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Los diamantes pueden ser el mejor amigo de un nanoporo

La detección y el análisis de moléculas individuales de ADN pueden realizarse enhebrando la cadena de ADN a través de un poro microscópico. Actualmente, gracias a un proyecto apoyado por la Unión Europea se está desarrollando una tecnología de nanoporos más eficaz empleando diamantes sintéticos.

Sociedad
Investigación fundamental

Disponer de un sensor capaz de detectar modificaciones sutiles en el ADN tiene una importancia capital para la práctica médica, sin embargo extraer la información contenida en el ADN requiere tecnología que permita el acceso a una molécula individual. El equipo de la Universidad de Warwick (Reino Unido) responsable del proyecto financiado por la Unión Europea BIONANODIAMOND empleó la tecnología de nanoporos para diseñar una plataforma sintética basada en diamantes destinada a la detección y el análisis de ADN. «La tecnología de nanoporos puede ser muy útil, ya que si el tamaño del poro es lo suficientemente pequeño se pueden enhebrar una por una distintas moléculas de ADN a través del poro y obtener lecturas específicas para cada molécula individual de ADN», comenta Julie Macpherson, profesora de química en la Universidad de Warwick. La dificultad estriba en crear orificios submicrométricos, a menudo ligeramente más grandes que unos cuantos átomos y mucho más pequeños que un cabello humano. En un estudio previo, los miembros del equipo de BIONANODIAMOND lograron grabar pequeños alambres metálicos en una punta fina y, seguidamente, sellarlos en una capa de vidrio. Posteriormente, procedieron a disolver el alambre metálico obteniendo así un orificio microscópico. Debido a que el orificio sigue siendo demasiado grande para canalizar partículas individuales de tamaño molecular, se extendió una proteína formadora de poros a través de una bicapa lipídica que cubría el orificio. El doctor Robert Johnson, investigador del proyecto, describe este proceso como un «poro proteico dentro de un poro de vidrio». «Cuando los siete aminoácidos de la proteína convergen con la bicapa lipídica, se ensamblan formando un canal abierto, es decir, un diminuto orificio con un diámetro conocido que abarca la bicapa lipídica», explica el doctor Johnson. «La molécula de ADN se rompe dentro de este poro nanométrico. Una vez que el ADN está dentro del poro, los iones se desplazan provocando así un cambio en la corriente eléctrica. Este cambio de voltaje proporciona información indirecta sobre la estructura del ADN y, de esta manera, el poro actúa como un sensor». «Este método proporciona información imposible de obtener a través de una medida a mayor escala», añade el doctor Johnson, por lo que el nanoporo puede ser utilizado para detectar cambios en la estructura del ADN que conducen a la aparición de una enfermedad en lugar de para identificar únicamente secuencias de ADN relacionadas con una enfermedad específica. Una plataforma más precisa Con el objetivo de diseñar un dispositivo comercial de análisis de ADN más preciso, el equipo del proyecto se valió de esta investigación sobre las propiedades y ventajas de los nanoporos para crear poros en estado sólido en cristales de diamante. «Para crear un orificio del tamaño más pequeño posible empleamos un material sólido y no un sistema biológico, lo que permitió desarrollar una plataforma basada en diamantes sintéticos para detectar y analizar ADN», comenta la profesora Macpherson. «Para desarrollar un dispositivo comercial es necesario crear de manera sistemática una gran cantidad de poros al mismo tiempo, por tanto el material de elección tiene que ser lo más resistente posible y presentar la misma geometría cada vez que se crea un poro. Los diamantes sintéticos son idóneos para la fabricación en masa. Es más, los diamantes no reaccionan con su entorno ni cambian de tamaño y, sobre todo, un poro de diamante puede limpiarse fácilmente». Además, las excelentes propiedades eléctricas de los diamantes facilitan la obtención de medidas rápidas y precisas de la corriente oscilatoria, lo que permite detectar de manera rápida cambios dinámicos. Pioneros en el uso de diamantes El equipo ha patentado el concepto de un sensor de nanoporos de diamante. «Gracias a este proyecto, fuimos los primeros en demostrar que esto es posible empleando diamantes», afirma la profesora Macpherson. Los poros se pueden producir combinando el micromecanizado por láser para constituir la membrana de monocristal de diamante y el grabado por haz de electrones para crear el poro. «Las mismas técnicas de grabado utilizadas para fabricar componentes de chips de silicio también pueden emplearse con diamantes, lo que proporciona la oportunidad de ampliar la escala de producción para la futura fabricación comercial», concluye la profesora Macpherson.

Palabras clave

BIONANODIAMOND, ADN, genética, nanotecnología, diamante, sensor, enfermedad

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