(Phys.org) -- Onderzoekers van Cornell-nanotechnologie hebben een nieuw hulpmiddel ontwikkeld om epigenetische veranderingen in DNA te bestuderen die kanker en andere ziekten kunnen veroorzaken:een vloeistofapparaat op nanoschaal dat DNA sorteert en verzamelt, één molecuul tegelijk.

Epigenetica verwijst naar chemische veranderingen in het DNA die de eigenlijke genetische code niet veranderen, maar kan de expressie van genen beïnvloeden en kan worden doorgegeven wanneer cellen zich voortplanten. Een van de belangrijkste is DNA-methylatie, waar methylgroepen - kleine structuren van koolstof en waterstof - aan DNA worden toegevoegd. Biologen bestuderen dit door de gemethyleerde moleculen chemisch neer te slaan, maar deze methoden vereisen grote monsters en beschadigen vaak de moleculen die ze zouden moeten vinden of gooien ze weg. Nanofluidics biedt een manier om individuele moleculen uit kleine monsters te selecteren en deze te verzamelen voor verder onderzoek.

Het nieuwe apparaat, ontwikkeld in het lab van Harold Craighead, de Charles W. Lake Jr. hoogleraar techniek, wordt beschreven in de vroege online editie van 21 mei van de Proceedings van de National Academy of Sciences .

Het proces begint met een biochemische reactie die een fluorescerende tag hecht aan gemethyleerde DNA-moleculen. Vervolgens wordt het monster door een nanofluïdisch kanaal van ongeveer 250 nanometer breed gedreven - zo klein dat DNA-moleculen er één voor één doorheen gaan. Lasers verlichten de stroom en veroorzaken fluorescentie. Wanneer een fluorescerend molecuul voorbijgaat, een detector triggert een gepulseerd elektrisch veld dat het molecuul naar één kant duwt net voordat het kanaal in een Y splitst. Gemethyleerde moleculen gaan één tak naar beneden, al het andere naar beneden.

"De kleuridentiteit wordt een streepjescode voor hoe de moleculen worden behandeld, " legde Ben Cipriany uit, doctoraat '12, hoofdonderzoeker van het project, een analogie trekken met de methoden die het postkantoor gebruikt om pakketten op een transportband te sorteren. "Uiteindelijk konden we meerdere kleuren gebruiken, die elk een ander epigenetisch kenmerk vertegenwoordigen, " hij voegde toe.

Het apparaat reageert zo snel dat het meer dan 500 moleculen per minuut kan sorteren, aldus de onderzoekers. Fluorescerend sorteren is niet nieuw, zij merkten op, maar voorheen werd het alleen gedaan met grotere materialen, zoals nanodeeltjes of cellen.

"We hebben een geminiaturiseerde versie gemaakt die individuele moleculen sorteert en werkt met een zeer kleine hoeveelheid inputmateriaal, ' zei Cipriany.

Om hun methode te testen, de onderzoekers observeerden fluorescentie in elke arm van de Y. Ze verzamelden ook het kleine monster moleculen dat was gesorteerd als gemethyleerd, amplificeerde het met behulp van de PCR-methode (gepolymeriseerde kettingreactie) die bekend is bij organische chemici en analyseerde het resulterende monster. Valse positieven waren beperkt tot ongeveer 1-2 procent, die gunstig afsteekt bij andere sorteermethoden, ze zeiden.

De gesorteerde uitvoer kan worden doorgestuurd naar een ander microfluïdisch systeem voor geautomatiseerde gensequencing, suggereerden de onderzoekers. De methode kan ook worden aangepast aan andere taken voor het scheiden van moleculen, voegden ze eraan toe.

Het onderzoek werd ondersteund door de National Institutes of Health, Cornell Center for Invertebrate Genetics en het National Cancer Institute. Nanofabicatie werd gedaan in de Cornell NanoScale Science and Technology Facility, gefinancierd door de National Science Foundation.

Cipriany, die dit onderzoek begon als onderdeel van zijn Ph.D. studeert aan Cornell, bevindt zich nu in het IBM Semiconductor Research and Development Center in Hopewell Junction, NY