Wetenschappers van de TU Delft hebben een nieuw nanogaatjes-apparaat ontwikkeld om DNA-moleculen te screenen. In een laagje grafeen (een koolstoflaag van één atoom dik) zitten minuscule gaatjes. Door deze gaatjes stromen individuele DNA-moleculen, die dan afgelezen kunnen worden.

In de hele wereld wordt koortsachtig gewerkt aan de ontwikkeling van snelle en goedkope manieren om DNA te ‘sequencen’, dat wil zeggen de inhoud van het menselijk genoom af te lezen. Eén DNA-molecuul bestaat uit drie miljard basen en is – helemaal uitgerold – een meter lang. Een nanogaatjes-apparaat kan deze basen lezen.

Dunste materiaal
Grafeen is het dunste membraan dat de natuur te bieden heeft. Iedereen heeft grafeen in huis. Denk maar eens aan potloden, houtskool en roet van kaarsen. Wetenschappers gebruiken grafeen, omdat de afstand tussen twee basen erg klein is, namelijk een halve nanometer. Dat is 100.000 keer kleiner dan de dikte van een mensenhaar.

Nanoporie
Dr. Gregory Schneider en zijn collega’s hebben in een grafeenmembraan een gaatje op nanoschaal gemaakt, een zogenaamde nanoporie. Dit is een ideale detector. Ze hebben vervolgens laten zien dat individuele DNA-moleculen in het water door zo’n nanoporie in grafeen heen getrokken kunnen worden en, nog belangrijker, dat elk afzonderlijk DNA-molecuul kan worden gedetecteerd zodra hij door de porie gaat.

Eenvoudige techniek
De detectietechniek is heel eenvoudig: als de nanoporie onder elektrische spanning wordt gezet, verplaatsen ionen in de oplossing zich door de opening en wordt er stroom gedetecteerd. De stroom wordt minder als er een DNA-molecuul door de nanoporie gaat en daarbij de ionenstroom voor een deel blokkeert. Elke afzonderlijk DNA-molecuul dat door de nanoporie gaat wordt dus gedetecteerd door een tijdelijk dipje in de stroomsterkte.

Het DNA gaat base voor base door de nanoporie. Met een nanoporie in grafeen van één atoom dik is het in principe mogelijk om de DNA-sequentie base voor base af te lezen.