Onderzoekers van de Universiteit van Uppsala en in Brazilië hebben een nieuw type nanosensor ontwikkeld die afzonderlijke moleculen kan detecteren. De nanosensor, bestaande uit een combinatie van twee verschillende materialen, is gebruikt om de verschillende bouwstenen in DNA te identificeren.

Wat echt baanbrekend is aan dit onderzoek, is dat het erin is geslaagd grafeen te combineren, die elektrisch geleidend is, en boornitride, die isoleert, in hetzelfde tweedimensionale materiaal. Eerder, deze twee stoffen zijn alleen afzonderlijk gebruikt in een poging om moleculen te detecteren.

De detectie van individuele moleculen is van groot belang in de geneeskunde en de gezondheidszorg, maar de momenteel beschikbare methoden zijn over het algemeen te ingewikkeld en te duur om op grote schaal te worden gebruikt.

De studie heeft de nanosensor toegepast om de vier natuurlijk voorkomende nucleotiden te detecteren, dat zijn de bouwstenen van DNA, en ontdekte zo een nieuwe snelle en goedkope manier om DNA te sequencen door een elektrische stroom te meten.

Bij computersimulaties een klein gaatje, een nanoporie genoemd, is ontstaan ​​op het grensvlak tussen de twee stoffen, en een kleine keten van elektrisch geleidend materiaal die aldus is gevormd tussen de nanoporie en het isolerende boornitride. Wanneer moleculen door de nanoporie bewegen, de elektrische potentiaal van de ketting wordt gemoduleerd en de geleidbaarheid van het materiaal wordt daardoor beïnvloed. Door de elektrische stroom in het materiaal te meten, de moleculen kunnen worden geïdentificeerd door hun karakteristieke dipoolmoment.

De studie omvatte ook waterstoffluoride, een klein molecuul met een groot elektrisch dipoolmoment, wat een ideaal modelsysteem is om beter te begrijpen hoe de nanosensor de grotere en complexere moleculen kan detecteren.

"Computersimulaties werden uitgevoerd in een vacuüm, en de moleculen waren gefixeerd ten opzichte van de koolstofketen en nanoporie. In toekomstige studies, we willen de dynamische aspecten van het systeem onderzoeken. Het wordt spannend, bijvoorbeeld, om te zien hoe de sensoren reageren op water", zegt Ralph Scheicher, Universitair docent materiaaltheorie bij de vakgroep Natuur- en Sterrenkunde.