Een ongebruikelijke en zeer opwindende vorm van koolstof - die kan worden gemaakt door op papier te tekenen - lijkt de sleutel te zijn tot realtime, DNA-sequencing met hoge doorvoer, een techniek die een revolutie teweeg zou brengen in medisch onderzoek en testen.

Onder leiding van dr. Jiri Cervenka en promovendus Nikolai Dontschuk van de Universiteit van Melbourne, de studie omvatte ook wetenschappers van de Australische Synchrotron en La Trobe University en is gepubliceerd in: Natuurcommunicatie .

De Australische onderzoekers hebben aangetoond dat grafeen - een één-atoom dik vel van hexagonaal gerangschikte koolstof, vorm van kippengaas - kan de vier nucleobasen detecteren waaruit DNA bestaat (cytosine, guanine, adenine en thymine).

Een unieke combinatie van de vier nucleobasen vormt de individuele DNA-sequentie van een gen. Momenteel, DNA-sequencing is een fundamenteel instrument voor medische diagnostiek, forensisch onderzoek en medisch en biologisch onderzoek.

Het gebruik van grafeen om DNA elektrisch te sequencen belooft de snelheid te verbeteren, doorvoer, betrouwbaarheid en nauwkeurigheid terwijl de prijs wordt verlaagd in vergelijking met de huidige technieken, zei Nikolai Dontschuk van de Universiteit van Melbourne.

"We ontdekten dat elke nucleobase de elektronische structuur van grafeen op een meetbaar andere manier beïnvloedde, zei meneer Dontschuk.

"Bij gebruik in combinatie met een nanoporie (een klein gaatje), een enkel DNA-molecuul zou door de op grafeen gebaseerde elektrische sensor gaan - zoals een enkele kralenketting die door een klein stukje kippengaas gaat - waardoor realtime, high-throughput sequencing van een enkel DNA-molecuul."

Het onderzoeksteam voerde de eerste experimenten uit om in-situ elektrische metingen van op grafeen gebaseerde veldeffecttransistoren (GFET) te combineren met foto-emissiespectroscopie bij de zachte röntgenspectroscopiebundellijn bij de Synchrotron.

Na vergelijking van de experimentele en synchrotronresultaten, het team voorspelde dat de detectie van guanine met één molecuul, cytosine en thymine door bulkgrafeenapparaten kunnen worden bereikt.

Grafeen is 's werelds eerste tweedimensionale materiaal, waarbij elke plaat uit enkele lagen koolstof bestaat. Wanneer deze op elkaar worden gestapeld, vormen ze grafiet, die wordt gevonden in tekenpotloden. Bij het tekenen met een potlood, stukjes grafiet loslaten, soms een laag achterlatend van één atoom dik, dat is grafeen.

Hoewel grafeen al tientallen jaren als theoretische structuur werd bestudeerd, het werd pas officieel ontdekt in 2004, toen Andre Geim en Konstantin Novoselov meldden dat ze stabiel grafeen in voldoende hoeveelheden hadden bereid om analytische metingen uit te voeren.

Hun nieuwe bereidingsmethode omvatte het gebruik van plakband om delen van grafiet te scheiden in dunnere en dunnere lagen, die ze vervolgens overbrachten op siliciumwafels. Voor hun inspanningen, Geim en Novoselov kregen de Nobelprijs voor Natuurkunde 2010.