Als we het aantal mensen in een menigte wilden tellen, we konden on-the-fly schattingen maken, zeer waarschijnlijk onnauwkeurig, of we kunnen iedereen vragen om door een tourniquet te gaan. Dat laatste lijkt op het model dat EPFL-onderzoekers hebben gebruikt om een ​​'DNA-reader' te maken die de passage van individuele DNA-moleculen door een klein gaatje kan detecteren:een nanoporie met geïntegreerde grafeentransistor.

De DNA-moleculen worden verdund in een oplossing met ionen en worden aangedreven door een elektrisch veld door een membraan met een nanoporie. Als het molecuul door de opening gaat, het veroorzaakt een lichte verstoring van het veld, detecteerbaar, niet alleen door de modulaties in ionische stroom, maar ook door gelijktijdige modulatie in de grafeentransistorstroom. Op basis van deze informatie, het is mogelijk om te bepalen of een DNA-molecuul door het membraan is gegaan of niet.

Dit systeem is gebaseerd op een methode die al meer dan tien jaar bekend is. De oorspronkelijke techniek was niet zo betrouwbaar omdat deze een aantal tekortkomingen vertoonde, zoals verstopte poriën en gebrek aan precisie, onder andere. "We dachten dat we deze problemen zouden kunnen oplossen door een zo dun mogelijk membraan te maken met behoud van de sterkte van de opening", zei Aleksandra Radenovic van het Laboratory of Nanoscale Biology bij EPFL. Samen met Floriano Traversi, postdoctoraal student, en collega's van het Laboratory of Nanoscale Electronics and Structures, kwam ze het materiaal tegen dat zowel het sterkste als het meest veerkrachtig bleek te zijn:grafeen, die bestaat uit een enkele laag koolstofmoleculen. De stroken grafeen of nanoribbons die in het experiment werden gebruikt, werden geproduceerd bij EPFL, dankzij het werk van het Centrum voor Micro Nanotechnologie (CMI) en het Centrum voor Elektronenmicroscopie (CIME).

"Door een verbazingwekkend toeval, vervolgde de onderzoeker, de dikte van de grafeenlaag is 0,335 nm, die precies past in de kloof die bestaat tussen twee DNA-basen, terwijl er in de tot nu toe gebruikte materialen een dikte van 15 nm was." terwijl het voorheen niet mogelijk was om de passage van DNA-basen door deze "lange" tunnels individueel te analyseren - op moleculaire schaal -, de nieuwe methode zal waarschijnlijk een veel hogere precisie opleveren. Eventueel, het zou kunnen worden gebruikt voor DNA-sequencing.

Ze zijn er echter nog niet. In slechts 5 milliseconden, tot 50.000 DNA-basen kunnen door de poriën gaan. Het elektrische uitgangssignaal is niet duidelijk genoeg om de live-sequentie van de DNA-strengpassage te "lezen". "Echter, de mogelijkheid om de passage van DNA met grafeen-nanoribbons te detecteren is zowel een doorbraak als een belangrijke kans", zei Aleksandra Radenovic. Ze merkte op dat, bijvoorbeeld, het apparaat kan ook de passage van andere soorten eiwitten detecteren en informatie geven over hun grootte en/of vorm.

Deze cruciale stap op weg naar nieuwe methoden voor moleculaire analyse heeft een ERC-subsidie ​​gekregen en wordt beschreven in een artikel gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie .