(PhysOrg.com) - I en innovation som är avgörande för förbättrad DNA -sekvensering, en markant långsammare överföring av DNA genom nanoporer har uppnåtts av ett team som leds av forskare från Sandia National Laboratories.

Solid-state nanoporer skulpterade av kiseldioxid är i allmänhet raka, små tunnlar mer än tusen gånger mindre än diametern på ett människohår. De används som sensorer för att upptäcka och karakterisera DNA, RNA och proteiner. Men dessa material skjuter genom sådana hål så snabbt att sekvensering av DNA:t som passerar genom dem, till exempel, är ett problem.

I ett papper publicerat denna vecka online (23 juli) i Naturmaterial (papperskopia planerad till augusti, Vol.9, s. 667-675), ett team som leds av forskare från Sandia National Laboratories rapporterar att de använder sig av självmonteringsmetoder för att tillverka lika små men böjda nanoporer. Kombinerat med atomlageravsättning för att ändra de kemiska egenskaperna hos nanoporerna, innovationerna uppnår en femfaldig avmattning i de spänningsdrivna translokationshastigheterna som kritiskt behövs vid DNA-sekvensering. (Translokation innebär att DNA kommer in och passerar helt genom porerna, som bara är något bredare än själva DNA:t.)

"Genom kontroll av porstorlek, längd, form och komposition, säger huvudforskaren Jeff Brinker, "vi fångar upp de huvudsakliga funktionella beteenden hos proteinporer i vårt solid-state nanoporesystem." Betydelsen av en femfaldig avmattning i denna typ av arbete, Brinker säger, är stor.

Observera också teknikens förmåga att separera enkel- och dubbelsträngat DNA i ett matrisformat. "Det finns lovande DNA -sekvenseringstekniker som kräver detta, säger Brinker.

Idén att använda syntetiska nanoporer i fast tillstånd som enkelmolekylsensorer för detektion och karakterisering av DNA och dess systermaterial är för närvarande under intensiv utredning av forskare runt om i världen. Kraften inspirerades av den utsökta selektiviteten och flödet som demonstrerades av naturliga biologiska kanaler. Forskare hoppas kunna efterlikna dessa beteenden genom att skapa mer robusta syntetmaterial som lättare integreras i praktiska enheter.

Nuvarande vetenskapliga förfaranden anpassar bildandet av nominellt cylindriska eller koniska porer i rät vinkel mot en membranyta. Dessa är mindre kapabla att avsevärt bromsa passage av DNA än de böjda nanoporerna.

"Vi hade en ganska enkel idé, "Brinker säger." Vi använder de självmonteringsmetoder vi var föregångare för att göra ultratunna membran med ordnade matriser med porer med cirka 3 nanometer diameter. Vi justerar sedan porstorleken ytterligare via en atomlageravsättningsprocess som vi uppfann. Detta gör att vi kan kontrollera pordiametern och ytkemin på subnanometerskalan. Jämfört med andra fasta nanoporer som utvecklats hittills, vårt system kombinerar finare kontroll av porstorlek med utvecklingen av en kinkad porväg. I kombination, dessa gör det möjligt att sakta ner DNA -hastigheten. "

Arbetet stöds av Air Force Office of Scientific Research, Institutionen för energis grundläggande energivetenskap och Sandias laboratorium riktade forsknings- och utvecklingskontor.