p (PhysOrg.com) - Olhe para a ponta daquele lápis velho na gaveta da sua mesa, e o que você verá são camadas de grafite com milhares de átomos de espessura. Use o lápis para desenhar uma linha em um pedaço de papel, e a marca que você verá na página é composta por centenas de camadas de um átomo. p Mas quando os cientistas encontraram uma maneira - usando, essencialmente, um pedaço de fita adesiva comum - para retirar uma camada de grafite que tinha apenas um átomo de espessura, eles chamaram o material bidimensional de grafeno e, em 2010, ganhou o Prêmio Nobel de Física pela descoberta.

p Agora, pesquisadores da Universidade de Delaware conduziram modelagem de computador de alto desempenho para investigar uma nova abordagem para sequenciamento de DNA ultrarrápido com base em pequenos orifícios, chamados nanoporos, perfurado em uma folha de grafeno.

p "O grafeno é uma folha bidimensional de átomos de carbono dispostos em um padrão de favo de mel" Branislav Nikolic, professor associado de física e astronomia, disse. "A estabilidade mecânica do grafeno torna possível usar um feixe de elétrons para esculpir um nanoporo em uma folha suspensa de grafeno, conforme demonstrado em 2008 por Marija Drndić na Universidade da Pensilvânia. ”

p O grafeno tem estado entre as áreas de estudo de crescimento mais rápido em nanociência e tecnologia nos últimos cinco anos, Nikolic disse. Ele o chama de material maravilhoso que possui notável mecânica, propriedades eletrônicas e ópticas e está sendo investigado para uma variedade de aplicações, como embalagens plásticas e transistores gigahertz de última geração.

p Na sequência que ele e outros físicos propuseram, um minúsculo orifício de alguns nanômetros de diâmetro é perfurado em uma folha de grafeno e o DNA é inserido nesse nanoporo. Então, uma corrente de íons fluindo verticalmente através do poro ou uma corrente eletrônica fluindo transversalmente através do grafeno é usada para detectar a presença de diferentes bases de DNA dentro do nanopore.

p “Uma vez que o grafeno tem apenas um átomo de espessura, o nanoporo através do qual o DNA é inserido tem contato com apenas uma única base de DNA, Nikolic disse.

p Em 2010, três equipes experimentais - lideradas por Jene Golovchenko de Harvard, Cees Dekker de Delft e Drndić - demonstrou a detecção de DNA usando nanoporos em grafeno de grande área. Contudo, Nikolic disse, o processo foi muito rápido para que os componentes eletrônicos existentes detectassem bases únicas de DNA.

p O novo conceito de dispositivo proposto pelos pesquisadores da UD usa nanofitas de grafeno - tiras finas de grafeno com menos de 10 nanômetros de largura - com um nanoporo perfurado em seu interior. Químicos, engenheiros, cientistas e físicos de materiais desenvolveram vários métodos nos últimos três anos para fabricar nanofitas com um padrão específico em zigue-zague de átomos de carbono ao longo de suas bordas, Nikolic disse. Nanoribbons podem permitir rapidez e baixo custo (menos de US $ 1, 000) sequenciamento de DNA, ele disse, por causa das correntes eletrônicas geradas pela mecânica quântica que fluem ao longo dessas bordas.

p Esse sequenciamento de DNA rápido e barato poderia inaugurar uma era de medicina personalizada, Nikolic disse.

p "Usamos o conhecimento adquirido em vários anos de pesquisa teórica e computacional sobre o transporte eletrônico em grafeno para aumentar a magnitude da corrente de detecção em nosso biossensor em mil a milhões de vezes quando comparado a outros dispositivos recentemente considerados, "Nikolic disse." Dois anos atrás, cientistas teriam me dito que nosso dispositivo era impossível, mas há tantas pessoas trabalhando com grafeno que nada mais é impossível.

p "Cada vez que os físicos pensam que algo é impossível, cientistas de materiais ou químicos vêm em socorro - e vice-versa. "

p Nikolic disse que ele e o pesquisador de pós-doutorado Kamal Saha empregaram seus códigos computacionais maciçamente paralelos desenvolvidos em casa para simular a operação do biossensor nanoeletrônico proposto a partir dos primeiros princípios, usando o supercomputador Chimera que a UD adquiriu com o apoio de uma bolsa da National Science Foundation.

p "Este projeto deve ser executado em 500-1, 000 processadores por vários meses continuamente, "Ele disse." Não poderíamos ter feito isso sem UD Chimera se tornando totalmente operacional no início de 2011. "

p Nikolic, Saha e Drndić publicaram recentemente os resultados desta pesquisa em um artigo no prestigioso Nano Letras , um periódico com fator de impacto de 12.219 publicado pela American Chemical Society. Colegas, liderado por Drndić na Universidade da Pensilvânia, vai agora tentar fabricar os biossensores em seu laboratório, guiado pelas simulações apresentadas no artigo. Nikolic disse que esta sinergia de pesquisa vai, por sua vez, permitem simulações de designs de dispositivos aprimorados.