به گفته محققان IBM، یک افزاره جدید که مکان مولکول‌های DNA در یک نانوحفره را با دقت نوکلئوتید منفرد کنترل می‌کند، می‌تواند در تعیین توالی DNA، انقلابی ایجاد کند. همچنین ترانزیستور DNA تئوریک مبتنی بر برهمکنش بارهای مجزا روی DNA با میدان الکتریکی داخل حفره است.
افزایش سرعت و کاهش هزینه در تعیین توالی DNA
به گفته محققان IBM، یک افزاره جدید که مکان مولکول‌های DNA در یک نانوحفره را با
دقت نوکلئوتید منفرد کنترل می‌کند، می‌تواند در تعیین توالی DNA، انقلابی ایجاد کند.
همچنین ترانزیستور DNA تئوریکی ـ که از سوی استاس پولونسکی و همکارانش پیشنهاد شده‌است
ـ مبتنی بر برهمکنش بارهای مجزا روی DNA با میدان الکتریکی داخل حفره است.
همینک تعیین توالی DNA شامل شکستن مولکول‌های DNA به قطعاتی با طول‌های مختلف و
اضافه کردن برچسب‌های فلورسانتی به انتهای این قطعات و سپس جداکردن قطعات با
استفاده از الکتروفورز مویی است. مشکل این است که این روش به‌دلیل نیاز به مقادیر
زیادی از DNA، گران است، همچنین سرعت آن پایین است و در هر ثانیه فقط چند ده جفت
باز تجزیه و تحلیل می‌شود.
روش جدید محققان IBM، بر این مشکلات غلبه کرده‌است؛ در این روش نیاز به DNA یک صد
میلیون برابر کاهش می‌یابد و یک جفت باز خیلی سریع‌تر تعیین توالی می‌شود. به علاوه،
ترانزیستور DNA با استفاده از روش‌های میکروالکترونیک جریان اصلی می‌تواند ساخته
شود و هزینه‌های تعیین توالی نیز کاهش می‌یابد.
این روش با ریسمان کردن یک مولکول DNA طویل در سراسر یک نانوحفره به پهنای چند
نانومتر شروع می‌شود. بارهای روی DNA ـ که مجزا و تقریباً به اندازه بارهای
الکترون‌های منفردند ـ هنگام برهمکنش با میدان الکتریکی داخل نانوحفره، شناسایی می‌شوند.
این نانوحفره در غشایی قرار دارد که شامل سه لایه از الکترودهای فلزی نانومقیاس است
که با دو لایه عایق از هم جدا شده‌اند. اختلاف ولتاژ بین الکترودهای کناری و مرکزی
یک دام الکترواستاتیک ایجاد می‌کند که یک مولکول DNA را محدود و محصور می‌کند(شکل
را ببینید). با تغییر اختلاف ولتاژها در این غشاء می‌توان مکان مولکول DNA را با
دقت نوکلئوتید منفرد کنترل کرد.
پولونسکی گفت: «فناوری‌هایی که باعث خواندن سریع و ارزان DNA شده و به‌طور گسترده‌ای
قابل دسترسی باشند، می‌توانند در تحقیقات زیست‌پزشکی انقلابی ایجاد کنند. قابلیت و
توانایی افراد در تعیین توالی یک ژنوم انسانی، هدف نهایی صنعت تعیین توالی DNA است».
پولونسکی اضافه کرد: «این افزاره می‌تواند در علوم پایه نیز مهم باشد. این توانایی
برای حرکت کردن در طول پلیمرهای اسید نوکلئیک حامل اطلاعات، با دقت نوکلئوتید
منفرد برای علوم زیستی ضروری است. برای مثال پلیمراز DNA، به‌منظور مشابه‌سازی صحیح
مولکول DNA مجبور به حرکت در طول این مولکول با دقت نوکلئوتید منفرد است. هنگامی که
فناوری‌نانو توانایی خود را برای تحت نفوذ بردن مولکول‌های منفرد افزایش می‌دهد،
پیدا کردن جواب این سؤال که آیا افزاره‌های ساخته بشر نیز می‌توانند در طول
پلیمرهای حامل اطلاعات با دقت مونومر منفرد حرکت کنند؟، مورد توجه ویژه قرار گرفته‌است».
این گروه تحقیقاتی اکنون به دنبال ساخت واقعی ترانزیستور DNA خود در آزمایش‌هاست.
نتایج این تحقیق در مجله .Appl. Phys. Lett منتشر شده‌است.
