p Demorou 13 anos e um bilhão de dólares para sequenciar o genoma humano, um enorme empreendimento científico que lançou uma nova era da medicina. Com os avanços atuais na tecnologia de sequenciamento, essa mesma tarefa levaria apenas cerca de um dia por uma fração do custo. A tecnologia de amanhã poderia reduzir isso a meros segundos. p O sequenciamento de DNA baseado em nanopore é uma tecnologia de terceira geração que tem o potencial de transformar ainda mais os cuidados de saúde, fornecendo diagnósticos rápidos de doenças e personalizando a medicina. Quanto mais eficiente for o método, o melhor. Enquanto as empresas começaram a comercializar a tecnologia, existem obstáculos a superar.

p Um método nanopore atualmente em uso é baseado em proteínas, isso é, biológico. Ele usa complexos de proteínas de membrana que têm a capacidade de distinguir entre indivíduos e grupos de nucleotídeos. Infelizmente, as proteínas se quebram com o uso pesado necessário para o sequenciamento - o que pode ser milhões de vezes para a membrana nanopore.

p Sequenciamento de nanoporos de estado sólido, em contraste, usa materiais sintéticos. Nanomateriais bidimensionais, como grafeno, nitreto de silício, e o dissulfeto de molibdênio fornecem capacidade mecânica superior e estabilidade térmica e química. Mas, ainda existem desvantagens neste método. Os cientistas precisam de mais investigação para melhor compreender e caracterizar esses diferentes materiais de estado sólido.

p Pesquisadores da Carnegie Mellon University ficaram intrigados com os recentes desenvolvimentos na síntese de outro nanomaterial, MXene. Também conhecido como carboneto de titânio, está em uma classe de camada única, compostos inorgânicos bidimensionais com alguns átomos de espessura. Ninguém havia olhado anteriormente para esse material para uso no sequenciamento de DNA de nanoporos. Os resultados foram publicados na revista ACS Nano .

p MXenes são notáveis ​​por suas propriedades que combinam aspectos de metais e cerâmicas, incluindo excelente condutividade térmica e elétrica, resistência ao calor, fácil usinabilidade, e excelente capacitância volumétrica.

p Os pesquisadores queriam explorar o MXene como um potencial material de membrana para detecção de DNA e observar como ele era medido em relação aos outros nanomateriais. Investigar, eles usaram simulações de dinâmica molecular para analisar suas interações com o DNA de fita simples. Eles mediram características físicas, como corrente iônica, tempo de residência, traços de bases de DNA, fisissorção, flexibilidade das bases, e hidratação do nanoporo.

p Uma matriz de nanoporos pode conter centenas de poros com diâmetros menores que oito nanômetros. "Se os nanoporos forem muito grandes, todo o material genético passa pela membrana misturado, "explicou Amir Barati Farimani, professor assistente de engenharia mecânica. "Se muito pequeno, não pode passar por nada. "

p A equipe descobriu que um nanoporo baseado em MXene foi capaz de detectar diferentes tipos de bases de DNA com um alto nível de sensibilidade. "Mostramos que o MXene é um nanomaterial eficaz e promissor para uso em uma plataforma de detecção baseada em nanoporos, "disse Barati Farimani.

p Os pesquisadores pretendem expandir seu trabalho, alavancando poderosos algoritmos de inteligência artificial (IA) para melhorar a detecção de DNA pelo sistema nanopore. As bases de DNA têm características únicas que podem ser usadas como entrada para treinar a IA para melhorar a precisão da detecção de DNA. E, A IA pode fazer uso de dados de simulação de alta dimensão para aprender e extrair os recursos mais importantes para distinguir as bases do DNA.

p "As extensões deste trabalho prometem melhorar muito a plataforma de detecção baseada em nanoporos e, em última análise, superar o limite para tornar essa tecnologia amplamente aplicável, "disse Barati Farimani.

p Outros autores incluíram Prakarsh Yadav e Zhonglin Cao, ambos Ph.D. alunos.