石墨烯加速DNA測(cè)序
日期：2010-09-14 17:34:38
哈佛大學(xué)和美國(guó)麻省理工學(xué)院的研究人員證實(shí)石墨烯——僅一個(gè)原子厚度的非晶體碳復(fù)合薄膜有可能制成人工膜用于DNA測(cè)序。該研究論文刊登在9月9日《自然》(Nature)雜志的封面上。
研究人員在石墨烯上鉆出納米孔，通過(guò)檢測(cè)孔隙的離子交換證實(shí)長(zhǎng)DNA分子能像線穿過(guò)針眼一樣地通過(guò)石墨烯納米孔。
“通過(guò)檢測(cè)穿過(guò)石墨烯納米孔的離子流，我們證實(shí)流體中石墨烯的厚度少于1nm，比分離單個(gè)動(dòng)物或人類細(xì)胞的薄膜還要薄數(shù)倍?！惫鸫髮W(xué)物理系助理研究員，該論文的第一作者Slaven Garaj說(shuō)：“石墨烯是當(dāng)今世界上可用于流體槽分離的最薄的膜。膜的厚度可通過(guò)水分子與離子的相互作用確定。”
“雖然離子和水不能流過(guò)石墨烯，但石墨烯薄膜能夠?qū)⒉煌碾x子和其他的化合物吸引到其兩個(gè)接近程度達(dá)到原子級(jí)的表面，從而改變石墨烯電傳導(dǎo)，用于化學(xué)傳感。”共同第一作者Jene Golovchenko說(shuō)。Jene Golovchenko享有哈佛大學(xué)物理Rumford教授和應(yīng)用物理Gordon McKay教授頭銜，是固態(tài)人造膜納米孔領(lǐng)域研究的先驅(qū)。
“我相信石墨烯的原子厚度特性可使它成為一種新型電子裝置，促進(jìn)表面物理學(xué)發(fā)展并推動(dòng)其在化學(xué)傳感和單分子檢測(cè)方面的實(shí)際應(yīng)用?！?
近年來(lái)科學(xué)家們驚訝地發(fā)現(xiàn)石墨烯有著許多獨(dú)特的特性并在電能、太陽(yáng)能和醫(yī)學(xué)應(yīng)用等多方面具有應(yīng)用潛能。
論文的共同第一作者Jing Kong及她所在麻省理工學(xué)院的同事開(kāi)發(fā)了一種方法可大量制造這種石墨烯薄膜。
石墨烯可以在硅支架上延展，插入到兩個(gè)獨(dú)立的液體庫(kù)之間。當(dāng)流體槽存在電壓時(shí)將推動(dòng)離子通過(guò)石墨薄層。當(dāng)石墨薄層被鉆上納米小孔時(shí)，電壓使粒子流通過(guò)孔隙，并顯示電子流信號(hào)。
當(dāng)研究人員將長(zhǎng)DNA鏈加入流體中，它們能夠通過(guò)電流一個(gè)一個(gè)地穿過(guò)石墨烯納米孔。因?yàn)镈NA分子穿過(guò)納米孔時(shí)會(huì)阻斷離子流，從而生成特征性的電子信號(hào)反饋DNA分子的大小和結(jié)構(gòu)。
享有哈佛大學(xué)生物Higgins教授頭銜的共同第一作者Daniel Branton十年前就開(kāi)始利用人造膜納米孔檢測(cè)和確定單個(gè)DNA分子的特征。
Branton以及他在加州大學(xué)的同事David Deamer曾證實(shí)納米孔可用于快速讀取遺傳密碼。
當(dāng)DNA鏈通過(guò)納米孔時(shí)，就可對(duì)核苷堿基對(duì)進(jìn)行鑒定，石墨烯上的納米孔是第一個(gè)小到足以分辨兩個(gè)近鄰核苷堿基對(duì)的納米孔。目前利用納米孔進(jìn)行測(cè)序仍存在一些困難包括控制DNA穿過(guò)納米孔的速度
如果這些技術(shù)難題被攻克，納米孔測(cè)序?qū)⒊蔀榉浅Ａ畠r(jià)和快速的DNA測(cè)序方法，并有可能推動(dòng)個(gè)體化的衛(wèi)生保健。
“我們第一次證實(shí)了DNA可通過(guò)原子薄膜。石墨烯獨(dú)特的厚度將有可能使真正廉價(jià)的測(cè)序成為現(xiàn)實(shí)。這是一項(xiàng)非常讓人興奮的研究成果?！盉ranton說(shuō)。
