Trots att den har en diameter tiotusentals gånger mindre än ett människohår, nanoporer kan vara nästa stora sak i DNA -sekvensering. Genom att zippa DNA -molekyler genom dessa små hål, forskare hoppas att en dag kunna läsa av genetiska sekvenser på ett ögonblick.

Nu, forskare från Brown University har tagit potentialen för nanopore -teknik ett steg längre. De har kombinerat en nanopor med en liten bur som kan fånga och hålla en enda DNA -sträng efter att den har dragits genom poren. Medan den hålls i bur, biokemiska experiment kan utföras på strängen, som sedan kan zippas tillbaka genom nanoporen för att se hur strängen har förändrats.

"Vi ser detta som en mycket intressant möjliggörande teknik, "sade Derek Stein, docent i fysik och teknik på Brown, som hjälpte till att utveckla tekniken med sina doktorander. "Det låter dig för första gången titta på samma molekyl före och efter någon form av kemisk reaktion som kan ha ägt rum."

Ett papper som beskriver enheten publiceras i Naturkommunikation .

Enheten ser lite ut som en liten hollow-out hockeypuck. På ena plattan finns en nanopor, och på andra sidan är ett något större hål. Vid nedsänkning i en lösning som innehåller DNA, en elektrisk ström över nanoporen tar tag i en enda sträng och drar in den i den ihåliga kammaren. Väl där, strängen har en naturlig tendens att krypa ihop till en trasslig boll. Den bollen är för stor för att passa ut ur hålet på andra sidan, men det hålet kan användas för att introducera ytterligare molekyler som kan reagera med det instängda DNA:t. När en reaktion har inträffat, den elektriska strömmen är omvänd och strängen skickas tillbaka ut genom poren, som kan leta efter förändringar i strängen.

"Det vi har gjort är i grunden ett mycket litet provrör, "sa Xu Liu, som ledde arbetet medan han var doktorand på Brown. "Vi kan göra biokemi på den enda tråden i det mycket trånga utrymmet."

Nyckeln till tekniken, Liu sa, gjorde det där provröret litet, men inte för liten. Om den var för liten, DNA skulle inte ha tillräckligt med utrymme att krypa ihop, vilket skulle få den att spruta ut hålet upptill på enheten. Med hjälp av några teoretiska beräkningar och lite försök och fel, forskarna bosatte sig på en bur som är cirka 1,5 mikrometer kvadrat.

Liu testade sedan tekniken med hjälp av det som kallas ett restriktionsenzym, som skär DNA -molekyler vid särskilda sekvenser. Efter att en intakt DNA -molekyl drogs genom poren in i buren, forskarna applicerade enzymet genom hålet i toppen av enheten. Om allt gick som planerat, enzymet borde ha skurit strängen i fyra bitar. När de drog tillbaka molekylen genom porerna, de upptäckte fyra distinkta signaler, vilket indikerar att experimentet hade fungerat som förväntat.

Forskarna säger att enheten kan användas för alla typer av experiment med DNA. Till exempel, forskare använder molekyler som kallas hybridiseringsprober för att leta efter specifika sekvenser i en DNA -molekyl. Sonderna binder till målsekvenser, skapa en utbuktning i DNA -strängen som en nanopore enkelt kunde upptäcka.

"Det var alltid ett problem att veta hur DNA:t såg ut innan sonden applicerades, "Sa Stein." Detta är ett sätt att se till att du kan mäta samma molekyl innan något görs mot det, och sedan efter. Det var inte möjligt förut med nanoporer eftersom molekylen skulle försvinna. "