9 septembre 2010 - Dans un article publié en couverture du 9 septembre, 2010 La nature , des chercheurs de l'Université Harvard et du MIT ont démontré que le graphène, une feuille plane étonnamment robuste de carbone d'à peine un atome d'épaisseur, peut agir comme une membrane artificielle séparant deux réservoirs de liquide.

En perçant un petit pore de quelques nanomètres de diamètre, appelé nanopore, dans la membrane de graphène, ils ont pu mesurer l'échange d'ions à travers le pore et ont démontré qu'une longue molécule d'ADN peut être tirée à travers le nanopore de graphène tout comme un fil est tiré à travers le chas d'une aiguille.

"En mesurant le flux d'ions traversant un nanopore percé dans du graphène, nous avons démontré que l'épaisseur du graphène immergé dans le liquide est inférieure à 1 nm d'épaisseur, ou plusieurs fois plus mince que la membrane très mince qui sépare une seule cellule animale ou humaine de son environnement environnant, " dit l'auteur principal Slaven Garaj, chercheur associé au département de physique de Harvard. "Cela fait du graphène la membrane la plus mince capable de séparer deux compartiments liquides l'un de l'autre. L'épaisseur de la membrane a été déterminée par son interaction avec les molécules d'eau et les ions."

Graphène, le matériau le plus résistant connu, a d'autres avantages. Plus important encore, il est électriquement conducteur.

"Bien que la membrane empêche les ions et l'eau de la traverser, la membrane de graphène peut attirer différents ions et autres produits chimiques vers ses deux surfaces atomiquement proches. Cela affecte la conductivité électrique du graphène et pourrait être utilisé pour la détection chimique, " dit la co-auteur Jene Golovchenko, Professeur de physique Rumford et professeur Gordon McKay de physique appliquée à Harvard, dont les travaux pionniers ont lancé le domaine des nanopores artificiels dans les membranes à l'état solide.

"Je pense que l'épaisseur atomique du graphène en fait un nouveau dispositif électrique qui offrira de nouvelles perspectives sur la physique des processus de surface et conduira à un large éventail d'applications pratiques, y compris la détection chimique et la détection de molécules uniques."

Ces dernières années, le graphène a étonné la communauté scientifique avec ses nombreuses propriétés uniques et applications potentielles, allant de la recherche sur l'électronique et l'énergie solaire aux applications médicales.

Jing-Kong, également co-auteur de l'article, et ses collègues du MIT ont d'abord développé une méthode pour la croissance à grande échelle de films de graphène qui a été utilisée dans le travail.

Le graphène a été étiré sur un cadre à base de silicium, et inséré entre deux réservoirs de liquide séparés. Une tension électrique appliquée entre les réservoirs a poussé les ions vers la membrane de graphène. Lorsqu'un nanopore a été percé à travers la membrane, cette tension a canalisé le flux d'ions à travers le pore et enregistré comme un signal de courant électrique.

Lorsque les chercheurs ont ajouté de longues chaînes d'ADN dans le liquide, ils ont été tirés électriquement un par un à travers le nanopore de graphène. Au fur et à mesure que la molécule d'ADN traverse le nanopore, il bloque le flux d'ions, résultant en un signal électrique caractéristique qui reflète la taille et la conformation de la molécule d'ADN.

Co-auteur Daniel Branton, Professeur Higgins de biologie, émérite à Harvard, fait partie des chercheurs qui, il y a plus d'une décennie, a initié l'utilisation de nanopores dans des membranes artificielles pour détecter et caractériser des molécules uniques d'ADN.

Avec son collègue David Deamer de l'Université de Californie, Branton a suggéré que les nanopores pourraient être utilisés pour lire rapidement le code génétique, autant que l'on lit les données à partir d'un magnétophone.

Lorsqu'une chaîne d'ADN traverse le nanopore, les bases nucléiques, qui sont les lettres du code génétique, Peut être identifié. Mais un nanopore dans le graphène est le premier nanopore assez court pour distinguer deux nucléobases étroitement voisines.

Plusieurs défis restent encore à surmonter avant qu'un nanopore puisse faire une telle lecture, y compris le contrôle de la vitesse à laquelle l'ADN passe à travers le nanopore.

Une fois atteint, le séquençage des nanopores pourrait conduire à un séquençage de l'ADN très peu coûteux et rapide et a le potentiel de faire progresser les soins de santé personnalisés.

"Nous avons été les premiers à démontrer la translocation de l'ADN à travers une membrane vraiment mince sur le plan atomique. L'épaisseur unique du graphène pourrait rapprocher le rêve d'un séquençage vraiment peu coûteux de la réalité. La recherche à venir sera très excitante, " conclut Branton.