Onderzoekers hebben een weg voorwaarts gevonden voor de al lang vastgelopen ontwikkeling van biosensoren met nanoporiën:kleine apparaten voor DNA-sequencing die potentieel veel sneller en goedkoper kunnen zijn dan de huidige technologie.

Nanoporiën zijn kanalen die onderzoekers kunnen creëren in een dun membraan, met een diameter van één nanometer, waar nucleïnezuur of andere moleculen doorheen kunnen. Terwijl een molecuul er doorheen gaat, wordt de moleculaire samenstelling ervan vertaald in elektronische signalen.

De elektronische signalen zijn als een stroom getallen die vervolgens kunnen worden geanalyseerd om eigenschappen van de moleculen af ​​te leiden. Dit kan potentieel veel sneller en goedkoper worden bereikt met nanoporiën dan met de huidige DNA-sequencing-methoden. Maar tot nu toe werd de techniek beperkt door de moeilijkheid om nanoporiën te maken die nucleïnezuursequenties met hoge nauwkeurigheid kunnen detecteren.

De onderzoekers, onder leiding van de Universiteit van Illinois in Chicago, hebben ontdekt hoe ze nanoporiën kunnen maken die zeer selectief zijn voor nucleïnezuren, gebaseerd op inzichten verkregen door het gebruik van geavanceerde computermodellering en experimentele technieken. Ze demonstreerden het gebruik van moleculaire herkenning om de selectiviteit en gevoeligheid van nanoporiën voor nucleïnezuren af ​​te stemmen.

"We wilden deze selectiviteit kunnen beheersen", zegt studieauteur William Schoch, UIC universitair hoofddocent mechanische en industriële techniek. "Het blijkt dat we, door de samenstelling van de moleculaire bouwstenen van deze kanalen te veranderen, ze feitelijk veel selectiever kunnen maken voor doelmoleculen. Dit wisten we nog niet eerder."

De onderzoekers maakten hun kanalen met behulp van DNA-origami, een methode waarbij DNA in een bepaalde rangschikking of vorm wordt gevouwen. Door dit te doen, konden ze chemische groepen introduceren die specifiek nucleïnezuurstrengen binden, maar weinig interactie hebben met andere soorten moleculen.

Terwijl ze hun aanpak verfijnen, denken de onderzoekers dat ze de nauwkeurigheid van de metingen aanzienlijk kunnen vergroten, waardoor de deur wordt geopend voor een revolutionaire manier om DNA te sequencen.

Het onderzoeksteam bestaat uit de Universiteit van Illinois in Chicago, de Universiteit van Californië, Berkeley en de California State University, Long Beach, evenals onderzoekers uit China en Saoedi-Arabië.