Nanoporiën zijn bij uitstek geschikt om er DNA-moleculen doorheen te rijgen, waardoor de genetische code kan worden uitgelezen. Onderzoekers van de TU Delft willen deze technologie nog krachtiger maken door de poriën te voorzien van 'plasmonics'. Door gebruik te maken van minuscule optische 'antennes', het is mogelijk om licht precies en intens op de nanoporie te richten. Eventueel, met deze techniek hopen de onderzoekers DNA te controleren en efficiënt uit te lezen.

Lagere kosten

De kosten voor het maken van een uitlezing van het menselijk genoom (ons DNA) zijn de afgelopen tien jaar flink gedaald, maar de technologie is relatief duur gebleven. Nanoporiën in siliciumchips zijn een geschikte kandidaat voor een nieuwe generatie DNA-sequencers. Een decennium geleden, onderzoek door wetenschappers van de TU Delft en Harvard University liep voorop bij deze technologie.

Optische 'antennes'

Samen met collega's van de University of Illinois (VS), de Delftse wetenschappers willen nu een stap verder:ze rusten de nanoporiën uit met 'plasmonics', minuscule optische 'antennes'. Deze worden gebruikt om licht te focussen op een zeer intense en extreem kleine 'hot spot' in de nanoporie. Daarbij, de onderzoekers hopen te kunnen vastleggen, vertragen en het DNA efficiënt uitlezen.

Het onderzoek wordt gefinancierd door het Amerikaanse National Institute of Health (NIH) voor een bedrag van 2,47 miljoen dollar. Het maakt deel uit van een cluster van acht gefinancierde onderzoeksprojecten ter waarde van 17 miljoen dollar, zoals deze week aangekondigd door de NIH.

Gevoelige sensor

"Het uitlezen van de basenparen in DNA met de huidige sequencing-technologie is duur. Je moet het DNA labelen en alleen heel korte stukjes DNA kunnen worden uitgelezen, ongeveer een paar honderd basenparen, ’ zegt hoogleraar Cees Dekker, hoofd van het onderzoeksproject en directeur van het Kavli Institute of Nanoscience aan de TU Delft. “Nanoporiën bieden de mogelijkheid om heel lange strengen DNA in één keer uit te lezen. Door de nanoporiën uit te rusten met plasmonics, we hopen een nieuw ultragevoelig type sensor precies op de plek van de nanoporie te integreren."

Duizend keer sterker

De onderzoeksgroep van Dekker en de collega's in Illinois zijn de eersten die beide vakgebieden combineren. “We maken minuscule plasmonische antennes:metalen constructies waarop je met behulp van licht elektronen kunt focussen. Door deze minuscule antennes rond de nanoporie te plaatsen, we kunnen de porie 'oplichten'. Precies op deze plek, de lichtintensiteit wordt duizend keer sterker gefocust. En daarbij, we denken dat we het DNA-molecuul kunnen controleren en tegelijkertijd kunnen uitlezen, ", legt postdoc Magnus Jonsson uit.

Romeinse kunst

Onderzoek op het gebied van nanoporiën en plasmonica ontwikkelt zich snel. Plasmonica is een relatief recent vakgebied, maar volgens Dekker bestaat het gebruik van plasmonische materialen al jaren. "Romeinse kunstenaars gebruikten in de vierde eeuw al goud- en zilverstof in glas. Een mooi voorbeeld hiervan is de Lycurgus Cup, die ofwel rood of groen is, afhankelijk van de lichtinval. Dit is ook plasmonica. Het effect wordt daarom al millennia gebruikt, ook al hebben we pas onlangs ontdekt hoe het werkt."