p Pesquisadores da Universidade da Pensilvânia desenvolveram um novo plataforma em nanoescala baseada em carbono para detectar eletricamente moléculas de DNA individuais. p Usando campos elétricos, as minúsculas fitas de DNA são empurradas em escala nanométrica, poros atomicamente finos em uma plataforma de nanoporos de grafeno que podem ser importantes para o sequenciamento eletrônico rápido das quatro bases químicas do DNA com base em sua assinatura elétrica única.

p Os poros, queimado em membranas de grafeno usando tecnologia de feixe de elétrons, fornecer aos físicos da Penn medições eletrônicas da translocação de DNA.

p O artigo, submetido em 25 de março, é publicado na edição atual de Nano Letras .

p "Estávamos motivados a explorar as propriedades únicas do grafeno - uma folha bidimensional de átomos de carbono - a fim de desenvolver uma nova plataforma elétrica nanopore que pudesse exibir alta resolução, "disse Marija Drndić, professor associado do Departamento de Física e Astronomia da Escola de Artes e Ciências da Penn e autor sênior do artigo. "A alta resolução de dispositivos de nanoporos de grafeno é esperada porque a espessura da folha de grafeno é menor do que a distância entre duas bases de DNA. O grafeno já foi usado para outros dispositivos elétricos e mecânicos, mas até agora não foi usado para translocação de DNA. "

p A equipe de pesquisa havia feito nanoporos de grafeno em um estudo concluído há dois anos e, neste estudo, colocou os poros para funcionar.

p Para conduzir os experimentos, Drndić e seu colega de pós-doutorado Christopher A. Merchant, junto com Ken Healy, Meni Wanunu, Vishva Ray e outros membros do laboratório Drndić usaram material de grafeno de grande área desenvolvido pelo pós-doutorando Zhengtang Luo e pelo Professor A.T. Charlie Johnson, ambos físicos da Penn. A equipe usou uma deposição de vapor químico, ou CVD, método para cultivar grandes flocos de grafeno e suspendê-los sobre um único orifício do tamanho de um mícron feito em nitreto de silício. Um buraco ainda menor, o nanoporo bem no centro do grafeno suspenso, foi então perfurado com um feixe de elétrons de um microscópio eletrônico de transmissão, ou TEM.

p Nanoporos de estado sólido estão provando ser ferramentas inestimáveis ​​para sondar a biologia no nível de uma única molécula.

p Os dispositivos nanoporos de grafeno desenvolvidos pela equipe da Penn funcionam de maneira simples. O poro divide duas câmaras de solução eletrolítica e os pesquisadores aplicam a tensão, que conduz íons através dos poros. O transporte de íons é medido como uma corrente fluindo da fonte de tensão. Moléculas de DNA, inserido no eletrólito, pode ser conduzido em um único arquivo através de tais nanoporos.

p À medida que as moléculas se translocam, eles bloqueiam o fluxo de íons e são detectados como uma queda na corrente medida. Como as quatro bases do DNA bloqueiam a corrente de forma diferente, nanoporos de grafeno com espessura de sub-nanômetro podem fornecer uma maneira de distinguir entre as bases, realizando um baixo custo, técnica de sequenciamento de DNA de alto rendimento.

p Além disso, para aumentar a robustez dos dispositivos nanoporos de grafeno, Os pesquisadores da Penn também depositaram uma camada ultrafina, apenas algumas camadas atômicas de espessura, de óxido de titânio na membrana que gerou ainda mais um limpador, superfície mais facilmente molhável que permite ao DNA passar por ela com mais facilidade. Embora os nanoporos somente de grafeno possam ser usados ​​para translocar o DNA, revestir as membranas de grafeno com uma camada de óxido reduziu consistentemente o nível de ruído do nanopore e, ao mesmo tempo, melhorou a robustez do dispositivo.

p Devido à natureza ultrafina dos poros de grafeno, os pesquisadores foram capazes de detectar um aumento na magnitude dos sinais de translocação em relação aos nanoporos de estado sólido anteriores feitos de nitreto de silício, para tensões aplicadas semelhantes.

p A equipe da Penn agora está trabalhando para melhorar a confiabilidade geral desses dispositivos e utilizar a condutividade da folha de grafeno para criar dispositivos com controle elétrico transversal sobre o transporte de DNA. Especificamente, este controle elétrico transversal pode ser alcançado esculpindo grafeno em nanoeletrodos e utilizando sua natureza condutora. Em direção a esse objetivo, Michael Fischbein e Drndic já demonstraram nanoescultura de grafeno em estruturas arbitrárias, como nanofitas, nanoporos e outras formas, publicado em Cartas de Física Aplicada Em 2008, criando uma base sólida para pesquisas futuras.