Polymerer är långa, kedjeliknande molekyler som finns överallt i biologin. DNA och RNA är polymerer som bildas av många på varandra följande kopior av nukleotider kopplade till varandra. När de transporteras inom eller mellan celler, dessa biologiska polymerer måste passera genom nanometerstora hål som kallas "nanoporer".

Denna process ligger också till grund för en snabbt utvecklande metod för att analysera och sekvensera DNA som kallas nanopore sensing.

Studien, publiceras i tidskriften Naturfysik, visar hur det Cavendish-ledda teamet utvecklade en ny LEGO-liknande teknik för att sätta ihop DNA-molekyler som har utstickande knölar på specifika platser längs deras längd. Genom att föra dessa DNA-molekyler genom en nanopor och analysera samtidiga förändringar i jonflödesmönstret, forskarna fastställde med stor precision hur hastigheten på DNA:t förändras när det rör sig igenom.

De experimentella resultaten avslöjade en tvåstegsprocess där DNA-hastigheten till en början saktar ner innan den accelererar nära slutet av translokationen. Simuleringar visade också denna tvåstegsprocess och hjälpte till att avslöja att den underliggande fysiken i processen bestäms av förändrad friktion mellan DNA och omgivande vätska.

"Vår metod för att montera LEGO-liknande molekylära DNA-linjaler har gett ny insikt i processen att trä polymerer genom otroligt små hål bara några nanometer stora, " förklarade seniorförfattaren Dr. Nicholas Bell från Cambridges Cavendish Laboratory. "Kombinationen av både experiment och simuleringar har avslöjat en heltäckande bild av den underliggande fysiken i denna process och kommer att hjälpa utvecklingen av nanoporbaserade biosensorer. Det är väldigt spännande att vi nu kan mäta och förstå dessa molekylära processer i så liten detalj."

"Dessa resultat kommer att bidra till att förbättra noggrannheten hos nanoporsensorer i deras olika applikationer, till exempel lokalisering av specifika sekvenser på DNA med nanometernoggrannhet eller upptäckt av sjukdomar tidigt med mål-RNA-detektion, " sa huvudförfattaren Kaikai Chen.

"Den överlägsna upplösningen vid analys av molekyler som passerar genom nanoporer kommer att möjliggöra lågfelsavkodning av digital information lagrad på DNA. Vi undersöker och förbättrar användbarheten av nanoporsensorer för dessa applikationer."