211service.com
Grafēns varētu uzlabot DNS sekvencēšanu
Grafēna slāņi, kas ir tikai tik biezi kā atoms, varētu palīdzēt padarīt cilvēka DNS sekvencēšanu ātrāku un lētāku. Hārvardas Universitātes un MIT pētnieki ir parādījuši, ka grafēna loksnes varētu būt liels uzlabojums salīdzinājumā ar membrānām, kuras pašlaik izmanto nanoporu sekvencēšanai - metodei, kas sola paātrināt un vienkāršot garo DNS virkņu sekvencēšanu.
Mūsdienu sekvencēšanas metodes ietver DNS sadalīšanu, daudzu gabalu kopiju izgatavošanu un tiem pievienoto fluorescējošu molekulu nolasīšanu. Šī pieeja aizņem vairākas dienas un maksā desmitiem tūkstošu dolāru. Turpretim nanoporu sekvencēšana teorētiski varētu parsēt visu cilvēka genomu dažu stundu laikā.
Nanoporu sekvencēšana ietver DNS virknes izvilkšanu caur nelielu caurumu membrānā, kas ir suspendēta sāls šķīdumā ar spriegumu. Joni, kas pārvietojas no vienas membrānas puses uz otru, rada elektrisko strāvu. Katrai no četrām dažādām DNS bāzēm izejot cauri porām, strāvas stiprums samazinās atšķirīgā mērā, ļaujot ātri secināt bāzes.
Pašlaik DNS sekvencēšanai izmantotās nanoporas parasti ir izgatavotas no baktēriju proteīniem vai ir iegravētas silīcija-nitrīda membrānās. Šādas membrānas ir no 20 līdz 30 nanometriem biezas. Bet, tā kā attālums starp divām DNS bāzēm ir 0,5 nanometri, porās vienlaikus var iestrēgt 40 līdz 60 bāzes.
Plānāka membrāna, piemēram, grafēns, varētu ļaut precīzāk identificēt bāzi. Viens grafēna slānis ir tikai vienu nanometru biezs. Tā ir plānākā membrāna, kas jebkad ir izmantota šai problēmai, saka Jene Golovčenko , Hārvardas fizikas profesors, kurš vadīja jauno darbu, kas publicēts Daba šonedēļ.
Pētnieki izveido savu membrānu, novietojot grafēna pārslu virs 200 nanometru platas atveres silīcija-nitrīda virsmas vidū. Tad viņi ar elektronu staru grafēnā urbj dažas poras, tikai nanometrus platas. Visbeidzot, membrāna tiek iegremdēta sāls šķīdumā, kas saskaras ar sudraba elektrodiem. Pētnieki novēroja straumes kritumus, kad DNS virkne izgāja cauri porām, parādot, ka šo metodi galu galā var izmantot DNS bāzu identificēšanai.
Divas citas pētniecības grupas nesen ir parādījušas līdzīgus varoņdarbus: viens grupa Kavli nanozinātņu institūtā un cits Pensilvānijas Universitātē. Abi šie sasniegumi tika publicēti žurnālā Nano burti jūlijā.
Tomēr atsevišķu DNS bāzu identificēšana, kad tās iziet cauri porām, prasīs daudz vairāk darba. Katrai no četrām dažādajām DNS bāzēm vajadzētu bloķēt strāvu, kas iet caur porām, par atšķirīgu daudzumu. Jebkurai ierīcei jāspēj atšķirt šīs atšķirīgās summas. Bet tas nozīmēs precīzi kontrolēt ātrumu, ar kādu DNS lido caur porām. Šāda kontrole ir lielākais šķērslis, lai nanoporu sekvencēšana būtu praktiska.
Iekš Daba papīrs, katra DNS molekula, kas satur tūkstošiem bāzu, iziet cauri porām simtos mikrosekundēs (apmēram četras nanosekundes uz bāzi). Lai nolasītu vienu bāzi pa vienam, dzīslai būtu jāatrodas porās vairāk nekā 1000 reižu ilgāk, saka. Džons Kasianovičs , Nacionālā standartu un tehnoloģiju institūta biofiziķis, kurš izgudroja nanoporu sekvencēšanu. Kasianowicz darbojas ar dabīgām membrānām un porām, kas izgatavotas no baktēriju proteīniem. Tie var saturēt molekulas desmitiem milisekundes, taču ir mazāk stabili nekā silīcija nitrīds un grafēns.
Viņi ir pacēluši nanoporu tehnoloģiju uz nākamo līmeni, viņš saka par nesenajiem grafēna centieniem. Cietvielu nanoporu veidošana bija lieliska ideja, un to apstrāde ar grafēnu ir lielisks pirmais solis. Bet viņš piebilst: Lai varētu secināt, jums jāspēj kontrolēt DNS plūsmu caur to un palēnināt to.