Om vi ​​ville räkna antalet personer i en folkmassa, vi kan göra uppskattningar i farten, mycket troligt att vara oprecis, eller så kan vi be varje person att passera genom ett vändkors. Den senare liknar modellen som EPFL-forskare har använt för att skapa en "DNA-läsare" som kan detektera passage av enskilda DNA-molekyler genom ett litet hål:en nanopore med integrerad grafentransistor.

DNA-molekylerna späds ut i en lösning innehållande joner och drivs av ett elektriskt fält genom ett membran med en nanopor. När molekylen går genom öppningen, det framkallar en liten störning på fältet, kan detekteras inte bara av moduleringarna i jonström utan också genom samtidig modulering i grafentransistorströmmen. Baserat på denna information, det är möjligt att avgöra om en DNA-molekyl har passerat genom membranet eller inte.

Detta system bygger på en metod som har varit känd i över ett dussin år. Den ursprungliga tekniken var inte lika tillförlitlig eftersom den uppvisade ett antal brister som tilltäppta porer och bristande precision, bland andra. "Vi trodde att vi skulle kunna lösa dessa problem genom att skapa ett så tunt membran som möjligt samtidigt som öppningens styrka bibehålls", sa Aleksandra Radenovic från Laboratory of Nanoscale Biology vid EPFL. Tillsammans med Floriano Traversi, postdoktorand, och kollegor från Laboratory of Nanoscale Electronics and Structures, hon stötte på det material som visade sig vara både det starkaste och mest motståndskraftiga:grafen, som består av ett enda lager av kolmolekyler. Remsorna av grafen eller nanoband som användes i experimentet producerades vid EPFL, tack vare det arbete som utförs vid Center for Micro Nanotechnology (CMI) och Center for Electron Microscopy (CIME).

"Genom en fantastisk slump, fortsatte forskaren, grafenskiktets tjocklek mäter 0,335 nm, som exakt passar gapet mellan två DNA-baser, medan de hittills använda materialen har en tjocklek på 15 nm." Som ett resultat, medan det tidigare inte var möjligt att individuellt analysera passagen av DNA-baser genom dessa "långa" tunnlar – i molekylär skala –, den nya metoden kommer sannolikt att ge en mycket högre precision. Så småningom, den skulle kunna användas för DNA-sekvensering.

Däremot är de inte där än. På bara 5 millisekunder, upp till 50 000 DNA-baser kan passera genom porerna. Den elektriska utsignalen är inte tillräckligt tydlig för att "läsa" den levande sekvensen av DNA-strängpassagen. "Dock, möjligheten att upptäcka passage av DNA med grafen nanoband är ett genombrott såväl som en betydande möjlighet", sa Aleksandra Radenovic. Hon noterade att till exempel, enheten kan också detektera passage av andra typer av proteiner och ge information om deras storlek och/eller form.

Detta avgörande steg mot nya metoder för molekylär analys har fått ett ERC-anslag och presenteras i en artikel publicerad i Naturens nanoteknik .