Наноотверстия подсвечиваются для считывания ДНК

Наноотверстия идеально подходят для протягивания через них молекул ДНК, что позволяет считывать генетический код. Исследователи из Делфтского технического университета (TU Delft) хотят сделать эту технологию ещё более мощной, оснастив поры «плазмоникой». Используя крошечные оптические «антенны», можно сфокусировать свет точно и интенсивно на наноотверстии. В конечном итоге исследователи надеются использовать эту технику для управления ДНК и её эффективного считывания.

Снижение затрат

Затраты на получение расшифровки генома человека за последнее десятилетие значительно снизились, но технология остаётся относительно дорогой. Наноотверстия в кремниевых чипах — подходящий кандидат для нового поколения секвенаторов ДНК. Десять лет назад исследования учёных из TU Delft и Гарвардского университета были на переднем крае этой технологии.

Оптические «антенны»

Вместе с коллегами из Университета Иллинойса (США) учёные из TU Delft теперь хотят пойти дальше: они оснащают наноотверстия «плазмоникой» — крошечными оптическими «антеннами». Они используются для фокусировки света в чрезвычайно интенсивную и очень маленькую «горячую точку» в наноотверстии. Исследователи надеются, что это позволит захватывать, замедлять и эффективно считывать ДНК.

Исследование финансируется Национальным институтом здравоохранения США (NIH) на сумму 2,47 миллиона долларов. Оно является частью кластера из восьми финансируемых исследовательских проектов общей стоимостью 17 миллионов долларов, о чём NIH объявил на этой неделе.

Чувствительный сенсор

«Считывание пар оснований в ДНК с помощью современных технологий секвенирования дорого. Нужно маркировать ДНК, и можно прочитать только очень короткие фрагменты, примерно в несколько сотен пар оснований», — говорит профессор Сес Деккер, руководитель исследовательского проекта и директор Института нанонауки Кавли в TU Delft. «Наноотверстия предлагают возможность считывать очень длинные цепи ДНК за один проход. Оснащая наноотверстия плазмоникой, мы надеемся интегрировать новый сверхчувствительный тип сенсора точно в месте расположения наноотверстия».

В тысячу раз сильнее

Исследовательская группа Деккера и коллеги из Иллинойса первыми объединили оба направления исследований. «Мы создаём крошечные плазмонные антенны: металлические структуры, на которых с помощью света можно фокусировать электроны. Размещая эти крошечные антенны вокруг наноотверстия, мы можем "подсветить" пору. Именно в этом месте интенсивность света фокусируется в тысячу раз сильнее. И мы думаем, что с помощью этого сможем контролировать молекулу ДНК и одновременно считывать её», — объясняет постдок Магнус Йонссон.

Римское искусство

Исследования в областях наноотверстий и плазмоники быстро развиваются. Плазмоника — относительно новая область, но, по словам Деккера, использование плазмонных материалов известно уже много лет. «Римские художники в IV веке уже использовали золотую и серебряную пыль в стекле. Яркий пример — кубок Ликурга, который в зависимости от падения света становится красным или зелёным. Это тоже плазмоника. Эффект использовался тысячелетиями, хотя мы поняли, как он работает, лишь недавно».