Исследователи из нанотехнологического центра Purdue's Birck Nanotechnology Center показали, что каналы нанопор могут быть использованы для быстрого и точного определения характерных последовательностей в ДНК для генных приложений в медицине, мониторинге окружающей среды и обеспечения безопасности.

Тонкие каналы, которые имеют размер от 10 до 20 нм в диаметре и несколько сотен нанометров в длину, были созданы в кремнии, затем каждый канал был модифицирован «зондами» из колец-заколок, построенных из ДНК, которые закреплялись внутри канала. Измерение подаваемого электрического импульса позволяет определить наличие в исследуемом растворе даже единственной молекулы односпиральной ДНК (ssDNA), комплементарной «зонду».

«Другие исследователи в прошлом уже создавали такие поры, но данная группа впервые закрепила зонд из однспиральной ДНК внутри таких кремниевых каналов и затем использовала эти каналы для определения характерных молекул ДНК, содержащихся в жидкости»,— сказал Рашид Башир (Rashid Bashir), профессор School of Electrical and Computer Engineering и Weldon School of Biomedical Engineering.

Исследования детально изложены в журнале Nature Nanotechnology. Авторы: Самир Икбал (Samir Iqbal), Демир Акин (Demir Akin) и Рашид Башир (Rashid Bashir).

Тонкую мембрану с каналами помещают в жидкость, содержащую ДНК. Так как ДНК отрицательно заряжена, приложенное напряжение поперек мембраны заставляет молекулы ДНК из раствора двигаться через каналы. Как говорят, ДНК «перемещается» через нанопоры.

Рис. 1. Канал с закрепленными в нем зондами и взаимодействующие с ним кусочки ДНК (рисунок любезно предоставлен Seyet LLC)

Исследователи обнаружили, что отдельные нити полностью комплементарной ДНК — нити, соответствующие зондам внутри каждого канала — передвигались быстрее и в большем количестве сквозь поры, по сравнению с нитями, которые им не соответствовали.

«Мы можем определить передвижение определенного типа нити ДНК измерением электрического тока попрек канала» — сказал Башир. «По существу, мы можем измерить характерный идентификационный пульс, означающий, что передвигается определенная молекула ДНК».

«Когда молекула ДНК в растворе точно комплементарна таковой в каналах, импульс тока будет короче, по сравнению с тем, когда даже один из нуклеотидов не совпадает» — говорит Икбал.

Возможность детектировать ДНК молекулы быстро и в малом количестве без необходимости присоединения к ним меток представляет потенциальный механизм для широкого спектра применений, где необходимо определения ДНК.

Ранее мы уже сообщали об этом типе нано-секвенатора ДНК с помощью нанопор. Но тогда было проведено только его математическое моделирование.