Des chercheurs de l'Université de Pennsylvanie ont développé un nouveau plate-forme nanométrique à base de carbone pour détecter électriquement des molécules d'ADN uniques.

En utilisant des champs électriques, les minuscules brins d'ADN sont poussés à l'échelle nanométrique, des pores atomiquement minces dans une plate-forme de nanopores de graphène qui peuvent finalement être importants pour le séquençage électronique rapide des quatre bases chimiques de l'ADN en fonction de leur signature électrique unique.

Les pores, brûlé dans des membranes de graphène à l'aide de la technologie du faisceau d'électrons, fournir aux physiciens de Penn des mesures électroniques de la translocation de l'ADN.

L'article, déposé le 25 mars, est publié dans le numéro actuel de Lettres nano .

"Nous étions motivés pour exploiter les propriétés uniques du graphène - une feuille bidimensionnelle d'atomes de carbone - afin de développer une nouvelle plate-forme électrique nanopore qui pourrait présenter une haute résolution, " a déclaré Marija Drndić, professeur agrégé au Département de physique et d'astronomie de la Penn's School of Arts and Sciences et auteur principal de l'article. « Une haute résolution des dispositifs à nanopores en graphène est attendue car l'épaisseur de la feuille de graphène est inférieure à la distance entre deux bases d'ADN. Le graphène a déjà été utilisé pour d'autres dispositifs électriques et mécaniques, mais jusqu'à présent, il n'a pas été utilisé pour la translocation d'ADN."

L'équipe de recherche avait fabriqué des nanopores de graphène dans une étude réalisée il y a deux ans et, dans cette étude, a mis les pores au travail.

Pour mener les expériences, Drndić et le boursier postdoctoral Christopher A. Merchant, avec Ken Healy, Meni Wanunu, Vishva Ray et d'autres membres du laboratoire de Drndić ont utilisé du matériel de graphène à grande surface développé par le boursier postdoctoral Zhengtang Luo et le professeur A.T. Charlie Johnson, les deux physiciens de Penn. L'équipe a utilisé un dépôt chimique en phase vapeur, ou CVD, méthode pour faire croître de gros flocons de graphène et les suspendre sur un seul trou de la taille d'un micron fait de nitrure de silicium. Un trou encore plus petit, le nanopore au centre même du graphène en suspension, a ensuite été percé avec un faisceau d'électrons d'un microscope électronique à transmission, ou TEM.

Les nanopores à l'état solide s'avèrent être des outils inestimables pour sonder la biologie au niveau d'une seule molécule.

Les dispositifs à nanopores de graphène développés par l'équipe Penn fonctionnent de manière simple. Le pore divise deux chambres de solution d'électrolyte et les chercheurs appliquent une tension, qui conduit les ions à travers les pores. Le transport d'ions est mesuré comme un courant s'écoulant de la source de tension. molécules d'ADN, inséré dans l'électrolyte, peut être conduit en file indienne à travers de tels nanopores.

Au fur et à mesure que les molécules se déplacent, ils bloquent le flux d'ions et sont détectés comme une baisse du courant mesuré. Parce que les quatre bases d'ADN bloquent le courant différemment, les nanopores de graphène avec une épaisseur inférieure au nanomètre peuvent fournir un moyen de distinguer les bases, réaliser un low-cost, technique de séquençage d'ADN à haut débit.

En outre, augmenter la robustesse des dispositifs à nanopores en graphène, Les chercheurs de Penn ont également déposé une couche ultrafine, seulement quelques couches atomiques d'épaisseur, d'oxyde de titane sur la membrane qui a en outre généré un nettoyant, surface plus facilement mouillable qui permet à l'ADN de la traverser plus facilement. Bien que les nanopores uniquement en graphène puissent être utilisés pour la translocation de l'ADN, le revêtement des membranes de graphène avec une couche d'oxyde a systématiquement réduit le niveau de bruit des nanopores et en même temps amélioré la robustesse de l'appareil.

En raison de la nature ultrafine des pores du graphène, les chercheurs ont pu détecter une augmentation de l'amplitude des signaux de translocation par rapport aux précédents nanopores à l'état solide réalisés en nitrure de silicium, pour des tensions appliquées similaires.

L'équipe Penn travaille actuellement à l'amélioration de la fiabilité globale de ces dispositifs et à l'utilisation de la conductivité de la feuille de graphène pour créer des dispositifs dotés d'un contrôle électrique transversal sur le transport de l'ADN. Spécifiquement, ce contrôle électrique transversal peut être obtenu en découpant le graphène en nanoélectrodes et en utilisant sa nature conductrice. Vers cet objectif, Michael Fischbein et Drndic ont déjà démontré la nanosculpture du graphène en structures arbitraires, tels que les nanorubans, nanopores et autres formes, Publié dans Lettres de physique appliquée En 2008, créer une base solide pour la recherche future.