ساخت نانوکانال‌های زیر 10 نانومتری برای آنالیز DNA

گروهی از محققان کره‌ای برای توالی‌سنجی DNA و آنالیز مولکول‌های زیستی دیگر، ساختارهای نانوکانالی زیر 10 نانومتری را تولید کردند.

محققان برای افزایش سرعت توالی‌سنجی DNA و
کاهش هزینه آن، به‌دنبال تولید ابزارهای توالی‌سنجی بلادرنگ حالت جامد
هستند. به‌همین منظور باید ابزارهای کارکردی الکترونیکی در محیط‌های مایع
تولید شوند؛ حالت ایده‌آل این است که این ابزارها با فناوری‌های مکمل تولید
مبتنی بر نیمه‌رساناهای اکسید فلزی (CMOS) که در حال حاضر استفاده می‌شوند،
سازگار باشند. در این حوزه ترکیب الکترونیک و نانوسیالات منجر به ظهور عرصه
الکتروسیالات شده است که از رفتار الکتریکی سیالات در ابزارهای حالت جامد
بهره می‌برد.

کی بوم کیم، مدیر آزمایشگاه نانوساخت در دانشگاه ملی سئول می‌گوید: « قبلاً
اصلاح الکتریکی عملکردهای گیتی در ابزارهای الکتروسیالی با استفاده از
نانوحفره‌ها و نانوکانال‌ها به‌عنوان دیو یا ترانزیستور انجام شده است. این
ابزارها به‌عنوان پایه‌های خوبی برای مطالعه حرکت‌های زیست‌مولکولی همچون
ترجمه DNA عمل می‌کنند (مطالعه مکانیسم حسگری یا تشخیص). با این حال
دستکاری فعال زیست‌مولکول‌ها به‌روش الکتریکی، مثل به‌دام انداختن، گرفتن و
کنترل سرعت حرکت آنها مشکلاتی هستند که باید برای دستیابی به ابزارهای حالت
جامد توالی‌سنجی DNA حل شوند»

برای توالی‌سنجی DNA، کنترل حرکت آن در یک ساختار محدود بسیار مهم است. قطر
این ساختار باید کمتر از 10 نانومتر باشد.
 

در الکتروسیالات کنترل بار سطحی کانال‌های
سیالی یک مساله بسیار مهم است. غلظت یون درون کانال به شدت حرکت مولکول DNA
را تحت تأثیر قرار می دهد. گروه کیم در کارهای قبلی خود یک نانوحفره حاوی
یک الکترود درونی طراحی کرده‌اند که این الکترود برای دستکاری یون‌های KCl
استفاده می‌شود.

این مفهوم که ترانزیستور اثر زمینه یونی (IFET) نامیده می‌شود، شبیه
ترانزیستور اثر زمینه در نیمه‌رساناهاست، با این تفاوت که محیط کانال در
اینجا به جای الکترون‌ها یا حفرات، از یون‌های الکترولیت ساخته می‌شوند.
گروه کیم برای بررسی انتقال یون‌ها و مولکول‌های زیستی از درون نانوحفرات،
یک بستر الکتروسیالی ساختند تا حرکت مولکول‌های منفردی همچون DNA را مطالعه
کنند. ساختار نانوکانالی این ابزار با استفاده از روش های معمول تولید
نیمه‌رساناها ساخته شد.

کیم می‌گوید: «ما در این کار وجود ترانزیستور اثر زمینه یونی را در یک
ساختار نانوکانالی 10 نانومتری نشان داده‌ایم. فرایند ساخت شامل لیتوگرافی
تابش الکترونی و رسوب‌دهی لایه اتمی (ALD) بود که به طور معمول در فراوری
نیمه‌رساناها استفاده می‌شوند. اطراف این نانوکانال پر از گیت‌های فلزی است
که امکان کنترل نوع و غلظت یون های درون کانال را ایجاد می‌کنند».
این گروه پژوهشی در حال حاضر روی کنترل دقیق عبور DNA از درون نانوکانال
کار می‌کنند.

جزئیات این کار در مجله Nanoletters منتشر شده است.