Dessin schématique d'un nanopore de graphène avec une antenne optique auto-intégrée (or) qui améliore le signal de lecture optique (rouge) de l'ADN lorsqu'il traverse un nanopore de graphène.
(Phys.org) — La lecture à grande vitesse du code génétique devrait être stimulée avec la création des premiers nanopores de graphène au monde – des pores mesurant environ 2 nanomètres de diamètre – dotés d'une antenne optique « intégrée ». Des chercheurs du Berkeley Lab et de l'Université de Californie (UC) Berkeley ont inventé un procédé en une étape pour produire ces nanopores dans une membrane de graphène en utilisant les propriétés photothermiques des nanotiges d'or.
"Avec notre nanopore de graphène intégré avec antenne optique plasmonique, nous pouvons obtenir une détection optique directe de séquences d'ADN, " dit Luke Lee, Arnold et Barbara Silverman Distinguished Professor à l'UC Berkeley.
Lee et Alex Zettl, un physicien qui occupe des postes conjoints avec la division des sciences des matériaux du Berkeley Lab et le département de physique de l'UC Berkeley, étaient les chefs de file d'une étude dans laquelle un point chaud sur une membrane de graphène formait un nanopore avec une antenne optique auto-intégrée. Le point chaud a été créé par conversion photon-chaleur d'une nanotige en or.
"Nous pensons que notre approche ouvre de nouvelles voies pour le séquençage électrique et optique simultané de l'ADN nanopore et pour la régulation de la translocation de l'ADN, " dit Zettl, qui est également membre du Kavli Energy Nanoscience Institute (Kavli ENSI).
Séquençage nanopore de l'ADN, dans lequel des brins d'ADN sont enfilés à travers des pores nanométriques et lisent une lettre à la fois, a été vanté pour sa capacité à faire du séquençage de l'ADN une procédure plus rapide et plus routinière. Sous la technologie d'aujourd'hui, les lettres de l'ADN sont « lues » par un courant électrique traversant des nanopores fabriqués sur une puce de silicium. Essayer de lire les signaux électriques de l'ADN passant à travers des milliers de nanopores à la fois, cependant, peut entraîner des goulots d'étranglement importants. L'ajout d'un composant optique à cette lecture permettrait d'éliminer de tels goulots d'étranglement.
Luke Lee (à gauche) et Alex Zettl ont dirigé la création des premiers nanopores de graphène au monde avec une antenne optique « intégrée ». Crédit :Roy Kaltschmidt
"Des signaux optiques directs et renforcés sont obtenus à la jonction d'un nanopore et de son antenne optique, " dit Lee. " Corréler simultanément ce signal optique avec le signal électrique du séquençage conventionnel des nanopores fournit une dimension supplémentaire qui serait un énorme avantage pour la lecture d'ADN à haut débit. "
Une clé du succès de cet effort est le mécanisme photothermique en une seule étape qui permet la création de nanopores de graphène avec des antennes optiques plasmoniques auto-alignées. Les dimensions des nanopores et les caractéristiques optiques de l'antenne plasmonique sont accordables, avec l'antenne fonctionnant à la fois comme transducteur et amplificateur de signal optique. La nature atomiquement mince de la membrane de graphène la rend idéale pour la haute résolution, haut débit, séquençage d'ADN à molécule unique. Les molécules d'ADN peuvent être marquées avec des colorants fluorescents de sorte que chaque paire de bases émet une fluorescence à une intensité de signature lorsqu'elle traverse la jonction du nanopore et de son antenne optique.
"En outre, soit l'antenne optique nanoplasmonique en or soit le graphène peuvent être fonctionnalisés pour répondre à différentes combinaisons de paires de bases, " dit Lee. " L'antenne optique plasmonique en or peut également être fonctionnalisée pour permettre la détection optique directe de l'ARN, protéines, interactions protéine-protéine, interactions ADN-protéines, et d'autres systèmes biologiques."
Les résultats de cette étude ont été rapportés dans Lettres nano dans un article intitulé "Graphene Nanopore with a Self-Integrated Optical Antenna."
