(PhysOrg.com) - Mire la punta de ese lápiz viejo en el cajón de su escritorio, y lo que verá son capas de grafito de miles de átomos de espesor. Usa el lápiz para dibujar una línea en una hoja de papel, y la marca que verá en la página está formada por cientos de capas de un átomo.

Pero cuando los científicos encontraron una manera, usando, esencialmente, un trozo de cinta adhesiva ordinaria, para despegar una capa de grafito que tenía un solo átomo de espesor, llamaron grafeno al material bidimensional y, en 2010, ganó el Premio Nobel de Física por el descubrimiento.

Ahora, Investigadores de la Universidad de Delaware han realizado modelos informáticos de alto rendimiento para investigar un nuevo enfoque para la secuenciación ultrarrápida de ADN basada en pequeños agujeros. llamados nanoporos, perforado en una hoja de grafeno.

"El grafeno es una hoja bidimensional de átomos de carbono dispuestos en un patrón de panal" Branislav Nikolic, profesor asociado de física y astronomía, dijo. "La estabilidad mecánica del grafeno permite utilizar un haz de electrones para esculpir un nanoporo en una hoja de grafeno suspendida, como lo demostró en 2008 Marija Drndić en la Universidad de Pensilvania ".

El grafeno ha estado entre las áreas de estudio de más rápido crecimiento en nanociencia y tecnología durante los últimos cinco años. Dijo Nikolic. Él lo llama un material maravilloso que tiene una mecánica notable, propiedades electrónicas y ópticas y se está investigando para una variedad de aplicaciones tan diversas como envases de plástico y transistores gigahercios de próxima generación.

En la secuenciación que él y otros físicos han propuesto, Se perfora un pequeño orificio de unos pocos nanómetros de diámetro en una hoja de grafeno y se pasa ADN a través de ese nanoporo. Luego, Se utiliza una corriente de iones que fluye verticalmente a través del poro o una corriente electrónica que fluye transversalmente a través del grafeno para detectar la presencia de diferentes bases de ADN dentro del nanoporo.

"Dado que el grafeno tiene solo un átomo de espesor, el nanoporo a través del cual se enhebra el ADN tiene contacto con una sola base de ADN, —Dijo Nikolic.

En 2010, tres equipos experimentales, dirigidos por Jene Golovchenko de Harvard, Cees Dekker de Delft y Drndić:demostraron la detección de ADN utilizando nanoporos en grafeno de gran superficie. Sin embargo, Nikolic dijo:el proceso se movió demasiado rápido para que la electrónica existente detectara bases de ADN individuales.

El nuevo concepto de dispositivo propuesto por los investigadores de la UD utiliza nanocintas de grafeno, finas tiras de grafeno de menos de 10 nanómetros de ancho, con un nanoporo perforado en su interior. Farmacia, ingenieros Los científicos y físicos de materiales han ideado varios métodos durante los últimos tres años para fabricar nanocintas con un patrón específico en zigzag de átomos de carbono a lo largo de sus bordes. Dijo Nikolic. Las nanocintas podrían permitir una rápida y de bajo costo (menos de $ 1, 000) secuenciación de ADN, él dijo, debido a las corrientes electrónicas generadas por la mecánica cuántica que fluyen a lo largo de esos bordes.

Una secuenciación de ADN tan rápida y económica podría marcar el comienzo de una era de medicina personalizada, Dijo Nikolic.

"Utilizamos el conocimiento adquirido durante varios años de investigación teórica y computacional sobre el transporte electrónico en el grafeno para aumentar la magnitud de la corriente de detección en nuestro biosensor de mil a millones de veces en comparación con otros dispositivos considerados recientemente". "Nikolic dijo." Hace dos años, los científicos me habrían dicho que nuestro dispositivo era imposible, pero hay tanta gente trabajando con grafeno que ya nada es imposible.

"Cada vez que los físicos piensan que algo es imposible, los científicos de materiales o los químicos vienen al rescate, y viceversa ".

Nikolic dijo que él y el investigador postdoctoral Kamal Saha han empleado sus códigos computacionales paralelos masivamente cultivados en casa para simular el funcionamiento del biosensor nanoelectrónico propuesto a partir de los primeros principios, utilizando la supercomputadora Chimera que UD adquirió con el apoyo de una subvención de la National Science Foundation.

"Este proyecto debe ejecutarse en 500-1, 000 procesadores durante varios meses de forma continua, ", dijo." No podríamos haberlo hecho sin que UD Chimera estuviera en pleno funcionamiento a principios de 2011 ".

Nikolic, Saha y Drndić han publicado recientemente los resultados de esta investigación en un artículo en la prestigiosa Nano letras , una revista con un factor de impacto de 12,219 publicada por la American Chemical Society. Colegas, dirigido por Drndić en la Universidad de Pennsylvania, ahora buscarán fabricar los biosensores en su laboratorio, guiado por las simulaciones presentadas en el artículo. Nikolic dijo que esta sinergia de investigación, Sucesivamente, permiten simulaciones de diseños de dispositivos mejorados.