Ученые продвинулись в нанотехнологическом методе секвенирования генов

Исследователи из Университета Пенсильвании использовали твердотельные нанопоры для различения одноцепочечных молекул ДНК, содержащих последовательности из одного повторяющегося основания.

Метод, известный как измерения транслокации ДНК, заключается в протягивании цепей ДНК в солевом растворе через отверстие в мембране с помощью приложенного электрического поля. Когда каждое основание цепи проходит через пору, оно блокирует часть ионов, что регистрируется как падение электрического тока. Поскольку размеры оснований (A, C, T, G) различаются, эти данные теоретически позволяют определить их последовательность.

Проблема и подход

Различия в размерах оснований чрезвычайно малы, поэтому размеры пор и мембран должны быть сопоставимы с размерами нитей ДНК. Коммерчески перспективные белковые поры в липидных бислоях недолговечны. Твердотельные нанопоры, сделанные из тонких мембран, более прочны и удобны для интеграции с электроникой, но их чувствительность к разным основаниям доказать сложнее.

Группа под руководством Марии Дрндич атаковала две ключевые задачи: изготовление пор нужного размера и достижение измерений с высоким сигналом и низким шумом.

Материал и результаты

Вместо графена (одноатомный слой, но гидрофобный) ученые использовали гидрофильный нитрид кремния. Мембрана толщиной около 5 нм, но благодаря конической форме поры её эффективная толщина составляет около трети от этого значения.

Исследователи протестировали поры диаметром 1–2 нм на гомополимерах ДНК (последовательностях из одного повторяющегося основания). Им удалось получить четкие различимые измерения для трех из четырех оснований: аденина (A), цитозина (C) и тимина (T). Гуанин (G) не тестировали, так как его гомополимеры склонны к образованию вторичных структур.

Значение

Работа демонстрирует, что твердотельные нанопоры из нитрида кремния могут быть чувствительны к содержанию оснований. Важно, что результаты были воспроизведены в порах разного диаметра (1–2 нм), что предполагает допустимость некоторой вариабельности при изготовлении.

Исследование опубликовано в журнале ACS Nano.