Technische Universiteit Delft

Hybride nanogaatjes voor nieuw type DNA-analyse

Onderzoekers van de TU Delft en Oxford hebben een nieuw, hybride nanogaatje ontwikkeld dat bestaat uit biologische en kunstmatige onderdelen. Dit nieuwe type nanogaatje kan helpen bij de ontwikkeling van een snelle en goedkope manier om DNA moleculen te lezen. Zij publiceerden hierover vandaag (zondag 28 november) in de online versie van Nature Nanotechnology.

Biologisch

"Het eerste project waarbij het menselijk genoom in kaart werd gebracht en de inhoud van het menselijk DNA werd uitgelezen ('gesequenced') werd in 2003 voltooid en kostte naar schatting 3 miljard dollar. Stelt u zich eens voor dat deze kosten zouden kunnen worden teruggebracht tot een paar honderd euro en dat iedereen zijn of haar eigen genoom zou kunnen laten uitlezen. Dan zouden artsen ziekten kunnen diagnosticeren en behandelen voordat er zelfs maar een eerste symptoom merkbaar zou zijn", legt professor Cees Dekker van het Kavli Institute of Nanoscience in Delft uit.

Een veelbelovend hulpmiddel hierbij is het zogenaamde nanogaatje: een minuscuul klein gaatje van slechts een paar nanometer grootte waarmee de informatie van een enkel DNA-molecuul is te 'lezen' terwijl deze door het gaatje wordt getrokken.

Nieuw onderzoek door Dekkers team, in samenwerking met de groep van prof. Hagan Bayley van de Oxford University, heeft nu een nieuw, veel robuuster type nanogaatje opgeleverd, dat bestaat uit een biologische en een kunstmatige onderdelen.

Kwetsbaar

Dekker: "Nanoporiën worden al voor DNA-analyse gebruikt door natuurlijke, porievormende eiwitten in een vloeistofachtig membraam van lipides te plaatsen. DNA-moleculen kunnen afzonderlijk door de porie worden getrokken en worden geanalyseerd door een elektrische spanning te zetten over dat membraam. De methode is vergelijkbaar met de manier waarop een ouderwetse cassetterecorder muziek op een tape afleest. Een probleem bij deze biologische technologie is echter die kwetsbare laag lipides. Onze nieuwe hybride aanpak is veel robuuster en geschikt om nanoporiën in silicium devices te integreren."

Proteïnen op een siliciumchip

Het nieuwe onderzoek, hoofdzakelijk uitgevoerd door postdoc dr. Adam Hall, laat een eenvoudige methode zien waarmee de porievormende eiwitten aangebracht kunnen worden in een stevige laag in een siliciumchip. Een enkel eiwit wordt daarbij gekoppeld aan een stukje DNA, dat door een gaatje in een membraam van siliciumnitride wordt getrokken (zie bijgevoegde afbeelding).

Als het DNA-molecuul door het gat gaat, trekt het de porievormende eiwit achter zich aan, dat vervolgens in de opening blijft steken. Zo ontstaat een stevig chipsysteem dat zich prima leent om te integreren in een sensortoepassing. De onderzoekers hebben aangetoond dat de hybride apparatuur goed werkt en inderdaad gebruikt kan worden voor het detecteren van DNA-moleculen.