Transistoreita DNA-tunnistukseen13.06.2025
Heidän löydöksensä tasoittavat tietä kiinteän olomuodon, leimaamattomille DNA-sekvensointitekniikoille, joilla on merkitystä täsmälääketieteessä. Nanohuokosanturit ovat pieniä laitteita, joita käytetään yksittäisten molekyylien havaitsemiseen ja analysointiin mittaamalla ionimuutoksia molekyylien kulkiessa nanometrin kokoisten aukkojen läpi. Nämä anturit luokitellaan kahteen tyyppiin: toiset perustuvat biologisiin materiaaleihin ja toiset epäorgaanisiin kiinteän olomuodon materiaaleihin. DNA-sekvensointi biologisten nanohuokosten avulla on nykyään kaupallisesti saatavilla, mutta Illinois Graingerin insinöörit halusivat toteuttaa tämän teknologian käyttämällä kiinteän olomuodon materiaaleja. ”Kiinteän olomuodon nanohuokoset ovat yhteensopivia kiekkomittakaavan valmistusprosessien kanssa ja tarjoavat siksi merkittävän edun biologisiin nanohuokosiin verrattuna massiivisesti rinnakkaistetun ja edullisen sekvensoinnin kannalta”, sanoo Illinoisin Graingerin postdoc-tutkija ja artikkelin pääkirjoittaja Sihan Chen. Suurin este kiinteän olomuodon nanohuokosten sekvensoinnin toteuttamiselle on sellaisen anturin luominen, joka on riittävän pieni saavuttamaan emäskohtainen resoluutio yksittäisten molekyylien kulkiessa huokosen läpi ja lukemaan sähköisesti molekyylien siirtymisen. "Idea kiinteän olomuodon DNA-transistoreista on ollut tauolla noin kymmenen vuotta, kunnes tarkastelimme tätä ideaa uudelleen käyttämällä 2D-materiaaleja", Chen sanoi. Tutkijat integroivat nanohuokoskalvoon 2D-heterorakenteen luodakseen nanometrin paksuisen, tasosta poikkeavan diodin, jonka läpi molekyyli kulkee. Tämä innovatiivinen rakenne mahdollisti heille samanaikaisesti diodin läpi kulkevan sähkövirran muutosten mittaamisen DNA:n siirtymisen aikana ja tasosta poikkeavien esijännitteiden kohdistamisen diodin yli DNA:n siirtymisen nopeuden hallitsemiseksi. ”Tulevaisuudessa näemme miljoonien nanohuokosia sisältävien 2D-diodien ryhmiä, jotka voisivat lukea DNA-sekvenssejä rinnakkain, lyhentäen sekvensointiaikaa kahdesta viikosta jopa tuntiin”, Bashir sanoi. Lisäksi tutkijoiden tekniikat voisivat alentaa sekvensoinnin hintaa kymmenkertaisesti nykyisiin menetelmiin verrattuna. ”Olemme 2D-elektroniikan eturintamassa, jota yhdistämme 3D-nanopuurien tunnistuksen eturintamaan”, Rashid Bashir toteaa. ”Olemme kahdella rajaseudulla, ja tämä yhtymäkohta tekee projektistamme ainutlaatuisen haastavan ja uskomattoman palkitsevan.” Aiheesta aiemmin; DNA irroittaa elektroniikan tasopinnoilta DNA ohjaa kokoamaan nanorobotiikan rakenteita |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.
Illinoisin Urbana-Champaignin yliopiston tutkijoiden uraauurtava yhteistyö on tuottanut uudenlaisen nanohuokosten tunnistusalustan yksittäisten biomolekyylien havaitsemiseen.