I en Naturkommunikation tidning publicerad denna vecka, IMEC, det världsledande forsknings- och innovationsnavet inom nanoelektronik och digital teknik, beskriver ett nytt koncept för direkt identifiering av enstaka DNA-baser. Tekniken har potential att upptäcka, med en oöverträffad rumslig upplösning och utan någon märkning, den genetiska koden, samt epigenetiska variationer i DNA. Kombinationen av nanopore fluidics och ytförstärkt Raman-spektroskopi gör det till ett unikt koncept och ett mycket lovande verktyg för evolutionsbiologer och för forskning om sjukdomsutveckling.

I dag, direkt, realtidsidentifiering av nukleobaser i DNA-strängar i nanoporer begränsas av känsligheten och den rumsliga upplösningen av etablerade jonavkänningsstrategier. Dessutom, etablerade DNA-sekvenseringstekniker använder ofta fluorescerande märkning som är kostsam och tidskrävande. I sin Nature Communications-tidning, IMEC visade ett lovande alternativ baserat på optisk spektroskopi, utan behov av märkning och med den unika förmågan att identifiera nukleobaser, individuellt, och inkorporerad i en DNA-sträng. Tekniken är baserad på nanofluidik för att driva DNA-strängen genom en konstruerad plasmonisk nanoslit, och ytförstärkt Raman-spektroskopi för att göra ett "fingeravtryck" av de adsorberade nukleobaserna upp till nivån av molekylära bindningar. Den spektroskopiska signalen förstärks både av en guldbeläggning ovanpå nanoslitsen, och den konstruerade formen på nanosliten.

"Resultatet som rapporteras här är ett viktigt steg mot en lösning för snabb och direkt sekvensering upp till epigenetisk nivå, " sade och Chang Chen, seniorforskare vid IMEC.

Signalen som genereras av Raman-spektroskopi innehåller mycket information om molekylerna och de molekylära bindningarna. Inte bara kan DNA-koden "läsas", men också basmodifieringar som metylering, histonacetylering, och mikroRNA modifiering, som innehåller mer detaljerad information om epigenetiska variationer. Sådana variationer är viktiga för evolutionära studier eftersom de påverkar genuttrycket i celler. Dessutom, de har visat sig påverka uppkomsten och utvecklingen av sjukdomar som cancer.

"Vi utnyttjar vår expertis i världsklass inom chipdesign och 300 mm Si-wafer tillverkningsteknik och biolabbanläggningar för att utveckla skräddarsydda lösningar för biovetenskapsindustrin, sade Pol Van Dorpe, huvudman i teknisk personal. "Lösningen vi beskriver här är bara ett exempel på de teknologier vi arbetar med. Vår verktygslåda innehåller kunskap om nanoporer, spektroskopi, fotonik, enmolekyldetektion och nanofluidik som vi använder för att utveckla nästa generations lösningar för våra industripartners inom genomik och diagnostik."