(Phys.org) —El encanto de la medicina personalizada ha hecho nuevos, Formas más eficientes de secuenciar genes es una de las principales prioridades de la investigación. Una técnica prometedora implica la lectura de bases de ADN utilizando cambios en la corriente eléctrica a medida que se pasan a través de un orificio nanoscópico.

Ahora, un equipo dirigido por físicos de la Universidad de Pensilvania ha utilizado nanoporos de estado sólido para diferenciar moléculas de ADN monocatenarias que contienen secuencias de una sola base repetida.

El estudio fue dirigido por Marija Drndić, profesor asociado del Departamento de Física y Astronomía de la Facultad de Artes y Ciencias, junto con los estudiantes graduados Kimberly Venta y Matthew Puster y los investigadores posdoctorales Gabriel Shemer, Julio A. Rodríguez-Manzo y Adrian Balan. Colaboraron con el profesor asistente Jacob K. Rosenstein de la Universidad de Brown y el profesor Kenneth L. Shepard de la Universidad de Columbia.

Sus resultados fueron publicados en la revista ACS Nano .

En esta técnica, conocidas como medidas de translocación de ADN, Las hebras de ADN en una solución salina pasan a través de una abertura en una membrana mediante un campo eléctrico aplicado. A medida que cada base de la hebra pasa a través del poro, bloquea el paso de algunos iones al mismo tiempo; Los amplificadores conectados al chip nanopore pueden registrar la caída resultante en la corriente eléctrica. Debido a que cada base tiene un tamaño diferente, Los investigadores esperan utilizar estos datos para inferir el orden de las bases a medida que pasa la hebra. Las diferencias en los tamaños de base son tan pequeñas, sin embargo, que las proporciones tanto de los nanoporos como de las membranas deben ser similares a las de las cadenas de ADN mismas, un desafío importante.

Los dispositivos de nanoporos más cercanos a ser una opción comercialmente viable para la secuenciación están hechos de poros de proteínas y bicapas lipídicas. Tales poros proteicos tienen proporciones deseables, pero las membranas de la bicapa lipídica en las que se insertan son similares a una película de jabón, lo que deja mucho que desear en términos de durabilidad y robustez.

Dispositivos de nanoporos de estado sólido, que están hechos de membranas delgadas de estado sólido, ofrecen ventajas sobre sus homólogos biológicos (pueden enviarse e integrarse más fácilmente con otros dispositivos electrónicos), pero las demostraciones básicas de sensibilidad de prueba de principio a diferentes bases de ADN han sido más lentas.

"Si bien los nanoporos biológicos han demostrado la capacidad de resolver nucleótidos individuales, Las alternativas de estado sólido se han retrasado debido a dos desafíos de fabricar los poros del tamaño correcto y lograr una señal alta, mediciones de bajo ruido y alto ancho de banda, ", Dijo Drndić." Estamos atacando esos dos desafíos aquí ".

Debido a que el mecanismo por el cual los nanoporos diferencian entre un tipo de base y otro es por la cantidad de apertura del poro que está bloqueada, cuanto más pequeño es el diámetro de un poro, cuanto más precisa sea. Para que el nanoporo sea eficaz en la determinación de una secuencia de bases, su diámetro debe aproximarse al diámetro del ADN y su espesor debe aproximarse al del espacio entre una base y la siguiente, o aproximadamente 0,3 nanómetros.

Para obtener nanoporos y membranas de estado sólido en estas pequeñas proporciones, investigadores, incluido el grupo de Drndić, están investigando materiales de última generación, como el grafeno. Una sola capa de átomos de carbono en una red hexagonal, Las membranas de grafeno se pueden fabricar con un grosor de aproximadamente 0,5 nanómetros, pero tienen sus propias desventajas que deben abordarse. Por ejemplo, el material en sí es hidrofóbico, lo que dificulta el paso de hebras de ADN a través de ellos.

En este experimento, Drndić y sus colegas trabajaron con un material diferente, nitruro de silicio, en lugar de intentar crear membranas de grafeno de un solo átomo de espesor para nanoporos. El nitruro de silicio tratado es hidrófilo y ha permitido fácilmente translocaciones de ADN, según lo medido por muchos otros investigadores durante la última década. Y aunque su membrana es más gruesa, unos 5 nanómetros, Los poros de nitruro de silicio también pueden acercarse al grafeno en términos de delgadez debido a la forma en que se fabrican.

"La forma en que fabricamos los nanoporos en el nitruro de silicio hace que disminuyan, de modo que el espesor efectivo sea aproximadamente un tercio del resto de la membrana, "Dijo Drndić.

Drndić y sus colegas probaron su nanoporo de nitruro de silicio en homopolímeros, o hebras simples de ADN con secuencias que constan de una sola base repetida varias veces. Los investigadores pudieron realizar distintas mediciones para tres de las cuatro bases:adenina, citosina y timina. No intentaron medir la guanina ya que los homopolímeros hechos con esa base se unen a sí mismos, lo que dificulta su paso a través de los nanoporos.

"Demostramos que estos poros pequeños son sensibles al contenido base, "Drndić dijo, "y vimos estos resultados en poros con diámetros entre 1 y 2 nanómetros, lo que en realidad es alentador porque sugiere que puede haber cierta variabilidad en la fabricación ".