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单个DNA分子可以穿过基于石墨烯的电传感器 “原子鸡笼”让基因测序更快更准更便宜

每一个碱基都可以通过影响石墨烯电子结构的方式进行测量。当石墨烯薄片与一个纳米孔结合起来使用的时候,单个DNA分子会穿过基于石墨烯的电传感器——这个过程就如同让一串珠子穿过鸡笼一样。高速、实时、准确、高通量的测序工作就是在这一过程中完成的。

科技日报北京4月1日电 (记者王小龙)石墨烯是一种由六角形蜂巢结构周期性紧密堆积的碳原子构成的二维碳材料,从外形上看就如同制造鸡笼的铁丝网一般,被形象地称为“原子鸡笼”。澳大利亚墨尔本大学的科学家日前正是借助这种材料,开发出了一种新的DNA测序技术,有望为这项广泛应用于多个领域的技术带来一次新的变革。相关论文发表在《自然·通讯》杂志上。

领导此项研究的澳大利亚墨尔本大学的吉日·塞维卡和尼古拉·杜斯科特表示,他们发现石墨烯这种像鸡笼一样的材料,能够准确地检测出组成DNA的4种分子——胞嘧啶、鸟嘌呤、腺嘌呤和胸腺嘧啶。正是这4种分子以一种独特的结构组合在一起,才构成了基因中的DNA序列。

杜斯科特说:“我们发现,每一个碱基都可以通过影响石墨烯电子结构的方式进行测量。当石墨烯薄片与一个纳米孔结合起来使用的时候,单个DNA分子会穿过基于石墨烯的电传感器——这个过程就如同让一串珠子穿过鸡笼一样。高速、实时、准确、高通量的测序工作就是在这一过程中完成的。”

目前,DNA测序是医学诊断、法医检验和生物医学研究中不可或缺的一个基本工具,重要研究、实验、检验都有赖于此。杜斯科特称,与目前普通采用的测序技术相比,他们新开发出的这种基于石墨烯的测序技术,可大幅提高测序的速度、工作量、可靠性和准确性,同时也有望让测序成本更加低廉。

研究小组用基于石墨烯的场效应晶体管(GFET)和同步加速器中的软X射线光谱进行了测试。结果发现,新技术能够准确地检测出通过石墨烯层的DNA分子。除墨尔本大学外,澳大利亚同步加速器实验室以及拉筹伯大学的科学家也参与了这一课题。物理学家组织网3月31日报道称,这项新的研究有望为医学研究和科学实验带来一次革命性的变革。

石墨烯是世界上第一个二维材料,也是目前已知的最薄、最坚硬的纳米材料。石墨烯一直被认为是假设性的结构,无法单独稳定存在,直到2004年,两位来自英国曼彻斯特大学的科学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖罗夫才真正找到了从石墨中分离出石墨烯的方法。2010年,他们因此被授予了诺贝尔物理学奖。

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