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The development of a diamond-based nanopore sensor for the detection and identification of DNA

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Les diamants peuvent être les meilleurs amis des nanopores

Il est possible d'analyser des molécules d'ADN spécifiques en faisant circuler l'ADN à travers un pore. Un projet financé par l'UE a utilisé des diamants synthétiques pour mettre au point une technologie de nanopore plus efficace.

Société
Recherche fondamentale

Un capteur capable de détecter de petites modifications de l'ADN est important en médecine, mais l'obtention d'informations sur l'ADN nécessite une technologie capable d'accéder à une molécule unique. À l'Université de Warwick au Royaume-Uni, l'équipe du projet BIONANODIAMOND, financé par l'UE, s'est basée sur des travaux sur l'utilisation des pores afin de concevoir une plate-forme de détection de l'ADN utilisant des diamants synthétiques. «La technologie consistant à utiliser des pores peut s'avérer utile, car si le pore est assez petit, vous pouvez y faire passer une molécule d'ADN à la fois et effectuer des mesures molécule par molécule», déclare Julie Macpherson, professeur de chimie à l'Université de Warwick. La difficulté consiste à réaliser des trous de taille inférieure au micron, dont le diamètre ne fait souvent que quelques atomes, et donc bien plus fins qu'un cheveu. Dans le cadre d'une précédente recherche, des membres de l'équipe ont pu graver sur une pointe acérée de minuscules fils métalliques avant de les sceller dans du verre. Ils ont ensuite dissous le fils métalliques, créant ainsi un trou. Comme ce trou est encore trop gros pour ne laisser passer que des particules isolées de taille moléculaire, ils ont placé une protéine porogène en suspension dans une bicouche lipidique recouvrant le trou. Robert Johnson, chercheur du projet, décrit ce dispositif comme un «pore de protéine à l'intérieur d'un pore en verre.» «Lorsque les sept blocs constitutifs de la protéine rencontrent la bicouche lipidique, ils s'assemblent pour constituer un canal ouvert, un trou minuscule de diamètre connu qui s'étend sur la bicouche lipidique», déclare le Dr Johnson. «La molécule d'ADN se morcèle dans ce pore de dimensions nanométriques. Une fois que l'ADN est dans le pore, des ions sont déplacés, ce qui entraîne une modification du courant électrique. Cette modification nous fournit indirectement des informations sur la structure de l'ADN. Le pore agit ainsi comme un capteur.» «Vous pouvez ainsi voir des choses que vous ne verrez pas avec une mesure plus grossière», ajoute-t-il. Le nanopore peut donc être utilisé pour détecter des modifications de la structure de l'ADN susceptibles de provoquer une maladie, plutôt que d'identifier simplement les morceaux d'ADN liés à une maladie spécifique. Une plate-forme plus fiable Dans le but de commercialiser un capteur d'ADN plus fiable, l'équipe du projet s'est basée sur les recherches sur les pores pour mettre au point un pore en diamant à l'état solide. «Plutôt que d'utiliser un système biologique pour réaliser le trou le plus petit possible, nous avons utilisé un matériau solide, en produisant une plate-forme à base de diamant synthétique destinée à détecter l'ADN», explique le Pr Macpherson. «Pour un appareil du commerce, il faut pouvoir percer un grand nombre de pores à la fois, ce qui impose un matériau suffisamment résistant et présentant la même géométrie à chaque fois que vous réalisez le pore. Le diamant synthétique se prête bien à la fabrication de masse. En outre, le diamant ne réagit pas à son environnement, ne change pas de dimension, et il est plus facile de nettoyer des pores en diamant.» D'autre part, les propriétés électriques exceptionnelles du diamant rendent possibles des mesures courant / temps rapides et à faible bruit, ce qui permet de détecter plus rapidement des événements dynamiques. Les premiers à utiliser des diamants L'équipe a breveté le concept de capteur à nanopores de diamant. «Avec ce projet, nous avons été les premiers à montrer que l'objectif pouvait être atteint en utilisant un support en diamant», explique le Pr Macpherson. Les pores peuvent être produits en combinant un micro-usinage au laser pour former la membrane de diamant monocristallin, avec une gravure induite par faisceau d'électrons pour créer le pore. «La technique déjà utilisée pour fabriquer les composants des puces de silicium peut aussi l'être avec le diamant. La future production commerciale pourrait ainsi bénéficier d'une fabrication à grande échelle», conclut le professeur Macpherson.

Mots‑clés

BIONANODIAMOND, ADN, génétique, nanotechnologies, diamant, capteur, maladie

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