ADN larga puede pasar a través del nanoporo de grafeno del mismo modo que se pasa un hilo por el ojo de una aguja.

"Al medir el flujo de iones que pasan a través de un nanoporo perforado en grafeno, hemos demostrado que el grosor del grafeno sumergido en líquido tiene menos de 1 nm de espesor, o muchas veces más delgada que la membrana muy delgada que separa una sola célula animal o humana de su entorno circundante, "dice el autor principal Slaven Garaj, investigador asociado en el Departamento de Física de Harvard. "Esto hace que el grafeno sea la membrana más delgada capaz de separar dos compartimentos líquidos entre sí. El grosor de la membrana se determinó por su interacción con las moléculas de agua y los iones".

Grafeno el material más fuerte conocido, tiene otras ventajas. Más importante, es eléctricamente conductor.

"Aunque la membrana evita que los iones y el agua fluyan a través de ella, la membrana de grafeno puede atraer diferentes iones y otras sustancias químicas a sus dos superficies atómicamente cercanas. Esto afecta la conductividad eléctrica del grafeno y podría usarse para detección química, "dice la coautora Jene Golovchenko, Profesor de Física Rumford y Profesor Gordon McKay de Física Aplicada en Harvard, cuyo trabajo pionero inició el campo de los nanoporos artificiales en membranas de estado sólido.

"Creo que el grosor atómico del grafeno lo convierte en un dispositivo eléctrico novedoso que ofrecerá nuevos conocimientos sobre la física de los procesos superficiales y conducirá a una amplia gama de aplicaciones prácticas". incluida la detección química y la detección de moléculas individuales ".

En los últimos años, el grafeno ha asombrado a la comunidad científica con sus muchas propiedades únicas y aplicaciones potenciales. desde la investigación en electrónica y energía solar hasta aplicaciones médicas.

Jing Kong, también coautor del artículo, y sus colegas del MIT desarrollaron por primera vez un método para el crecimiento a gran escala de películas de grafeno que se utilizó en el trabajo.

El grafeno se estiró sobre un marco a base de silicio, e insertado entre dos depósitos de líquido separados. Un voltaje eléctrico aplicado entre los depósitos empujó los iones hacia la membrana de grafeno. Cuando se perforó un nanoporo a través de la membrana, este voltaje canaliza el flujo de iones a través del poro y se registra como una señal de corriente eléctrica.

Cuando los investigadores agregaron largas cadenas de ADN en el líquido, fueron tirados eléctricamente uno por uno a través del nanoporo de grafeno. A medida que la molécula de ADN enhebra el nanoporo, bloquea el flujo de iones, dando como resultado una señal eléctrica característica que refleja el tamaño y la conformación de la molécula de ADN.

Coautor Daniel Branton, Profesor Higgins de Biología, Emérito en Harvard, es una de las investigaciones que, hace más de una década, inició el uso de nanoporos en membranas artificiales para detectar y caracterizar moléculas individuales de ADN.

Junto con su colega David Deamer en la Universidad de California, Branton sugirió que los nanoporos podrían usarse para leer rápidamente el código genético, tanto como uno lee los datos de una máquina de teletipo.

A medida que una cadena de ADN pasa a través del nanoporo, las nucleobases, que son las letras del código genético, puede ser identificado. Pero un nanoporo en el grafeno es el primer nanoporo lo suficientemente corto como para distinguir entre dos bases nucleicas vecinas.

Aún quedan por superar varios desafíos antes de que un nanoporo pueda hacer tal lectura, incluido el control de la velocidad con la que el ADN pasa a través del nanoporo.

Cuando se logre, La secuenciación de nanoporos podría conducir a una secuenciación de ADN rápida y muy económica y tiene el potencial de promover la atención médica personalizada.

"Fuimos los primeros en demostrar la translocación del ADN a través de una membrana verdaderamente atómicamente delgada. El grosor único del grafeno podría acercar el sueño de una secuenciación verdaderamente económica a la realidad. La investigación que vendrá será muy emocionante, "concluye Branton.