(Phys.org) - Ett avkänningssystem som utvecklats i Cambridge kommersialiseras i Storbritannien för snabb användning, billig DNA-sekvensering, vilket skulle göra förutsägelse och diagnos av sjukdom mer effektiv, och individanpassad behandling billigare.

Dr Ulrich Keyser från University's Cavendish Laboratory, tillsammans med doktoranden Nick Bell och andra kollegor, har utvecklat ett system som kombinerar en solid-state nanopore med en teknik som kallas DNA origami, för användning vid DNA -sekvensering, proteingivning och andra tillämpningar. Tekniken har licensierats för utveckling och kommersialisering till det brittiska företaget Oxford Nanopore, som utvecklar bärbar, billiga DNA-analys sekvenseringsanordningar.

Nanopore -tekniken har potential att revolutionera DNA -sekvensering och analys av en rad andra biologiska molekyler, tillhandahåller dramatiska maktförbättringar, kostnad och hastighet över nuvarande metoder.

En nanopore är ett extremt litet hål - mellan en och 100 nanometer i diameter - som vanligtvis finns i ett membran mellan två kammare som innehåller en saltlösning och molekylen av intresse. När molekylerna passerar genom nanoporerna, de stör en jonström genom nanoporen och denna skillnad i elektriska signaler gör det möjligt för forskare att bestämma vissa egenskaper hos dessa molekyler.

Under det senaste decenniet har forskare har undersökt olika metoder för att konstruera nanoporer för att förbättra noggrannhet och tillförlitlighet. En viktig del av detta är förmågan att fint kontrollera nanoporernas form och ytkemi, vilket skulle maximera känsligheten och underlätta identifieringen av ett större antal molekyler.

För närvarande, det finns två huvudtyper av nanoporer som används:nanoporer i fast tillstånd konstruerade genom att tillverka små hål i kisel eller grafen med elektronstråleutrustning; och biologiska nanoporer gjorda genom att sätta in porbildande proteiner i ett biologiskt membran, såsom ett lipiddubbelskikt.

Biologiska nanoporer är billiga och enkla att tillverka i stora mängder identiska porer. Det är möjligt genom genteknik att definiera deras struktur på atomnivå, varierande porer för analys av olika målmolekyler. Dock, de är endast lämpliga för ett begränsat antal applikationer, och kan med tiden ersättas med solid-state nanoporer. För närvarande, fasta nanoporer är svåra att tillverka och är inte lika känsliga som biologiska nanoporer, eftersom det är svårt att placera specifika kemiska grupper på ytan.

I samarbete med forskare vid Ludwig Maximilian University i München, Dr Keyser och hans team har utvecklat en hybrid nanopore som kombinerar ett solid-state material, såsom kisel eller grafen, och DNA origami - liten, välkontrollerade former gjorda av DNA.

"DNA -origamistrukturerna kan formas till vilken form som helst, möjliggör mycket noggrann kontroll av porens storlek och form, så att endast molekyler med en viss form kan passera igenom, "säger Dr Keyser." Denna kontrollnivå möjliggör mycket mer detaljerad analys av molekylen, vilket är särskilt viktigt för tillämpningar som fenotypning eller gensekvensering. "

Eftersom komplementära DNA -sekvenser kan binda till varandra, origamistrukturerna kan anpassas så att funktionella grupper, fluorescerande föreningar och andra molekylära adaptrar kan läggas till DNA-strängarna med sub-nanometer precision, förbättra känsligheten och tillförlitligheten. Dessutom, hundratals miljarder självmonterade origamistrukturer kan produceras samtidigt, med avkastning på upp till 90 procent.

Ny forskning från teamet, publicerad i tidningen Lab on a Chip , har visat att upp till 16 mätningar kan göras samtidigt, möjliggör mycket högre dataflöde och screening av olika DNA -origamistrukturer.