L'ultimo progresso nei sensori a nanopori a stato solido - dispositivi realizzati con strumenti standard dell'industria dei semiconduttori ma in grado di offrire la sensibilità della singola molecola per lo screening delle proteine ​​senza etichetta - espande i loro trucchi attraverso la bionanotecnologia. I ricercatori della Technische Universitaet Muenchen hanno potenziato le capacità dei nanopori allo stato solido dotandoli di piastre di copertura fatte di DNA. Queste piastre di copertura in nanoscala, con aperture centrali adatte a varie funzioni di "portiere", sono formati dai cosiddetti origami di DNA, l'arte di programmare filamenti di DNA per piegarli in strutture progettate su misura con proprietà chimiche specificate.

I risultati sono pubblicati in Angewandte Chemie Edizione Internazionale .

Negli ultimi anni, Il gruppo di ricerca del Prof. Hendrik Dietz al TUM ha affinato il controllo sulle tecniche di origami del DNA e ha dimostrato come le strutture realizzate in questo modo possano consentire indagini scientifiche in diversi campi. Nel frattempo, Il gruppo di ricerca del Dr. Ulrich Rant ha fatto lo stesso per i sensori a nanopori a stato solido, dove il principio di funzionamento di base è quello di sollecitare le biomolecole di interesse, uno alla volta, attraverso un foro su scala nanometrica in una sottile lastra di materiale semiconduttore. Quando le biomolecole passano attraverso o indugiano in un tale sensore, piccoli cambiamenti nella corrente elettrica che scorre attraverso il nanoporo si traducono in informazioni sulla loro identità e proprietà fisiche. Ora Dietz e Rant, che sono entrambi Fellow del TUM Institute for Advanced Study, hanno iniziato a esplorare ciò che queste due tecnologie possono realizzare insieme.

Il nuovo concetto di dispositivo - puramente ipotetico prima di questa serie di esperimenti - inizia con il posizionamento di una "nanopiastra" di origami di DNA sull'estremità stretta di un nanoporo a stato solido conico conico. "Regolare" la dimensione dell'apertura centrale nella nanopiastra di DNA dovrebbe consentire il filtraggio delle molecole per dimensione. Un ulteriore affinamento, posizionando i recettori del DNA a singolo filamento nell'apertura come "esca, " dovrebbe consentire il rilevamento specifico della sequenza di molecole "preda". Le applicazioni possibili includono schermi di interazione biomolecolare e rilevamento di sequenze di DNA. In linea di principio, un tale dispositivo potrebbe persino servire come base per un nuovo sistema di sequenziamento del DNA.

Passo dopo passo, i ricercatori hanno studiato ciascuna di queste idee. Sono stati in grado di confermare l'autoassemblaggio di nanopiastre di origami di DNA progettate su misura, e quindi il loro posizionamento, dopo essere stati guidati elettricamente in posizione, sui nanopori allo stato solido. Sono stati in grado di dimostrare sia il filtraggio delle biomolecole basato sulle dimensioni sia il rilevamento di esche/prede di molecole bersaglio specifiche. "Siamo particolarmente entusiasti del potenziale selettivo dell'approccio esca/preda al rilevamento di singole molecole, "Dietz dice, "perché molti diversi componenti chimici oltre al DNA potrebbero essere attaccati al sito appropriato su una nanopiastra di DNA".

Le applicazioni di rilevamento ad alta risoluzione come il sequenziamento del DNA dovranno affrontare ulteriori ostacoli, però, come spiega Rant:"In base alla progettazione, i nanopori e il loro DNA origami gatekeeper consentono il passaggio di piccoli ioni. Per alcune possibili applicazioni, che diventa una corrente di dispersione indesiderata che dovrebbe essere ridotta, insieme all'entità delle fluttuazioni di corrente."