Искривленные нанопоры замедляют прохождение ДНК для упрощения секвенирования
Исследователи из Sandia National Laboratories добились значительного замедления прохождения ДНК через нанопоры — инновация, критически важная для улучшения секвенирования ДНК.
Твердотельные нанопоры, созданные из диоксида кремния (SiO2), обычно представляют собой прямые микроскопические туннели. Они используются как сенсоры для обнаружения и характеристики ДНК, РНК и белков. Однако эти молекулы проходят через такие отверстия так быстро, что их секвенирование становится проблемой.
В статье, опубликованной онлайн 23 июля в Nature Materials (печатная версия — август, Vol.9, pp. 667-675), команда под руководством исследователей Sandia сообщает об использовании методов самосборки для создания столь же крошечных, но искривленных (kinked) нанопор. В сочетании с атомно-слоевым осаждением для изменения химических характеристик пор эти инновации позволили добиться пятикратного замедления скорости транслокации ДНК, управляемой напряжением, что критически важно для секвенирования.
"Контролируя размер, длину, форму и состав пор, мы воспроизводим основные функциональные свойства белковых пор в нашей твердотельной нанопорной системе", — говорит ведущий исследователь Джефф Бринкер.
Также важно, что эта техника позволяет разделять одноцепочечную и двуцепочечную ДНК в формате массива. "Существуют перспективные технологии секвенирования ДНК, которые требуют этого", — отмечает Бринкер.
Идея использования синтетических твердотельных нанопор в качестве сенсоров отдельных молекул для обнаружения ДНК и родственных материалов активно исследуется по всему миру. Текущие методы обычно создают цилиндрические или конические поры, расположенные под прямым углом к поверхности мембраны, которые хуже замедляют прохождение ДНК по сравнению с искривленными нанопорами.
"У нас была довольно простая идея, — говорит Бринкер. — Мы используем разработанные нами подходы самосборки для создания ультратонких мембран с упорядоченными массивами пор диаметром около 3 нанометров. Затем мы дополнительно настраиваем размер пор с помощью нашего процесса атомно-слоевого осаждения. Это позволяет нам контролировать диаметр пор и химию поверхности в субнанометровом масштабе".
Работа поддержана Управлением научных исследований ВВС (AFOSR), Управлением фундаментальных энергетических наук Министерства энергетики (DOE BES) и программой Sandia Laboratory Directed Research and Development (LDRD).