(Phys.org) — La lettura ad alta velocità del codice genetico dovrebbe ottenere una spinta con la creazione dei primi nanopori di grafene al mondo – pori che misurano circa 2 nanometri di diametro – che dispongono di un'antenna ottica “incorporata”. I ricercatori del Berkeley Lab e dell'Università della California (UC) Berkeley hanno inventato un semplice, processo in un'unica fase per la produzione di questi nanopori in una membrana di grafene utilizzando le proprietà fototermiche dei nanotubi d'oro.

"Con il nostro nanoporo di grafene integrato con antenna ottica plasmonica, possiamo ottenere il rilevamento ottico diretto della sequenza del DNA, "dice Luke Lee, il Distinguished Professor Arnold e Barbara Silverman alla UC Berkeley.

Lee e Alex Zettl, un fisico che ricopre incarichi congiunti con la divisione di scienze dei materiali del Berkeley Lab e il dipartimento di fisica dell'UC Berkeley, erano i leader di uno studio in cui un punto caldo su una membrana di grafene formava un nanoporo con un'antenna ottica autointegrata. Il punto caldo è stato creato dalla conversione da fotone a calore di un nanorod d'oro.

"Riteniamo che il nostro approccio apra nuove strade per il sequenziamento simultaneo del DNA dei nanopori elettrico e ottico e per la regolazione della traslocazione del DNA, "dice Zettl, che è anche membro del Kavli Energy Nanoscience Institute (Kavli ENSI).

Sequenziamento dei nanopori del DNA, in cui i filamenti di DNA vengono fatti passare attraverso pori su scala nanometrica e leggono una lettera alla volta, è stato pubblicizzato per la sua capacità di rendere il sequenziamento del DNA una procedura più rapida e di routine. Sotto la tecnologia di oggi, le lettere del DNA vengono "lette" da una corrente elettrica che passa attraverso i nanopori fabbricati su un chip di silicio. Cercando di leggere segnali elettrici dal DNA che passano attraverso migliaia di nanopori contemporaneamente, però, può portare a grossi colli di bottiglia. L'aggiunta di un componente ottico a questa lettura aiuterebbe a eliminare tali colli di bottiglia.

"Segnali ottici diretti e potenziati si ottengono alla giunzione di un nanoporo e della sua antenna ottica, ", afferma Lee. "La correlazione simultanea di questo segnale ottico con il segnale elettrico del sequenziamento dei nanopori convenzionale fornisce una dimensione aggiuntiva che sarebbe un enorme vantaggio per la lettura del DNA ad alto rendimento".

Una chiave del successo di questo sforzo è il meccanismo fototermico a passaggio singolo che consente la creazione di nanopori di grafene con antenne ottiche plasmoniche autoallineate. Le dimensioni dei nanopori e le caratteristiche ottiche dell'antenna plasmonica sono sintonizzabili, con l'antenna che funziona sia come trasduttore di segnale ottico che come potenziatore. La natura atomicamente sottile della membrana in grafene lo rende ideale per l'alta risoluzione, elevata produttività, sequenziamento del DNA di singole molecole. Le molecole di DNA possono essere etichettate con coloranti fluorescenti in modo che ogni coppia di basi emetta fluorescenza a un'intensità caratteristica mentre passa attraverso la giunzione del nanoporo e la sua antenna ottica.

"Inoltre, sia l'antenna ottica nanoplasmonica d'oro che il grafene possono essere funzionalizzati per essere reattivi a diverse combinazioni di coppie di basi, "Lee dice. "L'antenna ottica plasmonica d'oro può anche essere funzionalizzata per consentire il rilevamento ottico diretto di RNA, proteine, interazioni proteina-proteina, interazioni DNA-proteina, e altri sistemi biologici."

I risultati di questo studio sono stati riportati in Nano lettere in un articolo intitolato "Graphene Nanopore with a Self-Integrated Optical Antenna".