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

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I diamanti possono essere i migliori amici di un nanoporo

Specifiche molecole di DNA possono essere analizzate una ad una facendo passare il DNA attraverso un poro. Ora un progetto finanziato dall’UE sta sviluppando una tecnologia dei nanopori più efficiente usando dei diamanti sintetici.

Società
Ricerca di base

Un sensore capace di rilevare dei cambiamenti nel DNA è importante per la medicina, ma per raccogliere informazioni riguardanti il DNA è necessaria una tecnologia che permetta l’accesso alle singole molecole. Il team di BIONANODIAMOND, finanziato dall’UE, presso la Warwick University nel Regno Unito, ha sviluppato ulteriormente il lavoro sulla tecnologia dei pori per creare una piattaforma basata sui diamanti sintetici per il rilevamento del DNA. “La tecnologia dei pori può essere utile perché, se il poro è sufficientemente piccolo, è possibile far passare una molecola di DNA alla volta attraverso il poro ed effettuare misurazioni molecola per molecola,” afferma Julie Macpherson, professoressa di chimica alla Warwick University. Il problema è fabbricare i fori di dimensioni inferiori al micron, spesso appena più grandi di pochi atomi e molto più piccoli di un capello umano. In una precedente ricerca effettuata da membri del team, minuscoli fili metallici erano stati fissati a una punta affilata e sigillati nel vetro. Il filo metallico veniva in seguito dissolto, lasciando un buco. Dato che il buco è ancora troppo grande per incanalare singole particelle con dimensioni molecolari, una proteina che forma i pori è stata messa in sospensione all’interno di un doppio foglietto lipidico che copre il foro. Il ricercatore del progetto Robert Johnson lo descrive come un “poro proteico trattenuto in un poro di vetro.” “Quando i sette elementi costituenti della proteina incontrano il doppio foglietto lipidico, si raggruppano in un canale aperto — un foro minuscolo con un diametro noto che copre il doppio foglietto lipidico,” dice il dott. Johnson. “La molecola di DNA va in pezzi all’interno del poro di dimensioni nanometriche. Una volta che il DNA è dentro il poro, gli ioni vengono rimossi e questo causa un cambiamento nella corrente elettrica. Questo cambiamento della corrente indirettamente ci dice qualcosa riguardo alla struttura del DNA, e in questo modo il poro agisce come un sensore.” “Si possono vedere delle cose che non si vedono nella misurazione di massa,” egli aggiunge, quindi il nanoporo può essere utilizzato per esaminare cambiamenti nella struttura del DNA che possono portare a una malattia anziché semplicemente identificare pezzi del DNA collegati a una specifica malattia. Una piattaforma più robusta Con l’obiettivo di lavorare in vista di un dispositivo sensore commerciale per il DNA più robusto, il team del progetto ha incrementato questa ricerca sui pori per sviluppare un poro nel diamante allo stato solido. “Invece di utilizzare un sistema biologico per fabbricare il foro più piccolo, abbiamo fatto questo in un materiale solido, producendo una piattaforma con diamanti sintetici, con il rilevamento del DNA come obiettivo finale,” dice la professoressa Macpherson. “Per un dispositivo commerciale si ha bisogno di fare regolarmente molti pori alla volta, e quindi il materiale deve essere robusto e con la stessa geometria ogni volta che si produce il poro. I diamanti sintetici si prestano alla fabbricazione di massa. Oltretutto, i diamanti non reagiscono con il loro ambiente o cambiano di dimensione e un poro nel diamante può essere facilmente pulito.” Inoltre, le eccezionali proprietà elettriche dei diamanti facilitano rapide misurazioni corrente/tempo a basso rumore, in modo che gli eventi dinamici possano essere rilevati più velocemente. I primi a utilizzare i diamanti Il team ha brevettato il concetto di un sensore con nanopori nel diamante. “Attraverso questo progetto, siamo stati i primi a mostrare che questo è possibile usando una piattaforma formata dal diamante,” spiega la professoressa Macpherson. I pori possono essere prodotti utilizzando una combinazione di microlavorazione laser per formare la singola membrana di cristalli di diamante e di incisione indotta da fascio di elettroni per creare il poro. “Le stesse tecniche di incisione usate per fabbricare componenti nei processi relativi ai chip al silicio possono essere anche usate con i diamanti, e questo fornisce l’opportunità di portarle su scala industriale per una futura fabbricazione commerciale, conclude la professoressa Macpherson.

Parole chiave

BIONANODIAMOND, DNA, genetica, nanotecnologia, diamante, sensore, malattia

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