p (Phys.org) - A leitura em alta velocidade do código genético deve receber um impulso com a criação dos primeiros nanoporos de grafeno do mundo - poros medindo aproximadamente 2 nanômetros de diâmetro - que apresentam uma antena óptica "embutida". Pesquisadores do Berkeley Lab e da University of California (UC) Berkeley inventaram um método simples, processo de uma etapa para a produção desses nanoporos em uma membrana de grafeno usando as propriedades fototérmicas dos nanoporos de ouro. p "Com nosso nanoporo de grafeno integrado com antena óptica plasmônica, podemos obter detecção de sequência óptica direta de DNA, "diz Luke Lee, o professor ilustre Arnold e Barbara Silverman na UC Berkeley.

p Lee e Alex Zettl, um físico que tem nomeações conjuntas com a Divisão de Ciências de Materiais do Laboratório de Berkeley e com o Departamento de Física da UC Berkeley, foram os líderes de um estudo em que um ponto quente em uma membrana de grafeno formou um nanopore com uma antena óptica autointegrada. O ponto quente foi criado pela conversão de fóton em calor de um nanobastão de ouro.

p "Acreditamos que nossa abordagem abre novos caminhos para o sequenciamento de DNA nanopore elétrico e óptico simultâneo e para regular a translocação de DNA, "diz Zettl, que também é membro do Kavli Energy Nanoscience Institute (Kavli ENSI).

p Sequenciamento de nanopore de DNA, em que as fitas de DNA são enfiadas através de poros em nanoescala e lêem uma letra de cada vez, tem sido elogiado por sua capacidade de tornar o sequenciamento de DNA um procedimento mais rápido e mais rotineiro. Com a tecnologia de hoje, as letras do DNA são "lidas" por uma corrente elétrica que passa por nanoporos fabricados em um chip de silício. Tentando ler sinais elétricos de DNA passando por milhares de nanoporos de uma vez, Contudo, pode resultar em gargalos importantes. Adicionar um componente óptico a essa leitura ajudaria a eliminar esses gargalos.

p "Sinais ópticos diretos e aprimorados são obtidos na junção de um nanopore e sua antena óptica, "diz Lee." Correlacionar simultaneamente este sinal óptico com o sinal elétrico do sequenciamento nanopore convencional fornece uma dimensão adicional que seria uma enorme vantagem para a leitura de DNA de alto rendimento. "

p Uma chave para o sucesso desse esforço é o mecanismo fototérmico de etapa única que permite a criação de nanoporos de grafeno com antenas ópticas plasmônicas autoalinhadas. As dimensões dos nanoporos e as características ópticas da antena plasmônica são sintonizáveis, com a antena funcionando como transdutor e intensificador de sinal óptico. A natureza atomicamente fina da membrana de grafeno a torna ideal para alta resolução, alto rendimento, sequenciamento de DNA de uma única molécula. As moléculas de DNA podem ser marcadas com corantes fluorescentes de modo que cada par de bases fluorescente em uma intensidade de assinatura à medida que passa pela junção do nanoporo e sua antena óptica.

p "Além disso, tanto a antena ótica nanoplasmática de ouro quanto o grafeno podem ser funcionalizados para responder a diferentes combinações de pares de bases, "Lee diz." A antena óptica plasmônica de ouro também pode ser funcionalizada para permitir a detecção óptica direta de RNA, proteínas, interações proteína-proteína, Interações DNA-proteína, e outros sistemas biológicos. "

p Os resultados deste estudo foram relatados em Nano Letras em um artigo intitulado "Graphene Nanopore with a Self-Integrated Optical Antenna".