De nombreux efforts au cours de la dernière décennie ont été orientés vers le développement d'un séquençage de molécules uniques basé sur des nanopores à l'état solide. Aleksandra Radenovic et ses collègues ont fabriqué un dispositif composé d'un transistor à nanoruban de graphène construit au-dessus d'un nanopore à l'état solide. La lecture électrique directe des transistors au graphène est utilisée pour détecter les événements de translocation de l'ADN. Nanopore, L'ADN et le nanoruban de graphène sont montrés dans ce schéma (qui n'est pas à l'échelle). Crédit :EPFL
Si on voulait compter le nombre de personnes dans une foule, nous pourrions faire des estimations à la volée, très probablement imprécis, ou nous pourrions demander à chaque personne de passer par un tourniquet. Ce dernier ressemble au modèle que les chercheurs de l'EPFL ont utilisé pour créer un "lecteur d'ADN" capable de détecter le passage de molécules d'ADN individuelles à travers un minuscule trou :un nanopore avec transistor au graphène intégré.
Les molécules d'ADN sont diluées dans une solution contenant des ions et sont entraînées par un champ électrique à travers une membrane à nanopore. Lorsque la molécule passe par l'orifice, il provoque une légère perturbation du champ, détectable non seulement par les modulations du courant ionique mais aussi par la modulation concomitante du courant du transistor au graphène. Sur la base de ces informations, il est possible de déterminer si une molécule d'ADN a traversé la membrane ou non.
Ce système repose sur une méthode connue depuis plus d'une douzaine d'années. La technique d'origine n'était pas aussi fiable car elle présentait un certain nombre de défauts tels que des pores obstrués et un manque de précision, entre autres. "Nous pensions que nous serions capables de résoudre ces problèmes en créant une membrane aussi fine que possible tout en maintenant la résistance de l'orifice", a déclaré Aleksandra Radenovic du Laboratoire de biologie à l'échelle nanométrique de l'EPFL. Avec Floriano Traversi, étudiant postdoctoral, et collègues du Laboratoire d'électronique et de structures à l'échelle nanométrique, elle est tombée sur le matériau qui s'est avéré à la fois le plus solide et le plus résistant :le graphène, qui se compose d'une seule couche de molécules de carbone. Les bandes de graphène ou nanorubans utilisées dans l'expérience ont été produites à l'EPFL, grâce aux travaux menés au Centre de Micro Nanotechnologie (CMI) et au Centre de Microscopie Electronique (CIME).
"Par une coïncidence étonnante, poursuit le chercheur, l'épaisseur de la couche de graphène mesure 0,335 nm, qui correspond exactement à l'écart existant entre deux bases d'ADN, alors que dans les matériaux utilisés jusqu'à présent, il y avait une épaisseur de 15 nm. alors qu'auparavant il n'était pas possible d'analyser individuellement le passage des bases d'ADN à travers ces « longs » tunnels – à l'échelle moléculaire –, la nouvelle méthode est susceptible de fournir une précision beaucoup plus élevée. Finalement, il pourrait être utilisé pour le séquençage de l'ADN.
Cependant, ils n'en sont pas encore là. En seulement 5 millisecondes, jusqu'à 50'000 bases d'ADN peuvent passer à travers les pores. Le signal de sortie électrique n'est pas assez clair pour "lire" la séquence en direct du passage du brin d'ADN. "Toutefois, la possibilité de détecter le passage de l'ADN avec des nanorubans de graphène est une percée ainsi qu'une opportunité significative », a déclaré Aleksandra Radenovic. Elle a noté que, par exemple, le dispositif est également capable de détecter le passage d'autres types de protéines et de fournir des informations sur leur taille et/ou leur forme.
Cette étape cruciale vers de nouvelles méthodes d'analyse moléculaire a reçu une subvention de l'ERC et fait l'objet d'un article publié dans Nature Nanotechnologie .
