Forskning

DNA-byggstenar identifieras av ny typ av nanosensor

2017-02-13

Forskare från Uppsala universitet och Brasilien har utvecklat en ny typ av nanosensor som kan detektera enstaka molekyler. Nanosensorn, som består av en kombination av två helt olika material, har kunnat användas bland annat för att identifiera olika byggstenar i DNA.

Det banbrytande med studien är att man har tagit fram ett tvådimensionellt material, där man har lyckats kombinera de båda ämnena grafen, som är elektriskt ledande, och bornitrid, som är isolerande. Tidigare har dessa båda ämnen hittills enbart använts var för sig i försök vid detektering av molekyler.

Detekteringen av enskilda molekyler är av stor betydelse inom medicin och sjukvård, men dagens metoder har hitintills generellt varit alltför komplicerade och för dyra för att kunna användas i stor omfattning.

Genom studien har man med hjälp av nanosensorn kunnat detektera de fyra naturligt förekommande nukleotiderna, som utgör byggstenarna i DNA, och därmed upptäckt ett nytt snabbt och billigt sätt att kunna sekvensera DNA med hjälp av elektrisk ström.

I datorsimuleringarna har man gjort ett litet hål i gränsskiktet mellan de båda ämnena, en så kallad nanopor, och en liten kedja av elektriskt ledande material har bildats mellan nanoporen och den isolerade bornitriden. När molekyler rör sig genom hålet ändras den elektriska potentialen i kedjan och materialets ledningsförmåga påverkas. Genom att mäta den elektriska strömmen i materialet kan molekylerna identifieras med hjälp av sina karakteristiska dipolmoment.

I studien undersöktes även vätefluorid, som är en liten molekyl med ett stort elektriskt dipolmoment, som är idealisk att använda för att få en bättre förståelse för hur själva nanosensorn, som detekterar större och mer komplexa molekyler, fungerar.

Datorsimuleringarna genomfördes i vakuum och molekylerna var fixerade i förhållande till kolkedjan och nanoporen. I framtida studier vill vi undersöka de dynamiska aspekterna hos systemet. Det blir spännande att se hur sensorerna kommer att reagera i till exempel vatten, säger Ralph Scheicher, forskare i materialteori vid institutionen för fysik och astronomi.

Fábio A. L. de Souza, et al; Electrical detection of nucleotides via nanopore in hybrid graphene/h-BN sheet, Nanoscale, 2017, DOI: 10.1039/C6NR07154F