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生物医学设备

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石墨烯可以彻底改变DNA测序

21 Jul 2010 詹姆斯·戴西
穿越奇迹材料中的空白

 

荷兰研究人员说,通过将单条DNA链穿过纳米级的孔,可以证明一种革命性的新DNA测序技术的原理。这一突破是一项全球竞赛的一部分,该竞赛旨在开发快速,低成本的策略来分析这些支撑生命化学的密码。

遗传概况–或“genome”–通过记录组成其DNA的酸碱基对的完整序列来确定生物体。 2003年,人类基因组计划通过确定整个人类遗传密码创造了历史-30亿个DNA碱基对耗时13年,使用自1970年代后期以来变化很小的技术进行分析。

这个开拓性的项目使用了“shotgun”这种方法首先分离出一条DNA链,然后迫使其在化学反应中自我复制数百万次。然后这些线“blasted”成为微小的碎片,因为当前的技术只能分析非常短的DNA片段。最后,一台超级计算机将重叠的基本模式匹配在一起,将整个基因组拼凑在一起。

然而,在个性化医学的希望下,科学家们正在努力开发可以迅速对个体进行测序的新技术。’s genetic make-up. In addition to the human 基因组 there are also slight variations in DNA sequences and processes that give people their phenotypes such as “blue eyes” or “blond hair”.

有前途的想法

在2008, physicsworld.com 报道了一个很有前途的想法,该想法涉及使DNA通过石墨烯薄片中的微小穿刺而穿刺,石墨烯是一种非常坚固的碳薄片,厚度仅为一个原子。当DNA链一次一次穿过狭缝一个碱基时,沿着石墨烯表面施加电压。这个想法是,四个碱基(A,C,G和T)中的每一个都会对跨越间隙的石墨烯电导率产生独特的影响。

现在,卡夫里纳米科学研究所的Cees Dekker和他的同事是第一个通过石墨烯展示DNA运动的团队,尽管他们的技术尚无法读取遗传密码。

通过将石墨烯薄片放在氮化硅膜上并使用电子束在石墨烯中钻纳米孔,他们产生了一系列直径在5到25nm之间的孔。通过在石墨烯膜上施加200 mV的电压,在缩放间隙的电流中观察到一系列尖峰。研究人员说,这些对应于DNA链通过称为易位的生化过程滑过间隙时的电导下降。

研究人员打算通过确定哪些峰值对应于特定碱基来开展研究。德克告诉 physicsworld.com 表观遗传学是特别受益于超快速测序的一门科学领域,即表型变化的研究,该表型的变化与基础DNA序列的变化无关。

加利福尼亚州立大学北岭分校的研究人员Henk Postma也正在开发纳米孔测序,对此结果感到兴奋。“他们已经证明,DNA确实确实可以通过石墨烯中的小孔,而且速度很高。这两项都是使用石墨烯进行DNA测序的重要进展,” he says.

这项研究发表在 纳米字母.

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