21.11.2019.

Napredna detekcija signala u 2D nanoporama

Naš kolega Damir Altus, zajedno s alumnijima Instituta za fiziku, M. Lihter i S. Marionom koji su sada u grupi prof. A. Rađenović s École Polytechnique Fédérale de Lausanne, objavili su rad u prestižnom časopisu Nano Letters o detekciji DNK u nanoporama u trakicama atomski tankog molidbenovog disulfida. U radu se pored očitanja ionske struje kroz nanoporu, primjenjuje korelirano očitanje struje kroz MoS2 sloj u konfiguraciji tranzistora s efektom polja.

Transverse detection of DNA using a MoS2 nanopore

Michael Graf, Martina Lihter, Damir Altus, Sanjin Marion, Aleksandra Radenovic, Nano Letters XX, XXX-XYY (2019).

DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b04180

Napredni koncept čitanja DNK koda, odnosno translokacije molekula, osobito DNK molekule, kroz nanopore u ultimativni tankim čvrstim materijalima-atomski tankim slojevima-predstavlja podlogu za veliki iskorak u tehnologiji koja je od iznimnog značaja za unapređenje ljudskog zdravlja. Primarni koncept u elektroforetskoj translokaciji DNK temelji se na očitanju modulacija u ionskoj struji koja varira kako se u procesu translokacije baza različitih veličina posljedično mijenja struja iona kroz poru. Izazovi u razvoju nove tehnologije očitavanja kroz nanoporu, opterećeni su ograničenjima u prostornoj rezoluciji i brzini očitavanja.

Značajan doprinos toj problematici ostvaren je kroz istraživanja objavljenim u ovom radu, gdje autori koriste atomski tanki MoS2 u obliku slobodnostojeće nanovrpce širine oko 500 nm koja predstavlja aktivni kanal u tranzistoru s efektom polja u kojem se nalazi nanopora tipično veličine 1-2 nm. Autori su iskoristili i optimizirali korelirana mjerenja u promjeni ionske struje i transverzalne struje kroz tranzistor, što je uključivalo i razvoj naprednog elektroničkog kruga baziranog na diferencijalnom pojačalu koje odvaja odnosno međusobno izolira ionski i transverzalni krug. Nadalje, uočeno je da je korelacija ionskog i transverzalnog signala ovisna o nabijenosti molekule koja se translocira.

 

Slika: (a i b) Pregled koncepta uređaja za korelirano očitanje translokacije DNK kroz MoS2 nanoporu te (c-e) mikroskopijske slike uređaja u različitim povećanjima.

Slika: (a i b) Pregled koncepta uređaja za korelirano očitanje translokacije DNK kroz MoS2 nanoporu te (c-e) mikroskopijske slike uređaja u različitim povećanjima.

Pojave koreliranog signala u transverzalnom krugu pripisana je dominantno efektu polja naboja molekule koja se translocira. Iako provedena studija ukazuje na određene nedostatke, poput problema stabilnosti slobodnostojećih MoS2 vrpci kada se primjenjuju korelirana mjerenja, ili potrebe za dodatno kontroliranim efektom polja u ovakvom nanofluidičkom sklopu, korelirana mjerenja obećavajuća su za daljnji razvoj tehnologije translokacije kroz atomski tanke nanopore i za fundamentalno razumijevanje procesa translokacije.

 

IF Ⓒ 2017