Forskare vid Uppsala universitet och i Brasilien har utvecklat en ny typ av nanosensor som kan detektera enstaka molekyler. Nanosensorn, som består av en kombination av två olika material, har använts för att identifiera de olika byggstenarna i DNA.

Det som verkligen är banbrytande med denna studie är att den har lyckats kombinera grafen, som är elektriskt ledande, och bornitrid, som är isolerande, i samma tvådimensionella material. Tidigare, dessa två ämnen har endast använts separat i ett försök att upptäcka molekyler.

Detektion av enskilda molekyler är av stor betydelse inom medicin och hälsovård, men för närvarande tillgängliga metoder är i allmänhet för komplicerade och dyra för att kunna användas brett.

Studien har tillämpat nanosensorn för att detektera de fyra naturligt förekommande nukleotiderna, som är byggstenarna i DNA, och upptäckte därmed ett nytt snabbt och billigt sätt att sekvensera DNA genom att mäta en elektrisk ström.

I datorsimuleringar, ett litet hål, kallas en nanopor, skapades vid gränsytan mellan de två ämnena, och en liten kedja av elektriskt ledande material som sålunda bildas mellan nanoporen och den isolerande bornitriden. När molekyler rör sig genom nanoporen, kedjans elektriska potential moduleras och materialets konduktivitet påverkas därför. Genom att mäta den elektriska strömmen i materialet, molekylerna kan identifieras genom deras karakteristiska dipolmoment.

Studien omfattade också vätefluorid, en liten molekyl med ett stort elektriskt dipolmoment, vilket är ett idealiskt modellsystem för att få en bättre förståelse för hur nanosensorn kan detektera de större och mer komplexa molekylerna.

"Datorsimuleringar utfördes i ett vakuum, och molekylerna fixerades i förhållande till kolkedjan och nanopore. I framtida studier, vi vill undersöka de dynamiska aspekterna av systemet. Det blir spännande, till exempel, för att se hur sensorerna reagerar på vatten", säger Ralph Scheicher, Biträdande professor i materialteori vid institutionen för fysik och astronomi.