Dibujo esquemático de un nanoporo de grafeno con una antena óptica autointegrada (dorada) que mejora la señal de lectura óptica (rojo) del ADN cuando pasa a través de un nanoporo de grafeno.
(Phys.org) —La lectura de alta velocidad del código genético debería recibir un impulso con la creación de los primeros nanoporos de grafeno del mundo (poros que miden aproximadamente 2 nanómetros de diámetro) que cuentan con una antena óptica "incorporada". Investigadores de Berkeley Lab y la Universidad de California (UC) Berkeley han inventado un sencillo Proceso de un solo paso para producir estos nanoporos en una membrana de grafeno utilizando las propiedades fototérmicas de las nanovarillas de oro.
"Con nuestro nanoporo de grafeno integrado con antena óptica plasmónica, podemos obtener la detección óptica directa de la secuencia de ADN, "dice Luke Lee, el Profesor Distinguido Arnold y Barbara Silverman en UC Berkeley.
Lee y Alex Zettl, un físico que tiene nombramientos conjuntos con la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab y el Departamento de Física de UC Berkeley, fueron los líderes de un estudio en el que un punto caliente en una membrana de grafeno formaba un nanoporo con una antena óptica autointegrada. El punto caliente se creó mediante la conversión de fotón a calor de una nanovarilla de oro.
"Creemos que nuestro enfoque abre nuevas vías para la secuenciación simultánea de ADN de nanoporos eléctricos y ópticos y para regular la translocación del ADN," "dice Zettl, quien también es miembro del Instituto Kavli Energy Nanocience (Kavli ENSI).
Secuenciación de nanoporos de ADN, en el que las hebras de ADN se enhebran a través de poros a nanoescala y se leen una letra a la vez, ha sido promocionado por su capacidad para hacer que la secuenciación del ADN sea un procedimiento más rápido y rutinario. Con la tecnología actual, las letras del ADN son "leídas" por una corriente eléctrica que pasa a través de nanoporos fabricados en un chip de silicio. Al intentar leer las señales eléctricas del ADN que atraviesa miles de nanoporos a la vez, sin embargo, puede resultar en importantes cuellos de botella. Agregar un componente óptico a esta lectura ayudaría a eliminar tales cuellos de botella.
Luke Lee (izquierda) y Alex Zettl lideraron la creación de los primeros nanoporos de grafeno del mundo con una antena óptica "incorporada". Crédito:Roy Kaltschmidt
"Las señales ópticas directas y mejoradas se obtienen en la unión de un nanoporo y su antena óptica, ", dice Lee." La correlación simultánea de esta señal óptica con la señal eléctrica de la secuenciación de nanoporos convencional proporciona una dimensión adicional que sería una enorme ventaja para la lectura de ADN de alto rendimiento ".
Una clave del éxito de este esfuerzo es el mecanismo fototérmico de un solo paso que permite la creación de nanoporos de grafeno con antenas ópticas plasmónicas autoalineadas. Las dimensiones de los nanoporos y las características ópticas de la antena plasmónica son sintonizables, con la antena funcionando como transductor de señal óptica y potenciador. La naturaleza atómicamente delgada de la membrana de grafeno la hace ideal para alta resolución, alto rendimiento, secuenciación de ADN de una sola molécula. Las moléculas de ADN se pueden marcar con tintes fluorescentes para que cada par de bases tenga una intensidad de firma a medida que pasa a través de la unión del nanoporo y su antena óptica.
"Además, o la antena óptica nanoplásmica de oro o el grafeno se pueden funcionalizar para que respondan a diferentes combinaciones de pares de bases, "Lee dice." La antena óptica plasmónica dorada también se puede funcionalizar para permitir la detección óptica directa de ARN, proteínas, interacciones proteína-proteína, Interacciones ADN-proteína, y otros sistemas biológicos ".
Los resultados de este estudio se informaron en Nano letras en un artículo titulado "Nanopore de grafeno con una antena óptica autointegrada".
